2012_Лекция 3_Введение в физпрактикум

Лекція 3. Електронний осцилограф 11 Вступ в лабораторний практикум курсу загальної фізики “Електрика та магнетизм” в редакції В.П. Олефіра

лювача називають діапазон частот fН ≤ f ≤ fB , в межах якого коефіцієнт переда-

чі сигналу змінюється не більше ніж на 30 % (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Смуга пропускання підсилювача: 1 - з "відкритим" входом, 2 - з "закритим" входом, K0 - коефіцієнт передачі, fH - нижня межа, fB - верхня межа смуги пропускання частот.

Обмеженість смуги пропускання підсилювача вносить спотворення переднього та заднього фронтів при спостереженні імпульсних сигналів. На рис. 1.18 показані характерні спотворення фронтів (ділянок сигналу, що найбільш різко змінюється) та спотворення пласкої вершини сигналу.

Рис. 1.18. Спотворення імпульсного прямокутного сигналу, що вносяться підсилювачем.

Такі спотворення пов'язані з тим, що імпульсний сигнал будь-якої форми можна представити у вигляді суми гармонійних сигналів з деяким набором амплітуд та частот (Фур’є розклад сигналу). В ідеальному випадку однаково підсилюються всі складові частоти, що містяться в сигналі. Таким чином сума посилених гармонік зростає в таку ж кількість разів, що і кожна складова сигналу. В результаті форма посиленого сигналу в ідеальному підсилювачі співпадає з формою вхідного сигналу.

Реальні підсилювачі мають обмежену смугу пропускання частот, за межами якої коефіцієнт підсилення суттєво зменшується (рис. 1.17). В результаті форма посиленого сигналу може значно відрізнятися від сигналу на вході підсилювача.

Чим ширше смуга підсилюваних частот, тим точніше відтворюється вхідний сигнал. Підсилювачі розрізняються в залежності від ширини смуги частот на широкополосні та вузькополосні (резонансні) підсилювачі.

У підсилювачах передбачена можливість як ступінчастої, так і плавної зміни коефіцієнта посилення сигналу. Причому масштаб на екрані відповідатиме вказаній на перемикачі чутливості тільки тоді, коли ручка плавного регулювання поставлена в положення "калібр" (при цьому ручка плавного регулятора повернена за годинниковою стрілкою до характерного клацання).

1.4.6. Вхідне коло

Досліджуваний сигнал подається на вхід Y осцилографа через перемикач з трьома положеннями (рис. 1.19). Якщо відкритий вхід ( ), то і стала і змінна складова сигналу подається безпосередньо на дільник і передається на вхід підсилювача. Якщо відкритий вхід ( ), то сигнал подається через роздільний конденсатор і не пропускає сталу складову сигналу, що досліджується. У положенні ( ) сигнал, що досліджується, відключається від входу підсилювача і на екрані спостерігається положення нульового рівня.

Рис. 1.19. Вхідне коло осцилографа.

Зазначимо, що осцилограф С1-68, який використовується в лабораторних роботах курсу загальної фізики “Електрика та магнетизм” при дослідженні влас-

тивостей сегнетоелектриків та феромагнетиків, має тільки два положення перемикача: ( ) - відкритий і ( ) - закритий вхід.

1.4.7. Калібратор

Для вимірювання амплітуд та часових характеристик сигналів за допомогою осцилографа необхідно калібрування масштабів по осях Y та X . Для цього в осцилографах існує спеціальне джерело імпульсних сигналів з відомою амплітудою та тривалістю, який називається калібратором. З виходу калібратора напруга подається на вхід Y , після чого перевіряється відповідність амплітудних та часових параметрів калібрувального сигналу положенню перемикачів чутливості осцилографа по осі Y та швидкості розгортки по осі X . При невідповідності необхідно ввести корекцію спеціальними опорами, виведеними "під шліц".

При калібруванні та вимірюваннях ручки плавного регулювання амплітуди та часу повинні бути повернені за годинниковою стрілкою до упору ("клацання").

1.4.8. Похибки

У будь-якому осцилографі похибки вимірювань визначаються похибками калібрування, нелінійністю залежності відхилення променя по вертикалі від величини вхідної напруги, залежністю коефіцієнта підсилення від частоти, нелінійністю розгортки в часі, шумами, кінцевою товщиною променя і т. д. Опис похибок дано в технічному описі кожного осцилографа.

1.4.9. Підготовка осцилографа до вимірювань

Для підготовки осцилографа до вимірювань, його необхідно включити та прогріти на протязі 5 - 10 хв. Якщо промінь на екрані відсутній, необхідно збільшити яскравість, перевести генератор розгортки в автоматичний режим і одночасним переміщенням променя по вертикалі та горизонталі вивести його на середину екрану. Перевірити балансування нуля підсилювача Y та при необхідності підстроїти його, відповідно технічного опису. Перевірити калібрування підсилювача вертикального відхилення і генератора розгортки.