2. Описание приборов и методика проведения измерений

При прохождении лабораторного практикума в лаборатории ОТЦ с помощью стандартных приборов производятся наблюдения формы и измерения параметров сигналов на элементах электрических схем, собираемых из компонентов лабораторного стенда. При этом используются генераторы низкой частоты, осциллографы и универсальные вольтметры. Для обеспечения безопасности выполняемых работ корпуса генераторов низкой частоты и осциллографов соединены с общей шиной заземления, проложенной в лаборатории. Для проведения лабораторных экспериментов, в первую очередь, необходимо ознакомиться с приборами, входящими в состав лабораторного комплекса и с методиками проведения измерений этими приборами. Общий вид и состав лабораторного комплекса для проведения лабораторных экспериментов представлен на рис. 1.1. Порядок ознакомления с измерительными приборами следующий:

1. Внимательно рассмотреть надписи на лицевой панели измерительного прибора (в некоторых приборах такие надписи расположены как на лицевой так и на боковых панелях). Все надписи и обозначения на панелях измерительных приборов объединены в функциональные группы, по которым можно определить диапазоны измеряемых величин, вид измеряемой величины (постоянная либо переменная во времени, импульсная либо гармоническая и т.п.), функции управления прибором для проведения измерений, разъемы для подключения прибора к исследуемой установке.

2. Изучить методики конкретных измерений, рассмотренные ниже.

3. Такие приборы как осциллограф и низкочастотный генератор имеют контакты (клеммы) «заземления» (нулевой потенциал), которые подключают к общей шине заземления в лаборатории для безопасной работы с этими приборами. Клемма «заземления» этих приборов расположена на задней панели прибора. Как правило, нулевой потенциал таких приборов объединен с нулевым потенциалом входных и выходных разъемов, поэтому при подключении таких приборов к исследуемой схеме необходимо соблюдать следующее правило: нулевой потенциал измерительного прибора подключают к общему потенциалу собранной на лабораторном стенде исследуемой схемы, а сигнальный потенциал - к гнезду (точке исследуемой схемы), в котором необходимо осуществить измерение либо ввести необходимое возбуждающее исследуемую схему воздействие (входной сигнал исследуемой схемы). В соединительных проводах (кабель с высокочастотным разъемом) длинный провод подсоединен к нулевому потенциалу измерительного прибора, а короткий – к сигнальному потенциалу.

На панелях измерительных приборов приняты следующие основные обозначения:

Рис. 1.1. Общий вид лабораторного комплекса

ГЕНЕРАТОР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ (Г3-112, Г3-118 и т.п.) представляет собой источник синусоидальных колебаний звуковых и ультразвуковых частот. Диапазон частот ГНЧ, как правило, лежит в пределах от 20 до 200000 Гц и перекрывается с помощью нескольких поддиапазонов. В некоторых генераторах используется дискретная установка частоты (генератор Г3-118).

Выходное сопротивление генератора рассчитано на согласованные нагрузки, обычно 5 Ом или 600 Ом у генератора Г3-118 и 50 Ом у генератора Г3-112.

Изменение выходного напряжения (в диапазоне от 0 до 10 В) может осуществляться плавно, а в некоторых генераторах также и с помощью аттенюатора ступенями через 10 дБ относительно установленного уровня.

Применяемые в лабораторных исследованиях генераторы сигналов низкой частоты представлены на рис. 1.2 и рис. 1.3.

Рис. 1.2. Генератор сигналов низкочастотный Г3-118 с дискретной установкой частоты генерируемых гармонических сигналов

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВОЛЬТМЕТР (В7-38, В7-58 и т.п.) предназначен для измерения постоянного и переменного напряжений, а также резистивных сопротивлений пассивных двухполюсников.

Как правило, диапазон измеряемых постоянных напряжений от 0,01 до 300 - 1000 В, переменного напряжения синусоидальной формы (действующее значение напряжения) от 0,1 до 300 - 1000 В в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 КГц (по высокочастотному входу в частотном диапазоне 1 КГц – 300 - 1000 МГц), омического сопротивления от 5 Ом до 1000 Мом и более. Входное сопротивление прибора, как правило, зависит от вида проводимых измерений и может составлять

Рис. 1.3. Генератор сигналов низкочастотный Г3-112 с плавной установкой частоты генерируемых гармонических и импульсных сигналов

при измерении постоянного напряжения 30 МОм, при измерении переменного напряжения 5 МОм на частоте 5 КГц, при измерении переменного напряжения пробником 75 КОм на частоте 100 МГц.

Применяемые в лабораторных исследованиях универсальные вольтметры представлены на рис. 1.4 и рис. 1.5.

Подготовка к измерениям

1. Внимательно ознакомиться с надписями и условными обозначениями на лицевой панели прибора.

2. Включить тумблер "СЕТЬ". О включении свидетельствует свечение индикатора.

3. При помощи проводников подключить входные гнезда вольтметра к исследуемому двухполюснику.

Рис. 1.4. Универсальный вольтметр В7-38

Проведение измерений

1) Измерение постоянного напряжения.

- нажать клавишу с обозначением постоянного напряжения «V» и, при необходимости (для вольтметра В7-58), выбрать диапазон измеряемого напряжения.

2) Измерение переменного напряжения.

- нажать клавишу с обозначением переменного напряжения «V » и, при необходимости (для вольтметра В7-58), выбрать диапазон измеряемого напряжения;

3) Измерение сопротивления постоянному току.

- подключить измеряемое сопротивление к входным гнездам вольтметра;

- нажать клавишу «К»;

- при необходимости (для вольтметра В7-58) выбрать диапазон измеряемого сопротивления нажатием соответствующей клавиши функционального поля режимов измерения омических сопротивлений;

-по цифровому индикатору произвести отсчет измеряемой величины.

Рис. 1.5. Универсальный вольтметр В7-58

ОСЦИЛЛОГРАФ (С1-73, С1-68 и т. п.) предназначен для исследования форм электрических сигналов в диапазоне частот от 0 до 5 МГц путем визуального наблюдения их амплитуд в диапазоне от 0,01 - 0,02 до 120 В и временных интервалов от 0,4до 0,1 – 0,5 с. Входное сопротивление около 1 МОм, входная емкость 35 - 50 пФ. Входное сопротивление усилителя горизонтального отклонения (вход "Х") - не менее 50 КОм, входная емкость - не более 25 – 30 пФ. Применяемый в лабораторных исследованиях осциллограф представлен на рис. 1.6.

Органы управления и их назначение

Органы управления осциллографом можно условно разделить на две группы:

а) органы управления электронным лучом,

б) органы регулировки вертикального и горизонтального отклонения луча, синхронизации и развертки.

Эти же органы используются при выполнении измерений амплитуды и длительности. К первой группе относятся регулировка яркости "Яркость", фокусировка луча "Фокус", смещение луча по вертикали "" и горизонтали ". С их помощью устанавливается четкое изображение исследуемого сигнала в нужном месте на экране осциллографа. Ко второй группе относятся следующие регулировки: делитель входного напряжения "V/ДЕЛ", ручка плавной регулировки усиления по вертикали "УСИЛЕНИЕ", ручка установки скорости развертки луча по горизонтали "mS/ДЕЛ", ручка плавной регулировки скорости развертки "ПЛАВНО", органы регулировки синхронизации: "СИНХР.", "СТАБ.", "УРОВЕНЬ". При помощи этих органов достигается синхронизация развертки луча и исследуемого сигнала, то есть устанавливается устойчивое изображение на экране, а также производится измерение амплитуды и временных интервалов.

На левой стенке корпуса осциллографа расположены органы для подключения исследуемых сигналов (рис. 1.7).

Рис. 1.6. Осцилограф С1-73

Рис. 1.7. Панель входного сигнала

На правой стенке корпуса осциллографа расположены органы для управления уровнем синхронизации (1:1 или 1:10) и переключения из режима развертки (осциллографический режим) в режим усиления по координате Х (Рис.1.8).

Рис. 1.8. Панель управления режимом работы горизонтальной развертки

Порядок работы с прибором

1. Включите тумблер "ПИТАНИЕ" на передней панели осциллографа. При этом должна загореться сигнальная лампочка. Дайте осциллографу прогреться в течение 2 - 3 мин. Приступите к подстройке режимов и проверке работоспособности осциллографа.

2. Ручками "ЯРКОСТЬ" и "ФОКУС" установите яркость и четкость изображения, удобные для наблюдения.

3. Ручками горизонтального "" и вертикального " " перемещения совместите линию развертки с центром экрана ЭЛТ. Для точной настройки закоротите сигнальный конец кабеля с "земляной" шиной.

4. Установите поворотом ручек "УРОВЕНЬ" и "СТАБИЛЬН" устойчивое изображение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

5. Переключателем входа " " выбирается вид связи усилителя "Y" с источником исследуемого сигнала. В положении "" связь с источником сигнала осуществляется как по переменному, так и по постоянному току. В положении "" связь с источником сигнала осуществляется только по переменному току. В положении "" вход усилителя"Y" подключается к «нулевому» потенциалу. Выбор коэффициента усиления (отклонения луча по вертикали) усилителя "Y" производится переключателем "V/ДЕЛ" в зависимости от величины исследуемого сигнала.

6. Источник запуска генератора развертки (исследуемым сигналом или внешним сигналом, подаваемым на вход "X") выбирается тумблером "РАЗВЕР.". При переключении тумблера в положение «вход "X"» развертка луча по горизонтали отключается и гнездо «вход "X"» подключается к горизонтально-отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки осциллографа. Такой режим применяют для измерения сдвига фаз между напряжениями одной частоты, подаваемыми на «вход "X"» и на «вход "Y"».