Основные технические характеристики учебного осциллографа
Параметры канала вертикального отклонения электронного луча:
вход осциллографа может быть открытым и закрытым;
полоса пропускания 20 Гц ÷ 1 МГц при закрытом входе и 0 Гц ÷ 1 МГц при открытом входе;
коэффициент отклонения калиброванный и устанавливается ступенями от 10 мВ/дел до 5 В/дел согласно ряду чисел 1, 2, 5;
входное сопротивление открытого входа 1 МОм, входная емкость 40 пФ;
максимальная амплитуда входного сигнала при минимальном коэффициенте отклонения на открытом входе не более 30 В;
диапазон перемещения луча по вертикали не менее 20 делений;
допустимое суммарное значение постоянного и переменного напряжения, которое можно подавать при закрытом входе, не должно превышать 250 В.
Параметры канала горизонтального отклонения электронного луча:
вход закрытый;
полоса пропускания 20 Гц ÷ 1 МГц;
коэффициент нерегулируемый и не превышает 0,5 В/дел.
Блок развертки осциллографа может работать как в ждущем, так и в автоматических режимах. Коэффициент развертки имеет 10 калиброванных значений: 20 мс/дел, 10 мс/дел, 2 мс/дел, 1 мс/дел, 0,2 мс/дел, 100 мкс/дел, 20 мкс/дел, 10 мкс/дел, 2 мкс/дел, 1 мкс/дел. Осциллограф может работать в режиме внутренней и внешней синхронизации развертки. Синхронизация развертки может быть осуществлена синусоидальным или импульсным сигналом размахом от 0,8 до 8 делений.
Для проверки функционирования в приборе формируется внутренний калибровочный сигнал, который подается на вход «Y» при установке переключателя «V/ДЕЛ» в положение «К». Размах калибровочного сигнала 4,5 ÷ 5 делений, период 20 мс.
Основные типы наблюдений и измерений с помощью осциллографа
Учебный осциллограф позволяет проводить визуальные наблюдения и исследования электрических сигналов, а именно:
измерение напряжений постоянного тока;
измерение амплитуды и периода (частоты) синусоидального сигнала;
измерение параметров сигнала, имеющего постоянную и переменную составляющие;
измерение длительности импульсного сигнала, длительности его переднего (или заднего) фронта;
измерение фазового сдвига между двумя синусоидальными сигналами одинаковой частоты с помощью фигур Лиссажу;
наблюдение функциональных зависимостей между сигналами, подаваемыми на входы «Х» и «Y» осциллографа.
Перечисленные выше измерения могут быть использованы для получения амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик радиотехнических устройств.
Фигуры лиссажу
Если на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ подать синусоидальные сигналы, частоты которых f1 иf2равны или их отношений равно f1 / f2 = m/n(гдеm,n– целые числа), то электронный луч будет описывать на экране траектории, которые называются фигурами Лиссажу. В случае, когда отношение частот f1 / f2незначительно отличается от величины m/n, форма медленно меняется, а при большом отличии – картина размывается.
Пусть на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ подается сигнал UХ=UАcos(2πft+φ1) (при этом собственный генератор осциллографа должен быть, конечно, выключен), а на вертикально отклоняющие пластины – поступает смещенный по фазе сигнал той же частотыUY = UВ cos(2 π f t+φ2),φ2 ≠ φ1.
При чувтствительностях пластин kXиkYкоординатых, уточки попадания электронного луча на экран ЭЛТ в момент времениtбудут определяться выражениями:
х = А cos(2 π f t + φ1), y = В cos(2 π f t + φ2), А = kX UA, В = kY UB.
Исключив из этих уравнений время t, нетрудно получить уравнение траектории движения луча:
.
Таким образом, фигура, которую описывает луч при сложении колебаний, имеющих одинаковую частоту, представляет собой эллипс. Ориентация этого эллипса зависит от разности фаз (φ2 – φ1)колебаний. При (φ2 – φ1) = 0или(φ2 – φ1) = πэллипс вырождается в прямую линию.
В общем случае вид фигуры Лиссажу зависит от соотношения между периодами, фазами и амплитудами колебаний. Некоторые частные случаи фигур Лиссажу для разных соотношений между периодами и разных значений разности фаз (φ2 – φ1)показаны на рис. 5.
На рис. 6 показано, как на экране ЭЛТ формируется фигура Лиссажу при подаче на отклоняющие пластины напряжений со следующими параметрами: UХ=А cos(4 π f)иUY=Вcos(4 π f), т.е. отношение частотfX / fY = 2 : 1.Для удобства анализа на временной шкале сигналов отмечены равноотстоящие моменты времени(t1, …, t8), а на картинке получающейся фигуры Лиссажу – положение электронного луча на экране осциллографа в эти моменты времени.
Если одно или оба колебания происходят не по гармоническому, а по более сложному закону, то получаются траектории более сложной формы.