Порядок выполнения работы

Изучить измерительные генераторы, электронные осциллографы и методы измерения параметров гармонических и импульсных сигналов: [6, с.175-183, 414-418; 5, с.96-153; 9, с.200-215]. Составить список приборов с полной их характеристикой.

Подготовить к работе осциллограф С1-65: переключатель Bольт/дел установить в положение 0.05 В/дел, ручку Плавно – в крайнее правое положение; переключатель = ┴ ~ – в положение ┴; переключатели органов управления синхронизации установить в положения Внутр., ~ , + ; переключатель Время/дел установить в положение 0.5 ms, ручку Плавно – в крайнее правое положение, переключатель *1, *0.1,  X – в положение *1; режим запуска развертки – АВТ; переключатель калибратора установить в положение , переключатель амплитуды выходного напряжения калибратора установить в положение 200 мВ. Включить на прогрев.

После прогрева на экране осциллографа должна появиться яркая горизонтальная полоса. Если этого не будет, регулировкой ручек ↔ ↕ надо добиться появления линии и установить ее по центру экрана. Ручками добиться четкости и надлежащей яркости линии.

Соедините кабелем, соблюдая полярность, гнездо калибратора с гнездом усилителя У. Переведите переключатель = ┴ ~ в положение ~. Поворачивая ручку Уровень, добейтесь устойчивого изображения. Установите ручкой ↕ изображение по центру экрана. На экране должны быть прямоугольные импульсы амплитудой 4 деления и периодом 2 деления. Если амплитуда и период изображения отличаются от указанных выше значений, необходимо откалибровать осциллограф (калибровка выполняется лаборантом). Отсоедините вход У от калибратора, переключатель Вольт/дел установите на отметку 5 В/дел.

Подготовить к работе генератор Г3-109: регулятор выходного напряжения установить в крайнее левое положение; переключатель Нагрузка  установить в положение 5; переключателем аттенюатора установить предел 5 V; переключатель диапазонов частот и ручку HZ установить в заданные преподавателем положения. Включить генератор на прогрев.

Подготовить к работе генератор Г3-112: регулятор выходного напряжения установить в крайнее левое положение, переключатель ~ установить в положение ~, переключатель аттенюатора установить в положение 0 dB, переключатель Множитель и ручку Частота HZ установить в заданные преподавателем положения. Включить на прогрев.

Подготовить к работе генератор Г5-54: нажать кнопки Запуск, *0.3, а также кнопку (в правом верхнем углу Г5-54); переключатель Синхроимпульсы установить в положение , ручку Ампл. синхроимпульсов установить в среднее положение; установить кнопками и шкальными устройствами заданные частоту повторения, временной сдвиг, длительность (при этом D и  не должны превышать половины периода Т); ручку Ампл. (амплитуда основных импульсов, справа) повернуть влево до отказа. Включить на прогрев.

4.1. Измерение основных параметров импульсных сигналов. Переключатель источника синхронизации осциллографа установите в положение Внеш.1:10. Соедините кабелями (соблюдая полярность) вход У осциллографа с крайними правыми гнездами  1:1 Г5-54, а вход Х – с гнездами  Синхроимпульсы. По вольтметру генератора Г5-54 установите амплитуду основных импульсов 6 В (при нажатой кнопке делителя *0.3, стрелку установить на отметку 20).

4.2. Измерение амплитуды. Установите переключатель Вольт/ дел осциллографа так, чтобы сигнал на экране ЭЛТ занимал примерно пять делений. Ручкой Уровень установите устойчивое изображение. Установите переключатель Время/дел в положение, при котором на экране наблюдается несколько периодов исследуемого сигнала. Установите ручку ↕ так, чтобы нижний уровень сигнала совпадал с одной из нижних линий масштабной сетки ЭЛТ, а верхний уровень находился в пределах рабочей части экрана. Ручкой ↔ сместите изображение таким образом, чтобы максимум сигнала находился на центральной вертикальной линии ЭЛТ.

Измерьте вертикальное расстояние (в больших делениях и долях деления) между крайними точками размаха изображения сигнала. Умножьте измеренное расстояние на показание переключателя Вольт/дел.

Пример. Предположим, что размах составляет 4.8 деления, переключатель Вольт/дел установлен на отметку 0.5 В/дел, амплитуда сигнала будет A_m = 4.80.5 = 2.4 В.

Рис. 4.6. Основные параметры импульсного сигнала: А_m – высота (амплитуда); Т – период; D – время запаздывания (временной сдвиг);  – длительность; t_н – время нарастания (передний фронт); t_сп – длительность спада

4.3. Измерение периода и частоты. Установите переключатель Время/дел на скорость развертки, при которой расстояние между двумя соседними импульсами было 4-8 делений. Ручкой ↕ переместите изображение так, чтобы середина импульсов находилась на центральной горизонтальной оси. Ручкой ↔ установите изображение так, чтобы два импульса находились в пределах восьми центральных делений масштабной сетки.

Измерьте горизонтальное расстояние между передними фронтами 2-х импульсов. Умножьте измеренное расстояние на показание переключателя Время/дел. Если используется увеличенная скорость развертки (переключатель *1,*0.1,  X установлен в положение *0.1), результат умножьте на 0.1.

Пример. Допустим, что расстояние между передними фронтами двух соседних импульсов составляет 5 делений, а переключатель Время/дел установлен на 0.1 мс/дел, растяжка (*0.1) не применяется, тогда T = 50.1 = 0.5 мс.

Частота сигнала является обратной периоду и определяется по формуле F = 1/T, где F [Гц], T [с].

Пример. В приведенном выше примере определили Т = 0.5 мс = = 0.0005 с. F = 1/0.0005 = 2000 Гц = 2 кГц.

4.4. Измерение длительности. Ручкой ↔ сместите изображение вправо так, чтобы в центре экрана был первый импульс от начала развертки. Установите переключатель Время/дел на скорость развертки, при которой импульс занимал на экране не менее 4 дел. Ручкой ↕ переместите изображение так, чтобы середина импульса находилась на центральной горизонтальной линии. Ручкой ↔ установите изображение так, чтобы импульс находился в пределах восьми центральных делений масштабной сетки ЭЛТ.

Измерьте горизонтальное расстояние между передним и задним фронтами импульса. Вычислите длительность импульса аналогично п.4.3.

4.5. Измерение времени запаздывания (временного сдвига D). Измерение времени запаздывания осуществляется аналогично п.4.4. В данном случае на экране ЭЛТ измеряется расстояние от начала развертки до переднего фронта импульса на уровне 0.5A_m.

4.6. Измерение времени нарастания. На Г5-54 нажмите кнопку 0 переключателя Временной сдвиг. Измерение времени нарастания t_H осуществляется аналогично п.4.4, в данном случае используется увеличенная скорость развертки (*0.1).

C помощью переключателя Время/дел и ручки ↔ на экране ЭЛТ устанавливается изображение переднего фронта импульса, измеряется время, за которое сигнал изменяется от 0.1A_m до 0.9A_m.

Выключить Г5-54, отсоединить осциллограф от него. Результаты измерений и вычислений по п.4.1-4.6 занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Измерение параметров импульсного сигнала

Установлено на Г5-54				Измерено осциллографом
Am' В	F' Гц	D' мкс	' мкс	Am В	T мс	F Гц	D мкс	 мкс	tH мкс

4.7. Измерение основных параметров гармонического сигнала. Переключатель источника синхронизации осциллографа установите в положение Внутр., переключатель *1,*0.1,  X – в положение *1, переключатель Вольт/дел - на отметку 5 В/дел. Соблюдая полярность, соедините кабелем вход У осциллографа с выходными гнездами генератора Г3-112 (генератор частоты F_X). Установите регулятор выходного напряжения Г3-112 в положение, при котором размах по вертикали изображения на экране ЭЛТ не превышал 4 делений.

По методике п.4.2 и 4.3 измерьте амплитуду, период и частоту синусоидального сигнала (см.рис.4.7а). Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.2.

Рис.4.7. Основные параметры гармонического сигнала:

U_m – амплитуда; Т – период; F = 1/T – частота;  – фазовый сдвиг двух гармонических сигналов U₁ и U₂ одинаковой частоты,  = 360Т/Т [^o]

Таблица 4.2

Измерение параметров гармонического сигнала

Установлено на генераторе	Измерено осциллографом
FX', Гц	UXm, B	TX, мс	FX, Гц

4.8. Измерение частоты гармонического сигнала при синусоидальной развертке. Переключатель источника синхронизации осциллографа установить в положение Внеш.1:10, переключатель *1,*0.1,  X – в положение  X. Сохранив состояние приборов по п.4.7, соедините вторым кабелем вход Х осциллографа (соблюдая полярность) с левыми клеммами Выхода 2 генератора Г3-109.

Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения Г3-109, установите значение выходного напряжения U_O = 3 В. С помощью ручки осциллографа ↔ установите изображение по центру экрана. Плавно изменяя частоту генератора Г3-109 (F_O), получите неподвижную фигуру Лиссажу (см. рис.4.8а,б) при неизменном значении F_X и отношении частот F_X/F_O = 1, 2, 3. Отношение числа касаний n неподвижной фигуры на экране ЭЛТ с одной из вертикальных сторон к числу касаний m с горизонтальной стороной характеризует кратность частот сравниваемых колебаний. Измеряемая частота F_х определяется из уравнения F_X = F_Om/n.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.3.

Таблица 4.3

Измерение частоты при синусоидальной развертке

Установлено на генераторах		Измерено		Вычислено
FX', Гц	FO, Гц	m	n	FX, Гц

Рис.4.8. Измерение фазового сдвига и частоты

гармонического сигнала

4.9. Измерение частоты гармонического сигнала с использованием круговой развертки и яркостной модуляции. Подать на входы У и Х напряжения, сдвинутые по фазе на 90^o (см.рис.4.5), для чего соедините кабелями (соблюдая полярность) вход У – с гнездами U₂, вход Х – с гнездами U₁ фазосдвигающей цепочки (расположена наверху на Г3-109). Положение органов управления осциллографом сохраняется по п.4.8.

Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения Г3-109, установите выходное напряжение U_O = 3 В при F_O = 600 Гц. Ручку резистора R₁ фазосдвигающей цепочки поверните влево до отказа (R₁ = 0). Плавно поворачивая ручку резистора R₂, получите изображение на экране ЭЛТ в виде круга. Установите наименьшую яркость изображения ручкой осциллографа . Установите значение частоты Г3-112 F_Х = 6000 Гц. Соедините третьим кабелем вход Z осциллографа (соблюдая полярность) с выходом генератора Г3-112.

Изображение окружности на экране становится пунктирным (см. рис.4.8,в). Плавно изменяя частоту генератора Г3-109, получите неподвижное изображение. Измеряемая частота F_X определится из уравнения F_X = MF_O, где M – число светящихся штрихов на окружности. Изменяя частоту F_X', получите другую неподвижную фигуру. Результаты 2-3 измерений и вычислений частоты F_X (для F_O = const и M = 515) занесите в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Измерение частоты при круговой развертке

Установлено на генераторах		Измерено	Вычислено
FX', Гц	FO, Гц	М	FX, Гц

Выключить Г3-112, отсоединить вход Z осциллографа от генератора. На осциллографе установить необходимую яркость круга.

4.10. Измерение фазового сдвига. Схема соединений и положение органов управления сохраняется по п.4.9. Изменяя сопротивление резистора R₁, получить на экране фигуру Лиссажу в виде эллипса (см.рис.4.8,а). Поочередно отключая один из сигналов, совместить светящиеся линии с центральными осями координатной сетки осциллографа ручками ↕ и ↔. Подать оба сигнала на соответствующие входы осциллографа. Измерить расстояния 2А и 2Б на экране и по формуле  = arcsin(2Б/2А) вычислить фазовый сдвиг.

Выключите генераторы и осциллограф.