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 рисунок 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:

Рисунок 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 рисунок 1.2 и рисунок 1.3.

Рисунок 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

Рисунок 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 рисунок 1.4 и рисунок 1.5.

Как правило, диапазон измеряемых постоянных напряжений от 0,01 до 300 - 1000 В, переменного напряжения синусоидальной формы 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 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.

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.

Рисунок 1.4 - Универсальный вольтметр В7-38

Проведение измерений

1) Измерение постоянного напряжения.

- нажать клавишу с обозначением постоянного напряжения «V» и, при необходимости, выбрать диапазон измеряемого напряжения.

2) Измерение переменного напряжения.

- нажать клавишу с обозначением переменного напряжения «V » и, при необходимости, выбрать диапазон измеряемого напряжения;

3) Измерение сопротивления постоянному току.

- подключить измеряемое сопротивление к входным гнездам вольтметра;

- нажать клавишу «К»;

- при необходимости выбрать диапазон измеряемого сопротивления нажатием соответствующей клавиши функционального поля режимов измерения омических сопротивлений;

- произвести отсчет измеряемой величины.

Рисунок 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 рисунок 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 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 правой стенке корпуса осциллографа расположены органы для подключения исследуемых сигналов (рисунок 1.7).

Рисунок 1.6 - Осциллограф С1-73

Рисунок 1.7 - Панель входного сигнала

На левой 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 (Рисунок 1.8).

Рисунок 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 ручки "УРОВЕНЬ" 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 по постоянному току. Выбор коэффициента отклонения усилителя 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"».