Лабораторна робота №1 Дослiдження електронного осцилографа та його використання

1. Мета роботи

Практичне ознайомлення з сучасним електронним осцилографом і набуття навичок роботи з ним.

2. Короткi теоретичнi вiдомостi

Електронним осцилографом називається прилад, який дозволяє спостерiгати на екранi електронно-променевої трубки (ЕПТ) миттєвi значення дослiджуваних електричних величин.

Блок-схема електронного осцилографа для спостереження перiодичних процесiв зображена на рис.1.1.

Рис.1.1. Блок-схема електронного осцилографа

Основним елементом будь-якого осцилографа є електронно-променева трубка. Iснують трубки двох видiв: в одних промiнь керується магнiтним полем, в інших – електричним. У сучасних осцилографах, призначених для вимiрювання електричних величин, використовуються трубки з електростатичним керуванням.

Вiдхилення променя за двома взаємно перпендикулярними напрямками здiйснюється при поданнi на пластини X i Y вiдхиляючих напруг. При цьому здебiльшого вздовж осi X вiдхилення є пропорцiйним часу, а вздовж осi Y – вимiрюваній величині (рис.1.1). Вiдхилення променя вздовж вiдповiдної осi визначається за формулами

; ,

де h_X, h_Y – статична чутливiсть трубки; U_X, U_Y – напруги, якi подаються на вiдхиляючi пластини.

Чутливiсть трубки – це вiдхилення засвiченої на екранi точки (вимiряне в мiлiметрах) при поданнi на вiдхиляючi пластини постiйної напруги 1В.

Для дослiдження слабких сигналiв використовуються пiдсилювачi вертикально та горизонтально вiдхиляючих напруг. Коефiцiєнт пiдсилення регулюється з розрахунку, щоб рiвень вихiдної напруги був достатнiм для багаторазового перекриття всього екрана трубки. Оскiльки пiдсилювачi не є iдеально лiнiйними системами, то вони приводять до нелiнiйних спотворень.

При наявностi пiдсилювачiв вводять поняття чутливостi осцилографа, яка визначається найбiльшим вiдхиленням точки засвiченої на екранi ЕПТ вiд початкового положення (в мiлiметрах) при поданнi на вхiд пiдсилювача змiнної напруги з дiючим значенням 1В. У цьому випадку чутливiсть вздовж осей Y та X визначається за формулами

; ,

де К_X, К_Y – коефiцiєнти пiдсилення.

З даних формул випливає, що чутливiсть осцилографа вздовж осей Y i X є функцiєю коефiцiєнтiв пiдсилення К_X та К_Y.

Нерiвномiрна швидкiсть перемiщення променя вздовж осi часу приводить до спотворення форми кривої. Для перемiщення променя з постiйною швидкiстю необхiдна напруга, яка лiнiйно змiнюється з часом. Така напруга називається напругою розгортки; здебiльшого вона подається на горизонтальнi пластини.

Iснують рiзнi види разгорток: неперервна лiнiйна, чекаюча лiнiйна, кругова, спiральна тощо. У сучасних осцилографах використовується, як правило, лiнiйна розгортка.

Генератори лiнiйних розгорток – це генератори релаксацiйних коливань пилоподібної форми. Форма коливань зображена на рис.1.2, де τ₁ – час прямого ходу променя; τ₂ – час зворотного ходу променя; Т – перiод релаксацiйних коливань.

Рис.1.2. Форма релаксацiйних коливань пилоподібної форми

Тривалiсть зворотного ходу променя повинна бути, по можливостi, меншою порiвняно з тривалiстю всього перiоду розгортки, оскiльки частина дослiджуваного явища, яка припадає на час зворотного ходу, не спостерiгається на екранi осцилографа. Щоб на екранi ЕПТ можна було спостерiгати повний перiод дослiджуваного явища, необхiдно, щоб перiод T був кратним перiоду дослiджуваної напруги.

Внаслiдок того, що частота генераторiв пилоподiбної напруги є нестабiльною, зображення на екранi ЕПТ не зберiгається нерухомим. Для усунення цього недолiку частоту генераторiв розгортки синхронiзують із частотою дослiджуваного явища або з частотою будь-якого генератора стабiльних коливань.

Рис.1.3. Схема для створення

кругової розгортки

Рис.1.4. Схема для створення

спіральної розгортки

Для створення кругової розгортки збирають схему (рис.1.3). На пластини ЕПТ (або на вхiд осцилографа) подаються напруги однiєї й тiєї ж частоти, але зсунутi за фазою на 90⁰. Схема добре працює тiльки у вузькому дiапазонi частот.

Для отримання спiральної розгортки (рис.1.5) необхiдно подавати на вхiд осцилографа згасаючі коливання (рис.1.6), зсунутi за фазою на 90⁰ (рис.1.4).

Рис.1.5. Спiральна розгортка

Рис.1.6. Згасаюче коливання