Лабораторная работа № 12 изучение устройства, работы и методики проведения исследований с помощью электронно-лучевого осциллографа

12.1. Цель работы

Научиться выполнению различных электрических измерений с помощью электронно-лучевого осциллографа.

12.2. Подготовка к работе

12.2.1. Вспомните из курса «Физика» и с помощью литературных источников дополнительно изучите устройство и работу электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

12.2.2. Разберитесь детально в том, как формируются те или иные кривые на экране ЭЛТ, воспользовавшись известной из курса «Математики» параметрической формой описания кривых.

12.2.3. Изучите по описанию осциллографа его устройство, нарисуйте его блок-схему и разберитесь в функциональном назначении основных блоков.

12.2.4. Изучите по описанию осциллографа все действия по подготовке осциллографа к проведению измерений. Изобразите алгоритмы своих действий в виде блок-схемы.

12.2.5. Изучите описание данной работы и необходимые литературные источники. Ответьте на все вопросы для самопроверки.

12.2.6. Проведите предварительные расчеты.

12.2.7. Нарисуйте электрическую схему эксперимента.

12.3. Предварительный расчет

Постройте картинки предполагаемых кривых на экране ЭЛТ в случае, когда на вертикальные пластины подано условное напряжение U_y(t)=sin t(0<t<2π), а на горизонтальных пластинах присутствуют на том же временном интервале напряжения вида: a) u_x=t; б) u_x(t)=sint; в)u_x(t)=sin(t+π/4); г) u_x(t)=sin(t+π/2); д) u_x(t)=sin(t+3π/4); e) u_x(t)=sin(t+π); ж) u_x(t)=sin(t+5π/4); з) u_x(t)=sin(t+3π/2); и)u_x(t)=sin(t+7π/4); к)u_x(t)=sin 2t; л) u_x(t)=sin 3t.

12.4. Порядок выполнения работы

12.4.1. В соответствии с изученной инструкцией включите осциллограф, подготовьте его к работе, разкалибровав при этом каналы отклонения луча ЭЛТ по осям Y и X.

12.4.2. Подключите осциллограф к выходу генератора импульсного напряжения и, манипулируя ручками усиления, частоты развертки, синхронизации, добейтесь появления устойчивой картинки, воспроизводящей один полный период напряжения. Зарисуйте осциллограмму. Измерьте величины длительности положительной и отрицательной частей исследуемого напряжения, а также период повторения исследуемого напряжения. Может случиться, что исследуемое напряжение окажется однополярным.

12.4.3. Повторите п. 12.4.2 переводя осциллограф в режим «закрытый» вход.

12.4.4. Подключите осциллограф в режиме «открытый» вход к выходу генератора синусоидального напряжения. Получите устойчивую картинку одного полного периода, зарисуйте ее. Измерьте амплитудное значение и период исследуемого напряжения. Перейдите в режим «закрытый» вход. Сравнив обе картинки между собой, запишите выводы.

12.4.5. Отключите горизонтальную развертку в осциллографе. Подайте на вход X напряжение с выхода генератора синусоидального напряжения. Установите величину напряжения, чтобы горизонтальная линия имела длину, не превышающую размеров экрана по вертикали. Отключите вход X от генератора и подключите вход Y. Манипулируя ручками дискретной и плавной регулировки усиления в канале X, добейтесь на экране вертикальной линии тех же линейных размеров, что и по горизонтали. Подключите к выходу генератора вход. Зарисуйте полученную картинку.

12.4.6. Соберите схему (рис. 12.8).

Рис.12.8

Отключите временно вход Y от схемы и установите горизонтальную линию, аналогично п. 12.4.5. Затем отключите вход и подключите вход X. Аналогично п. 12.4.5 установите вертикальную линию тех же размеров, что и горизонтальная. Подключите к генератору уже окончательно вход X и зарисуйте полученную на экране фигуру.

12.4.7. Подайте на вход Y синусоидальное напряжение 6,3 В с источника стенда. Манипулируя ручками регулировки усиления, установите удобные размеры вертикальной линии. Отключите временно вход Y и подайте на вход X синусоидальное напряжение с генератора , установив ручкой выхода горизонтальную линию тех же линейных размеров. Подключите вход Y к источнику 6,3 В. Медленно вращая ручку «частота» генератора, получите картинки аналогичные построенным в п. 12.3 для случаев К и Л.

12.5. Обработка результатов измерений

12.5.1. Зная величины r, С, частоту f генератора, вычислите угол сдвига фаз между напряжением u_x(t) и u_y(t), найденного аналогично п. 12.3. Постройте теоретическую картинку и сравните ее с полученной на экране осциллографа.

12.5.2. Основываясь на результатах пп. 12.4.5 и 12.4.6, сделайте выводы о возможностях осциллографа применительно к измерению угла сдвига фаз между токами и напряжениями.

12.5.3. Анализируя результаты пп. 12.3 и 12.4.7, сделайте выводы о методике измерения неизвестной частоты с помощью генератора известной частоты и осциллографа.

12.6. Вопросы для самопроверки

12.6.1. Изобразите устройство ЭЛТ, объясните назначение электродов и принцип получения изображения.

12.6.2. Нарисуйте блок-схему осциллографа, объясните назначение и работу его функциональных блоков.

12.6.3. Объясните необходимость использования синхронизации при работе осциллографа.

12.6.4. Объясните назначение всех органов управления.

12.6.5. В чем состоит различие режимов работы осциллографа с «открытым» и «закрытым» входом?

12.6.6. Объясните смысл включения линии задержки в тракт усиления вертикального сигнала?