Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Политехнический Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

oscillografirovfnie_el_signalov (1)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.05.2015

Размер:

664.03 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 44

Особенности синхронизации

Синхронизация обеспечивает устойчивое изображение на экране осциллографа. Схема синхронизации «привязывает» момент запуска генератора развертки к исследуемому сигналу в соответствии с положением кнопки SLOPE (+ или –) и ручки регулятора LEVEL (уровень) в блоке синхронизации. Таким образом, схема синхронизации запускает генератор развертки всегда в один и тот же момент исследуемого сигнала. В результате на экране присутствует устойчивое изображение сигнала. В большинстве случаев отсутствие синхронизации наблюдается при слишком малом уровне входного сигнала, который можно подрегулировать ручкой LEVEL.

Запрещенные режимы и действия при работе с осциллографом

Соблюдение приведенных требований гарантирует безопасную эксплуатацию прибора:

1.Эксплуатация прибора без его заземления запрещена!

2.Запрещается превышать предельные эксплуатационные параметры, предусмотренные техническими данными прибора.

3.Не допускать нажатие кнопки ALT/CHOP (режим CHOP) в режиме TRIG ALT (кнопка нажата).

4.Запрещается подключение «земляных» концов сигнальных кабелей обоих каналов в точки схемы с разными потенциалами, т.к. «земли» 1 и 2 каналов соединены между собой через металлический корпус прибора. Указанное соединение может привести закорачиванию цепей исследуемой схемы, а, следовательно, к потере работоспособности как самой схемы, так и подключенного к ней лабораторного оборудования.

5.Не допускать нахождение на экране осциллографа неподвижной светящейся точки в режиме X-Y во избежание повреждения (прожигания) люминофора.

Осциллографирование электрических сигналов

Осциллограф позволяет измерять амплитудные и временные параметры электрических сигналов. В электрическую цепь прибор включается параллельно, поскольку отображает, исключительно, осциллограммы напряжения. Для исследования тока с помощью осциллографа в разрыв цепи включается шунт – низкоомный резистор с известным со-

противлением, мало влияющий на исследуемую цепь, с которого непосредственно снимается осциллограмма.

Процесс осциллографирования (получение осциллограмм) заключается в измерении линейных размеров изображений на экране ЭЛТ и их пересчете в напряжение и время. Для измерения линейных размеров на экран нанесена измерительная сетка-шкала, состоящая из крупных (клетки) и мелких делений. Крупные деления шкалы – клетки принято называть делениями. Точность измерений осциллографом зависит от размера картинки на экране. Чем крупнее картинка, тем выше точность!

«Паспортная» точность измерения осциллографом обеспечивается при минимальном размере изображения сигнала на экране осциллографа (для измеряемого параметра) не менее 4-х делений шкалы!

Точность измерения также зависит от диаметра светового пятна, т.е. сечения электронного луча. Увеличение точности достигается тщательной фокусировкой изображения и снижением яркости луча, поскольку при повышенной яркости диаметр светового пятна увеличивается.

Осциллограф позволяет получать, так называемые сфазированные осциллограммы, представляющие собой изображения двух сигналов на экране осциллографа, построенные (сформированные) для одних и тех же моментов времени (для единой оси времени). Другими словами, у сфазированных осциллограмм вертикальные оси – разные, а временные (горизонтальные) – одинаковые. Примеры сфазированных осциллограмм приведены на рис. 3.

Проведение измерений осциллографом

Подготовьте осциллограф к работе. После прогрева прибора установить переключатель входов в положение «GND». На экране осциллографа должна появиться прямая линия. Данную линию ручкой VERTICAL POSITION совместить с одной из горизонтальных линий нанесенной на экран шкалы. Таким образом задается начало отсчета –

нулевая линия или линия отсчета, относительно которой будут про-

изводиться дальнейшие измерения.

Переключатель TIME/DIV установить в произвольное положение (исключая режим X-Y). Ручку VARIABLE (плавно) переключателя VOLTS/DIV повернуть вправо до легкого щелчка. При неизвестном значении измеряемого напряжения переключатель VOLTS/DIV установить в крайнее левое положение (соответствующее минимальной чувствительности). В противном случае (если известно приблизительное зна-

чение измеряемого сигнала) переключатель установить в необходимое положение. Далее следуйте приведенным ниже инструкциям.

(1) Измерение постоянного напряжения

Для измерения постоянного напряжения установить переключатель входов в положение «DC» – открытый вход. Переключатель TIME/DIV установить в произвольное положение. Наблюдая за отклонением луча по вертикали, подать на вход осциллографа исследуемый сигнал. Если луч отклонился вверх, то измеряемое напряжение положительное, если вниз – отрицательное. Увеличивая чувствительность осциллографа, переключателем VOLTS/DIV добейтесь смещения, наблюдаемой линии от ранее заданной нулевой линии на несколько клеток-делений шкалы (не менее 4-х). Измеряемое напряжение рассчитывается по формуле:

Ux = Nд СU ,

где Nд – число делений, на которое отклонился луч относительно нулевой линии; CU – коэффициент отклонения (по переключателю

VOLTS/DIV).

(2) Измерение амплитуды переменного напряжения

Измерение амплитуды переменного напряжения осуществляется следующим образом. Предварительно необходимо задать линию отсчета в средней части экрана. Переключатель входов установить в положение «AC» – закрытый вход, однако если постоянная составляющая в исследуемом сигнале относительно мала, то можно вход открыть. Подать на один из входов исследуемый сигнал. Манипулируя переключателями

VOLTS/DIV и TIME/DIV, установить такие коэффициенты отклонения, чтобы размах изображения на экране по вертикали занимал не менее 4-х клеток, а по горизонтали наблюдалось 2-3 периода исследуемого сигнала. Амплитуда напряжения рассчитывается по формуле:

Um = ∆N2СU ,

где ∆N – размах сигнала по вертикали, выраженный в делениях шкалы.

(3) Измерение временных интервалов

При измерении временных интервалов (длительность импульсов, период и т.д.) необходимо ручку плавной регулировки SWP.VAR повернуть в крайнее правое положение, при котором коэффициенты развертки соответствуют калиброванным значениям градуировки переключателя TIME/DIV.

Используя ручки перемещения луча по вертикали и горизонтали, желательно поместить измеряемый интервал в центр экрана. Переключателем «TIME/DIV» установите длину измеряемого временного интервала на экране не менее 4-х делений шкалы.

Длительность временного интервала рассчитывается по формуле: tx = N Сt ,

где N – число делений шкалы, которое составляет временной интервал; Ct – значение коэффициента развертки (по переключателю TIME/DIV).

4.ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

КВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1.Ознакомиться практически с органами управления осциллографа. Подготовить осциллограф GOS-620FG к работе. Включить прибор. Прогреть в течение 3-х минут.

2.Проверить калибровку осциллографа.

3.Используя наборное поле лабораторного стенда и дополнительные проводники, подключить канал 1 осциллографа к источнику пита-

ния Е1 лабораторного стенда для проведения измерений. Руководствуясь показаниями осциллографа, установить на выходе «+25 В» источника питания Е1 напряжение +12,6 В с помощью двух коэффициентов вер-

тикального	отклонения канала (переключатель	VOLTS/DIV):
1) 5 В/дел; 2)	2 В/дел. Измерить указанное напряжение	с помощью

встроенного вольтметра лабораторного стенда. Считая показания вольтметра истинными, определить абсолютную и относительную погрешность измерения постоянного напряжения осциллографом для указанных коэффициентов вертикального отклонения луча. Сделать выводы.

4. Используя модули с резистором и конденсатором, выданные преподавателем, собрать на наборном поле лабораторного стенда фазосдвигающую RC-цепь (рис. 20), обеспечивающую заданный фазовый сдвиг между входным и выходным гармоническими напряжениями ϕKU. Рассчитать частоту входного сигнала, при котором обеспечивается заданное значение ϕKU (уточнить у преподавателя).

Примечание. Формулы для расчета искомых параметров: для RC-цепи, начинающейся с резистора:

f =	−tgϕKu	; K	U	=	Uвых	=	1	;

	2πτ				Uвх		1+(2πf τ)2

для RC-цепи, начинающейся с конденсатора:

f =	1	; K =	Uвых	=	2πf τ	,

	2πτtgϕKu	U	Uвх		1+(2πf τ)2

где f – рабочая частота генератора GFG-8216A; τ = RC – постоянная времени цепи.

Пользуясь органами управления, установить на выходе функционального генератора GFG-8216A синусоидальное напряжение Um = 5 В (контролировать с помощью осциллографа) с частотой, соответствующей рассчитанному значению. Подать данное напряжение на вход исследуемой цепи. Подключив осциллограф (канал 1 – к входу, а канал 2 – к выходу цепи), зарисовать сфазированные осциллограммы. Рассчитать коэффициент передачи цепи KU, измерив осциллографом амплитуды входного и выходного сигналов. Определить ϕKU тремя способами. Сравнить результаты измерений с теоретическими значениями и рассчитать погрешность измерений. Сделать выводы.

Примечание: способы измерения ϕKU.

Поместить нулевые линии обоих каналов осциллографа на один уровень. Установить синхронизацию от 1-го канала (т.е. задать начальную фазу входного напряжения φUвх = 0).

Способ 1 (пропорцией). Измерить временной интервал (tx) между переходами синусоид через нулевую линию из «–» в «+» и период T одного из сигналов. Далее составляется пропорция:

tx – φKU

T – 2π (360°)

либо

tx – φKU

T/2 – π (180°)

Решая пропорцию, получаем φKU.

Способ 2 (основной, метод 6-ти клеток). С помощью ручки SWP.VAR и пе-

реключателя TIME/DIV установить размер изображения полупериода входной синусоиды равным 6 клеток. В этом случае на одну клетку шкалы приходится: 180°6 =30°. Поскольку в одной клетке 5 малых делений, следовательно, цена ма-

лого деления составляет: 30°5 = 6°. Определив количество малых делений N на интервале между переходами синусоид через нулевую линию из «–» в «+», рассчитываем фазовый сдвиг: ϕKU = N 6°.

Способ 3 (с помощью фигуры Лиссажу). Пользуясь ручкой VARIABLE (плавно) переключателя VOLTS/DIV канала 1, уменьшить изображение входного сигнала до размера выходного. Переключить осциллограф в режим работы «X-Y» (переключатель TIME/DIV). Переместить полученное изображение эллипса (фигура Лиссажу) в центр экрана, зарисовать его и измерить параметры A и B (рис. 16), необходимые для определения ϕKU. Рассчитать фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами по формуле:

ϕKU = arcsin (AB ) .

5. Контролируя осциллографом, с помощью органов управления установить на выходе генератора GFG-8216A пилообразное напряжение положительной полярности, амплитудой до 3 В, частотой до 100 кГц и соотношением длительностей прямого и обратного хода пилы tпх > tох. Зарисовать полученную осциллограмму. Измерить параметры пилообразного напряжения.

Примечание: в исходном состоянии на выходе генератора GFG-8216A формируется двухполярный сигнал с соотношением длительности прямого и обратного хода равной 2. Изменение данного соотношения осуществляется ручкой DUTY в режиме ADJ (ручку регулятора DUTY потянуть на себя). Для получения однополярного сигнала необходимо регулятор смещения сигнала OFFSET перевести в режим подстройки ADJ (ручку регулятора OFFSET потянуть на себя).

Произвольным образом изменить соотношение длительностей прямого и обратного хода пилы на противоположное, т.е. tпх < tох, и увеличить амплитуду сигнала. Зарисовать осциллограмму. Определить параметры полученного сигнала.

6. Наблюдая осциллографом, с помощью органов управления установить параметры прямоугольных импульсов на выходе генератора GFG-8216A: полярность – положительная (отрицательная), амплитуда – до 5 В, скважность – отличная от 2, частота – до 100 кГц). Определить основные, производные и дополнительные параметры заданных импульсов. Зарисовать осциллограмму исследуемого сигнала в общем и укрупненном виде. Рассчитать скважность.

Примечание: в исходном состоянии на выходе генератора GFG-8216A формируется двухполярный сигнал скважностью 2. Регулировка скважности осуществляется ручкой DUTY в режиме ADJ (ручку регулятора DUTY потянуть на себя). Для получения однополярного сигнала необходимо регулятор смещения сигнала OFFSET перевести в режим подстройки ADJ (ручку регулятора OFFSET потянуть на себя). Контролируя выходной сигнал осциллографом, задать необходимые скважность и смещение.

	C		R
uвх	R uвых	uвх	C	uвых
uвх	R uвых	uвх		uвых
	а		б

Рис. 20. RC – цепь, начинающаяся с конденсатора (а) и резистора (б).

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Программа работы (кратко, без подробного описания действий).

3.Результаты выполнения каждого пункта программы (при необходимости):

–принципиальные схемы исследуемых цепей (устройств);

–результаты измерений, сведенные в таблицы;

–сфазированные осциллограммы с указанием характерных параметров для всех сигналов.

4.Выводы (приводятся либо в конце каждого пункта по ходу выполнения, либо в конце работы).

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Поясните физический смысл параметров, входящих в математическую модель гармонического сигнала.

2.В чем заключается главное отличие между аналоговым и импульсным сигналами?

3.Назовите основные, производные и дополнительные параметры импульсных импульсов. С помощью диаграмм поясните, как они определяются.

4.Что такое осциллограф?

5.Поясните устройство электронно-лучевой трубки осциллографа.

6.Расскажите принцип действия осциллографа по функциональной схеме.

7.Что такое развертка? Нарисуйте диаграмму напряжения развертки. Поясните поведение электронного луча под действием напряжения развертки.

8.Укажите назначение режима X-Y. В чем его отличие от классического режима?

9.Назначение синхронизации в осциллографе? Как она осуществляется? Виды синхронизации?

10.Назовите наиболее часто встречающуюся на практике причину отсутствия синхронизации. Что делать, если нет синхронизации?

11.В чем заключается различие ждущего и автоколебательного режимов работы генератора развертки?

12.Как обеспечить «паспортную» точность измерения осциллогра-

фом?

13.Поясните смысл терминов «открытый» и «закрытый» вход осциллографа.

14.Как на практике определить потенциальный и «земляной» провод сигнального кабеля осциллографа?

15.Почему нельзя «земляные» концы сигнальных кабелей обоих каналов осциллографа подключать в точки схемы с разными потенциалами?

16.Как снять осциллограмму тока с помощью осциллографа?

17.Опишите органы управления и подключения осциллографа

GOS-620FG.

18.Подготовьте осциллограф к включению. Проверьте калибровку осциллографа.

19.Укажите, с пояснениями, возможные режимы работы каналов тракта вертикального отклонения луча.

20.Перечислите запрещенные режимы и действия при работе с осциллографом.

21.Подготовьте осциллограф к проведению измерений, установив органы управления прибором в исходное состояние. Проведите с помощью осциллографа измерение постоянного напряжения неизвестной величины и полярности (по заданию преподавателя).

22.Выполнить задание. Повторить выполнение пункта 5 или 6 программы лабораторной работы. Результаты измерений продемонстрировать преподавателю. Описать алгоритм проведения требуемых измерений.

6.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства: Учеб. пособие для вузов по спец. «Радиотехника». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1989. – 527 с.

2.Розова Н.В. Электрические и радиотехнические измерения: учебное пособие / Н.В. Розова, С.И. Третьяков. – Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2005. – 107 с.