Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту
України
Волинський технікум НУХТ
Кафедра « Інформатики
та комп'ютерної техніки»
Лабораторна робота №4
з електрорадіовимірювальної практики
Підготувала: ст. гр. 47
Перевірив: Бондар О. М.
Луцьк-2014
Тема: Вивчення роботи осцилограма.
Мета: Вивчити будову і принцип дії електронного осцилографа (ЕО).
Засвоїти методику підготовки ЕО до використання і проведення вимірів.
Теоретичні відомості
Електронно-променеві осцилографи (ЕО) широко застосовують для спостереження форм кривих періодичних і неперіодичних напруг, для виміру миттєвих значень напруг, кута зсуву фаз, частоти, часових інтервалів і т.д. Осцилографи володіють високої чутливістю, широким частотним діапазоном і низьким власним споживанням потужності.
Деякі типи ЕО дозволяють спостерігати два і більше досліджуваних сигналів, робити запам'ятовування зображення на екрані ЕО на значний час, фотографувати зображення.
У залежності від точності відтворення прямокутної напруги, точності виміру, часових інтервалів ЕО поділяють на класи точності: 3%; 5%; 10%.
Устрій ЕО
В основу вимірів більшості ЕО закладений метод вимірів по каліброваній шкалі. Відповідно до цього методу побудована функціональна схема ЕО. Принцип дії ЕО і взаємодія основних вузлів пояснюється блок-схемою (рис. 5.1).
До складу блок-схеми ЕО входять такі основні елементи: вхідний атенюатор, попередній підсилювач, лінія затримки, кінцевий підсилювач; калібратор, схема синхронізації, генератор розгорнення, схема керування променем, підсилювач розгорнення, електронно-променева трубка, блок живлення.
Досліджуваний сигнал подається на вхідне гніздо "Вхід У". За допомогою вхідного атенюатора, що представляють собою частотно-компенсований дільник напруги, вибирають величину сигналу, зручну для спостереження і дослідження на екрані ЕПТ, через атенюатор сигнал надходить на попередній підсилювач, у якому відбувається основне посилення сигналу.
Для дослідження і спостереження коротких імпульсів на виході попереднього підсилювача включена лінія затримки.
Рис. 1
Кінцевий підсилювач підсилює досліджуваний сигнал до величини, достатньої для нормального спостереження його на екрані ЕПТ. З попереднього підсилювача вертикального відхилення (ПВВ) досліджуваний сигнал надходить на вхід схеми синхронізації і запуску розгорнення. Для запуску розгорнення може бути використаний зовнішній сигнал, поданий на гніздо "Вхід. сінхр." Схема синхронізації і запуску розгорнення виробляє прямокутні імпульси постійної амплітуди незалежно від величини і форми сигналу, що надходить на вхід; завдяки цьому досягається стійкий запуск генератора розгорнення, що виробляє пилкоподібну напругу.
Лінійно змінювана напруга з генератора розгорнення надходить на її підсилювач, де підсилюється до необхідної величини. З виходу підсилювача розгорнення пилкоподібна напруга подається на горизонтально відключаючі пластини ЕПТ.
У ЕО передбачена можливість подачі зовнішнього сигналу на підсилювач розгорнення при подачі на гніздо "Вхід X", при цьому підсилювач розгорнення відключений від схеми генератора розгорнення.
Калібратор генерує прямокутні імпульси, які використовуються для калібрування коефіцієнтів розгорнення і відхилення.
Блок живлення забезпечує напругою всю схему ЕО.
Головною частиною ЕО є електронно-променева трубка (ЕПТ) з електростатичним керованим променем, що являє собою сфокусований пучок швидкоплинних електронів. Джерелом електронів служить розігріваний катод К (рис. 1), вміщений усередині циліндричного керуючого електрода з отвором – модулятора М. Зміною негативного (відносно катода) потенціалу модулятора регулюється інтенсивність пучка електронів і тим самим змінюється яскравість світіння люмінофора, яким вкритий екран Е. Крім керування яскравості модулятор концентрує електронний вузький пучок. Для чіткого фокусування променя на екрані використовується фокусуючий анод ФА. Енергію, необхідну електронам для руху в пучку і засвічування люмінофора, дає прискорюючий анод ПА, який має позитивний (щодо катода) потенціал в декілька кіловольтів.
На шляху до екрана пучок проходить між двома парами вертикально (ВВ) і горизонтально (ГВ) відхиляючих пластин. Під дією напруги, прикладеної до відповідної пари пластин, світлова точка на екрані переміщається у вертикальному і горизонтальному напрямках.
Всі органи керування електронним променем виведені на передню панель ЕО.
Підготовка ЕО до вимірів
Перед включенням приладу в мережу треба попередньо установити органи керування в такі положення:
Шнур живлення приладу з'єднати з джерелом напруги і включити тумблер "Мережа", при цьому повинна горіти сигнальна лампочка.
Через 2-3 хвилини після включення ЕО відрегулювати яскравість і фокусування лінії розгорнення за допомогою відповідних ручок. Якщо при максимальній яскравості на екрані не буде лінії розгорнення, необхідно за допомогою ручок перемістити її в межі робочої частини екрана.
Після 10-15 хвилин прогріву ЕО необхідно зробити балансування підсилювача вертикального відхилення (ПВВ). Сутність балансування полягає в тім, щоб промінь на екрані не переміщався при переключенні перемикача "Вольт/Діл." або "Вольт/См.". Для цього, не подаючи сигналу на вхід ПВВ, лінію розгорнення перемістити в середнє положення робочої частини екрана ЕПТ і регулюванням "Баланс" домогтися незалежності положення лінії розгорнення від положення перемикача.
Після збалансування зробити калібрування коефіцієнта відхилення і коефіцієнта розгорнення за каліброваною напругою прямокутної форми з відомими амплітудою і частотою. Цей пункт студенти виконують за вказівкою викладача.
Проведення вимірів за допомогою ЕОМ
1) Вимір напруги, струму і опору. Перед вимірами амплітуди досліджуваного сигналу необхідно перевірити калібрування і балансування ПВВ. Амплітуда напруги вимірюється подачею досліджуваної напруги на "Вхід У". За допомогою ручок сигнал сполучають з потрібними поділками шкали і вимірюють розмах зображення по вертикалі у поділках або у міліметрах. Для зменшення похибки за рахунок товщини променя виміри робити або обоє по нижніх, або обоє по верхніх краях лінії зображення.
При вимірах синусоїдної напруги, враховуючи, що розмах відповідає подвійній амплітуді синусоїди, одержимо
|
(1) |
де – коефіцієнт відхилення по вертикалі у "Вольт/Діл." або "Вольт/См.".
Звідси амплітуда напруги
|
(2) |
Діюче значення напруги
|
(3) |
Цей метод застосуємо і для визначення миттєвого значення напруги в будь-який момент часу t.
Струм і опір вимірюють за допомогою ЕО непрямим методом: визначають амплітуду напруги на зразковому опорі R і на невідомому , потім обчислюють струм і опір за формулами
|
(4) |
|
|
(5) |
де – діюче значення струму, отримане за допомогою ЕО;
– амплітуда напруги на зразковому опорі R;
– амплітуда напруги на невідомому опорі .
2) Вимір часових інтервалів. Перед вимірами часових інтервалів необхідно перевірити калібрування тривалості розгорнення за внутрішнім калібратором, вимірюваний часовий інтервал рекомендується встановити в центрі екрана за допомогою рукоятки. Для зменшення похибки виміру за рахунок товщини лінії променя виміри слід робити або обидва по правих, або обидва по лівих краях лінії зображення. Точність виміру часових інтервалів на екрані ЕПТ збільшується при збільшенні довжини вимірюваного інтервалу. Тому при вимірах треба правильно вибрати робочу тривалість розгорнення.
Вимірюваний часовий інтервал
|
(6) |
де – коефіцієнт відхилення по горизонталі в "с/діл." або “с/см" при заданому положенні перемикача "Час/Діл." або "Час/см."; – довжина інтервалу часу на екрані по горизонталі.
3) Вимір частоти. Частоту досліджуваного сигналу можна визначити, виміривши його період Т
|
(7) |
Для визначення частоти необхідно по екрану вимірити відстань l, що відповідає цілому числу періодів сигналу Т. Тоді шукана частота сигналу
|
(8) |
До інших осцилографічних методів виміру частоти відносяться методи фігур Лісажу і кутового розгорнення.
Сутність методу Лісажу полягає у тім, що якщо на входи горизонтального і вертикального каналів відхилення електронного променя подати напругу вимірюваної частоти і зразкової , то на екрані спостерігається зображення – фігура Лісажу. Якщо відхилення частот дорівнює відхиленню цілих чисел, то фігура на екрані буде непохильною. При цьому буде справедливе таке співвідношення
|
(9) |
де та – кількість точок торкання фігури з вертикальною і горизонтальною лініями.
З рівняння (9)
|
(10) |
За методом кругового розгорнення напруга зразкової частоти за допомогою фазозміщуючого кола RС формує дві зсунутих на 900 напруги тієї ж частоти. Якщо ці напруги подати на два входи осцилографа, то електронний промінь буде описувати на екрані окружність (еліпс) за час, рівний періоду зразкової частоти. Напругу вимірюваної частоти подають на модулятор ЕПТ, що викликає яскраву модуляцію променя. У позитивний напівперіод яскравість зображення зростає, у негативний – зменшується. Якщо та рівні між собою, то одна половина окружності на екрані буде темною, а друга – яркою. Якщо , то розгорнення пунктирне і нерухоме у випадку кратності частот і .
Вимірювана частота визначається за формулою
|
(11) |
де n – кількість темних і яскравих штрихів на круговому розгорненні.
4) Вимір кута зсуву фаз. До осцилографічних методів виміру кута зсуву фаз відносять методи лінійного розгорнення і еліпса.
Метод лінійного розгорнення дозволяє спостерігати на екрані двохпроменевого або однопроменевого осцилографа одночасно дві досліджуваних напруги: U1 та U2. При вимірі за допомогою однопроменевого осцилографу напруги U1 та U2 подають через електронний комутатор на вхід каналу вертикального відхилення, а розгортуючу напругу, синхронізовану з частотою досліджуваних напруг, – на вхід каналу горизонтального відхилення.
На екрані (рис. 2) виходять штрихові зображення напруг U1 та U2. По обмірюваним у масштабі відрізкам ab і ac можна обчислити
|
(12) |
Рис. 2
Для визначення кута зсуву фаз досліджуваних напруг
|
; |
за допомогою методу еліпса їх треба подати відповідно на входи каналів горизонтального і вертикального відхилень. При відключеному генераторі розгорнення на екрані спостерігають зображення еліпса (рис. 3).
Центр еліпса треба поєднати з початком координат і знайти точки перетинання еліпса з віссю абсцис (ординат) і максимальну абсцису (ординату) еліпса.
Якщо , то напруга, що відключає промінь по вертикалі, дорівнює нулю, а по горизонталі або . Відрізок еліпса пропорційний , а відрізок пропорційний . Кут зсуву фаз визначаємо за формулою
|
. |
(13) |
Рис. 3
Метод еліпса дозволяє виміряти значення фазового зсуву в діапазоні 0-180° без визначення знака фазового кута. Нахилу еліпса (див. рис. 3) відповідає 0<< 90 .
PAGE 38