методичка по метрологии 2012

Рисунок 3.1 -Структурная схемаосциллографа

Внеевходят следующие блоки:

1)электронно-лучевая трубка(ЭЛТ);

2)блоквертикального усиления;

3)усилитель горизонтального отклонения;

4)генераторразвертки (ГР);

5)блокпитания.

Любой осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки и двух электрических каналов, по которым поступают напряжения для вертикального игоризонтального отклонений луча.

Канал вертикального отклонения обозначают У, а канал горизонтального отклонения X.

Канал вертикального отклонения У предназначен для передачи исследуемого электрического сигнала на вертикально отклоняющиеся пластины ЭЛТ. В канал входят делитель напряжения, усилитель и калибраторамплитудыкаквспомогательноеустройство.

Делитель напряжения позволяет расширить пределы измеряемых входных напряженийи обеспечить необходимое входноесопротивление ЭЛО. Усилитель осуществляет преобразование измеряемого сигнала до уровня, достаточного для отклонения лучапо вертикали на весь экран.

Калибратор амплитуды используется для установки коэффициента усиления канала вертикального отклонения и представляет собой генератор прямоугольных импульсов определенной величины и частоты следования. Обычно значение калиброванного сигнала составляет 0,1 и 1 В, следующих с частотой1 и 2 Гц.

Канал горизонтального отклонения X предназначен для формирования линейно изменяющегося напряжения, вызывающего отклонение луча ЭЛТ по горизонтали. Он включает в себя генератор развертки, усилитель и блоксинхронизации.

Генератор развертки служит для формирования пилообразного напряжения, обеспечивающего постоянную скорость горизонтального перемещения луча. Усилитель обеспечивает значение пилообразного напряжения, достаточное для отклонения луча на весь экран, блок синхронизации предназначен для принудительного генерирования генератором развертки напряжения с частотой, равной или кратной частоте исследуемого сигнала. Управление блоком синхронизации может осуществляться от сети, исследуемым сигналом (внутренняя синхронизация - Вн.) и от внешнего источника сигналов (внешняя синхронизация

-Вш).

Канал управления яркостью луча Z предназначен для формирования и подачи прямоугольных импульсов напряжения в цепь модулятора. Этот канал служит для калибратора длительности при определении времени действия исследуемых периодических и апериодических электрических сигналов, т.е. для расшифровки осциллограммы по горизонтальной оси.

С помощью канала Z яркость луча можно отрегулировать так, чтобы при отрицательных значениях прямоугольных импульсов свечения на экране ЭЛТ не было. При этом получается штриховое изображениеосциллограммы.

Расстояние между началами светлых штрихов пропорционально периоду калиброванного сигнала. Так, если частота калиброванного сигнала составляет 2 кГц, то расстояние между штрихами соответствует

0,5 мс.

Главным элементом электронного осциллографа является элек- тронно-лучевая трубка с электростатическим управлением лучом (рисунок3.2).

Рисунок 3.2 -Устройство электронно-лучевойтрубки:

I -нить накала;2-катод; 3 -управляющийэлектрод; 4 -первый анод; 5 -второй анод;6 - вертикально отклоняющиепластины; 7 -горизонтально отклоняющиепластины; 8,9, 10 -потенциометры

Она представляет собой стеклянный баллон с высоким вакуумом, внутри которого находятся электронная пушка и две пары взаимноперпендикулярных пластин.

На внутренней поверхности дна баллона нанесен тонкий слой люминофора-вещества, способного светиться при падении на него электронов. Этот слойобразует экран трубки.

Электронная пушка предназначена для создания тонкого электронного луча. Она состоит из катода, модулятора (управляющего электрода), ускоряющего электрода и фокусирующего электрода. Катод окружен управляющим электродом М, в котором имеется отверстие для пропускания электронов. Назначение модулятора концентрировать луч коси трубки ирегулировать яркость свечения пятнанаэкране.

Первый анод А1 позволяет фокусировать луч, делать его тоньше. Второй анод А2 служит для ускорения электронного пучка. Он, как и первый анод, имеет форму цилиндра.

После второго анода расположены две пары взаимноперпендикулярных пластин, на которые подается напряжение сигнала и развертки. Под действием полей электрических напряжений электронный луч от-

клоняется в горизонтальном и вертикальном направлениях. Если на отклоняющие пластины, расположенные после второго анода, не подавать напряжения, электронный луч пройдет между ними не отклонившись (рисунок3.3).

Рисунок 3.3 – Расположениеотклоняющихся пластин ЭЛТ

Если же одна из пластин имеет положительный потенциал, электронный луч будет притягиваться к ней, а отрицательная пластина будет его отталкивать. Когда к пластинам подводят переменное напряжение, луч перемещается по экрану в соответствии с изменением величины и полярности напряжения во времени. Отклонение луча пропорционально величине отклоняющего напряжения. Если на горизонтально отклоняющие пластины не подавать напряжение, то на экране трубкибудет вертикальная линия.

Для того чтобы на экране осциллографа получить картину электрического сигнала, необходимо заставить луч перемещаться не только по вертикали, но и по горизонтали. С этой целью на горизонтально отклоняющие пластины подают напряжение развертки пилообразной формы.

Для получения неподвижного изображения на экране осциллографа необходимо, чтобы период развертки Тх был равен целому числу периодов исследуемого сигнала Ту, т.е.T х = пTу. Выполнение этого условия называется синхронизацией напряжения развертки и исследуемого сигнала.

3.2 Оборудование

-осциллограф малогабаритныйОМШ-ЗМ, С1-101;

-автотрансформатор ЛАТР;

-источникпеременного напряжения U= 36-42В;

-генераторнизкочастотный ГЗЛ-1;

-генератортипаГ3-36;

-вольтметртипаВ7-16А.

Осциллограф малогабаритный ОМШ-ЗМ предназначен для проведения лабораторных работ и служит для наблюдения, контроля формы и измерения параметров электрических сигналов, для настройки усилителей и генераторов низких частот, низкочастотных логических и других схем. Условное обозначение У на задней панели означает, что изделиенепредназначено для промышленных измерений.

Техническиехарактеристики

-входноесопротивление-1,0 МОм ± 20 %;

-входная емкость -неболее 40 пФ;

-полоса пропускания при неравномерности частотной характеристики± 3 дБ -от 0 до 25 кГц;

-максимально допустимая величина напряжения сигнала, подаваемого на вход осцилло1рафа, зависит от положения переключателя входного делителя и при коэффициенте отклонения 10 В/дел составляет неболее100 В;

-напряжение питающей сети 42 В ±2,1 В, частота питающей сети -

50 Гц.

3.3 Порядок выполнения работы

Предупреждение!

В осциллографе имеется опасное для жизни высокое напряжение

1000-1500 В.

Категорическизапрещается:

-заменять предохранитель;

-снимать ручки управления;

-вскрывать прибор при включенной в электросеть вилке осциллографаи втечение3-5 мин послеего отключения от сети.

3.3.1 Изучите руководство по эксплуатации ЭО (электронного осциллографа) ОМШ-ЗМ.

3.3.2 Перед включением в сеть необходимо осмотреть прибор и убедиться в отсутствии наружных повреждений. Заземлить корпус прибора(зажим «земля»).

3.3.3 Перед включением ЭО регуляторы управления установить в среднем положении, переключатель входного делителя напряжения каналавертикального отклонения -в положение10 В/дел.

3.3.4 Включить вилку прибора в сеть, через 5 мин после включения регулятор« п»повернуть вправо до появления луча наэкране.

Регуляторами «» и « » необходимо отрегулировать прибор так, чтобы изображение было чистым и хорошо видимым, но не слишком ярким. Регуляторами «↕» и «↔» необходимо сместить луч в нужное место.

3.3.5Ознакомиться с работой ЭО, подав на вход Y синусоидальные колебания с частотой 100 Гц от генератора ГЗЛ. Изучите работу развертки, получив неподвижное изображение сигналов частотой 100, 500

и1000 Гц с помощью клавиш частоты развертки «грубо» и регулятора «плавно». При правильном выборе режима работы на экране трубки должно быть неподвижное изображение сигнала. Если изображение мало, то переключением входного делителя надо увеличить его до нормального (4-5 делений).

3.3.6Измерение амплитудыимпульсных сигналов(рисунок3.4). Необходимая аппаратура:

-осциллограф ОМ111-ЗМ; -генераторимпульсный 11РШ-1; -вольтметр;

-источник регулируемого постоянного напряжения.

Рисунок 3.4 – Осциллограмма двух импульсов

Если допустима невысокая точность измерения, то амплитуду импульсовможно определить с помощьюмаскинаэкранетрубки.

Для этого необходимо переключатель «В/дел» установить в такое положение, чтобыамплитуда изображения составилаоколо 5 делений.

Пример. Предположим, что размах вертикального отклонения составляет 4,6 дел., переключатель «В/дел» установлен в положении «0,3». Отсюда напряжениеамплитудыимпульсасоставляет:

4,6 делх 0,3 В/дел= 1,38 В.

Если требуется более высокая точность измерения, то можно отсчитать уровень осциллограммы с помощью регулируемого источника постоянного напряжения, подав на «вход У» напряжение, вызывающее отклонение луча, равное размаху импульсов, а затем измерить это напряжениес помощьювольтметра(рисунок3.5).

Рисунок 3.5 – Схемаизмерения амплитуды импульсных сигналов

3.3.7 Измерение частоты по методу фигур Лиссажу. Необходимая аппаратура:

-источник измеряемой частоты(приставка-генераторПГШ-1);

-генераторнизкой частоты(типаГЗЛ);

-осциллограф ОМШ-ЗМ.

На вход усилителя горизонтального отклонения (рисунок 3.6) подают переменное напряжение от генератора низкой частоты (ГЗЛ), котороене должно превышать 5 В.

На вход вертикального отклонения (вход Y) подают напряжение

Рисунок 3.6 -Схемаизмерения частотыметодом фигурЛиссажу

сигнала, частоту которого следует измерить. Когда частота генератора Г3-36 точно соответствует частоте измеряемого напряжения, то на экране осциллографа появится неподвижное изображение. Если измеряемое напряжение имеет синусоидальную форму, то это изображение является окружностью, эллипсом илиотрезком прямой линии.

Если одна из сравниваемых частот является целым кратным второй частоты, то на экране ЭО получаются простые фигуры, форма которых изменяется подвлиянием взаимного фазового сдвига.

На рисунке 3.7 представлены фигуры Лиссажу для соотношения частот 5:1, 1:2, 2:1.

Рисунок 3.7 – ФигурыЛиссажу для соотношения частот 5:1, 2:1, 1:2

Если одна из частот не является кратной второй частоте, но их отношение выражается отношением целых чисел, то получаются фигуры болеесложного вида(рисунок3.8.)

Рисунок 3.8 -Фигуры Лиссажу для соотношения частот 9:3, 5:2, 3:1

Отношение частот равно отношению числа вершин фигуры на одной стороне образованного прямоугольника к числу вершин на другой сторонеего. Справедливо простоеотношение:

=,

где - частота напряжения, подаваемого на вход вертикального отклонения;

т-число вершин вгоризонтальнойплоскости;

-число вершин ввертикальной плоскости;

-частота напряжения, подаваемого на вход горизонтального отклонения.

Точность измерения частоты определяется точностью калибровки используемого генератора.

3.3.8 Измерение длительности сигнала между двумя его точками (рисунок3.9).

Необходимоеоборудование:

-генератор низкойчастотытипаГЗЛ-1;

-осциллограф ОМШ-ЗМ.

Рисунок 3.9 – Схемаизмерения длительностисигнала

Для измерения длительности сигнала необходимо: а) подать исследуемый сигналнавходY ЭО;

б) установить переключатель «В/дел» в такое положение, чтобы изображение на экране составляло 3-5 делений по амплитуде (рисунок

3.10);

Рисунок 3.10 – Измерениедлительностии частотысигнала

в) установить переключатель «время/дел» в такое положение, при котором расстояние между измеряемыми точками будет меньше 8 делений;

г) установить ручкой «точно» устойчивое изображение на экране

ЭЛТ;

д) переместить ручкой «↕» изображение так, чтобы точки, между которыми измеряется время, находились нагоризонтальной линии;

е) установить ручкой «В/дел» изображение так, чтобы точки, между которыми измеряется время, находились в пределах восьми центральных делений сетки;

ж)измерить горизонтальноерасстояниемежду точками А иВ; з) умножить расстояние, измеренное в подпункте «ж» на коэффи-

циент развертки инайти длительность.

Пример. Допустим, что расстояние между измеренными точками А и В составляет 6 дел (рисунок 3.10), а переключатель «время /дел» установлен вположении 0,2 ms. Время = 0,2 ×6 = 1,2 .