ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Осциллограф – это электронно-измерительный прибор, предназначенный для визуального наблюдения электрических сигналов постоянного и переменного тока в реальном масштабе времени. С его помощью можно наблюдать не только форму сигнала, но и измерять его амплитуду, длительность, сдвиг фаз.

Современный осциллограф – это сложный прибор, нередко имеющий в своем составе микропроцессор и электронную память, что делает работу с ним очень приятной и интересной. В приборе есть четыре основных узла: электронно-лучевая трубка (экран), канал горизонтального отклонения луча (координата Х или временная ось), канал вертикального отклонения луча Y и, для того чтобы наблюдаемый сигнал был неподвижен на экране, блок синхронизации.

Наиболее удобны для измерений двухканальные осциллографы, например С1-118А. С его помощью можно наблюдать одновременно два сигнала. Следует помнить, что измеряемым параметром для осциллографа является только напряжение. Однако при знании закона Ома можно измерять ток, активное сопротивление, емкость, индуктивность, а также и импеданс. Поскольку по функциональному составу все осциллографы в основных блоках одинаковы (имеют каналы Y, канал Х и блок синхронизации), то, освоив работу на одном приборе, в дальнейшем не возникает особых проблем с незнакомыми приборами.

Мы будем выполнять лабораторные работы с помощью низкочастотного двухканального осциллографа С1-118А.

Осциллограф С1-118а

Назначениеоргановуправления

На рис. П.1.1 показана передняя панель прибора с экраном и органами управления.

Рис. П.1.1

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

-102-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Назначение органов управления

Каждая ручка, кнопка, гнездо разъема имеют свое условное обозначение, по которому можно определить их функциональное назначение:

ручка «» – регулировка яркости; ручка « » – фокусировка луча;

переключателем «V/дел» определяют размах сигнала по вертикали; ручки «» – смещение луча каналов V1 и V2 соответственно; гнезда « » – входы каналов Y1 и Y2;

кнопки «~/ ~ » – установка закрытого или открытого входов Y1 или Y2 ; кнопка «Y1» – включение канала Y1;

кнопка «Y2 » – включение канала Y2 ;

кнопка «		/ » – переключение режимов коммутации;
гнездо «	синхр » – подключение сигнала внешней синхронизации;
ручка «уров.» – установка уровня запуска развертки;

переключатель «Время/дел» – установка масштаба развертки по оси Х; ручка «» смещение лучей по горизонтали (оси Х); кнопка «Внутр./Внешн.»– переключение режима синхронизации канала Х;

кнопка «ТВ/Норм.» – переключение режима запуска развертки (режим «ТВ», применяется только при измерениях телевизионных сигналов.

Включениеинастройкаосциллографа

С помощью сетевого шнура включить прибор в сеть. Ручки«», « »,

«		» и «		» установить в среднее положение, кнопку « µS/ mS» – в положе-
ние «mS». Нажать кнопку «Вкл.» и через 2–3 минуты на экране появится

растр. С помощью указанных выше органов управления скорректировать яркость и центровку растра. Соединить измерительный шнур с входным разъемом канала Y1 или Y2 и нажать кнопку, соответствующую выбранному кана-

лу «Y1» или «Y2».

Примечание. Если выводы измерительного шнура не маркированы и неизвестно, который их них «земля», а который – «сигнальный», то проблему можно решить так:

установить переключатель выбранного канала в положение «50 mV»; взять в каждую руку по одному выводу от шнура (касаясь руками выво-

дов). На экране при этом появится искаженная синусоида– сигнал «наводки»; прикоснуться по очереди каждым выводом корпуса разъема, к которо-

му подключен измерительный шнур; если при касании «наводка» исчезает, то это сигнальный вывод;

если «наводка» не исчезает при касании, то это «земляной» вывод. Осталось только запомнить, где какой.

Если вы будете работать с одним каналом, например с Y1, то растр второго канала можно выключить (чтобы не мешал), отпустив кнопку «Y2».

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

-103-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Исследованиеформысигнала

Прежде чем подключать осциллограф к исследуемой схеме, решите для себя, какие сигналы Вас интересуют:

•если сигналы только переменного тока, то кнопку «~/ ~ » соответствующего канала нужно нажать. При этом сигналы постоянного тока не пройдут на вход осциллографа. Вход – «закрытый»;

•если сигналы постоянного тока или и то и другое, то нужно эту кнопку отпустить, т. е. установить в положение « ~ ». В этом режиме все сигналы проходят на вход осциллографа, и вход «открытый».

Итак, Вы выбрали режим, подали сигнал на вход, а луч с экрана кудато «исчез». Не волнуйтесь – это просто очень большая амплитуда сигнала. Чтобы вернуть изображение на экран переключателем «V/дел», уменьшите амплитуду сигнала так, чтобы «картинка» не выходила за его пределы. Теперь Вы видите, что сигнал есть, но картинка «бежит». Чтобы остановить изображение, необходимо настроить канал Х осциллографа:

кнопку «Внутр/Внешн» установить в положение «Внутр»; кнопку «Т3/Норм» – в положение «Норм»;

кнопку Y1/Y2 – в положение того канала, с которым Вы работаете; кнопку « / » – в положение « »;

плавно вращая ручку «Уровень», добиваться неподвижной картинки. Форму сигнала удобно анализировать, если на экране высвечивается

не более чем 1,5–2 периода. Для этого нужно с помощью переключателя «Время /дел» изменить масштаб развертки. Если на экране остается все же большое число периодов, то кнопку «µS/mS» нужно перевести в положение «µS», и вновь подобрать масштаб переключателем.

Измерениеамплитудыичастоты

Амплитудные и временные параметры сигнала измеряют методом калиброванной шкалы. Для этого на рабочую часть экрана наносят сетку, имеющую 8 делений по вертикали и 10 делений по горизонтали (рис. П.1.2).

Измерения производят следующим образом. Пусть, например, на экране имеем изображение синусоиды, которая по вертикали занимает 6 делений (клеточек), а по горизонтали – один период (расстояние между точками с одинаковой фазой) – 6 делений. Амплитуду сигнала оценивают следующим образом: определяют положение переключателя «V/дел». Положим, он стоит в положении 0,5. Это означает, что одно деление имеет цену 0,5 В, следовательно, размах сигнала (двойная амплитуда) будет составлять 3 В, а амплитудное значение – 1,5 В.

Определим теперь частоту. Пусть кнопка «µS/mS» стоит в положении mS, а переключатель «Врем/дел» – в положении 5. Это означает, что одно де-

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

-104-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Измерение амплитуды и частоты

ление по горизонтальной оси имеет цену 5mS (с5 10−3 ). Следовательно, период колебаний исследуемого сигнала

Т = 5 10−3 6 = 30 10−3 с.

Тогда

	f =	1	=	1	≈ 33,3 Гц.
		Т		30 10−3

Измерениефазовыхивременныхсоотношенийсигналов

Преимущество двухканального осциллографа проявляется при сравнении параметров двух синхронных сигналов. Синхронными считают сигналы, которые получены от одного генератора. Прежде чем подключить осциллограф к исследуемой цепи, следует знать, что «земляные» выводы измерительных шнуров, подключенных к каналам «Y1» и «Y2», соединены с корпусом осциллографа и образуют между собой короткозамкнутую перемычку. Поэтому выводы «земля» от обоих каналов должны быть всегда включены в одну и ту же точку схемы.

Для измерения фазовых соотношений синусоидальных сигналов одинаковой частоты необходимо:

кнопки «Y1» и «Y2» нажать;

ручками «» и переключателем «V/дел» установить изображения сигналов в поле экрана;

кнопку « / » – в положение « »; кнопку «Внутр/Внешн» установить в положение «Внутр»;

кнопку «Y1/Y2» поставить в одно из положений «Y1» или «Y2», при этом синхронизация развертки будет происходить от выбранного канала;

кнопкой «µS/mS» и переключателем «Время/дел» установить на экране один-полтора периода колебаний.

Затем установить изображение сигналов обоих каналов симметрично относительно горизонтальной оси экрана, как показано на рис. П.1.2. По одному из сигналов определить число делений на один период колебаний (в нашем примере их 6).

По изображению на экране определяем, что сигнал в канале Y1 отстает во времени от сигнала Y2. Причем это отставание определяется по расстоянию между точками двух синусоид, имеющих одинаковую фазу при пересечении оси Х (в нашем примере на рисунке ∆ = 1 делен.).

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

-105-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Измерение фазовых и временных соотношенийсигналов

Далее по положению кнопки «mS/µS » и переключателя «Время/дел» определяем временные параметры сигнала (в нашем примере переключатель «Время/дел» и кнопка «mS/µS » дают 2 mS на одно деление).

Тогда

T = 6 2 10−3 =12 10−3 с,

а задержка

∆t =1 2 10−3 = 2 10−3 с.

Y

uY 1

uY 2

X

T

Рис. П.1.2

Обычно фазовый сдвиг измеряют в градусах (или радианах). Так как

Т = 2π = 360°,

то составляем пропорцию

360 : 12 10−3 =ϕ : 2 10−3 ,

решая которую получаем

ϕ = 60°.

Отсюда следует,что сигналY1 отстает по фазе от сигналаY2 на 60° (илиπ/3).

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

-106-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Измерение фазовых и временных соотношенийсигналов

Из опыта измерений: период и ∆ можно измерять и между максимумами сигналов, но точность при этом будет заметно ниже.

Режимвнешнейсинхронизации

Этот режим удобен при наблюдении слабых сигналов, порядка 10/mV, или когда сигнал имеет апериодический (затухающий) характер, например при исследовании переходных процессов.

При этом устойчивую «картину» на экране осциллографа можно получить, если для синхронизации канала Х использовать внешний сигнал. Для реализации этого режима необходимо:

кнопку «Внутр/Внешн» перевести в положение «Внеш.»; подать сигнал на вход «Синхр»; ручкой «Уров» добиться устойчивого изображения.

Кнопка «/» определяет полярность запускающего сигнала. Если, например, на вход «Синхр» подаются прямоугольные импульсы положительной полярности, то при положении кнопки « » запуск развертки б у- дет происходить перед началом импульса (передним фронтом), а если кнопка в положении «», то запуск будет производиться задним фронтом импульса. Момент начала развертки при этом не будет зависеть от амплитуды исследуемого сигнала.

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

-107-