2.1.3. Применение электронного осциллографа для измерений

Измерение напряжения

Измерение напряжения осциллографом проводится при помощи калибратора амплитуды. Для этого исследуемое напряжение подается на вход Y. При помощи ручек смещения изображения по вертикали и горизонтали сигнал совмещают с делениями шкалы и измеряют размах изображения по вертикали в делениях.

Величина исследуемого сигнала в вольтах будет равна произведению измеренной величины изображения в делениях, умноженной на цифровую отметку переключателя калибратора амплитуды.

Измерение временных интервалов и частоты

Измеряемый временной интервал определяется произведением двух величин: длины измеряемого интервала на экране по горизонтали в делениях и значения величины времени на деление в данном положении переключателя калибратора длительности.

Частоту сигнала можно определять двумя способами. По первому способу частота сигнала определяется как обратная величина периода f = 1/T. Для этого на экране осциллографа по горизонтали подсчитывают расстояние l в делениях целого числа n периодов сигнала. Затем определяют длительность развертки T_P по оцифрованной отметке переключателя калибратора длительности. Тогда искомая частота сигнала

.

Во втором способе измерения частоты синусоидального напряжения используется метод сравнения неизвестной частоты с известной. Этот способ является наиболее простым и точным способом измерения частоты. В нем неизвестная частота определяется по фигурам Лиссажу. Они получаются путем подачи на одну пару пластин напряжения неизвестной частоты f_X, а на другую пару – подачи напряжения известной частоты f₀. Фигуры будут неподвижны, если отношение сравниваемых частот равно отношению целых чисел. Чтобы определить это отношение, нужно сосчитать число пересечений вертикальной и горизонтальной линии с полученной фигурой и взять их отношение. При этом число пересечений фигуры с горизонтальной линией M_X характеризует частоту вертикально отклоняющего напряжения f_Y и наоборот:

.

Этот способ позволяет измерить частоту с высокой точностью. Погрешность измерения в основном определяется погрешностью задания частоты образцового генератора.

Измерение фазы

Сдвиг по фазе между двумя синусоидальными напряжениями одинаковой частоты можно измерить методом эллипса. Для этого одно из исследуемых напряжений подается на вход "Y", а другое – на вход "Х" осциллографа. Если напряжения U₁ и U₂ соответственно равны: U₁ = U_m1sint и U₂ = U_m2sin(t-), то движение луча по вертикали и горизонтали определяется зависимостями

X = A sint, Y = B sin(t-),

где А и В – максимальные отклонения по соответствующим осям, зависящие от величин амплитуд поданных напряжений и коэффициентов усиления соответствующих каналов усилителей.

После преобразования последних выражений получим

– уравнение эллипса.

Для  = 0⁰ или 180⁰ уравнение эллипса примет вид .

В этом случае на экране наблюдается прямая линия с углом наклона к горизонтальной оси.

Найдем точки пересечения эллипса с координатными осями:

при X = 0 Y = Bsin, при Y = 0 X = Asin.

Отсюда сдвиг по фазе

.

Из полученных выражений видно, что для нахождения неизвестного сдвига по фазе двух синусоидальных напряжений достаточно измерить величины Х и А или Y и В (рис. 4).

Рис. 4. Эллипс, получаемый на экране ЭЛТ

Недостатком данного метода является малая точность, обусловленная влиянием на результат измерения: а) погрешности от асимметрии каналов; б) погрешности, вызванной неточностью линейных измерений, резко возрастающей при углах, близких к  90°; в) погрешности из-за нелинейных искажений. К недостаткам метода эллипса следует отнести также двузначность результатов измерений.