Лабораторная работа № 1.
Электронные измерительные приборы. Электрическая цепь и ее элементы.
Часть 1.
Электронные измерительные приборы широко используют в инженерной и научно-исследовательской работе для измерения электрических и неэлектрических величин. Достоинства электронно-измерительной аппаратуры: высокая чувствительность и быстродействие при малом потреблении электрической энергий. Например, для электронных вольтметров минимальный измеряемый сигнал (чувствительность) 0,1-10 мкВ, а специальные скоростные осциллографы позволяют регистрировать и измерять сигналы наносекундного диапазона. Поэтому электронные измерительные приборы позволяют решить многие задачи, которые нельзя решить, используя другие приборы (механические, стрелочные и т.д.). К таким задачам относятся например, исследование частотных характеристик, измерение малых временных интервалов, счёт числа импульсов, спектральный анализ, измерение частоты в широком диапазоне.
При решении практических задач электронные измерительные приборы объединяют в информационно-измерительные системы (ИИС), предназначенные для сбора, записи, обработки и хранения информации. В ИИС обычно включают специализированные ЭВМ. Для объединения отдельных приборов в комплексы необходимо предусмотреть их информационную и конструктивную совместимость. Это достигается тем, что все разрабатываемые приборы должны удовлетворять ГОСТ 12601-80, который определяет основные положения "ЕДИНОЙ СИСТЕМЫ СТАЦДАРТОВ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ" (ЕССП).
Цель работы.
Изучить принципы построения и функционирования стандартных электронных измерительных приборов: осциллографа С1-68, генератора прямоугольных импульсов Г5-54, генератора синусоидальных сигналов низкочастотного диапазона ГЗ-102. Изучить разновидности электрических сигналов и их основные характеристики.
Познакомиться с сопроводительной эксплуатационной документацией на приборы (техническим описанием и инструкцией по эксплуатации).
Получить необходимые навыки и приобрести умение использовать приборы для измерений.
Краткое описание приборов.
Электронный осциллограф.
Электронно-лучевой осциллограф предназначен для того, чтобы визуально наблюдать и фотографировать форму сигналов, измерять их параметры и фазовые соотношения. На экране электронно-лучевой трубки ЭЛТ можно наблюдать изображение в виде функциональной зависимости напряжения от времени (временной диаграммы) или функциональной зависимости двух напряжений. Для получения временной диаграммы необходимо, чтобы луч перемещался по вертикали пропорционально мгновенному значению напряжения исследуемого сигнала, а по горизонтали - с постоянной скоростью. Такое осциллографирование обеспечивается подачей на вертикально отклоняющие (Y) пластины ЭЛТ исследуемого сигнала, а на горизонтальные (X) – линейно - нарастающего напряжения развертки.
В общем случае упрощенная структурная схема электронного осциллографа соответствует рис.1 и содержит следующие основные блоки:
Электронно-лучевой индикатор (ЭЛИ). В системе ЭЛИ чаще всего применяются электронно-лучевые трубки. Основным параметром ЭЛТ является чувствительность (мм/В) пластин, которая показывает в мм величину отклонения луча, соответствующего одному вольту приложенного к отклоняющим пластинам напряжения.
Блок вертикального отклонения (БВО). В канале БВО осуществляется необходимое усиление и задержка исследуемого сигнала с той целью, чтобы развертка луча по горизонтали началась раньше, чем усиленный сигнал поступит на вертикально - отклоняющие пластины ЭЛТ. По существу БВО представляют собой многокаскадный усилитель вертикального отклонения (УВО), свойства которого определяют область применения прибора. УВО не должен вносить частотных, фазовых и амплитудных искажений сигналов больше допустимого уровня.
Блок горизонтального отключения (БГО). БГО предназначен для выработки напряжения развертки (рис.2). Когда это напряжение линейно нарастает, электронный луч с постоянной скоростью отклоняется в горизонтальном направлении (Тпр— время прямого хода). Когда цикл развертки оканчивается, напряжение на горизонтальных пластинах скачком уменьшается, луч возвращается в исходное положение (Тобр — время обратного хода), затем цикл развертки начинается снова. Тразв- период развертки. Напряжение развертки (линейно-изменяющееся напряжение) вырабатывает генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН). Для подсвета ЭЛТ на время прямого хода, используют генератор импульсов подсвета. Для получения устойчивого изображения линейно-изменяющееся напряжение синхронизируют либо внешним сигналом, либо сигналом, поступающим из канала УВО. В первом случае осциллограф работает в ждущем режиме (внешняя синхронизация), т.е. изображения не будет, пока на вход от внешнего генератора не будет подан сигнал. Во втором случае сигнал синхронизации появляется на выходе схемы управления ГЛИН одновременно с подачей на вход Y исследуемого сигнала. Осциллограф работает в режиме внутренней синхронизации. В режиме КАЛИБР на вход канала УВО с генератора калибровочного напряжения, расположенного внутри осциллографа, поступает напряжение для калибровки экрана ЭЛТ по вертикали (В/мм) и горизонтали (единица времени/мм).
Вспомогательные схемы. К ним относятся схемы управления лучом (яркость, фокус, смещение по осям), а также калибровочные устройства. Яркость изображения регулируют, изменяя напряжение модулятора М относительно катода К. Фокусируют изображение, изменяя напряжение первого анода А1 относительно катода К. На катод трубки (ЭЛТ) подается отрицательное высоковольтное напряжение с источника питания. Различные режимы работы генератора развертки (ждущий, непрерывный), а также виды синхронизации (внутренняя, внешняя, от сети) обеспечиваются вспомогательными схемами.
Блок питания. Питание электронно-лучевой трубки осуществляется от высоковольтного выпрямителя (напряжение больше I000 В). Параметры сравнительно низковольтных выпрямителей для питания схем БГО и БВО определяются элементной базой и требованиями к . качеству проектируемого прибора. Нестабильность напряжения питания вызывает смещение луча на экране, изменение чувствительности прибора, нарушение синхронизации и дефокусировку луча. Для устранения этих недостатков в отдельных схемах рекомендуется применять схемы дополнительной стабилизации питающего напряжения.
Основные технические характеристики осциллографа:
полоса пропускания,
входные сопротивление и емкость,
коэффициент отклонения (в мВ/дел),
коэффициент развертки (в мкс/дел),
погрешность измерения амплитуды и временных интервалов.
размеры рабочей части экрана,
габариты и вес.
