МУ к лабораторным по ЭМПТ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

___________________________________________________________________________________________

И.А. Чернышев, А. Ю. Чернышев

ЭЛЕКТРОННАЯ, МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Лабораторный практикум

Издательство Томского политехнического университета

Томск 2007

14

ББК 24.7 УДК 681.3:621.3(076.5)

Ч 497

Чернышев И.А., Чернышев А.Ю.

Ч497 Электронная, микропроцессорная и преобразовательная техника: лабораторный практикум / И.А. Чернышев, А.Ю. Чернышев

– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. – 120 с.

Методические указания содержат описание и порядок выполнения работ на лабораторных стендах и на персональных компьютерах с использованием прикладной программы Eleсtronics Workbench 5.12.

Работа подготовлена на кафедре электропривода и электрооборудования ТПУ и предназначена для студентов направления 140600 «Электромеханика, электротехника и электротехнологии», 140200 «Электроэнергетика» и специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

УДК 681.3:621.3(076.5)

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета

Рецензенты

Доктор технических наук, профессор ТУСУР

Бейнарович В.А.

кандидат технических наук, доцент Северского государственного технологического института,

Терехин В.Б.

©Томский политехнический университет, 2007

©Оформление. ИздательствоТомскогополитехнического университета, 2007

15

Лабораторная работа №1

ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМАХ

Цель работы: изучение принципа действия электронного осциллографа, получение практических навыков работы со светолучевым осциллографом.

1. Общие положения

Светолучевые осциллографы типов С1-48 и С1-114 предназначены для исследования формы электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их амплитудных и временных параметров в диапазоне частот от 0 до 1 МГц. Они применяются при исследовании и разработке различных электронных устройств и приборов, при проверке в процессе эксплуатации их технических характеристик.

Приступая к работе с осциллографом, необходимо тщательно изучить все разделы настоящего описания. При эксплуатации осциллографа следует учитывать наличие внутри него высоких напряжений, опасных для жизни, поэтому категорически запрещается работа прибора со снятыми защитными крышками и без заземления корпуса. Корпус осциллографа необходимо заземлить путем соединения клеммы с шиной защитного заземления. В случае использования прибора совместно с другими приборами или включение его в состав установок, необходимо для выравнивания потенциалов корпусов соединить между собой клеммы всех приборов.

2.Принцип действия осциллографа и его составные части

Всостав структурной схемы осциллографа (рис.1.1) входят следующие функционально законченные узлы:

– усилитель вертикального отклонения Y;

– схема синхронизации и развертки;

– усилитель горизонтального отклонения луча X;

– высоковольтный преобразователь;

– блок питания;

– электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Исследуемый сигнал подается на гнездо ВХОД. Усилитель вертикального отклонения усиливает сигнал до нужного значения. Запуск и синхронизация развертки может осуществляться как с помощью исследуемого сигнала, усиленного усилителем вертикального отклонения при

16

внутренней синхронизации, так и с помощью внешнего сигнала, подаваемого на гнездо X при внешней синхронизации. При этом схема синхронизации вырабатывает импульсы постоянного значения независимо от амплитуды и формы исследуемого сигнала. Импульсы синхронизации обеспечивают устойчивый запуск блока развертки, который вырабатывает пилообразное напряжение. Это напряжение усиливается усилителем горизонтального отклонения до необходимого значения и поступает на отклоняющие пластины ЭЛТ.

	ВХОД	Усилитель
	)
		вертикального	ЭЛТ
		отклонения
	ВНЕШ	Схема	Усилитель
	)
		развертки и	горизонтального
	X
		синхронизации	отклонения
		Блок питания	Высоковольтный
			преобразователь

Рис.1.1. Структурная схема осциллографа

Высоковольтный преобразователь обеспечивает питающими высоковольтными напряжениями ЭЛТ.

3. Расположение органов управления и их назначение

Органы управления и присоединения, расположенные на лицевой панели, предназначены:

–ручка – для регулировки освещения шкалы;

–ручка ☼ – для регулировки яркости луча;

–ручка– для фокусировки луча;

–ручки ↔ – для грубого и плавного перемещения луча по горизонтали;

–ручка ↕ – для перемещения луча по вертикали;

–ручка стаб. вч – для стабилизации развертки;

17

–ручка уровень – для установления уровня стабилизации раз-

вертки;

–кнопка поиск луча – для поиска луча ЭЛТ;

–тумблер СЕТЬ – для включения и отключения осциллографа;

–гнездо (→ – для выхода калибратора;

–– внешний зажим осциллографа для соединения с корпусом исследуемого прибора;

–выведенный под шлиц потенциометр баланс – для балансировки усилителя Y;

–выведенный под шлиц потенциометр ▼ – для калибровки усилителя вертикального отклонения;

–выведенный под шлиц потенциометр – для калибровки усилителя горизонтального отклонения;

– переключатель ~ ; ; – для переключения открытого, заземленного или закрытого входа усилителя;

–кнопки коэф. отклонения <; > – для переключения коэффициентов отклонения в ручном и автоматическом режиме;

–ручка коэф. отклонения – для плавной регулировки чувствительности усилителя;

–кнопки ~; ВЧ; НЧ; – для переключения открытого, или закрытого входа усилителя вертикального отклонения по высоким и низким частотам или во всем диапазоне частот;

–гнездо →)1МΩ30рF – вход осциллографа;

–кнопки +, - – для переключения полярности синхронизации;

–кнопки внутр; сеть; внеш 1:1, 1:10 – для установки внутренней или внешней синхронизации без делителя или с ослаблением 1:10 и от сети;

–кнопки <; >; x0,1 – для переключения длительности развертки;

–ручка развертка – для плавной регулировки длительности раз-

вертки;

4. Приведение осциллографа в рабочее положение

Установите перед включением осциллографа органы управления в следующие положения:

–ручку ☼ – в крайнее правое;

–ручку– в среднее;

–ручки ↔, ↕ – в среднее;

–ручки коэф. отклонения, развертка – в крайнее правое;

18

–переключатель внутр, сеть, внеш 1:10, 1:1 – в положение

внутр;

Остальные ручки могут находиться в произвольном положении. Для включения осциллографа необходимо переключатель сеть

перевести в верхнее положение. При этом должна загореться сигнальная лампа. Осциллограф подготовлен к работе, но его необходимо откалибровать.

5.Калибровка коэффициента отклонения

идлительности развертки

Для калибровки необходимо использовать стабильный по частоте и амплитуде электрический сигнал. Осциллограф имеет встроенный генератор, который используется для собственной калибровки. Сигнал генератора имеет амплитуду 0,06В и частоту 1кГц.

Сигнал генератора с гнезда (→ необходимо подать на вход осциллографа →)1МΩ30рF специальным кабелем, синхронизировать и произвести калибровку осциллографа.

Переключатель ~ ; ; в положении ~ или .

Произведите калибровку коэффициента отклонения и длительности развертки при крайних правых положениях ручек коэффициента отклонения и развертки.

Произведите калибровку коэффициента отклонения при kдел 100mVCm и отжатой кнопке калибратора в положении 0,06В.

Потенциометром ▼ установить размер изображения 30мм. Произведите калибровку длительности развертки при

kp 500μs/Cm и отжатой кнопке калибратора в положении 1кHz. По-

тенциометром установить один период размером 20мм.

На экране ЭЛТ нанесена внутренняя шкала, используемая для измерений по вертикали и горизонтали. Шкала разделена на 8 делений по вертикали и 10 делений по горизонтали. На основных линиях шкалы каждое деление разделено на 5 равных частей.

6.Подготовка к проведению измерений

6.1Подключение исследуемого сигнала.

Соедините кабель с гнездом →)1МΩ30рF осциллографа. При подключении кабеля входное сопротивление осциллографа равно 1Мом с параллельной емкостью, значение которой зависит от типа используемого кабеля. При необходимости увеличения входного сопротивления

19

осциллографа (например, для исследования сигналов до 400 В) пользуйтесь кабелем с делителем, который входит в комплект запасных частей осциллографа. Концы кабеля не равнозначны. Один проводник является информационным, другой (общий) – соединен с корпусом осциллографа. Информационный конец проводника подключают к контрольным точкам исследуемой схемы, общий – к общему проводу источника питания схемы. На практике имеется простой способ, позволяющий различить входные концы проводников, не имеющих маркировку. Для этого необходимо взяться за один конец одного проводника рукой: если на экране осциллографа луч высветит горизонтальную прямую – это общий вывод, соединенный с корпусом осциллографа, если кривую линию

– в руке информационный вывод.

Установите переключателем ~; ВЧ; НЧ; необходимый вид связи осциллографа с источником исследуемого сигнала. В положении связь с и~сточником сигнала осуществляется по постоянному току. Если постоянная составляющая исследуемого сигнала значительно больше переменной, то целесообразно выбирать связь по переменной состав-

ляющей . В этом случае конденсатор во входной цепи усилителя вертикального отклонения пропускает только переменную составляющую, исключая отклонение луча постоянной составляющей исследуемого

сигнала. В положениях ВЧ; НЧ связь с источником сигнала осуществляется по высоким частотам или по низким частотам соответственно. При исследовании низкочастотных сигналов следует помнить, что в ре-

жиме нижний предел полосы пропускания составляет несколько герц.

6.2 Выбор источника синхронизации развертки.

Выберите источник синхронизации переключателем вида синхро-

низации: внутр.; сеть; внеш. 1:10; 1:1.

Вположении переключателя внутр. сигналом синхронизации является усиленный исследуемый сигнал. Такая синхронизация используется при исследовании периодических сигналов любой полярности или сигналов переменного тока любой частоты.

Вположении внеш. 1:10, 1:1 синхронизация осуществляется внешним (другим) сигналом, подаваемым дополнительным входным кабелем на гнездо →)X. Для наблюдения исследуемого сигнала на экране ЭЛТ необходимо, чтобы он следовал по времени за сигналом синхронизации. Внешний сигнал для синхронизации используется для наблюдения положения по времени исследуемого сигнала относительно сигнала синхронизации или в том случае, если внутренний синхронизи-

20

рующий сигнал слишком мал или содержит составляющие, нежелательные для синхронизации. В положении внеш. 1:10 внешний синхронизирующий сигнал ослабляется в 10 раз. В положении переключателя сеть синхронизация осуществляется периодическим сигналом частотой 50Гц

Кнопки +; - дают возможность выбирать полярность сигнала, запускающего развертку в ручном или автоматическом режиме.

Переключатель ~ ; ; в положении~ обеспечивает устойчивую синхронизацию низкочастотными сигналами, а также сигналами

с малой частотой повторения. В положении постоянная составляющая запускающего сигнала не поступает на вход схемы синхронизации. В положении вход осциллографа соединяется с общим проводом (концом) кабеля и отключается от информационного конца входного кабеля.

Ручкой уровень выбирается точка синхронизации на исследуемом сигнале.

6.3. Коэффициенты отклонения и длительности развертки.

Коэффициент отклонения устанавливается кнопками <; >. Дли-

тельность развертки устанавливается кнопками <; >; x0,1. Значение длительности развертки калиброваны, когда ручка развертка находится

вкрайнем правом положении.

6.4.Режим работы развертки.

Для наблюдения исследуемого сигнала и измерения его основных параметров осциллограф может обеспечить только автоколебательный режим работы.

Установите переключатель внутр.; сеть; внеш. 1:10, 1:1 в положение внутр.

Поставьте нужный коэффициент отклонения длительности раз-

вертки кнопками <; >; x0,1 и вращением ручки уровень добейтесь устойчивого изображения сигнала.

Устойчивая развертка в автоколебательном режиме осуществляется для исследуемых сигналов с нижней границей по частоте до 250 Гц. Для наблюдения сигналов с меньшей частотой необходим ждущий режим работы развертки.

6.5. Синхронизация от внешнего сигнала Установите переключатель вида синхронизации в положение

внеш. 1:10 или 1:1 в зависимости от амплитуды синхронизирующего внешнего сигнала. Подайте синхронизирующий сигнал на гнездо →)X. Получите, вращая ручку уровень, устойчивое изображение сигнала.

6.6. Развертка от внешнего сигнала.

21

Этот режим работы применяется в тех случаях, когда для горизонтального отклонения луча необходимо не пилообразное напряжение, а сигнал другой формы, например, гармонический. Подайте сигнал на гнездо →)X. Переключателем внеш. 1:10; 1:1, а также ручками ↔ получите удобный для наблюдения размер изображения по горизонтали.

7.Проведение измерений

7.1.Измерение временных интервалов.

Для обеспечения максимальной точности измерения рекомендуется соблюдать следующие условия:

–размеры по горизонтали изображений измеряемого и калибровочного сигналов (или нескольких их периодов) должны быть по возможности одинаковыми, что исключает погрешность за счет нелинейности по горизонтали, т.к. в этом случае нелинейность одинакова для измеряемого и калибровочных сигналов;

–измеряемый участок сигнала должен занимать возможно большую часть рабочего поля экрана, чтобы уменьшить погрешность отсчета при измерении;

–для уменьшения погрешности измерения за счет толщины линии луча измерение и калибровку следует производить по правым или левым краям изображения;

–измерение и калибровку производить по центральной линии шкалы с делениями.

Установите кнопками <; >; x0,1 такую длительность развертки, при которой измеряемый интервал занимал бы на экране не менее 20мм шкалы.

Определите измеряемый временной интервал как произведение длины измеряемого изображения сигнала на экране по горизонтали в делениях lt на значение коэффициента развертки по горизонтали kp,

т.е.

T lt kp .			(1.1)
7.2. Измерение частоты
Частоту сигнала определите по формуле
f	1	,	(1.2)
	T

где Т – период сигнала, с.

7.3. Измерение амплитуды исследуемых сигналов Для обеспечения максимальной точности измерения рекомендует-

ся соблюдать следующие условия при измерении:

22

–измеряемый участок сигнала должен занимать возможно большую часть рабочего поля экрана ЭЛТ, чтобы уменьшить погрешность отсчета при измерении;

–производите измерение с учетом толщины луча.

Установите кнопками <; > размер изображения в рабочей части экрана не менее (10 – 20)мм. Совместите при помощи ручек ↔ и ↨ изображение сигнала с линиями шкалы и отсчитайте значение изображения по вертикали в делениях шкалы. При этом значение исследуемого сигнала в вольтах равно:

Vm A kдел

(1.3)

где А – измеренное значение сигнала в делениях шкалы, см; kдел– коэффициент отклонения в вольтах на деление;

При окончании работы выключите осциллограф с помощью тумблера СЕТЬ.

8.Программа работы

8.1.Ознакомиться с принципом действия осциллографа, расположением органов управления, их назначением.

8.2.Привести осциллограф в рабочее состояние.

8.3.Произвести калибровку коэффициента отклонения и длительности развертки.

8.4.Подключить осциллограф к генератору лабораторного стен-

да.

8.5.Выбрать источник синхронизации.

8.6.Установить требуемые коэффициенты отклонения и длительности развертки.

8.7.Выбрать режим развертки.

8.8.Произвести измерения частоты генератора лабораторного стенда для двух крайних положений потенциометра регулятора частоты.

8.9.Произвести измерение амплитуды и длительности импульсного сигнала генератора лабораторного стенда.

8.10.Снять на кальку исследуемые сигналы генератора.

8.11.Определить амплитуду переменной составляющей источников питания лабораторного стенда.

8.12.Выполнить другие измерения по указанию преподавателя.

23