- •Тема 1.1 Вступ. Метрологія - наука про вимірювання Основні поняття про фізичні величини та їх вимірювання
- •1. Метрологія як наука про вимірювання
- •2 . Поняття фізичної величини
- •3. Вимірювання фізичної величини
- •4. Прямі і непрямі вимірювання
- •5. Сигнали вимірювальної інформації
- •6. Основи метрологічного забезпечення
- •7. Повірка. Класифікація повірок
- •8. Основи стандартизації
- •Контрольні запитання:
- •Тема 1.2 Похибки вимірювань. Обробка результатів вимірів
- •1. Основні поняття та особливості
- •2. Класифікація похибок
- •2.1 За причиною виникнення
- •2.2 За способом вираження
- •2.3 За залежністю від вимірюваної величини
- •2.4 За характером зміни
- •2.5 За умовами вимірювання
- •2.6 За режимом вимірювання
- •3. . Підвищення точності засобів вимірювання
- •Контрольні запитання:
- •Тема 1.3 Засоби вимірювання
- •Основні положення.
- •1. Основні положення
- •2. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання
- •3. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють процедуру вимірювання
- •4. Основні метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.1 Вимірювання струмів і напруг
- •1. Загальні поняття
- •2. Вимірювання струмів і напруг приладами прямої дії
- •3. Схеми увімкнення амперметрів і вольтметрів. Методична похибка при вимірюванні струму і напруги
- •4. Електронні аналогові та цифрові вольтметри та амперметри
- •5. Вимірювання струмів і напруг компенсаторами (потенціометрами) постійного та змінного струмів
- •6. Міри електричних величин
- •7. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі
- •8. Вимірювальні трансформатори струму і напруги
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.2 Масштабні вимірювальні перетворювачі струму і напруги
- •1. Застосування вимірювальних перетворювачів роду фізичної величини
- •2. Шунти
- •3. Додаткові опори
- •4. Подільники напруги
- •Контрольні запитання:
- •Тема2.3 Вимірювання електричної потужності і енергії
- •1. Основні поняття
- •2. Вимірювання електричної потужності прямими методами
- •3 Опосередковане вимірювання потужності
- •4. Вимірювання потужності у трифазних електричних колах Вимірювання активної потужності у трифазних електричних колах
- •Вимірювання реактивної потужності у трифазних електричних колах
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.4 Вимірювання частоти, інтервалів часу, фази
- •1. Електромеханічні частотоміри
- •2. Цифрові методи вимірювання частоти, періоду, інтервалів часу
- •3. Вимірювання різниці фаз
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.5 Цифрові вимірювальні прилади
- •1. Основні поняття
- •2. Інформаційні процедури цифрових вимірювальних приладів
- •3. Аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.1 Вимірювальні генератори
- •1. Визначення і класифікація
- •2. Основні характеристики
- •3. Генератори синусоїдального струму
- •4. Генератори імпульсних сигналів
- •5. Універсальні генератори
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.2 Електронні осцилографи
- •1. Призначення осцилографа
- •2. Будова осцилографа
- •3. Параметри осцилографа
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.3 Вимірювальні підсилювачі
- •1. Вимірювальні підсилювачі
- •2. Принцип роботи
- •4. Операційний підсилювач
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.4 Вимірювання параметрів електротехнічних і радіотехнічних пристроїв
- •1. Характеристика основних параметрів електротехнічних пристроїв
- •2. Міри електричного опору, ємності, індуктивності, взаємної індуктивності
- •3. Вимірювання електричного опору
- •3.1 Вимірювання опорів за допомогою магнітоелектричного вимірювального механізму
- •3.2 Вимірювання опорів за допомогою одинарних мостів постійного струму
- •3.3 Вимірювання опорів методом заміщення
- •3.4 Опосередковані вимірювання опору
- •4. Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності мостами змінного струму
- •Контрольні запитання:
Контрольні запитання:
Що називають генератором вимірювального сигналу?
Як класифікують генератори вимірювальних сигналів?
Назвіть основні характеристики вимірювальних генераторів.
Як поділяють генератори синусоїдного струму?
Що є основними параметрами імпульсних сигналів?
Що собою представляють універсальні генератори сигналів?
Тема 3.2 Електронні осцилографи
План
Призначення осцилографа.
Будова осцилографа.
Параметри осцилографа.
1. Призначення осцилографа
Електронно-променеві (електронні) осцилографи призначені для візуального спостереження, вимірювання та реєстрації електричних сигналів. Осцилограми сигналів мають велику інформативність і дають можливість під час аналізу сигналів виявляти складні закономірності, розпізнавати природу досліджуваних явищ, вимірювати параметри неперервних, імпульсних, періодичних і неперіодичних сигналів у широкому діапазоні частот.
Сучасні осцилографи, оснащені пристроями для керування й автоматизації процесу вимірювання (контролерами) на базі мікропроцесорів, аналого-цифровими й цифро-аналоговими перетворювачами, являють собою багатофункціональні вимірювальні комплекси, здатні вимірювати характеристики і параметри складних електрорадіотехнічних пристроїв.
Для візуалізації, аналізу, вимірювання й порівняння характеристик і параметрів одночасно кількох сигналів призначені багатопроменеві (здебільшого двопроменеві) осцилографи.
Останнім часом у деяких сучасних осцилографах передбачено, крім традиційних функцій зображення сигналів, функції вимірювання частоти, струму, напруги, опору (осцилограф - мультиметр).
2. Будова осцилографа
Принцип дії осцилографа полягає у перетворенні досліджуваних електричних сигналів у видиме зображення (осцилограму) на екрані електронно-променевої трубки.
Рис. 1
Основними структурами осцилографа (рис. 1) є:
електронно-променева трубка (ЕПТ) зі схемами фокусування променя, керування променем та високовольтного живлення;
канал вертикального відхилення (канал У);
канал горизонтального відхилення (канал X);
канал керування яскравістю променя (канал Z).
До складу осцилографа входять також калібратор амплітуди і тривалості та синхронізатор.
Електронно-променева трубка. Скляний балон електронно-променевої трубки виготовляється у формі колби, у якій утворено високий вакуум.
Екран електронно-променевої трубки покритий спеціальною сумішшю (люмінофором), яка світиться під дією ударів електронів (тобто коли сфокусований промінь потрапляє у певну точку екрана, ця точка починає світитися).
Для виготовлення люмінофорів використовують оксиди цинку, берилійового цинку, суміш сульфату цинку із сульфатом кадмію тощо. Ці матеріали мають післясвітіння — вони продовжують світитися певний час після припинення дії електронного променя.
Частина енергії електронного променя перетворюється у світлову у вигляді світної плями діаметром менше за 1 мм. Решта енергії передається електронам екрана, зумовлюючи вторинну емісію. Вторинні електрони вловлюються провідним графітним шаром (аквадагом), який частково покриває внутрішню циліндричну й конічну частини колби і з'єднаний з другим анодом.
До основних характеристик електронно-променевих трубок належать чутливість, смуга пропускання, тривалість післясвітіння, робоча площа екрана та інші характеристики.
Канал вертикального відхилення (канал Y). Канал вертикального відхилення складається з вхідного подільника напруги, вхідного підсилювача, лінії затримки, вихідного підсилювача.
Вхідний подільник напруги забезпечує високий вхідний опір осцилографа в широкому діапазоні частот і служить для узгодження вихідного опору джерела вимірюваного сигналу і вхідного опору підсилювача.
Вхідну напругу підводять до осцилографа за допомогою коаксіального кабелю, ємність якого залежно від довжини становить 50...150 пФ і додається до вхідної ємності осцилографа. Це призводить до збільшення спотворень сигналу і до зменшення смуги пропускання осцилографа. Щоб зменшити негативний вплив ємності кабелю, застосовують додатковий подільник напруги (атенюатор), розміщений у виносному пробнику, який через зонд довжиною кілька сантиметрів вмикається безпосередньо у потрібну точку електричного кола (рис. 2).
Рис. 2
Основне підсилення досліджуваного сигналу здійснюється попереднім підсилювачем каналу вертикального відхилення. Крім основної функції — підсилення, підсилювач виконує ще деякі допоміжні функції: плавну зміну коефіцієнта підсилення, балансування постійної складової, перетворення сигналу із несиметричного відносно землі у симетричний.
Лінія затримки забезпечує затримку досліджуваного сигналу відносно початку розгортки, що дає змогу спостерігати передній фронт імпульсу.
Вихідний підсилювач каналу забезпечує підсилення сигналу до значення, необхідного для відхилення променя в межах екрана.
Канал горизонтального відхилення (канал X). До складу каналу входить генератор розгортки, вихідний підсилювач, пристрій синхронізації і запускання розгортки.
Генератор розгортки призначений для формування пилкоподібних імпульсів, необхідних для відхилення електронного променя по горизонталі, пропорційно часу. Генератор розгортки має три режими роботи: автоколивальний, очікувальний і одноразової розгортки.
Автоколивальний режим призначений для відображення періодичних імпульсних і синусоїдних сигналів. Сигнали зовнішньої або внутрішньої синхронізації надходять на генератор і забезпечують кратність частоти розгортки частоті сигналу.
Очікувальний режим використовується для відображення короткотривалих імпульсів низької частоти. Генератор у цьому режимі знаходиться у стані готовності до робочого ходу розгортки. Як тільки імпульс запуску є на вході, починається робочий хід розгортки. Після закінчення робочого ходу генератор знову переходить на режим очікування нового робочого ходу. Яскравість зображення імпульсу на екрані пропорційна частоті імпульсів.
Режим одноразової розгортки призначений для запам'ятовування чи фотографування окремих поодиноких імпульсів. Генератор розгортки знаходиться у стані готовності до запуску. Натискуванням кнопки «Пуск» генератор запускається черговим імпульсом.
Щоб отримати зображення більшого масштабу, у багатьох осцилографах передбачений режим «розтягування» у часі. Це досягається збільшенням коефіцієнта підсилення вихідного підсилювача каналу Х у певну кількість разів. Яскравість зображення у такому разі зменшується.
Часто необхідно спостерігати частину імпульсу, яка з'являється значно пізніше за початок розгортки. Для цього використовують дві розгортки: повільну, яка дає змогу спостерігати весь імпульс і вибирати на ньому за допомогою спеціальної позначки потрібну ділянку сигналу, і швидку, яка запускається дещо раніше вибраної ділянки і тим самим забезпечує зображення більшого масштабу.
У більшості осцилографів поряд з режимом розгортки у часі використовується режим відхилення (режим X-Y) досліджуваного сигналу по горизонталі, аналогічно тому, як це виконується у каналі У. Цей режим використовується для дослідження залежності одного сигналу від іншого, наприклад для дослідження вольт-амперних характеристик пристроїв.
Вихідний підсилювач каналу Х за призначенням і будовою аналогічний вихідному підсилювачу каналу У.
Пристрій синхронізації і запускання розгортки призначений для забезпечення стійкого зображення на екрані осцилографа.
Для цього початок робочого ходу має точно збігатися з однією і тією самою характерною течкою досліджуваного сигналу. У автоколивальному режимові цей процес прив'язування початку розгортки до початку сигналу називається синхронізацією, а при очікувальному та разовому запуску — запуском розгортки. Для забезпечення синхронізації і запуску розгортки пристрій синхронізації генерує імпульс з крутим фронтом в момент часу, коли вхідний сигнал досягає заданого рівня. Цим імпульсом коригується тривалість зворотного ходу розгортки або її запуск.
Канал керування яскравістю променя (канал Z), або керування струмом електронного променя, служить для встановлення яскравості зображення на екрані трубки.
Регулювання виконується як вручну (змінюючи напругу на модуляторі), так і за допомогою підсилювача, на вхід якого подають зовнішній або внутрішній сигнали і підсвічують важливі їх ділянки. Основне призначення каналу Z полягає у підсвічуванні робочого ходу розгортки, для чого під час робочого ходу на вхід підсилювача подається прямокутний імпульс підсвічування, що створюється генератором розгортки і після підсилення подається на модулятор трубки.
Калібратор амплітуди і тривалості — це спеціальний генератор, як правило, прямокутних коливань у формі меандру, амплітуда і тривалість яких відомі із заданою точністю. Маючи на екрані зображення такого еталонного сигналу, можна за допомогою регулювальних пристроїв встановлювати необхідні параметри осцилографа.
Синхронізатор. Щоб отримати на екрані зображення сигналу, розгорнутого за часом, на горизонтальні пластини електронно променевої трубки потрібно подавати напругу, яка лінійно зростає з плином часу. Така пилкоподібна напруга формується генератором розгортки, підсилюється підсилювачем каналу Х і подається на горизонтальні пластини.
Зображення періодичного сигналу на екрані осцилографа буде стійким у тому разі, коли тривалість розгортки кратна періоду сигналу. Для досягнення цієї кратності служить синхронізатор, за допомогою якого можна змінювати тривалість розгортки.