Измерение амплитуды напряжения.

Осциллограф может быть использован для непосредственного измерения напряжения и косвенного измерения тока по падению напряжения на резисторе с известным сопротивлением. В любом из этих случае необходимо измерить амплитуду напряжения исследуемого сигнала.

Перед проведением измерения амплитуды напряжения рекомендуется проверить калибровку чувствительности канала Y по калибратору амплитуды (КА). Для этого на вход «Y» подают эталонное напряжение от КА, (например, для осциллографа С-49 переводом переключателя «Время/дел» в положение «Калибровка», при котором на экран выводятся прямоугольные импульсы высотой ровно 4 деления). При отклонении от этого значения производят корректировку усиления УВО резистором «Чувствительность Y», выведенным под шлиц на боковой стороне прибора. После калибровки чувствительность тракта вертикального отклонения луча будет соответствовать величинам «Вольт/делен.», обозначенным на шкале переключателя «Усиление».

Измерение амплитуды исследуемого сигнала (если она ориентировочно не известна) производится следующим образом.

1. Переключатель «Усиление» переводят в положение наименьшей чувствительности (соответствующее наибольшему коэффициенту отклонения m_U, например, m_U =10 В/деление), чтобы не повредить входной усилитель.

2. Ручку плавной регулировки «Усиление» (соосной с одноименным переключателем) переводят в крайнее правое положение (до щелчка), при котором коэффициенты отклонения m_U в точности соответствуют градуировке «Вольт/делен.» переключателя «Усиление».

3. Нa вход усилителя вертикального отклонения подают исследуемый сигнал.

4. При помощи регуляторов смещения ↔ и ↕ сигнал перемещают в нужное место шкалы экрана (чаще всего к нулевым делениям шкалы).

5. Переключателем «Усиление» добиваются наибольшей амплитуды изображения сигнала по вертикали в пределах масштабной сетки.

6. Переключателем «Длительность» устанавливают удобный для наблюдения размер по горизонтали.

7. Измеряют размах исследуемого напряжения по вертикали в делениях шкалы.

Значение амплитуды исследуемого сигнала в вольтах будет равно произведению числа делений шкалы h по вертикали, соответствующих измеренной величины изображения, и коэффициента отклонения m_U (цифровой отметки показаний переключателя «Вольт/делен.»), т.е.

Следует иметь в виду, что таким образом измеряется не только амплитудное напряжение U _m сигнала, но и напряжение в любой точке кривой наблюдаемого графика

u = f(t).

Величина тока, протекающего по резистору сопротивлением R, определяется (из закона Ома) как частное от деления найденной амплитуды сигнала, в вольтах, на известное сопротивление резистора, т.е. I = U _m /R.

Для повышения точности измерения амплитуды напряжения входной аттенюатор (переключатель «Усиление») необходимо поставить в такое положение, при котором размах исследуемого сигнала (по вертикали) получается наибольшим в пределах рабочей части экрана.

Измерение фазового сдвига

Понятие фазы связано с гармоническими (синусоидальными) колебаниями. Для напряжения

полной фазой является весь аргумент гармонической функции;  величину φ называют начальной фазой. Для двух гармонических колебаний с равными частотами

,

вводят понятие разности фаз

,

 которую обычно называют фазовым сдвигом.

Обычно принимают за начало отсчета момент времени, при котором начальная фаза первого (опорного) колебания равна 0. Тогда

;

Где φ – фазовый сдвиг между этими напряжениями.

Фазовый сдвиг можно измерить непосредственно по осциллограммам исследуемых напряжений, наблюдая их одновременно на экране осциллографа (рис.). Очевидно, что

,

Где a – расстояние в делениях между пересечениями осциллограммами нулевой линии;   b – длительность периода, выраженная в делениях шкалы. Для этих измерений используют осциллограф с двухлучевой электронной трубкой или со встроенным электронным коммутатором. Погрешность измерения угла φ этим способом определяется погрешностями измерения длин отрезков а и b:

,

где – погрешность измерения φ;    Δ a, Δ b – абсолютные погрешности измерения отрезков а и b. Можно считать максимально возможной погрешностью одно малое деление шкалы осциллографа

;

Здесь Δφ, φ– в градусах; а, b – в малых делениях шкалы осциллографа.

При измерении фазового сдвига способом эллипса одно из исследуемых напряжений подают на вход Y, а другое – на вход Х осциллографа. Осциллограф работает в ХY -режиме (генератор линейной развертки отключен). При этом луч на экране описывает эллипс (рис. 3.2). Фазовый сдвиг определяют по формуле

Где l, h – отрезки, отсекаемые эллипсом по осям Х и Y; L, H – максимальные отклонения по осям Х и Y.

Погрешность измерения этим способом вычисляют по формуле

а погрешность Δh принимается равной одному малому делению шкалы осциллографа, H и h – размеры эллипса, выраженные в малых делениях шкалы осциллографа.

При измерениях этим способом необходимо учитывать фазовый сдвиг, вызываемый неидентичностью фазочастотных характеристик усилителей вертикального и горизонтального отклонений осциллографа,

,

Где φ_YX – сдвиг фаз между каналами Y и Х.