Лабораторная работа. Измерения при помощи электронного осциллографа

 

4.1 Цель работы: Изучить устройство и принцип работы универсального электронного осциллографа (ЭЛО), произвести измерения типовых параметров различных электрических сигналов.

 

4.2 Перечень оборудования: В работе на различных этапах выполнения используется следующее оборудование: универсальный электронный осциллограф, генераторы измерительных сигналов, измерительные приспособления.

 

4.3 Задание: Изучить самостоятельно в литературе разделы об универсальных электронных осциллографах и генераторах измерительных сигналов [1, Гл.5, §§ 5.1-5.5].

Измерить амплитудные и временные параметры синусоидального, прямоугольного, треугольного периодических сигналов. Измерить фазовый сдвиг двух сигналов. Оценить погрешности измерения. Составить отчет, используя пакет Electronic Workbench 5.12.

 

4.4 Методические указания. Описание органов управления, включение и проверка работоспособности ЭЛО приведены в отдельном описании, которое будет дано преподавателем перед началом работы.

 

4.5 Порядок выполнения работы

4.5.1 Измерение параметров синусоидального сигнала

 

Напряжение синусоидального сигнала снимаем с клемм фазовращателя на стенде и подаем на вход I ЭЛО.

При помощи элементов управления ЭЛО следует получить устойчивую осциллограмму в 1-3 периода (рисунок 7.1). Измерив с помощью масштабной сетки амплитудные значения сигнала вверх L_вв и вниз L_вн от линии развёртки, получим напряжение сигнала

 

(1)

 

где K_u – отсчет по наружной ручке переключателя коэффициента отклонения U/ДЕЛ;

L_вв – амплитудные значения сигнала вверх;

L_вн - амплитудные значения сигнала вниз.

Рисунок 4.1 – Измерение полного размаха переменного напряжения.

 

Максимум расположен на градуированной вертикальной линии.

Чтобы найти период T_x, надо измерить расстояние L_x (рисунок 7.2) по линии развёртки между точками перехода синусоиды через ноль, либо между максимумами, тогда

 

(2)

 

где L_x – горизонтальное расстояние;

K_в – отсчет по наружной ручке переключателя коэффициентов развертки ВРЕМЯ/ДЕЛ;

K_x – коэффициент растяжки.

Частоту находим по известной формуле .

 

 

Рисунок 4.2 – Измерение длительности и частоты.

 

4.5.2 Измерение параметров треугольного сигнала

Напряжение треугольного напряжения снимаем с выхода ГИС специальной формы. Амплитудное значение напряжения U_m и периода Т находим в соответствии с п. 7.5.1.

Измерение времени нарастания основано на том же методе, что и измерение длительности времени. Основная разница только в точках, между которыми производится измерение. Ниже приводится методика измерения времени нарастания между точками импульса на уровне 0,1 и 0,9 (рисунок 7.3).

Время спада можно измерить аналогичным образом на заднем фронте импульса, использовав временную растяжку заднего фронта.

 

 

 

Рисунок 4.3 – Измерение времени нарастания.

 

4.5.3 Измерение угла сдвига фаз между двумя сигналами

Первый метод:

Напряжения U_вх (U₁) и U_вых (U₂) подаем на оба входа ЭЛО с фазовращателя, при одинаковых положениях K_u. Сигнал U_вх принимаем за опорный и подаем на вход I. Сигнал U_вых подаем на вход II. Должны быть получены 1-2 периода обоих сигналов. Устойчивость их обеспечивается синхронизацией. Фаза этих сигналов регулируется сопротивлением R₁.

Необходимо измерить длину L_T (ac) периода основного сигнала и длину L_ф (ab), соответствующую фазовому сдвигу (рисунок 4.4). Тогда

 

(3)

 

Второй метод:

Не меняя положения Ku, Kв и сопротивления R1, переводим ЭЛО в режим синусоидальной развертки. На экране будем наблюдать фигуру – эллипс (рисунок 4.5). Его при помощи ручек смещения по оси X и Y следует расположить в центре экрана. Для этих целей отключаем канал I (режим _┴) и горизонтальную линию совмещаем с серединой экрана по оси Y. Затем, наоборот, отключаем канал II, и вертикальную линию совмещаем с серединой экрана по оси X. Порядок измерения параметров эллипса и фазового сдвига представлен на рисунке 7.5, из которого можно определить фазовый сдвиг

 

(4)

 

 

Рисунок 4.4 – Измерение фазы методом Рисунок 4.5 – Измерение фазы

осциллограммы методом эллипса.

 

Для получения большей точности измерения необходимо добиваться равенства расстояний 2Ux и 2Uy.

Недостаток данного метода заключается в малой точности измерения угла φ, зависящей от его величины, а также от фазового сдвига, получающегося в усилителях вертикального и горизонтального отклонения осциллографа. Источниками погрешностей измерения φ является также присутствие высших гармоник в исследуемых напряжениях и конечная толщина (не менее 1 мм) светящейся линии эллипса. При измерении фазового угла, близкого к 0 или 180⁰ , погрешность измерения достигает 2 – 3⁰, а если φ близко к 90 или 270⁰ – порядка 10⁰. К недостаткам метода эллипса следует отнести также двузначность результата измерения, так как он не определяет знак угла.

 

4.6 Вопросы для подготовки.

4.6.1 Как устроен электронно-лучевой прибор? (трубка).

4.6.2 Как обеспечивается управление электронным лучом при отсутствии входных сигналов?

4.6.3 Объясните устройство входных аттенюаторов.

4.6.4 Какие требования должны быть предъявлены к линейной непрерывной и ждущей развертке?