Инструкционая картка для проведення заняття № 13-15

Инструкционая картка для проведення заняття № 13-15

Учбової практики по дисципліні

"Електрорадіовиміри"

 

1.Тема заняття: Цифровий осцилограф. Ази використання осцилографа.

2. Робоче місце: лабораторія радіомонтажу (аудиторія №501).

3. Мета заняття: навчиться робити виміри за допомогою портативного осцилографа.

4. Матеріально - технічне оснащення робочого місця: осцилограф, мультиметр.

5. Правила по охороні праці на робочому місці: інструкція № 1, інструкція № 2, інструкція №3, інструкція№4, інструкція №5 по охороні праці на робочому місці.

6. Зміст і послідовність виконання завдання:

6.1 Методичні вказівки до виконання роботи:

 

Теоретичні відомості.

При роботі з електронними схемами нерідко доводиться виробляти тести, знаходити несправності. Бувають ситуації, коли недостатньо наявність вольтметра. У таких випадках вимагається осцилограф. Він є приладом, за допомогою якого досліджуються сигнали гігагерців. Цей інструмент дозволяє візуально відстежувати їх зміни у вигляді синусоїд для змінного струму, а також в зображенні прямої лінії - для постійного. Крім того, сучасні осцилографи застосовуються при аналізі променевих і багатьох інших сигналів.

На перший погляд такий прилад здається дуже складним. Але не варто лякатися його кнопок, ручок і іншого. Адже він - свого роду вольтметр, завдяки якому можна не лише вимірювати напругу, але і аналізувати її зміни.

Залежно від способу обробки сигналу, що входить, розрізняють аналогові і цифрові осцилографи.

У приладів першого типу екраном є електронно-променева трубка. У ній пучок електронів потрапляє на дисплей, внаслідок чого підсвічує люмінофор. Величина відхилення пучка залежить від прикладеної до електродів напруги. При подачі його до пластин X створюється розгортка - рухи променя зліва направо. Потім промінь повертається назад і рухається наново. Потім слідує подача досліджуваної напруги на пластини Y.

Надалі на екрані аналогового осцилографа, як правило, спостерігається збіг періодів сигналу і пили, яка є розташованим в крайньому лівому положенні променем. В цьому випадку протягом одноразового проходу розгортки спостерігаються один або декілька періодів досліджуваного сигналу. При необхідності можна змінювати розгорткову швидкість.

У століття високих технологій аналогових осцилографів поступово витісняє їх цифрова зміна. Недивно, адже вироблювані з їх допомогою виміри є точнішими. Крім того, цифрові прилади можна підключити до комп'ютерної техніки. Вони дозволяють виявляти імпульсні перешкоди, а екран залишається яскравим і добре сфокусованим при будь-якій швидкості розмітки.

За принципом роботи цифровий осцилограф об'єднує в собі достоїнства аналогового виду і ЕОМ. Він не лише може відображувати показники напруги в реальному часі, але і робить можливим виробництво на їх основі математичних даних, виконання запису сигналів у свою пам'ять і багато що інше. А головне, на відміну від аналогового інструменту, цифровий осцилограф може показати "попередній запуск", тобто перегляд передісторії сигналу до появи запуску імпульсу.

Портативні осцилографи. Прогрес в розвитку цифрових технологій дозволив звичайні стаціонарні цифрові осцилографи перетворити в портативні осцилографи з відмінними массогабаритними показниками і з малим енергоспоживанням. Причому портативні прилади з живленням від батарей не поступаються стаціонарним осцилографам по функціональності і мають широкі можливості застосування в різних галузях виробництва, обслуговування, досліджень.

Переваги аналогових осцилографів:

· знайомий інтерфейс

· миттєве оновлення екрану при відображенні швидкопроходячих сигналів, що змінюються, в часі

· прямі, зрозумілі засоби управління для часто використовуваних налаштувань (коефіцієнт чутливості, коефіцієнт розгортки, зміщення сигналу, рівень запуску і так далі)

· Низька вартість

Недоліки аналогових осцилографів:

· низька точність

· блимання і/або тьмяність екрану залежно від частоти сигналу і коефіцієнта розгортки

· немає можливості відображення сигналу до запускаючого моменту

· обмежена смуга пропускання

· висока експлуатаційна вартість

· обмежені засоби виміру параметрів сигналів.

Достоїнства цифрових осцилографів:

· можливість "заморожування" зображення на довільний час

· висока точність вимірів

· широка смуга пропускання

· яскравий, добре сфокусований екран на будь-якій швидкості розгортки

· можливість відображення сигналу до запускаючого моменту (у "негативному" часі)

· можливість виявлення імпульсних перешкод

· автоматичні засоби виміру параметрів сигналів

· можливість підключення до комп'ютера, принтера або плоттера

· можливості математичної і статистичної обробки сигналу

· засоби самодіагностики і самокалібрування

Недоліки цифрових осцилографів:

· вища вартість

· складніші в управлінні

У загальному вигляді цифровий осцилограф складається з вхідного дільника, нормалізуючого підсилювача, аналого-цифрового перетворювача, блоку пам'яті, пристрою управління і пристрою відображення. Пристрій відображення зазвичай виконується на основі рідкокристалічної панелі.Цифрові осцилографи володіють значними можливостями за рахунок самого принципу роботи. Вхідний сигнал після нормалізації перетвориться в цифрову форму і записується в пам'ять. Швидкість запису (кількість вибірок в секунду) задається пристроєм управління, і її верхня межа визначається швидкодією аналого-цифрового перетворювача, а нижня межа теоретично не обмежена, на відміну від аналогових осцилографів.

Повне оцифрування сигналу дозволяє уникнути відображення сигналу в реальному масштабі часу і, отже, підвищити стійкість зображення, організувати збереження результатів, спростити масштабування і розтяжку, ввести мітки. Використання дисплея замість осцилографічної трубки відкриває можливість для відображення будь-якої додаткової інформації і управління приладом за допомогою меню. Дорожчі прилади мають кольоровий дисплей, завдяки чому вони дозволяють легко розрізняти сигнали різних каналів, мітки часу і амплітуди, курсори, можуть накопичувати сигнал, що відображується протягом великого числа розгорток, а також виділяти кольором місця з найбільшою повторюваністю сигналу. Характеристики сучасних цифрових осцилографів вражаючі: висока чутливість (від 1 мВ/подів) і дозвіл (від 8 до 14 біт); широкий діапазон коефіцієнтів розгорток (від 2 нс до 50 с); розтяжка сигналу за часом або по амплітуді в широких межах; розвинена логіка синхронізації з будь-якими затримками запуску розгортки. Окрім звичайних схем запуску синхронізації запуск може вироблятися, наприклад, при настанні певної події або при його відсутності, а також досягши певного значення параметра сигналу. Сигнал, по якому здійснюється синхронізація, і основний сигнал можна спостерігати в момент безпосередньо перед запуском розгортки. Використовувані в осцилографах процесори цифрової обробки сигналу надають можливість дослідження спектру сигналу за допомогою аналізу із застосуванням швидкого перетворення Фур'є. Цифрове представлення інформації забезпечує збереження екрану з результатами виміру в пам'яті комп'ютера або вивід безпосередньо на принтер. Деякі осцилографи мають накопичувач для збереження зображення у вигляді файлів для наступної архівації або подальшої обробки.

Робота з осцилографом

Осцилограф - прилад, що показує форму напруги в часі. Також він дозволяє вимірювати ряд параметрів сигналу, такі як напруга, струм, частота, кут зрушення фаз. Але головна користь від осцилографа - можливість спостереження форми сигналу. У багатьох випадках саме форма сигналу дозволяє визначити, що саме відбувається в ланцюзі. На мал. 1 показаний приклад подібної ситуації.

Мал. 1. Осцилограма складного сигналу.

 

В цьому випадку напруга містить як постійну, так і змінну складові, причому форма змінної складової далека від синусоїдальної. На такому сигналі вольтметри дають велику помилку: стрілочний вольтметр змінного струму показав напругу 2,2 вольт, а цифровий - взагалі 1,99 вольт. Вольтметр постійного струму показав 4,8 вольт. Правильне діюче значення напруги показав осцилограф - 5,58 вольт (цифрові осцилографи вимірюють напругу і дозволяють зберігати результати в комп'ютерному форматі). Крім того, осцилограма дозволяє побачити деякі властивості сигналу:

ü сигнал має імпульсний характер;

ü сигнал не набуває негативних значень (виміряно з відкритим входом осцилографа);

ü сигнал дуже швидко змінюється від нуля до значення 6,4 вольта і назад до нуля (чутливість каналу вертикального відхилення 2 V/подів);

ü тривалість імпульсів більш ніж в три рази перевищує тривалість пауз.

За своєю суттю осцилограф є вольтметром, що показує графік напруги. Проте з його допомогою можна спостерігати і форму струму. Для цього послідовно з досліджуваним ланцюгом включають резистор Rт (тут індекс "т" означає струмовий). Опір резистора Rт вибирають набагато меншим, ніж опір ланцюга, тоді резистор не впливає на її роботу і його включення не призводить до змін режиму роботи ланцюга. На резисторі за законом Ома виникає напруга:

Це напруга і вимірюється осцилографом. А знаючи величину Rт можна перевести напругу, що показується осцилографом в струм.

Виміру осцилографом

Вимір напруги

Отримуємо: чутливість каналу вертикального відхилення = 1 В/подів, розмір осцилограми 2,6 ділення, отже амплітуда сигналу 2,6 вольт.

Вимір частоти

Осцилограф дозволяє вимірювати тимчасові інтервали, у тому числі і період сигналу. Частота сигналу зворотньо пропорційна його періоду. Період сигналу можна вимірювати в різних частинах осцилограми, але найзручніше і точно вимірювати його в точках перетину графіком осі часу. Тому перед виміром лінію розгортки необхідно встановити на центральну горизонтальну лінію сітки екрану (мал. 2).

Мал. 2. Вимір періоду сигналу.

Період сигналу, показаного на мал. 2 дорівнює 6,8 ділень. Швидкість розгортки - 100 мкс/ділення (оскільки грецька буква µ, що означає "мікро", не завжди доступна для відображення, її часто замінюють латинською буквою u, схожою по зображенню). Тоді період сигналу

і його частота:

Найбільш точні виміри виходять, якщо максимально розтягнути зображення по горизонталі.

Вимір зрушення фаз

Зрушення фаз показує взаємне розташування двох коливальних процесів в часі. Але його вимірюють не в одиницях часу (які відкладаються по горизонтальній осі), а в долях періоду сигналу (тобто в одиницях кута). В цьому випадку однаковому взаємному розташуванню сигналів відповідатиме однакове фазове зрушення, незалежно від періоду і частоти сигналів (тобто незалежно від реального масштабу графіків по осі часу). Тому найбільша точність вимірів виходить, якщо розтягнути період сигналу на увесь екран.

Перш, ніж вимірювати величину зрушення фаз, необхідно визначити, який з сигналів (напруга або струм) випереджає, а який відстає. Від цього залежить знак кута зрушення фаз φ. На мал. 3а струм відстає від напруги - початок його періоду розташований в часі пізніше, ніж початок періоду напруги (початок періоду напруги в точці А, а періоду струму - в точці Б). Струм починається пізніше, отже, він відстає, а напруга випереджає. Цій ситуації відповідають позитивні значення кута зрушення фаз. На мал. 3б струм випереджає, а напруга відстає. Оскільки початок періоду струму на екрані не відображується, то порівнюються закінчення першого напівперіоду: першим до нуля повернеться той графік, який почався раніше (точка Г настає раніше в часі, ніж точка В). Кут зрушення фаз при цьому негативний.

Мал. 3. Струм відстає від напруги, φ>0 (а); струм випереджає напругу, φ<0 (б).

Модуль кута зрушення фаз φ це відстань між началами або між кінцями періоду (позитивного напівперіоду) сигналів в діленнях сітки екрану (мал. 4). Далі значення модуля φ знаходиться з пропорції, враховуючи, що один повний період будь-якого коливання дорівнює 360 градусів:

тут N - число ділень сітки, займаних одним періодом сигналу,

α - число ділень сітки між началами періодів (кінцями позитивного напівперіоду).

Слід враховувати, що

Якщо зрушення фаз дорівнює нулю (у ланцюзі тільки активне навантаження або відбувається резонанс), то напруга і струм починатимуться і закінчуватимуться одночасно, мал. 5

Мал. 5. Осцилограма при зрушенні фаз, рівному нулю.

Хід роботи:

Структура меню установок.

2. Підключити щупи до осцилографа (накрутити крокодили) і подсоеденить щупи мультиметра. Перемикач мультиметра виставити на генератор прямокутних імпульсів.

У меню установок виставити вимір змінної напруги(ACV)

Заміряти частоту, період, напругу (амплітуду) імпульсів. Замалювати і описати.

3. Померять осцилографом напруга на батареї мобільного телефону, заздалегідь поміняти в меню установок осцилографа вимір постояного напруги(DCV).

Результати записати в щоденник робочої практики.

4. Померять осцилографом напруга в розетці і визначити частоту.

7. Закріплення придбаних умінь і навичок: усне опитування, перевірка практичних навичок роботи.

Після виконання завдань студент повинен:

Инструкционая картка для проведення заняття № 13-15