Измерение физических величин электронно-лучевым осциллографом
Продолжительность лабораторной работы – 4 часа, самостоятельной работы – 2 часа.
Цель работы
- изучить принцип действия и особенности конструкции двухканального электронного осциллографа типа GOS-620;
- усвоить методы измерений параметров электрических сигналов с использованием электронного осциллографа;
- приобрести навыки работы с осциллографом при измерении параметров электрических сигналов в режимах внутренней и внешней синхронизации.
Программа работы
1 До включения в сеть установить органы управления на передней панели осциллографа в исходное положение в соответствии с разделом «Подготовка к работе» данной инструкции.
2 После включения осциллографа в сеть произвести его балансировку.
3 Произвести калибровку коэффициента отклонения (чувствительности) и коэффициента длительности развертки.
4 Измерить амплитуду, частоту, период синусоидального и импульсного сигналов, временную задержку между двумя синхронными сигналами, длительность импульса, постоянное напряжение, ток. Результаты измерений занести в таблицы.
5 Сделать выводы по результатам измерений.
Приборы, используемые при выполнении лабораторной работы
1 Осциллограф двухканальный типа GOS-620.
2 Генератор звуковых частот типа Г3-118.
3 Импульсный генератор типа Г5-54.
4 Электронный вольтметр типа В3-33 или Щ 301-3.
5 Стабилизированный источник питания типа Б5-48.
Пояснения к работе
Электронные осциллографы предназначены для исследования формы электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их временных и амплитудных значений.
Структурная схема одноканального электронно-лучевого осциллографа представлена на рисунке 1.1. Исследуемый сигнал подается на вход «Вх.Y»
делителя напряжения 1. Сигнал с выхода делителя напряжения поступает на вход усилителя 1 канала вертикального отклонения луча электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Усилитель линейно усиливает входной сигнал.
 |
Рисунок 1.1
Для запуска и синхронизации генератора развертки может быть использован исследуемый сигнал (режим внутренней синхронизации), когда переключатели S1 и S2 установлены в положение 1, или внешний сигнал (режим внешней синхронизации), когда переключатель S1 установлен в положение 2, а переключатель S2 – в положение 1. Линейно-изменяющееся напряжение с выхода генератора развертки усиливается и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ (пластины Х), перемещая электронный луч по горизонтали с постоянной скоростью. Таким образом, на экране осциллографа представляется зависимость входного сигнала от времени, при этом в режиме внешней синхронизации необходимо на гнездо «Внеш. синхр.» подать дополнительный сигнал, синхронный с исследуемым.
При наблюдении и исследовании фронта входных импульсных сигналов в канале вертикального отклонения используется линия задержки. Она обеспечивает задержку сигнала с выхода усилителя 1 относительно момента начала формирования линейно-изменяющегося напряжения в режиме внутренней синхронизации.
В приборе предусмотрена возможность поступления внешнего сигнала на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ при подаче его на гнездо
«Вх. Х». В этом случае усилитель развертки отключается от генератора развертки и подключается к делителю канала горизонтального отклонения луча ЭЛТ (S2 – в положении 2). При этом на экране осциллографа наблюдается входной сигнал, поданный на «Вх. Y», в зависимости от сигнала, поданного на «Вх. Х».
Калибратор формирует напряжение, имеющее форму «меандра», стабильное по амплитуде и частоте, используемое для калибровки коэффициента отклонения усилителя 1 и коэффициента развертки по горизонтали.
Двухканальные и двухлучевые осциллографы применяют для одновременного наблюдения осциллограмм двух сигналов на экране одной ЭЛТ.
Структура двухканального осциллографа типа GOS-620 представлена на рисунке 1.2.
Двухканальный осциллограф содержит два идентичных канала вертикального отклонения. В состав каждого из них включен аттенюатор, эмиттерный повторитель и предварительный усилитель. Электронный коммутатор попеременно подает выходные сигналы каждого канала на оконечный усилитель, линию задержки и на вертикально отклоняющие пластины обычной ЭЛТ. В осциллографе предусмотрены четыре режима работы каналов:
· одноканальный (работает либо первый канал, либо второй),
· чередования каналов (поочередное включение каналов после каждого хода развертки),
· прерывания (работают оба канала, но переключения производятся с высокой частотой, в нашем случае с частотой 250 кГц),
· алгебраического сложения (работают оба канала одновременно на одну нагрузку).
На передней панели осциллографа типа GOS -620 находятся
следующие органы управления:
POWER – включение и выключение питания прибора,
INTEN, FOCUS – управление яркостью и фокусировкой луча, соответственно,
TRACE ROTATION – выравнивание горизонтального положения луча,
CAL – выход генератора калибровочного напряжения,
GND – корпус,
CH 1 (Х) – входной зажим 1-го канала,
CH 2 (Y) – входной зажим 2-го канала,
AC-GND-DC – выбор режима связи между входным сигналом и усилителем канала вертикального отклонения (в положении GND вход усилителя канала вертикального отклонения заземлен; в положении АС усилитель имеет закрытый вход, т.е. на его входе включен разделительный конденсатор, подавляющий постоянную составляющую сигнала; в положении DC усилитель имеет открытый вход, т.е. на его входе конденсатор отсутствует),
VOLTS/DIV – переключение чувствительности (от 5 мВ/дел до 5 В/дел),
VARIABLE – плавная регулировка чувствительности (в положении CAL чувствительность соответствует калиброванному значению, в положении х5 MAG чувствительность увеличивается в 5 раз),
CH1 & CH2 DC BAL – регулировка баланса усилителей каналов,
▲▼ POSITION, ◄ ► POSITION – вертикальное и горизонтальное перемещение луча,
VERT MODE – выбор режимов работы усилителей 1-го и 2-го каналов:
СН 1 – одноканальный режим работы только 1-го канала,
СН 2 – одноканальный режим работы только 2-го канала,
DUAL – двухканальный режим 1-го и 2-го каналов,
ADD – осциллограф показывает сумму двух сигналов (СН1 + СН2) или их разность (СН1 – СН2) (если нажата дополнительно кнопка СН 2 INV).
Для точного сложения или вычитания сигналов чувствительности каналов должны быть одинаковы,
| |
Рисунок 1.2
ALT / CHOP – при отжатом состоянии этой кнопки сигналы 1-го и 2-го каналов наблюдаются на экране поочередно (обычно при высокой скорости развертки), при нажатом состоянии – сигналы 1-го и 2-го каналов отображаются одновременно (при низкой скорости развертки),
CH 2 INV – инвертирование входного сигнала 2-го канала,
TRIGGER – выбор режима синхронизации,
EXT TRIG IN – входной зажим сигнала внешней синхронизации,
SOURCE – выбор сигнала синхронизации:
СН 1 – внутренняя синхронизация осуществляется сигналом со входа СН 1;
СН 2 – внутренняя синхронизация осуществляется сигналом со входа СН 2;
TRIG.ALT – синхронизация осуществляется попеременно от сигналов СН 1 и СН 2, при этом изображение обоих сигналов будет неподвижным;
LINE – синхронизация осуществляется сигналом от сети;
EXT – синхронизация от внешнего сигнала, подаваемого через входной зажим EXT TRIG IN;
MODE – выбор типа синхронизации,
AUTO – автоматическая синхронизация (должна быть использована для наблюдения сигналов малой частоты).
NORM – внутренняя синхронизация (развертка запускается, когда амплитуда сигнала синхронизации достигает уровня, установленного ручкой TRIG LEVEL).
SLOPE – уровень синхронизации (в положении «+» синхронизация запускается, когда синхронизирующий сигнал превышает уровень синхронизации в положительном направлении; в положении «-» синхронизация запускается, когда синхронизирующий сигнал превышает уровень синхронизации в отрицательном направлении);
LEVEL – плавная регулировка уровня синхронизации;
Синхронизация развертки начинается, когда сигнал источника синхронизации превышает заранее установленный порог. Вращение регулятора TRIG LEVEL изменяет значение порога. Это позволяет устанавливать начало развертки в любую желаемую точку сигнала. При синусоидальной форме сигнала фаза, с которой начинает осуществляться развертка, меняется. Если регулятор TRIG LEVEL повернут в крайнее положительное или отрицательное положение, в режиме синхронизации NORM развертки не будет, потому что порог синхронизации больше амплитуды синусоидального сигнала.
TIME / DIV – регулировка времени развертки от 0,2 мкс/дел. до 0,5 с/дел. ступенями;
SWP . VAR – изменение времени развертки в пределах ступени плавно;
x 10 MAG – десятикратное увеличение масштаба по горизонтали
(при нажатой кнопке).
Подготовка к работе
Внимание!
Перед включением осциллографа в сеть органы управления установите в следующие положения: кнопку POWER – в отжатое положение (OFF); переключатели INTEN, FOCUS, ▲ ▼POSITION, ◄ ►POSITION – в среднее положение; ALT/CHOP – в отжатое положение (ALT); CH 2 INV, TRIG.ALT, x10 MAG – в отжатое положение; VERT MODE – в положение СН 1; VOLTS/DIV – в положение 0.5 V/DIV; VARIABLE – в положение CAL (положение по часовой стрелке); AC-GND-DC – в положение GND; SOURCE – в положение CH 1; SLOPE – в положение +; TRIGGER MODE – в положение AUTO; TIME/DIV – в положение 0.5 mSec/DIV; SWP.VAR – в положение CAL.
Нажмите переключатель POWER и убедитесь, что питание включено. Примерно через 20 секунд на экране появится линия. Если в течение минуты линия не появилась, проверьте положение переключателей и регуляторов. При помощи регуляторов INTEN и FOCUS отрегулируйте соответственно яркость и четкость линии. Выровняйте линию по центральной горизонтальной линии координатной сетки при помощи регуляторов CH 1 POSITION и TRACE ROTATION (регулируется с помощью отвертки).
После прогрева осциллографа в течение 15 минут произведите балансировку поочередно каждого усилителя каналов вертикального отклонения. Для этого установите входные переключатели СН1 и СН2 в положение GND, а ручку TRIGGER MODE в положение AUTO. Установите ручку VOLTS/DIV в положение 5 mV – 10 mV. Не подавая сигнал на входы
усилителей, ручками перемещения луча по вертикали переместите линию
развертки в середину рабочей части экрана ЭЛТ. Регулировкой ручки балансировки DC BAL добейтесь независимости положения линии развертки по вертикали от положения ручек входного аттенюатора VOLTS/DIV.
Перед выполнением измерений параметров наблюдаемого сигнала произведите калибровку 1-го и/или 2-го канала.
Для калибровки используется стабильный по амплитуде (2 В) и частоте (1 кГц) сигнал образцового напряжения с выхода встроенного в осциллограф генератора (клемма CAL). Калиброванный сигнал подается на соответствующий вход канала вертикального отклонения с помощью входного кабеля. Установите переключатель AC-GND-DC в положение АС. На экране появится калибровочный сигнал, имеющий форму меандра. При помощи регулятора FOCUS сделайте изображение четким. Установите переключатели VOLTS/DIV и TIME/DIV так, чтобы форма сигнала была видна ясно. Установите регуляторы ▲▼POSITION и ◄ ►POSITION так, чтобы сигнал был выровнен по координатной сетке, и напряжение, и период удобно читались. Установите ручку VARIABLE в крайнее правое положение CAL (при измерениях ручкой VARIABLE не пользоваться). Период калиброванного меандра отрегулируйте ручкой TIME/DIV в соответствии с выбранным пределом измерения по длительности (при этом ручка SWP.VAR должна находиться в крайнем правом положении CAL).
Если изображение меандра не соответствует по амплитуде и частоте параметрам калибровочного сигнала, то регуляторами VARIABLE и SWP.VAR необходимо добиться этого соответствия и измерения выполнять при установленных положениях этих регуляторов (не в положении CAL).
Отображение функциональных зависимостей Y ( X )
Фукция Y(X) позволяет наблюдать двухкоординатные невременные зависимости сигналов. Для использования этого режима необходимо установить переключатель TIME/DIV в положение X-Y. Сигнал оси Х (горизонтальной) подается на вход СН 1, а сигнал оси Y (вертикальной) – на вход СН 2.
Положение луча по осям Х и Y может устанавливаться регуляторами
◄► POSITION (по горизонтали), ▲▼ POSITION (по вертикали).
Размеры изображения по координатам Х и Y регулируются чувствительностью каналов CH1 и CH2 соответственно.