Измерение параметров сигнала осциллографом

Цель работы: Изучить структурную схему электронно-лучевого осциллографа и научиться использовать его для измерения электрических величин.

Необходимо знать:

- структурную схему электронно-лучевого осциллографа;

- устройство электронно-лучевой трубки;

- назначение органов управление лучом.

Необходимо уметь:

- настраивать осциллограф для измерения параметров электрических сигналов;

- измерять электронным осциллографом напряжения, частоту, фазовый сдвиг между двумя синусоидальными напряжениями.

Пояснение к работе.

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) – это измерительный прибор, предназначенный для наблюдения и исследования электрических процессов, а также для измерения ряда их параметров: максимального и мгновенного значения напряжений и токов, длительности импульсов, частоты и фазы периодических колебаний и других параметров.

По количеству исследуемых сигналов ЭЛО подразделяют на одно-, двух- и многолучевые.

Мгновенное напряжение в любой временной точке, в том числе и амплитудное, определяют как произведение числа делений отклонения луча по вертикали на установленный коэффициент отклонения. Так, на осциллограмме периодического сигнала (рисунок 7.1.) размеры на вертикали в точках А и Б соответственно равны 2 делениям и 2, 3 деления, то при включенном внешнем делителе с коэффициентом деления 1: 10 и коэффициенте отклонения, равном, например 0, 5 В/дел, искомые напряжения соответственно составят 2*0, 5*10=10В и 2, 3*0, 5*10=11, 5 В

Рисунок 7.1. Осциллограмма периодического сигнала.

Временные интервалы определяют как произведение соответствующего числа делений по горизонтали между двумя временными точками на установленный переключателем длительности «ms/дел», «мs/дел» коэффициент развертки. Период сигнала, показанного на рисунке 7.1., при коэффициенте развертки, равном, например, 50 мкс/дел, составит 5*50 = 250 мкс, а частота – 1/250*10^-6 = 4000 Гц.

Угол сдвига фаз между двумя периодическими напряжениями определяют методом линейной развертки. При применении двулучевого осциллографа на экране создается изображение двух напряжений (рисунок 7.2), фазовый сдвиг j_х между которыми надо измерить. По измеренным отрезкам аb и ас вычисляется:

j_х = (7.1)

Рисунок 7.2. Измерение фазы методом линейной развертки.

Задание.

Предварительная подготовка:

1) изучить методические рекомендации по проведению работы;

2) изучить структурную схему осциллографа и назначение ручек управления;

3) зарисовать структуру электронно-лучевой трубки и изучить назначение отдельных элементов;

4) подготовить ответы на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы.

1. Подобрать приборы и оборудование для проведения работы.

- Источник переменного напряжения, 120В – 1 шт.

- Резистор, 1 кОм – 1 шт.

- Конденсатор, 1 мкФ – 1 шт.

- Осциллограф – 1 шт.

2. Собрать схему и показать ее преподавателю.

Электрическая схема представлена на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3. Электрическая схема.

3. Включить цепь под U и произвести настройку осциллографа, для чего двойным щелчком мыши по уменьшенному изображению открыть изображение передней панели управления информационными полями и экраном.

4. Настройка осциллографа производится при помощи полей управления, расположенных на панели управления.

4.1 Управление масштабом времени (TIME BASE):

- установить масштаб времени – 5, 00 ms/div

- С помощью кнопок ; расположенных в поле строки Х POS, можно дискретно сдвигать начало осциллограммы по горизонтальной оси, установить Хpos - 3, 40

- Задать вид зависимости отображаемых сигналов, нажать на кнопку Y/T, при этом по вертикальной оси откладывается напряжение, по горизонтальной оси – время.

4.2. Управление каналами А и В

- установить масштабы оси напряжения канала А 100V/Div, канала В 100V/Div

- установить Y_pos – 0.00

- нажать на кнопку АС

4.3 Управление синхронизацией (Trigger)

- включить режим E_dge

- установить уровень поля 0, 00

- включить автоматический режим (Auto) запуска осциллограммы

5. Провести измерения параметров сигнала осциллографом:

5.1 Измерить мгновенные значения напряжений в любой точке осциллограммы (Um), для чего нажать на клавишу ZOOM (Expand) на панели простой модели и открыть окно расширенной модели осциллографа. На экране расположены два курсора, обозначаемые 1 и 2, при помощи которых можно измерить мгновенные значения напряжений в любой точке осциллограммы. Для этого перетащите мышью курсоры за треугольники в их верхней части в требуемое положение. Координаты точек пересечения первого курсора с осциллограммами отображаются на левом табло, координаты второго курсора - на среднем табло.

5.2 По амплитудному напряжению U₁m, и U₂m вычислить действующее значение напряжения U и U_R по формуле:

U= ; (7.2) U_R= . (7.3)

5.3 Рассчитать действующее значение тока по формуле:

(7.4)

6. Измерить временной интервал периода сигналов Т, для чего курсор 1 установить в начале периода синусоиды сигнала А, а курсор 2 в конце периода синусоиды сигнала А (ноль напряжения). Результат измерения временного интервала периода Т=(Т₂ – Т₁)₁ отображен на правом табло. Записать результат в таблицу 7.1.

7.Рассчитать частоту сигналов по формуле:

, (7.5)

где Т- время периода сигнала.

8.Измерить угол сдвига фаз между напряжением U_R, повторяющим кривую тока I и напряжением цепи U, для чего курсор 1 выставить на ноль тока, а курсор 2- на ноль напряжения. Временной сдвиг между током и напряжением отображен на правом табло t_x=(Т₂ – Т₁)₂. Результат измерения записать в таблицу 7.1.

9.Вычислить фазовый сдвиг по формуле:

(7.6)

где Т – время периода сигналов

Результаты измерений и расчеты записать в таблицу 7.1.

Таблица 7.1- Опытные и расчетные данные

Измерено	Вычислено
U1m	U2m	T=(Т2-Т1)1	tx=(T2-T1)2	U	UR	I	f
В	В	с	с	В	В	А	Гц	град

10.Зарисовать осциллограммы исследуемых напряжений

Контрольные вопросы.

1. Каково назначение электронного осциллографа?

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

1. Составные части осциллографа и их назначение?

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

1. Как измерить электронным осциллографом напряжение, период и частоту исследуемого сигнала?

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________