С помощью осциллографа

Лабораторная работа № 4

Измерение параметров сигналов с помощью осциллографа.

1. Тема: Измерение параметров сигналов с помощью осциллографа.

2. Требования к знаниям:

Студент должен:

Иметь представление:

- О назначении осциллографа и области его применения.

- О скоростных и запоминающих осциллографах.

- Об использовании двухканальных и двулучевых осциллографов.

Знать:

- Методы измерения амплитуды сигнала с помощью осциллографа.

- Методы измерения частоты с помощью осциллографа.

Уметь:

- Подготовить осциллограф к работе.

- Определять параметры сигнала помощью осциллографа.

Иметь навыки:

- Практического использования осциллографов.

3. Цель

3.1. Закрепить навыки работы с электронным осциллографом.

3.2. Изучить методику измерения параметров электрических сигналов электронным осциллографом.

3.3. Приобрести практические навыки измерения параметров электрических сигналов электронным осциллографом.

4. Литература

4.1. «Электрорадиоизмерения» под редакцией А.С. Сигова - М.: «Форум – Инфра-М», 2004 г.

4.2. «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах» под редакцией Б. Н. Тихонова. - М.: «Горячая линия - Телеком», 2007 г.

4.3. Техническое описание осциллографа С1-65.

4.4. Описание лабораторной работы № 4.

5. Подготовка к работе

5.1. Изучить (повторить) Теоретический материал об измерении параметров электрических сигналов с помощью осциллографа. [1] § 5.5.

5.2. Ознакомиться с устройством и особенностями осциллографа С1-65.

5.3. Подготовить бланк отчета

5.3.1. Титульный лист.

5.3.2. Цель работы.

5.3.3. Основные технические данные осциллографа С1-65.

5.3.4. Структурная схема осциллографа С1-65 рисунок 4.5.

5.3.5. Схемы измерений [4] рисунки 4.1, 4.3.

5.3.6. Формы протоколов измерений. [4] Таблицы 4.1, 4.2.

5.4. Контрольные вопросы допуска

5.4.1. Какие параметры сигнала можно измерить с помощью осциллографа.

5.4.2. Запишите формулы, по которым определяют амплитуду, период и частоту сигнала.

5.4.3. Поясните принцип измерения амплитуды колебаний электрических сигналов с помощью осциллографа.

5.4.4. Поясните принцип измерения периода колебаний электрических сигналов.

5.4.5. Поясните, как подготовить осциллограф к работе.

6. Основное оборудование

6.1. Осциллограф С1-65.

6.2. Электронный вольтметр В3-38.

6.3. Измерительный генератор Г3-111.

7. Задание

7.1. Изучить структурную схему и конструкцию осциллографа С1-65.

7.2. Измерить амплитуду колебаний сигнала синусоидальной формы.

7.3. Измерить период и определить частоту сигнала синусоидальной формы.

7.4. Измерить параметры импульсного сигнала.

8. Порядок выполнения работы.

8.1. Изучение конструкции осциллографа

8.1.1. Пользуясь техническим описанием изучите назначение и расположение всех органов управления прибором.

8.1.2 Увяжите органы управления с их обозначениями на структурной схеме.

8.2. Измерение амплитуды колебаний сигнала синусоидальной формы (исходные данные задает преподаватель).

8.2.1. Подайте исследуемый сигнал с генератора на вход Y осциллографа, используя схему рисунок 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема измерения напряжения исследуемого сигнала.

8.2.2. Установите на выходе генератора напряжение, указанное преподавателем (частота сигнала выбирается произвольно).

8.2.3. Подберите положение переключателя «V/дел.» на осциллографе так, чтобы размер изображения по вертикали был в пределах рабочей области экрана.

8.2.4. Подберите положение переключателя «время/дел.» так, чтобы на экране укладывалось 2-3 периода исследуемого сигнала.

Рисунок 4.2 - Изображение на экране осциллографа.

8.2.5. Добейтесь устойчивого изображения на экране ЭЛТ регулировками «уровень синхронизации» и «стабильность».

8..2.6. По размерам изображения на экране рисунок 4.2 определите амплитуду сигнала по формуле (4.1):

U_m – Амплитуда измеряемого сигнала.

n_y – Число делений соответствующих, размаху сигнала.

U_k – Положение переключателя «V/дел.», определяющее коэффициент отклонения по вертикали.

8.2.7. Определите среднее квадратическое значение напряжения по формуле (4.2).

8.2.8. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности по формулам (4.3), (4.4)

Измерения повторите для других значений напряжения, заданных преподавателем. Результаты запишите в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

8.3. Измерение периода и частоты исследуемого сигнала (исходные данные для проведения измерений задает преподаватель).

8.3.1. Подайте исследуемый сигнал с генератора на вход Y осциллографа, используя схему рисунок 4.3.

Рисунок 4.3 - Схема измерения периода сигнала с помощью осциллографа.

8.3.2. Установите на выходе генератора значение частоты, указанное преподавателем (напряжение сигнала может быть произвольным).

8.3.3. Подберите положение переключателя «время/деление» на осциллографе так, чтобы на экране наблюдалось 2-3 синусоиды исследуемого сигнала.

8.3.4. Добейтесь устойчивого изображения на экране ЭЛТ регулировкой «синхронизация уровень».

8.3.4. По размерам изображения на экране рисунок 4.2, определите период сигнала по формуле (4.5):

Т_х – Период исследуемого сигнала.

n_x – Количество делений, соответствующих периоду сигнала.

T_k - Положение переключателя вольт/деление.

8.3.5. Определите частоту сигнала, зная его период формуле (4.6):

8.3.6. Повторите измерения для других значений, заданных преподавателем. Результаты измерений занесите в таблицу 4.2.

Таблица 4.2.

8.3.8. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности по формулам (4.7), (4.8):

относительная погрешность

8.3.9. Результаты расчетов запишите в таблицу 4.2.

9. Содержание отчета

9.1. Технические данные осциллографа.

9.2. Изображение сигналов полученных на экране осциллографа.

9.3. Таблица с результатами измерений.

10. Контрольные вопросы зачета

10.1. Назначение осциллографа. Какие параметры сигнала можно измерить с помощью осциллографа?

10.2. Виды осциллографов. Их классификация?

10.3. Поясните назначение блоков структурной схемы осциллографа?

10.4. Каковы основные характеристики осциллографа, определяющие возможность его применения для проведения измерений.

10.5. Назначение и принцип действия генератора развертки?

10.6. Поясните особенности работы двухканального осциллографа?

10.7. Какие параметры импульсного сигнала можно измерить с помощью осциллографа?

10.8. Поясните назначение переключателя «V/дел»?

10.9. Поясните назначение переключателя «время/дел»?

10.10. Для чего используется вход «X»?

Приложение 4.1

к лабораторной работе № 4.

ОСЦИЛЛОГРАФ С1-65.

1. НАЗНАЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА.

Осциллограф С1-65 однолучевой прибор (рисунок 4) предназначен для наблюдения электрических сигналов на экране ЭЛТ и измерения их временных и амплитудных параметров.

Рисунок 4.4 - Лицевая панель осциллографа С1-65А

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Диапазон измеряемых напряжений 15 мВ – 60 В.

Диапазон измеряемых интервалов времени 50 нс – 500 мс.

Полоса пропускания осциллографа 0 – 35 МГц.

Входной импеданс 1, 0 МОм.

Вход открытый или закрытый с разделительной емкостью 33нф.

Погрешность измерения:

Амплитуды синусоидальных сигналов ± 5%;

Амплитуды импульсов ± 5%;

Интервалов времени ± 5%.

3. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ОСЦИЛЛОГРАФА.

Рисунок 4.5 - Структурная схема осциллографа С1-65.

Однолучевой осциллограф С1-65 построен по классической схеме. Синхронизация развертки осуществляется сигналом любой полярности от внутреннего и внешнего источника сигнала. Прибор может работать в режиме «X-Y». Режим работы «X-Y» реализуют, подключая предварительный усилитель канала II к оконечному усилителю горизонтального отклонения или подавая сигнал отклонения по горизонтали на специальный вход X. При первом способе параметры канала отклонения по горизонтали аналогичны параметрам канала I.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Измерение переменного напряжения

Для измерения переменного напряжения выполните следую­щие операции:

4.1.1. Подайте сигнал на гнездо «» усилителя Y;

4.1.2. Установите переключатель «V/ДЕЛ.» так, чтобы сигнал на экране ЭЛТ занимал около 7 делений;

4.1.3. Установите тумблер «» в положение «».

4.1.4. Установите ручкой «УРОВЕНЬ» устойчивое изображение. Установите переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» в положение, при кото­ром на экране наблюдается несколько периодов исследуемого сигнала;

Рисунок 4.6. - Измерение полного размаха сигнала

4.1.6. Измерьте расстояние в делениях между крайними точками размаха сигнала. Ручка «ПЛАВНО» должна быть установлена в по­ложение «▼».

4.1.7. Определите значение амплитуды сигнала по формуле 4.9.

4.2. Измерение временных интервалов

Для измерения длительности сигнала между двумя его точка­ми произведите следующие операции:

4.2.1. Подайте сигнал на гнездо «» усилителя Y;

4.2.2. Установите переключатель «V/ДЕЛ.» в такое положение, что­бы изображение на экране составило около 5 делений;

4.2.3. Ручкой «УРОВЕНЬ» установите устойчивое изображение;

4.2.4. Установите переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» на наибольшую скорость развертки, при которой расстояние между двумя изме­ряемыми точками будет меньше 8 делений, т. к. возможна нели­нейность изображения в первом и последнем делениях шкалы.

4.2.5. ручкой «» переместите изображение таким образом, чтобы точки, между которыми измеряется время, находились на горизон­тальной центральной линии;

Рисунок 4.10 – Измерение временного интервала

4.2.6. Ручкой «» установите изображение так, чтобы точки, между которыми измеряется время, находились в пределах восьми центральных делений сетки;

4.2.7. Измерьте горизонтальное расстояние между измеряемыми точками. Ручка «ПЛАВНО» переключателя «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» должна быть установлена в положение «▼»;

4.2.8. Умножьте расстояние, измеренное в 4.2.7., на показание переключателя «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» Если используется умножение раз­вертки, результат умножьте на 0, 1. Т.е. определите временной интервал по формуле 4.10.