Что такое закрытый вход эло

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И.Ульянова (Ленина)” (СПбГЭТУ) Кафедра теоретических основ радиотехники ____________________________________________________ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторных работ по дисциплине “ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА РАДИОИЗМЕРЕНИЙ” Санкт-Петербург 2011 г.

1. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА В лабораторной работе изучаются устройство и принцип действия универсального двухканального электронно-лучевого осциллографа, методика подготовки осциллографа к работе. Измеряются переходная и частотная характеристики осциллографа. 1.1. Структурная схема универсального осциллографа Осциллограф – измерительный прибор, позволяющий получить график (осциллограмму) сигнала в декартовой системе координат напряжение–время и измерить его параметры. Осциллограф используется как для визуального анализа осциллограмм, так и для измерения параметров исследуемых сигналов. С помощью осциллографа прямым способом измеряют мгновенные значения напряжения и временные интервалы. Косвенные способы позволяют использовать осциллограф для измерения частоты, тока, фазового сдвига, сопротивления, амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и пр. Существуют три вида таких приборов – универсальные аналоговые электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО), ЭЛО с цифровыми измерительными блоками и цифровые осциллографы. Основным узлом универсального аналогового осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим отклонением луча. Исследуемый сигнал после усиления подают на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. На горизонтально отклоняющие пластины приложено линейно нарастающее напряжение развертки. ЭЛО позволяют исследовать сигналы в реальном масштабе времени и не имеют режима запоминания. Они пригодны для наблюдения повторяющихся процессов (периодических и непериодических). Однократные и неповторяющиеся процессы исследуют в режиме фиксации изображения на фотопленку или на цифровую фотокамеру. Для запоминания таких сигналов используют цифровые осциллографы. Различают несколько групп универсальных осциллографов. Наиболее простые конструкции содержат один канал усиления сигнала с ограниченным частотным диапазоном. Более сложные универсальные осциллографы имеют два и более широкополосных каналов усиления сигнала (200…400 МГц). Двухканальные осциллографы с электронной коммутацией сигналов и двухлучевые осциллографы позволяют наблюдать на экране два сигнала. Двухлучевые ос- 2

циллографы имеют два идентичных канала усиления сигнала и позволяют регулировать параметры изображений (яркость, фокус, положение по вертикали и горизонтали) независимо друг от друга. Структурная схема универсального двухканального осциллографа GOS653G, исследуемого в данной лабораторной работе, приведена на рис. 1.1.

Вход Y 1	дБ	Предварительный
усилитель Y 1

Коммутатор	Линия	Оконечный
	задержки	усилитель Y
Вход Y 2				дБ	Предварительный
усилитель Y 2
	А 1	А 2	А 3
К
Внешняя	синхронизация
М
Устройство	Г
Калибратор			синхронизации
				Вход X	и запуска	Оконечный
усилитель X

Вход Z Усилитель Z Рис. 1.1. Структурная схема осциллографа с системой двойной развертки Схема включает электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), каналы вертикального ( Y ) и горизонтального ( X ) отклонения луча, блок синхронизации и запуска, канал модуляции луча по яркости ( Z ) и калибратор. Органы управления этих блоков на передней панели осциллографа обычно объединяют в группы, что упрощает регулировку и управление прибором. В осциллографе применена ЭЛТ с электростатическим формированием и отклонением луча. Такая трубка содержит две пары пластин для отклонения электронного луча по вертикали и горизонтали; ускоряющие и фокусирующие электроды; модулятор для управления плотностью луча (следовательно, и яркостью изображения) и катод с подогревателем. Изображение сигнала образуется на плоском экране с люминесцентным покрытием. Непосредственно на экран ЭЛТ наносят прямоугольную сетку (шкалу). Для удобства наблюдения и фотографирования шкала может быть подсвечена. Канал Y служит для усиления исследуемых сигналов. Он включает входное устройство, калиброванный аттенюатор, предварительный усилитель, линию задержки и оконечный усилитель. Входное устройство пред-

ставляет собой коммутируемый разделительный конденсатор, позволяющий при необходимости убрать постоянную составляющую сигнала («закрытый вход»). Калиброванный аттенюатор обеспечивает дискретную регулировку размера осциллограммы (масштаб по вертикали). Значения коэффициентов отклонения канала Y (вольт на деление) нанесены на шкалу аттенюатора. В предварительном усилителе предусматривают возможность плавного изменения высоты изображения и его смещения по вертикали. В двухканальном осциллографе используют два блока входных устройств, аттенюаторов и предварительных усилителей. Сигнал на оконечные каскады и ЭЛТ подают через электронный коммутатор каналов. Переключение каналов позволяет получить осциллограмму двух сигналов. Обычно используют поочередный режим , при котором на один ход развертки создается изображение первого сигнала, на другой – второго. Этот режим создает мелькание изображения при медленных развертках. Для этого случая применяют прерывистый режим переключения каналов с достаточно высокой частотой (порядка десятков килогерц). Электронный коммутатор обеспечивает режимы независимого наблюдения сигналов в канале 1 и 2 и их суммирования. Линия задержки в канале Y обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала, подаваемого на отклоняющие пластины. Этот сдвиг при внутренней синхронизации (запуске) позволяет сместить осциллограмму относительно начала развертки. Это сохраняет на осциллограмме передний фронт сигнала. Оконечный усилитель канала Y обеспечивает отклонение луча в пределах рабочей части экрана. Малое выходное сопротивление усилителя уменьшает частотную зависимость канала на верхних частотах, возникающую изза паразитной емкости отклоняющих пластин. Канал X обеспечивает отклонение луча по горизонтали. Он содержит генератор развертки и оконечный усилитель. Генератор развертки имеет три режима работы: автоколебательный (непрерывный), ждущий и однократ- ный . Автоколебательный режим является основным для осциллографа – напряжение развертки вырабатывается периодически независимо от наличия сигнала на входе прибора. Ждущий режим применяется для исследования непериодических сигналов и импульсов большой скважности, однократный – для фотографирования неповторяющихся одиночных процессов. В ряде случаев (при измерении частоты, фазового сдвига и пр.) генератор развертки отключают, а на оконечный усилитель канала X подают сигналы от внешнего источника развертывающего напряжения ( X–Y — режим ).

Генератор развертки в автоколебательном режиме вырабатывает линей-
но изменяющееся (пилообразное) напряжение (рис. 1.2). Оно имеет участок
прямого хода развертки t пр , участок обратного хода t обр						и интервал блоки-
ровки t бл , дополняющий сигнал развертки до периода T р :
T р	t бл	t обр	t бл .
u р ( t )
U p
t пр	t обр	t бл	T p	t
				Рис. 1.2. Пилообразное напряжение непрерывной развертки

Длительность прямого хода определяет временной масштаб осциллограммы по оси Х . Его задают коэффициентом развертки ( K р , время на деле- ние). Время обратного хода делают минимальным, а интервал блокировки возникает в случае синхронизации генератора исследуемым сигналом. Период развертки становится кратен или равен периоду входного сигнала. Оконечный усилитель канала X выполняет те же функции, что и усилитель канала Y . Кроме того, он используется в режиме X–Y для усиления входного сигнала. Для получения более крупного масштаба используют режим растяжки изображения по горизонтали. При этом масштаб меняют не регулировкой генератора развертки, а дискретным (обычно в 10 раз) увеличением коэффициента передачи оконечного усилителя канала X . В осциллографе применен блок двойной развертки. В канале Х предусмотрено два генератора – основной (A) и задержанной (B) разверток. Оба генератора могут работать независимо, обеспечивая обычный осциллографический режим (развертка А или В). В режиме задержанной развертки B запуск осуществляют от генератора развертки А с задержкой, которую можно регулировать. Это позволяет смещать осциллограмму сигнала по оси Х . В устройстве задержки напряжение развертки A сравнивается с постоянным опорным напряжением, значение которого плавно регулируется от нуля до значения, соответствующего амплитуде развертки. При этом компаратор устройства вырабатывает импульс запуска развертки B, временной сдвиг которого меняется в пределах длительности прямого хода развертки A. В ряде осциллографов потенциометр, регулирующий опорное

напряжение, отградуирован в долях коэффициента развертки A, что позволяет использовать его для точных измерений временных интервалов. Устройство синхронизации и запуска (УСЗ) вырабатывает импульсы синхронизации (запуска) генератора развертки. Эти импульсы привязываются к одной и той же характерной точке сигнала (например, фронт, срез импульса и др.). Для периодических сигналов устройство синхронизации вырабатывает импульсы с периодом входного сигнала. Эти импульсы в автоколебательном режиме синхронизируют генератор развертки с исследуемым сигналом и обеспечивают тем самым неподвижность осциллограммы. В ждущем режиме импульсы запускают генератор развертки только при наличии на входе осциллографа исследуемого сигнала. В УСЗ используют ручную или автоматическую регулировку уровня, по которому вырабатывается сигнал синхронизации (эта регулировка обычно обозначается УРОВЕНЬ). Применяют переключение полярности синхронизации, это позволяет выбрать положение импульса запуска на фронте (нарастании) или на срезе (убывании) сигнала. Канал Z служит для модуляции яркости изображения на экране. Основное назначение канала – подсветка рабочего хода развертки. Во время обратного хода электронно-лучевая трубка запирается отрицательным напряжением на модуляторе развертки. При измерениях канал Z применяют для создания на осциллограмме яркостных меток и подсветки части изображения в режиме двойной развертки. Калибратор служит для установки определенных масштабных коэффициентов по горизонтали и вертикали и представляет собой генератор эталонного сигнала. Для калибровки используют прямоугольные импульсы с известными амплитудой и частотой. 1.2. Принцип действия осциллографа и режимы его работы Визуальный анализ осциллограмм – начальный этап использования осциллографа. Для исследования сигнала необходимо получить на экране ЭЛТ четкую неподвижную осциллограмму в удобных для наблюдения масштабах по осям X и Y . Четкость изображения обеспечивают регулировкой яркости, фокусировки и астигматизма луча. Неподвижность изображения в автоколебательном режиме достигают синхронизацией генератора развертки от исследуемого сигнала (внутренняя синхронизация) или от внешних сигналов (внешняя синхронизация). При этом обеспечивается равенство или кратность периода развертки T р периоду входного сигнала T с (рис. 1.3, а , б ).

T p = T c	t
u р2 ( t )
T p =2 T c	t
а	б
Рис. 1.3. Напряжения непрерывной развертки ( а ) и осциллограммы сигналов ( б )

При исследовании импульсных сигналов с большой скважностью (напомним, что скважность – это отношение периода сигнала к его длительности) для получения удобного масштаба по оси X нужно устанавливать период развертки меньше периода сигнала. Это приводит к многократным проходам луча по линии нулевого уровня (рис. 1.4, а ). Яркость линии может существенно превышать яркость изображения импульса, что затрудняет анализ осциллограммы. В этом случае используют ждущий режим работы генератора развертки. Генератор запускается только при наличии на входе исследуемого импульса. При этом ликвидируются проходы луча по линии нулевого уровня, яркость осциллограммы становится однородной (рис. 1.4, б ). Ждущий режим незаменим для исследования непериодических повторяющихся сигналов, где синхронизация генератора невозможна. Однократный режим работы осциллографа применяют редко – обычно он используется при фотографировании осциллограмм одиночных или неповторяющихся процессов (шумов, случайных сигналов). Одиночный проход развертки осуществляют путем нажатия кнопки на передней панели осциллографа. 7

T c	t
u р1 (t)
T р = T р /3	t
а
u р2 (t)

t б Рис. 1.4. Напряжения ждущей развертки В случае необходимости укрупнения масштаба по оси Х без нарушения режима синхронизации используют растяжку изображения в усилителе Х (рис. 1.5). u c ( t ) U р1

t
u р ( t )	U р2
U р1	U р2
t
а	б
Рис. 1.5. Растяжка осциллограммы по горизонтали

Дискретно увеличивают коэффициент передачи оконечного усилителя (обычно в 10 раз), что приводит к растяжению осциллограммы по оси Х . Большая часть прямого хода луч на экране будет отсутствовать. Видимая часть осциллограммы при этом соответствует «временному окну», которое можно перемещать по оси Х регулировкой горизонтального положения луча. 8

Важно, что при этом режимы генератора развертки и синхронизации не меняются и условие неподвижности изображения сохраняется. Режим растяжки имеет и недостатки – уменьшается яркость осциллограммы и возрастают искажения, связанные с нелинейностью напряжения развертки. Режим «временного окна» с укрупнением масштаба по оси времени удобнее реализовывать в осциллографах с двойной разверткой. Выберем коэффициент развертки B меньше, чем развертки A (рис. 1.6). u c ( t )

T c	t
u р1 ( t )
U пор
t
u зап ( t )

t
u р2 ( t )
t
а	б
Рис. 1.6. Работа системы двойной развертки

Регулируя задержку развертки В и переключая канал Х на работу с генератором B, получаем осциллограмму фрагмента в удобном масштабе времени. Для удобства установки задержки предусмотрен режим «B подсвечивает A», при котором область действия развертки B выделяется на осциллограмме яркостной отметкой. Это осуществляют подачей импульса подсвета с генератора развертки B. Измерение напряжений с помощью осциллографа производят, как правило, методом калиброванных шкал . Перед измерениями осциллограф должен быть откалиброван по вертикали, для чего на вход Y подают сигнал калибратора прямоугольной формы (меандр) с точно известной амплитудой. Подстройкой усиления канала Y добиваются соответствия вертикального размера

изображения сигнала установленному коэффициенту отклонения ( K о , вольт на деление). При этом плавная регулировка усиления в канале Y не используется (ручка ПЛАВНО должна находиться в крайнем правом положении). При измерениях желательно выбирать коэффициент отклонения так, чтобы полный размер изображения сигнала составлял 80–90 % шкалы осциллографа. Определяют интересующий размер изображения по вертикали в делениях шкалы. Умножив число делений на установленный коэффициент отклонения, получают искомое значение напряжения. Точность измерения напряжения методом калиброванных шкал определяется погрешностью установки коэффициента отклонения, погрешностью калибровки, конечными размерами светового пятна и дискретностью шкалы, нелинейностью масштаба по вертикали. Измерение временных интервалов проводят также методом калиброван- ных шкал . Методика измерения подобна описанной ранее. Калибровку осциллографа по оси X производят плавной подстройкой длительности прямого хода развертки по известному периоду сигнала калибратора. Измеренный интервал (в делениях шкалы) умножают на коэффициент развертки K р . При использовании растяжки его необходимо домножить на коэффициент растяжки. Плавная регулировка масштаба по оси Х при этом не используется. Точность измерения временных интервалов методом калиброванных шкал определяется погрешностью установки коэффициента развертки, погрешностью калибровки, конечными размерами светового пятна и дискретностью шкалы, нелинейностью развертки. Рассмотрим параметры и характеристики осциллографа . К основным параметрам ЭЛО относятся: 1. Диапазон коэффициентов отклонения, погрешность установки коэффициента отклонения или связанная с ним погрешность измерения напряжения. У аналоговых осциллографов погрешность измерения напряжения методом калиброванных шкал составляет 3–5 %. 2. Диапазон коэффициентов развертки, погрешность установки коэффициента развертки или связанная с ним погрешность измерения временных интервалов. Погрешность коэффициента развертки составляет 3–8 %. 3. Параметры переходной характеристики (ПХ): время нарастания, выброс, неравномерность вершины, время установления. 4. Параметры входа канала вертикального отклонения: активное входное сопротивление и входная емкость. Обычно R вх составляет 1 МОм, входная

2. Электронно–лучевой осциллограф

В работе изучается структурная схема и принцип действия однолучевого и двухлучевого осциллографов, а также основные методы осциллографических измерений.

2.1. Принцип действия и структурная схема универсального электронно-лучевого осциллографа

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) – прибор, предназначенный для наблюдения формы и измерения амплитудных и временных параметров электрических сигналов. Основным элементом ЭЛО является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением лучом.

Исследуемый сигнал как функция времени изображается в прямоугольной системе координат, абсциссой которой является время, а ординатой – мгновенное значение сигнала. Две пары пластин ЭЛТ отклоняют луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для получения равномерной шкалы оси времени необходимо, чтобы луч отклонялся в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. Для этого к горизонтально отклоняющим пластинам подводится линейно изменяющееся (пилообразное) напряжение. Исследуемый сигнал подводится к вертикально отклоняющим пластинам. В результате траектория луча на экране образует осциллограмму, соответствующую форме исследуемого сигнала.

При исследовании периодических сигналов для получения их неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо, чтобы периоды повторения исследуемого и развертывающего напряжений были кратны , где n = 1, 2, . . В противном случае начало развертки будет совпадать с различными точками исследуемого сигнала, и изображение на экране ЭЛТ будет смещаться. Во избежание этого в осциллографах предусматривается синхронизация начала развертки. Синхронизация может осуществляться либо от исследуемого сигнала (внутренняя синхронизация), либо от внешнего сигнала, синхронного с исследуемым (внешняя синхронизация).

При исследовании непериодических сигналов развертка также может запускаться как исследуемым, так и внешним сигналами.

Структурная схема универсального осциллографа представлено на рис. 2.1. Она включает в себя каналы вертикального (Y) и горизонтального (Х) отклонений, канал Z, служащий для модуляции луча, ЭЛТ, а также калибратор.

Канал вертикального отклонения служит для усиления или ослабления входного сигнала до величины, удобной для наблюдения на экране ЭЛТ, и включает калиброванный аттенюатор, предварительный усилитель, линию задержки и оконечный усилитель.

Аттенюатор служит для ослабления исследуемого сигнала, ему предшествует переключатель, через который сигнал поступает на вход аттенюатора либо непосредственно (открытый вход), либо через разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую исследуемого напряжения (закрытый вход). Далее сигнал усиливается в предварительном усилителе, имеющем симметричный выход. В нем имеется возможность плавной регулировки коэффициента усиления и смещения осциллограмм по вертикали.

Линия задержки обеспечивает подачу исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ с задержкой относительно начала развертки, что позволяет наблюдать начальный участок сигнала, например, фронт импульса.

Оконечный усилитель Y увеличивает сигнал до уровня, позволяющего получить достаточный по вертикали размер сигнала на экране ЭЛТ.

Канал горизонтального отклонения предназначен для создания развертывающего напряжения, синхронного с исследуемым сигналом, и включает устройство синхронизации и запуска, генератор развертки, оконечный усилитель Х, а также усилитель синхронизации.

Устройство синхронизации и запуска может работать в режиме внутренней синхронизации от исследуемого сигнала, поступающего из канала Y через усилитель синхронизации, или в режиме внешней синхронизации. В последнем случае сигналы синхронизации подаются на вход внешней синхронизации. Устройство синхронизации и запуска вырабатывает импульсы запуска генератора развертки.

Генератор развертки формирует линейное пилообразное напряжение, используемое для горизонтального отклонения луча. Это напряжение характеризуется амплитудой, периодом , длительностями прямого и обратного хода, а также временем блокировки (рис. 2.2).

Генератор развертки может работать в автоколебательном, ждущем и однократном режимах. В ждущем режиме развертка возникает тогда, когда поступает запускающий импульс со схемы синхронизации и запуска. Этот импульс может формироваться как из исследуемого сигнала в режиме внутренней синхронизации, так и от специального импульса в режиме внешней синхронизации. В автоколебательном режиме генератор развертки формирует непрерывное пилообразное напряжение, несинхронизированное с исследуемым сигналом. В этом случае напряжение развертки вырабатывается даже при отсутствии исследуемого сигнала в режиме внутренней синхронизации. Однократная развертка используется при фотографировании осциллограмм.

Оконечный усилитель Х усиливает напряжение развертки до заданного уровня. В ряде осциллографов предусматривается возможность подачи на Х-канал внешних сигналов (XY-режим). Генератор развертки при этом отключают.

Усилитель канала Z усиливает импульсы, поступающие от генератора развертки на модулятор ЭЛТ, чем обеспечивается подсвет линии луча во время прямого хода развертки. На этот усилитель могут подаваться также внешние сигналы для модуляции яркости осциллограмм.

Калибратор вырабатывает сигнал с известными параметрами, необходимый для калибровки каналов вертикального и горизонтального отклонения луча. Обычно это периодическая последовательность прямоугольных импульсов (меандр) с известными амплитудой и периодом .

Рассмотренная структурная схема соответствует однолучевому универсальному осциллографу. Для одновременного наблюдения на экране осциллограмм двух сигналов применяют двухлучевые осциллографы, в которых используются двухлучевые ЭЛТ. При этом структурная схема двухлучевого осциллографа содержит два канала вертикального отклонения Y1 и Y2.

2.2. Основные характеристики универсальных осциллографов

Рабочая часть экрана – часть экрана, в пределах которой нормированы основные погрешности измерения.

Полоса пропускания канала Y – диапазон частот, в пределах которого значение амплитудно-частотной характеристики не отличается более чем на 3 дБ от ее значения на опорной частоте. Полоса пропускания задается верхней граничной частотой .

Время нарастания переходной характеристики канала Y – интервал времени, в течение которого переходная характеристика нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения. Время нарастания связано с верхней граничной частотой соотношением , где выражено в наносекундах, а – в мегагерцах.

Входное сопротивление и входная емкость усилителя вертикального отклонения. Эти параметры влияют на методическую погрешность измерения, связанную с нарушением электрического режима исследуемой цепи при подключении к ней осциллографа. Для уменьшения этого влияния используют выносные делители напряжения, характеризующиеся большим входным сопротивлением и малой входной емкостью.

Коэффициент отклонения – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча, вызванному этим напряжением, В/дел. или мВ/дел. Величина, обратная коэффициенту отклонения, называется чувствительностью.

Коэффициент развертки – время, за которое луч проходит одно деление шкалы на экране ЭЛТ, с/дел., мс/дел., мкс/дел.

2.3. Измерение напряжений и временных интервалов

В большинстве современных осциллографов при измерении амплитуды и временных интервалов используется метод калиброванных шкал. Перед измерениями предварительно калибруют вертикальную и горизонтальную шкалы осциллографа, используя сигнал калибратора с известными параметрами.

Величина измеряемого напряжения определяется соотношением , где b – отсчитанный размер изображения по вертикали, дел., – коэффициент отклонения, В/дел. или мВ/дел.

Аналогично измеряется временной интервал , где – отсчитанный размер изображения по горизонтали, дел., – коэффициент развертки, с/дел. мс/дел.

В ряде осциллографов имеется режим растяжки развертки в М раз за счет увеличения амплитуды напряжения развертки. При этом часть осциллограммы, находящаяся в центре экрана ЭЛТ, наблюдается в увеличенном масштабе. В режиме растяжки величина измеряемого временного интервала определяется соотношением . Обычно множитель растяжки М = 0,1 или 0,2.

2.4. Задание и указания к выполнению работы

2.4.1. Калибровка осциллографа С1-65

Установите органы управления осциллографа С1-65 в следующие положения (выполняется калибровка одного из осциллографов):

УСИЛИТЕЛЬY – коэффициент отклонения 0,05V/дел.; ручку ПЛАВНО в положение ;

РАЗВЕРТКА – АВТ., коэффициент развертки 0,5ms/дел., х 1, ручку ПЛАВНО в положение ;

Проведите балансировку усилителя Y следующим образом:

а) установите переключатель входа усилителяY в положение 1 и ручкой установите линию развертки в центр экрана;

б) переведите коэффициент отклонения в положение 0,005 V/дел. и регулировкой БАЛАНС, выведенной под шлиц, возвратите линию развертки в прежнее положение;

в) повторяйте пункты а) и б) до тех пор, пока линия развертки перестанет перемещаться при переключении коэффициента отклонения из положения 0,05 в положение 0,005 V/дел.

Произведите калибровку длительности развертки осциллографа. Для этого установите ручки КАЛИБРАТОРА в положение 200mV, 1 kHz . Подсоедините кабелем гнезда КАЛИБРАТОРА и к входу усилителя Y, переключатель входа установите в положение .

Вращая ручку СИНХРОНИЗАЦИЯ УРОВЕНЬ добейтесь устойчивого изображения сигнала калибратора на экране осциллографа.

Откалибруйте развертку регулировкой , выведенной под шлиц так, чтобы на 10 делениях шкалы экрана укладывалось 5 периодов сигнала калибратора.

Произведите калибровкуY канала осциллографа. Для этого произведите измерение амплитуды сигнала калибратора b , выраженной в делениях, а затем рассчитайте ее значения по формуле . Результаты занесите в таблицу 2.1. Сравните установленное значение амплитуды сигнала калибратора с измеренным значением и при необходимости произведите регулировку коэффициента усиления предусилителя канала Y ручкой , выведенной под шлиц. Затем проверьте калибровку осциллографа для напряжений калибратора 1 и 20 V, регулируя при этом коэффициент отклонения так, чтобы размер изображения по вертикали был не менее 3 делений.

2.4.2. Калибровка осциллографа С1–96

Установите органы управления осциллографа С1–96 в следующие положения (этот пункт выполняется по заданию преподавателя):

УСИЛИТЕЛЬY1 и Y2 – коэффициенты отклонения 1 V/дел., ручки ПЛАВНО в положение , переключатели входов в положение 1;

РАЗВЕРТКА – АВТ., коэффициент развертки 1ms/дел., х1, ручку ПЛАВНО в положение ;

Произведите балансировку каналаY1. Для этого, не подавая сигнал на вход усилителя, ручкой переместите линию развертки в середину рабочей части экрана и регулировкой БАЛАНСИР, выведенной под шлиц на правую боковую стенку осциллографа, добейтесь независимости положения линии развертки от положения ручки ВОЛЬТ/ДЕЛ. Затем проведите балансировку канала Y2.

Произведите калибровку осциллографа, для чего установите переключатели входов усилителейY1 и Y2 в положение .

От калибратора напряжения с гнезд 6 V и 1, расположенных на правой боковой стенке осциллографа, по кабелю подайте сигнал на вход Y1. Ручкой СИНХРОНИЗАЦИЯ УРОВЕНЬ добейтесь устойчивого изображения сигнала калибратора на экране. На 10 делениях его шкалы должно укладываться 10 периодов этого сигнала. В противном случае регулировкой КОРР. РАЗВ х1, выведенный под шлиц на правую стенку осциллографа, откорректируйте развертку.

Ручкой усилителяY1 установите изображение сигнала в центральной части экрана. Амплитуда сигнала должна быть равна 6 делениям. Если она больше или меньше этой величины, то регулировкой КОРР. УСИЛ Y1, выведенной под шлиц на правую боковую стенку осциллографа, установите амплитуду сигнала, равную 6 делениям шкалы. Результаты измерений занесите в таблицу 2.2. Повторите измерения для напряжений сигнала калибратора 0,6 и 0,006 V (эти гнезда расположены на правой боковой стенке прибора), изменяя при этом коэффициент отклонения канала Y1.

Установите переключатель СИНХРОНИЗАЦИЯ в положение Y2 и проведите калибровку канала Y2. Результаты измерений для трех значений сигнала калибратора занесите в таблицу 2.2.

Закрытый/открытый вход Осциллографа. Что это?

Извиняюсь за тупой вопрос конечно, но что-то не допетрил сам, и в инструкции что это?
На осцилле (ОСА 4/2) есть на каждом канале два переключателя: «Х1/Х10» и «~/—«.
Про «Х1/Х10» всё понятно, а вот «~/—«, тормозю.

Gekz

Диагностика ВАЗ, ГАЗ, УАЗ

Регистрация: 21.02.2006 Сообщений: 1,710 Адрес: д. Торопово Вологодской обл
#2 ahim, 13.03.2008 09:54
Закрытыи показывает только переменную составляющую сигнала

ahim

Диагностика, ремонт, коррекция пробегов, чип-тюнинг

Регистрация: 26.02.2008 Сообщений: 1,073 Адрес: Горячий Ключ, Краснодарский край
#3 Gekz, 13.03.2008 10:05
Ээээ, а как бы на каком нибудь примере обьяснить?

Gekz

Преподаватель

Регистрация: 22.01.2006 Сообщений: 4,833 Адрес: Ижевск
#4 Is_18, 13.03.2008 10:42

Объясняю.
Сигнал имеет постоянную и переменную составляющие. Так вот закрытый вход как бы «отсекает» постоянную. Пример — хочу посмотреть пульсации напряжения на аккуме. Но там постоянка 12 вольт, а пульсации маленькие совсем. Закрываю вход, остаются только пульсации. И вот их-то могу «растягивать» как угодно

Is_18

Диагностика, ремонт, коррекция пробегов, чип-тюнинг

Регистрация: 26.02.2008 Сообщений: 1,073 Адрес: Горячий Ключ, Краснодарский край
#5 Gekz, 13.03.2008 14:14

Блин, теперь понял, спасибо. А то игрался с батарейкой, на закрытом только скачок при замыкании щупов на плюс/минус, а на открытом ступенька. Is_18 Спасибо.

Gekz

Диагностика, ремонт, коррекция пробегов, чип-тюнинг

Регистрация: 26.02.2008 Сообщений: 1,073 Адрес: Горячий Ключ, Краснодарский край
#6 Gekz, 13.03.2008 14:48

И еще тогда один маленький вопрос по осциллу:
на нем есть два высоковольтных входа — КВ+ и КВ-, и два кабеля с крокодилами под ВВ провод. в интсрукции написано, цитирую: «положительный датчик ДВН подключается к высоковольтному проводу положительного вывода КЗ. Отрицательный к отрицательному. Внимание. При подключении к вторичной цепи классической системы зажигания положительный датчик ДВН не подключается к модулю обработки.» вот тут-то я и запутался.

Gekz

Диагностика, ремонт, коррекция пробегов, чип-тюнинг

Регистрация: 26.02.2008 Сообщений: 1,073 Адрес: Горячий Ключ, Краснодарский край
#7 Gekz, 14.03.2008 11:51

Никто не подскажет чтоль. Так какой зажим куда? я так понял на ВВ модулях положительный крокодил на провод первого цилиндра, отрицательный на провод четвертого.( или + на второй — на третий) я правильно понял?

Gekz

Регистрация: 05.04.2006 Сообщений: 749 Адрес: Нерехта, Костромская обл.
#8 elevikto, 14.03.2008 12:45

осы у меня нет , но по логике так 1-4(2-3) соответственно +ДВН -ДВН(если наоборот, то осциллограмма перевернется).
У классической системы направление тока в ВВ проводах одинаково , поэтому используют один ВВдатчик (второй покажет перевёрнутый сигнал)
Если ошибаюсь, поправят

elevikto

illgiz Местный житель
Регистрация: 08.02.2008 Сообщений: 81 Адрес: Бураево
#9 illgiz, 14.03.2008 13:05

На инжекторах именно так, ведь высокое напряжение снимается с обоих выводов ВВ катушки (на одном выводе будет импульс положительной полярности, на другом — отриц.).
А на трамблёрных системах искра распределяется по цилиндрам бегунком. Высокое напряжение берётся с ВВ катушки с одного вывода (другой «сидит» на «массе»), значит, по всем свечам распределяется импульс одной полярности (вроде +). Если не угадал с полярностью и ВВ выбросы на экране направлены вниз, то в программе должна быть инверсия сигнала по входу, воспользуйся.
По открытому входу: твой осц-ф показывает пост-ю составляющую напряжения (как обыч. тестер-вольтметр), должен был заметить, когда игрался с батарейкой, дальше
Is_18 уже всё объяснил.
Удачи

Электронно-лучевые осциллографы

Статья: Электронно-лучевые осциллографы

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

pdf Конспект лекции по дисциплине «Электронно-лучевые осциллографы», pdf

Загружаем конспект в формате pdf

Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word ��

pdf Конспект лекции по дисциплине «Электронно-лучевые осциллографы» pdf Скачать

doc Конспект лекции по дисциплине «Электронно-лучевые осциллографы», Word формат

Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ КУРС ЛЕКЦИЙ: МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ ТЕМА 1. МЕТРОЛОГИЯ ЛЕКЦИЯ 6 № СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. ОCНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ (лекция 1) 1 ВИДЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 2) 2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ (лекция 3) 3 ВИДЫ И ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 4) 4 СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ СИЛЫ ТОКА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (лекция 5) 5 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ. ВИДЫ.УСТРОЙСТВО. ХАРАКТЕРИСТИКИ (лекция 6) 1 5.0 Введение 2 5.1 Устройство электронно-лучевого осциллографа 3 5.1.1 Устройство электронно-лучевой трубки 3 5.1.2 Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа 10 5.2 ЭЛО. Техника применения 17 5.2.1 Использование ЭЛО в качестве индикатора 17 5.2.2 Техника применения ЭЛО как средства измерений 19 7 СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (лекция 7) СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (лекция 8) ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 9) 8 9 Примечание – Нумерация страниц, рисунков и таблиц сквозная в пределах раздела 5. 1 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ 5 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ. ВИДЫ.УСТРОЙСТВО. ХАРАКТЕРИСТИКИ 5.0 Введение Осциллографы представляют собой наиболее востребованный вид СИ не только для лабораторного (исследовательского) применения, но и в последнее время – для измерений в промышленности. Электронно-лучевой осциллограф*) (ЭЛО) был придуман для наблюдения за поведением периодических напряжений во времени, которые по-другому не изучить. Графики простейших функций на бумаге мы отображать умеем. Так, например, график синусоидального напряжения u(t)=Uмаксsinωt=Uмаксsin2ft=Uмаксsin(2t/T) имеет известный вид (рисунок 5.1). Примечание – За рубежом ЭЛО называют осциллоскопом Рисунок 5.1 – График синусоидального напряжения Такой же график мы должны получить теперь на экране ЭЛО… Фотография одного из «древних» осциллографов представлена на рисунке 5.2. На фотографии видим экран ЭЛО, много выключателей и регуляторов, несколько клемм для подключений. Рисунок 5.2 – Фотография «древнего» отечественного осциллографа 2 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Современные виды аналоговых ЭЛО представлены на рисунках 5.3 ниже. Органов управления здесь значительно больше. Двухканальный отечественный ЭЛО С1-83/ 2 канала, 5 МГц Простейшие одноканальные осциллографы Рисунок 5.3 – Аналоговые осциллографы Наша задача – разобрать, как устроен осциллограф, как с его помощью удаётся получать изображения периодических напряжений, как использовать ЭЛО для измерений и как добиваться результатов этих измерений с минимальной погрешностью. Будем это делать постепенно. 5.1 Устройство ЭЛО ЭЛО это в первую очередь электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Создав это чудо электроники 30-х годов прошлого столетия, специалисты заложили основу для массового выпуска очень полезного и, поэтому распространённого вида измерительных приборов. 5.1.1 Устройство электронно-лучевой трубки Устройство ЭЛТ в упрощённом виде показано на рисунке 5.4. 3 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.4 – Устройство электронно-лучевой трубки ЭЛТ представляет собой стеклянную запаянную колбу, из которой откачан воздух. Конусообразная часть колбы заканчивается торцевой поверхностью, которая является экраном ЭЛТ. Экран с внутренней стороны покрыт люминофором – специальной зернистой мастикой, которая может светиться, если зёрна возбуждать электронами высоких энергий. Другими словами, зёрна люминофора будут светиться, если в них ударяются электроны, разогнанные до больших скоростей: кинетическая энергия электронов при ударе об экран изнутри превращается в тепло (нежелательное явление) и фотоны света. Цвет свечения люминофора может быть белым, голубым, зелёным, оранжевым. Внутри ЭЛТ размещается электронно-лучевая пушка (ЭЛП) и две пары отклоняющих пластин. Электронно-лучевая пушка. ЭЛП эмитирует и формирует узкий пучок электронов, излучаемых в сторону экрана. Пушка имеет две регулировки*), которые выведены на лицевую панель: ФОКУСИРОВКА и ЯРКОСТЬ. С помощью фокусировки устанавливается минимальная толщина электронного луча, а вторая регулировка меняет яркость изображения на экране. В отсутствии управления электроны бомбардируют центр экрана – там наблюдатель видит яркую точку. Примечание – ЭЛТ могут иметь и третью регулировку – АСТИГМАТИЗМ. С её помощью эллиптическое сечение пучка электронов выравнивается в круговое. Этим достигается равномерность толщины изогнутых линий изображения, получаемого на экране (обдумайте). Отклоняющие пластины. Внутри колбы размещены две пары плоскопараллельных пластин. Они предназначены для отклонения электронного луча, проходящего сквозь них: электронный луч отклоняется, если внутри пластин создать электрическое поле. Как в конденсаторе поле 4 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ создаётся подачей напряжения на пластины: одна из них при этом заряжается положительно, а другая – отрицательно. Пластины, обозначенные на рисунке 5.4 как ПВО (пластины вертикального отклонения), отклоняют луч в вертикальном плоскости (рисунок 5.5), а пластины ПГО – в горизонтальной (не показано). Управление осуществляется напряжением, которое подаётся на один из входов управления: Вход Uв – управление в вертикальной плоскости; Вход Uг – управление в горизонтальной плоскости. Напряжения эти достаточно велики – достигают нескольких сотен вольт. Рассмотрим процесс управления детальнее. На рисунке 5.5 рассмотрен пример управления электронным лучом в вертикальной плоскости. На верхней паре рисунка 5.5 показана траектория полёта электронов в вертикальной плоскости при подаче на вход Uв1>0 (на верхней пластине сформирован положительный потенциал). Электроны двигаются с большой скоростью и в электрическом поле ПВО отклоняются кверху. Продолжая движение, достигают экран в точке, которая расположена выше нейтрального (когда управление отсутствует) его положения. На нижних рисунках 5.5 на вход ПВО подано отрицательное напряжение Uв2= -Uв1, что заставляет электроны отклоняться вниз от горизонтали. В этом случае электроны достигают экрана ниже нейтральной точки. Рисунки 5.5 – Управление электронным лучом в вертикальной плоскости Алогичное действие осуществляет пара пластин ПГО: при подаче положительного напряжения на вход управления Uг>0 луч отклоняется вправо от центра экрана, при подаче отрицательного напряжения – влево от 5 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ центра экрана. На рисунке 5.6 показаны примеры изображения точек, смещённых вправо и соответственно влево. Здесь также показано, что при увеличении управляющего напряжения в два раза, луч перемещается вправо или влево соответственно также на расстояние в два раза большее. Другими словами, зависимость перемещения луча от управляющего напряжения – линейная*). Это важно! Примечание – Это идеализация. Преобразование управляющих напряжений в перемещение луча по экрану содержит нелинейность, однако здесь мы этим пренебрегаем. Рисунок 5.6 – Управление электронным лучом в горизонтальной плоскости Обратим внимание на тот факт, что управление лучом осуществляется в двух перпендикулярных направлениях независимо друг от друга. Таким образом, чтобы изобразить положение точки на экране, достаточно её переместить формально сначала в одном направлении, например, в горизонтальном, и затем окончательно – в вертикальном. Итак, если на оба входа управления электронным лучом поданы постоянные (неизменные) напряжения, то на экране мы будем видеть яркую точку в соответствующей области экрана. Задание для тренировки: покажите место расположения точки на экране, если на входы управления поданы напряжения Uв = Uв1 и Uг = -Uв1. Разберём более сложный случай, когда на вход ПГО подано пилообразное напряжение (ПН; рисунок 5.7). 6 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.7 – Пилообразное напряжение Опишем поведение этого напряжения. Это периодическое напряжение с периодом Т. В течение периода оно линейно нарастает от Uг мин, (имеет отрицательное значение) до Uг макс (имеет положительное значение). В каждый момент времени напряжение принимает какое-либо конкретное значение, которое с течением времени нарастает и в конце периода мгновенно возвращается в исходное состояние. Смотрим детальнее: в момент времени t0 напряжение имеет значение Uг мин, в момент t1 – некоторое промежуточное отрицательное значение Uг1, в момент t2 – значение, равное нулю и т.д. Наконец, в момент t4 напряжение, достигнув максимума Uг макс, мгновенно возвращается к своему начальному значению Uг мин. Построим изображение ПН на экране ЭЛТ. Для этого, нам достаточно повторить предыдущие рассуждения, выполненные при построении изображений отдельных точек. Придём к пониманию, что на экране ЭЛТ будем видеть изображение горизонтальной прямой (рисунок 5.8, голубая линия). Действительно, горизонтальная прямая линия на экране это множество отдельных значений пилообразного напряжения, поданного на ПГО. Изображения точек формируются последовательно – электронный луч равномерно перемещается по экрану слева направо в течение периода ПН. Эти перемещения повторяются (накладываются) в каждом новом периоде. Скорость перемещения зависит от длительности периода: чем меньше период, тем выше скорость. Если скорость маленькая, то такое перемещения можно наблюдать визуально. Примечание – Обратить внимание на тот факт, что именно многократное повторение изображения во времени обеспечивает его незатухающее состояние – свечение. Дело в том, что зёрна люминофора имеют малое время послесвечения, и каждое повторение такое свечение восстанавливает. 7 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.8 – Изображение пилообразного напряжения на экране ЭЛТ Примечания – ПН будет рассмотрено позже при построении ЭЛО (раздел 5.1.2). Там оно будет называться напряжением развёртки (НР); Задание для тренировки: покажите, как будет пилообразного напряжения, представленного на рисунке 5.9. выглядеть изображение Рисунок 5.9 – Изображение ПН для тренировки Продолжим изучать поведение луча на экране ЭЛТ. Изобразим на экране картинку, когда на ПВО подаётся синусоидальное напряжение Uв = Uмакcsinωt, а на ПГО – пилообразное напряжение (рисунок 5.10). Рисунок 5.10 – Построение изображения синусоидального напряжения Рассматриваем частный случай, когда периоды ПН и исследуемого сигнала равны (Тпн=Тс). Изображение будем строить по точкам, используя проведённые ранее рассуждения. Для простоты выберем небольшое количество точек, равномерно расположенных по периоду. 8 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Примечание – При этом все другие точки можно также отобразить аналогичным образом и их множество даст искомое непрерывное изображение. Выбранные точки пронумерованы цифрами. Их пять на каждом из четырёх рассмотренных периодах: 1, 2, 3, 4 и 5. Очевидно, что на экране ЭЛТ получим изображение следующих пяти точек (рисунок 5.10 слева). На экране мы видим изображение только пяти точек изучаемой синусоиды, однако на самом деле каждая точка получена наложением четырёх одноимённых точек из разных периодов, рассмотренных на рисунках 5.10. Действительно, каждой из точек 1, 2, 3, 4, 5 на первом периоде ПН соответствует одноимённая точка на графике исследуемого напряжения, их размещение на экране мы легко получим. Далее, в конце периода ПН мгновенно (это абстракция, которая позволяет нам не объяснять причину отсутствия изображения при обратном перемещении луча в своё начало) возвращается в исходное состояние и процесс отображения повторяется. Так как ПН и синусоидальное напряжение синхронизированы (мы так уговорились: см. чуть выше), то новое изображение наложется на старое и это будет многократно повторяться с каждым новым периодом. Примечание – Такое наложение периодов исследуемого сигнала позволяет поддерживать его изображение на экране, т.к. свечение люминофора кратковременное: он светится только тогда, когда его зёрна бомбардируются электронами. Задание для тренировки: постройте изображение синусоиды, если начало ПН будет сдвинуто в точку t2. Можно ли получить на экране два периода исследуемой синусоиды? На рисунке 5.11 изображен такой случай. Для получения такого изображения необходимо, как мы видим, увеличить период пилообразного напряжения в два раза. Другими словами пилообразное напряжение должно нарастать (перемещаться по экрану) в два раза медленнее. Рисунок 5.11 – Изображение двух периодов исследуемых сигналов на экране ЭЛТ 9 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Аналогично можно получить изображение любого количества периодов. Попробуйте обосновать решение самостоятельно. 5.1.2 Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа Современные ЭЛО достаточно сложные приборы. На рисунке 5.12 показана фотография осциллографа С1-68 советского производства, который мы возьмём в качестве прототипа для дальнейших описаний. Его основные характеристики представлены в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Основные характеристики*) ЭЛО типа С1-68 Характеристика № Значение 1. Число каналов 1 2. Диапазон измеряемых напряжений 2 мВ – 200 В 3. Диапазон измеряемых интервалов времени 2 мкс – 16 с 4. Рабочий диапазон частот 0 – 1 МГц 5. Погрешность (относительная) сигнала, не более измерения амплитуды ±5 % 6. Погрешность (относительная) времени, не более измерения интервалов ±5 % 7. Ширина луча на экране, не более 0,7 мм 8. Входное сопротивление и ёмкость канала 1 МОм||50 пФ 9. Характеристики питания 220 В, 50 Гц; 40 ВА 10. Масса и габариты 10 кг; 270 мм×200 мм×440 мм Примечание – Представляемые значения будем воспринимать как типовые для рассматриваемого класса осциллографов (или задач). В этом подразделе мы не будем разбирать назначение всех органов управления, а рассмотрим работу ЭЛО в упрощённом виде. 10 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.12 – Внешний вид одноканального ЭЛО типа С1-68 Это мы будем делать, используя упрощённую функциональную схему ЭЛО (рисунок 5.13). Рисунок 5.13 – Упрощённая функциональная схема ЭЛО Работу ЭЛО будем рассматривать для простоты на примере исследования синусоидального напряжения. 5.1.2.1 Итак, исследуемое напряжение подаётся на Вход и преобразуется нормализатором: если сигнал слабый, то нормализатор должен его усилить, 11 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ если – слишком велик, то его необходимо ослабить. Управление режимами нормализатора пользователь осуществляет с помощью секторного многопозиционного переключателя, который выведен на лицевую панель ЭЛО (см. рисунки 5.13 и 5.12).*) Манипулируя переключателем, мы изменяем коэффициент преобразования входного напряжения (Кпр) и вместе с ним вертикальные размеры отображаемого сигнала. Каждое положение переключателя для удобства дальнейшего использования проградуирован в единицах вида вольт/сантиметр. На левом рисунке 5.14 переключатель установил Кпр=0,2 V/cm (0,2 В/см). Примечание – Несмотря на то, что нормализатор может не только усиливать, но и делить входное напряжение, его переключатель обозначен на панели как УСИЛИТЕЛЬ Y – такова существующая практика. На правом рисунке 5.14 в качестве примера изображена синусоида, амплитуду которой (UA) мы легко можем измерить. Для этого, пользуясь сделанной на экране ЭЛТ разметкой, имеем: UA = LA × Кпр = 3,2 cm × 0,2 V/cm = 0,64 В. UA = LA × Кпр = 3,2 cm × 0,2 V/cm = 0,64 В*) Рисунок 5.14 – Измерение амплитуды сигнала Примечания – 1 В соответствии с советскими стандартами единицы измерений на лицевых панелях приборов записывались латинскими буквами; 2 Результаты измерений записывать двумя значащами разрядами. Например, 0,34 В; 3,4 В; 34 В; 340 В. … На выходе нормализатора всегда формируется напряжение такого уровня, которое может использоваться для решения задач синхронизации. На рисунке 5.13 показано, что напряжение с выхода нормализатора подаётся по линии синхронизации на устройство запуска и одновременно на вход УВО (усилитель вертикального отклонения). УВО усиливает поступающее напряжения до значений в несколько сотен вольт – именно такого уровня напряжение позволяет эффективно отклонять электронный луч. 12 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Примечание – Функциональная схема ЭЛО содержит и аналогичный по назначению усилитель горизонтального отклонения (УГО). 5.1.2.2 Второй ключевой компонентой (после ЭЛТ) осциллографа является генератор развёртки (ГР). ГР создаёт пилообразное напряжение, которое здесь принято называть напряжением развёртки – напряжение развёртки (НР) разворачивает исследуемый сигнал по экрану ЭЛТ. Скорость развёртки задаётся пользователем с помощью секторного многопозиционного переключателя на лицевой панели. Изображение переключателя и временные диаграммы реакция НР на его воздействие даны на рисунке 6.15. Рисунок 5.15 – Воздействие переключателя ГР на поведение НР На нижнем рисунке напряжение развёртки нарастает медленнее в соответствии с установленным на переключателе значением: Кразв =0,1 s/cm (0,1 с/см) вместо Кразв =0,2 s/cm (0,2 с/см) на верхнем рисунке. На правом рисунке 5.16 в качестве примера изображена синусоида, период которой необходимо измерить. Для этого, используя выполненную на экране ЭЛТ разметку, проведём следующий расчёт: Т = LТ × Кразв = 6,0 cm × 5,0 ms/cm = 30 ms (30 мс). Рисунок 5.16 – Измерение периода синусоидального напряжения В современных ЭЛО ГР имеет несколько режимов работы: 13 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ — режим внутренней непрерывной развёртки, когда ГР работает в режиме автозапуска. Этот режим используется редко; — режим внутренней ждущей развёртки, когда ГР запускается исследуемым сигналом. — режим внешнего запуска от сигнала, синхронизированного с исследуемым сигналом; — режим запуска от сигнала, синхронизированного с сетевым напряжением питания, имеющего (промышленную) частоту 50 Гц. Работу ЭЛО в наиболее используемых режимах автозапуска и ждущем рассмотрим на графических примерах в этом подразделе. Востребованность двух последних режимов будет проиллюстрирована в разделе 5.2. Режим непрерывной развёртки. На рисунке 5.10 было показано, как получить на экране ЭЛТ изображение одного периода синусоиды. Теперь мы знаем, как эта задача реализуется уже в самом осциллографе – с помощью ГР. Однако дальнейшие рассуждения вызывают сомнение в практической реализуемости разобранной ситуации. Действительно, если периоды сигнала и развертки в точности равны, то изображение будет таки выглядеть неподвижным: каждый новый период сигнала будет накладываться на такой же предыдущий. Но такая ситуация на практике встречается редко: период НР, вначале как-то подстроенный, будет затем не совпадать с меняющимся на законных основаниях периодом исследуемого сигнала. При этом, каждое новое изображение будет накладываться на предыдущее со сдвигом и мы будем наблюдать «перемещение» сигнала справа налево или наоборот (рисунок 5.17). Примечание – На экране изображения разных периодов представлены нами разными цветами (чего нет на реальном экране), чтобы различить разные периоды одного и того же квазипериодического сигнала. Под квазипериодическим сигналом будем понимать сигнал, повторяющийся, но с разным периодом. 14 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.17 – Изображение синусоидального сигнала с нестабильным периодом (Тс≠Тр) Для исключения такого явления был придуман ждущий режим работы ГР. Ждущий режим работы ГР. Решение проблемы заключается, как мы теперь понимаем, в подстройке периода ГР к постоянно изменяемому периоду исследуемого сигнала. Тогда периодические фрагменты исследуемого сигнала будут накладываться без сдвига. Для этого структуру ЭЛО дополнили УСТРОЙСТВОМ ЗАПУСКА, а ГР научили запускаться в нужный момент времени по управляющему импульсу. Работа устройства запуска ГР проиллюстрирована на рисунке 5.18. Рисунок 5.18 – Работа устройства запуска В соответствии с временной диаграммой запуск ГР возникает при соблюдении двух условий: установленного с помощью регулировки уровня запуска и установленного с помощью двухпозиционного переключателя – он находится в положении минус, знака производной запускающего сигнала. Итак, мы видим из рисунка, что очередной запуск ГР осуществляется всегда при достижении одного и того же состояния (как говорят, – фазы) исследуемого сигнала, т.е. на экране ЭЛО фрагменты периодов накладываются без сдвигов. Что и требовалось достичь (рисунок 5.19)! 15 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.19 – Пример изображения синуса в ждущем режиме запуска Примечание – Переключатель S в современных ЭЛО часто совмещён с регулятором УРОВЕНЬ (так это сделано и в осциллографе С1-68). Задания для тренировки: — постройте изображение рассмотренной синусоиды, если переключатель УСЛОВИЕ будет находиться в положении 1 (плюс); — на рис. 5.19 мы видим изображение только фрагмента синусоиды. Что нужно сделать для того, чтобы на экране увидеть неподвижное изображение полного периода исследуемой синусоиды? 16 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ 5.2 ЭЛО. Техника применения 5.2.1 Использование ЭЛО в качестве индикатора (не средства измерений) Обычно использования ЭЛО в таком качестве ограничивается измерением частоты синусоидального сигнала по методу Лиссажу. Это красивый, но в современных условиях редко используемый метод, когда осциллограф используется в качестве индикатора, а не средства измерений: результат измерения получают не в результате расчёта – как это ранее было продемонстрировано, а на основании визуального анализа получаемого на экране изображения. Сам метод несложный, однако, нужно сделать предварительные пояснения. Дело в том, что ранее – на рисунке 5.13, была намеренно представлена упрощённая структура ЭЛО. А сейчас её мы несколько уточним. У современного ЭЛО существует возможность подключения к УГО взамен ГР внешних сигналов (рисунок 5.20). Рисунок 5.20 – Уточнённая структура ЭЛО Теперь собственно о методе. На рисунке 5.21 показана схема его реализации. Рисунок 5.21 – Схема измерения частоты методом Лиссажу 17 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ СУТЬ МЕТОДА. На Вход У подаём синусоидальное напряжение, частоту которого нужно измерить. На Вход Х подаём напряжение с генератора синусоидального напряжения, частоту которого можно плавно менять. В первый момент на экране осциллографа будем наблюдать некую динамичную фигуру вида абракадабра (рисунок 5.22). Рисунок 5.22 – Вариант сложной фигуры Лиссажу Изменяем частоту генератора и добиваемся неподвижного изображения более простой фигуры. Простейшие из фигур показаны на рисунках 5.23. Для этого состояния справедливо соотношение: fизм/fген = Nх/Nу. Где: fизм – частота измеряемая, fген ̶ частота генератора; Nх – максимальное число пересечений с изображённой фигурой горизонтальной секущей, Nу – максимальное число пересечений с фигурой вертикальной секущей. На левом рисунке 5.23 имеем Nх = 4, Nу = 2 и тогда соотношение равно 4/2. На правом рисунке число пересечений одинаково, поэтому имеем отношение 2/2. Рисунок 5.23 – Простейшие фигуры Лиссажу (восьмёрка и эллипс) на экранах осциллографов Очевидно, что погрешность измерения частоты рассмотренным способом не зависит от метрологических свойств осциллографа и определяется полностью погрешностями применённого генератора. Другими словами, если относительная погрешность частоты генератора равна 18 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ ± 0,1%, то и погрешность измеренной частоты также будет равняться ± 0,1%. У метода есть ограничения: его можно использовать для измерений частоты только синусоидальных напряжений. Его хорошо применять, когда под рукой нет точного частотомера, но имеется генератор синусоидального напряжения с регулируемой прецизионной частотой. 5.2.2 Техника применения ЭЛО как средства измерений Во введении 5.0 уже обращалось внимание, что осциллограф был создан для исследования поведения периодических сигналов во времени. По мере развития электроники удалось приспособить ЭЛО также и для измерений. Измерение это процедура получения результата и его погрешностей. Простейшие манипуляции с органами управления ЭЛО и получение собственно результатов уже были рассмотрены. Здесь обсудим погрешности и типовые способы их минимизации. 5.2.2.1 Структура погрешностей ЭЛО В соответствии с известными метрологическими основами погрешность результата измерений содержит в общем случае четыре составляющие: методическая, взаимодействия, субъективная и инструментальная. С методической погрешностью мы встретимся только в конце раздела – когда будем пытаться определять и затем – измерять параметры импульсных сигналов. Погрешность взаимодействия возникает при подключении средства измерений (СИ) в электрическую цепь – меняется конфигурация цепи, режим её работы и следовательно – значение измеряемой величины. Расчёт этой составляющей погрешности применительно к вольтметру рассмотрен в настоящем курсе в теме 1 «Метрология», а взаимодействие ЭЛО с объектом происходит идентично вольтметру. Субъективную вносит пользователь и её мы рассмотрим подробно. Инструментальная погрешность обусловлена отклонением характеристик измерительных цепей ЭЛО от номинальных значений. На рисунке 5.24 представлена укрупнённая структура источников погрешностей (обозначены бежевым кругом с цифровой внутри), которые мы перечислили. Опишем последовательно все указанные источники. 19 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.24 – Структура источников погрешностей ЭЛО 1-й источник погрешностей – явление взаимодействия. Погрешность обусловлена конечным (не нулевым) значением выходного сопротивления источника сигнала и одновременно – конечным (не равным бесконечности) значением входного сопротивления ЭЛО. 2-й источник погрешностей – ошибки пользователя (субъекта). Суть ошибки нам знакома по стрелочным и в общем случае – аналоговым средствам измерений. Там человек ошибается при считывании результата по аналоговой (непрерывной) шкале. Обычно, ошибка не превышает половины деления шкалы. Здесь ситуация аналогична: вместо стрелки – электронный луч с конечной шириной, вместо шкалы – горизонтальные и вертикальные разметки, которые сделаны на экране ЭЛТ, минимальная ошибка – те же полделения (ист. 7). 3-й источник погрешностей – погрешности номинальных функций преобразования исследуемых сигналов, а также явление временной и температурной нестабильности характеристик электронных устройств. Это источник инструментальных составляющих погрешностей.  Применительно к каналу вертикального отклонения неидеальными и нестабильными являются коэффициенты преобразования нормализатора (ист. 2) и УВО (ист. 3). На рисунке 5.25 показаны варианты влияния этих источников на изображение сигнала. 20 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.25 – Воздействие инструментальных погрешностей канала вертикального отклонения на изображение сигнала  Для канала горизонтального отклонения влияние неидеальностей и нестабильностей на точность измерения несколько сложнее. На размещённых на рисунке 5.24 пояснительных графиках (тип 1, тип 2, тип 3) показано, что ГР (ист. 6) может формировать напряжение развёртки (НР) с тремя видами искажения формы: амплитуды и периоды могут быть меньше или больше номинальных значений, а линейно изменяющаяся часть сигнала может быть ещё и искривлённой (искажение линейности). Отклонения амплитуды и периода, а также нестабильность коэффициента усиления УГО (ист. 7) приводит к погрешностям измерений временных отрезков исследуемых изображений. Искажения линейности НР приводит к неравномерности временной оси (ось Х) и в конечном итоге – также к погрешностям измерений временных характеристик изучаемых сигналов. 5.2.2.2 Минимизация погрешностей ЭЛО  Минимизация погрешности взаимодействия Погрешность взаимодействия можно оценить по формуле, известной для вольтметра: вз= -Rвых/Rвх*, где Rвх – входное сопротивление ЭЛО, а Rвых – эквивалентное выходное сопротивление объекта. Типовое входное сопротивление Rвх = 1 МОм (таблица 5.1). Задавшись, к примеру, значением вз.пред. = — 0,005, получим Rвых.макс = -0,005×1×106=5 кОм. Другими словами, если мы не хотим, чтобы погрешность взаимодействия превысила |-0,5|%, то измерять этим ЭЛО можно в схемах с Rвых.макс =5 кОм. Примечание – Формула справедлива для низкочастотных сигналов. Из такого оценочного расчёта видно, что при изучении высокоомных схем (10…100 кОм и более) только погрешность взаимодействия может достигать 21 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ 10% и более. Для её снижения в ряде случаев используют измерительный кабель с встроенным высокоомным делителем – так обеспечивается входное сопротивление, равное 10 МОм, а также входная паразитная ёмкость порядка 10 пФ.  Минимизация субъективной погрешности Для уменьшения субъективной погрешности необходимо выполнить процедуру настройки электронного луча: — ЭЛО включается и 5 минут прогревается. За это время все тепловые переходные процессы заканчиваются и электрические режимы работы электронных схем стабилизируются; — манипулируя регуляторами ЯРКОСТЬ, ФОКУС и АСТИГМАТИЗМ (см. раздел 3.1) добиваются минимальной ширины электронного луча. Относительное значение субъективной погрешности (погрешность отсчитывания) принимает минимальные значения, когда считываемый размер измеряемого параметра сигнала (амплитуда, период, другое) занимает максимально возможные значения на экране ЭЛТ. Горизонтальная шкала ЭЛО типа С1-68 имеет 80 делений, тогда минимальная относительная погрешность отсчитывания временных отрезков не должна превышать ±0,5×100/80 = ±0,63%. При считывании вертикальных отрезков минимальная погрешность будет чуть больше: ±0,5×100/60 = ±0,83%. Примечание – Для улучшения процедуры отсчитывания, особенно в условиях с недостаточной освещённостью, в ЭЛО предусмотрена возможность подсветки шкалы. Она осуществляется специальным регулятором «Освещение шкалы» (рисунок 5.12).  Минимизация инструментальной погрешности Для минимизации инструментальных погрешностей необходимо выполнить две комплексные процедуры: — по включении ЭЛО осуществить метрологическую настройку его измерительных каналов; — посредством манипуляций с регуляторами изображение измеряемого параметра сигнала получить с максимально большим размером. Эта процедура совпадает с процедурой минимизации погрешности отсчитывания. Процедура 1 – метрологическая настройка 22 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Эта процедура называется коротко калибровкой [измерительного канала]. С её помощью проводится подтверждение и, если потребуется – метрологическая подстройка измерительных каналов. Проводится в следующей последовательности: — осуществляется настройка электронного луча (см. раздел 5.1); — на Вход Y осциллографа подаётся переменное напряжение с эталонными (метрологически выверенными) значениями амплитуды и периода (частоты); — манипулируя регуляторами УСИЛЕНИЕ и ВРЕМЯ, добиваются изображения сигнала с максимальными по размерам амплитудой и периодом; — измеряют размеры полученных изображений в сантиметрах; — переводят размеры в вольты и секунды соответственно; — сравнивают полученные значения с известными эталонными: — если измеренные и эталонные значения совпадают, то каналы признаются откалиброванными; — если совпадения отсутствуют, то необходимо осуществить эту калибровку (метрологическую подстройку). Для процедуры калибровки в ЭЛО предусмотрены необходимые регулировочные органы (винты), доступные только с помощью отвёртки. С помощью отвёртки добиваются необходимого изображения эталонного сигнала. Процедура 2 – способы получения изображения измеряемого параметра с максимально возможными размерами. Структурная схема современного ЭЛО значительно сложнее, чем та, которая представлена на рисунке 5.13. Эти усложнения необходимы для расширения круга решаемых задач измерений, таких задач, которые требуют минимальных погрешностей. Структура ЭЛО, представленная на рисунке 5.26, описывает более правдоподобно осциллограф С1-68, выбранный в качестве изучаемого прототипа. 23 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.26 – Расширенная структура ЭЛО типа С1-68 Этот ЭЛО – как и все другие современные, имеет встроенный калибратор. Опуская выше описанные этапы, дадим наглядное представление о последнем этапе калибровки С1-68: — штатный кабель ЭЛО подключаем к гнёздам КАЛИБРАТОРА (рисунок 5.26), который формирует прямоугольное напряжение с двойной амплитудой 100 мВ и частотой 2 кГц; Рисунок 5.27 – Фрагмент лицевой панели С1-68 — полученное на экране изображение путём манипуляций с регуляторами УСИЛЕНИЕ (S2) и ВРЕМЯ (S5) доводим до вида, представленного на рисунке 5.28. 24 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.28 – Изображение калибровочного сигнала На рисунке 5.28 мы видим кондиционное изображение калибровочного сигнала: двойная амплитуда сигнала совпадает с пунктирными границами, а два периода – в точности разместились на всей ширине экрана. Получив такое изображение стандартными манипуляциями, мы можем быть уверены, что измерительные каналы ЭЛО откалиброваны. Ничто не мешает проверить это утверждение. Для этого достаточно измерить частоту и период в соответствии с ранее описанной процедурой. В том случае, если кондиционное изображение получить не удаётся, и мы наблюдаем в изображении небольшие отличия, проведём калибровку. На рисунке 5.27 мы видим утопленный в панель миниатюрный винт. Вращая винт специальной отвёрткой, добиваются необходимого вертикального изображения калибровочного сигнала. Для калибровки канала по горизонтали (временной оси) используется винт, размещённый на боковой поверхности ЭЛО (не показан). На этом метрологическая настройка каналов заканчивается и можно приступать к измерениям различной сложности с контролируемой точностью. Пример 1. Измерение переменного сигнала с большим значением постоянной составляющей. Типовая задача – измерение амплитуды пульсаций источника постоянного стабилизированного напряжения. Пусть номинальное значение стабилизированного напряжения +10 В. Измерить и убедиться, что амплитуда пульсаций не превышает значения 100 мВ. Решение поставленной задачи. Измерить точно амплитуду пульсаций сразу не получиться, т.к. она существенно меньше собственно напряжения питания и выглядит еле заметной на фоне стабилизированного напряжения. 25 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Если мы увеличим входной сигнал с помощью регулятора УСИЛИТЕЛЬ, то одновременно с пульсациями будет усиливаться и напряжение питания (рисунок 5.29А), а изображение «упрётся» в верхний край экрана (как в нашем примере). Изображение пульсаций при этом увеличились незначительно. Нам же необходимо получить изображение амплитуды максимального размера, желательно, на весь экран. Для решения подобных задач в ЭЛО предусмотрен специальный режим, который называют режим закрытого входа (рисунок 5.29Б): переключатель S1 переводится в положение 1, при котором входной сигнал пропускается через разделительный конденсатор. При этом постоянная составляющая сигнала отсекается и на вход нормализатора поступает только переменная составляющая. Её амплитуда по-прежнему небольшая, но её мы уже можем увеличить в нужное число раз с помощью регулятора УСИЛЕНИЕ (рисунок 5.29В). 26 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ А. Открытый вход Б. Закрытый вход В. Закрытый вход. Усиление увеличено в 10 раз 2 В/см 0,2 В/см Рисунок 5.29 – Демонстрация использования закрытого входа ЭЛО Пример 2. Измерение амплитуды однополярного импульса. Цель прежняя: измерить амплитуду, амплитуду однополярного импульса с максимальной точностью. Решение задачи проиллюстрировано на рисунках 5.30. А. Исходное изображение амплитуды импульсного сигнала Б. Смещение нулевого уровня шкалы до верхней границы экрана В. Увеличение усиления канала вертикального отклонения Регулятор смещения нулевого уровня (R5) Рисунок 5.30 – Демонстрация использования регулятора смещения нулевого уровня (R5) 27 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Примечание – Эту же задачу можно решить, если использовать режим закрытого входа ЭЛО и максимально усилить изображение переменной составляющей сигнала, которая прошла на вход нормализатора. Пример 3. Измерение фазового сдвига между синхронизированными цифровыми последовательностями (ЦП). Этот режим работы ЭЛО позволяет в некоторых случаях отказаться от приобретения более дорогих двухканальных осциллографов. В этом режиме, режиме внешней синхронизация, переключатель S3 переводится в положение 2 (рисунок 5.31Б) и запуск ГР осуществляется не исследуемым сигналом, как это было до сих пор, а внешним вспомогательным (ЦП2). А. Исходные сигналы В. Исходное, менее точное измерение ош. в изображении Б. Схема подключения сигналов (фрагмент из рисунка 5.26) Г. Изменение состояния регулятора ВРЕМЯ (S5) Д. Измерение фазового сдвига с максимальной точностью Рисунок 5.31 – Демонстрация использования режима внешней синхронизации Пример 5. Использование внешней синхронизации от сети. Существует класс помех, синхронизированных с сетевым напряжением 220В/50Гц. Природа этих помех – в технике преобразования энергии. Помехи вредные и с ними необходимо бороться, но предварительно их необходимо обнаружить и описать количественно. В осциллографе предусмотрен режим синхронизации исследуемых сигналов с сетью (рисунок 5.31Б). При этом в ЭЛО, имеющих питание от сети, такое напряжение всегда можно найти. 28 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Если ЭЛО портативный, то придётся искать сетевое напряжение снаружи и подключать его, соблюдая осторожность, к каналу внешней синхронизации. А. Исходный сигнал В. Исходное изображение измеряемой помехи Б. Схема подключения сигнала (фрагмент из рисунка 5.26) Г. Измерение в режиме закрытого входа Д. Измерение амплитуды и частоты помехи с максимальной точностью Рисунок 5.32 – Демонстрация использования режима внешней синхронизации от сети переменного тока Пример 6 для самостоятельного решения. Измерение параметров импульсных сигналов. На рисунках 5.33 представлены изображения импульсных сигналов с указанными основными их параметрами. Задание для тренировки: расписать последовательность действий (манипуляций) с органами управления ЭЛО с целью измерения параметров импульсов с максимальной точностью. Основные параметры импульса Период (Т) и скважность импульса (S) 29 Редакция 18.02.2018 Макарычев П.К. ИИТ Рисунок 5.33 – Графические определения основных параметров импульсов 30

Авторы лекции

Макарычев П.К.

Эксперт по предмету «Метрология»

Разместил пособие

pavlik.shubin.94

Эксперт по предмету «Метрология»

Поделись лекцией и получи скидку 30% на платформе Автор24

Заполни поля и прикрепи лекцию. Мы вышлем промокод со скидкой тебе на почту

Твоя лекция отправлена! Жди скидку на почте. Есть еще материалы? Загрузи прямо сейчас ��

Загрузить еще лекции

Статья: Электронно-лучевые осциллографы

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

«Электронно-лучевые осциллографы» ��

Готовые курсовые работы и рефераты

Решение задач от ИИ за 2 минуты

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов