Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Лабораторная № 12 «Изучение устройства, работы и методики проведения исследований с помощью электронно-лучевого осциллографа» по Общей электротехнике и электронике (Авдеев Ю. В.)

Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО ВГАСУ

Кафедра автоматизации технологических процессов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

Изучение устройства, работы и методики проведения исследований с помощью электронно-лучевого осциллографа

Выполнила ст.621 гр.

Савицкой Юлии

Проверил преподаватель

Авдеев Ю.В.

Воронеж

2008г. Электронно-лучевой осциллограф – прибор для визуального наблюдения электрических процессов, представленных в форме напряжения, а также измерения различных параметров сигналов, определяющих их мгновенные значения и временные характеристики. Кроме того, осциллограф может быть использован для измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными напряжениями, частоты и составляющих комплексного сопротивления.

Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка, представляющая собой стеклянную колбу, в которой создан вакуум (рис. 12.1). Группа электродов, включающая катод К с нитью накала НН, сетку С (модулятор) и аноды А1 и А2, образует так называемую «электронную пушку», предназначенную для получения узкого пучка электронов – электронного луча. Отклоняющая система трубки состоит из двух пар пластин: горизонтальные пластины используются для отклонения луча по вертикали (это вертикально отклоняющие пластины – ВП), вертикальные пластины – для отклонения луча по горизонтали (это горизонтально отклоняющие пластины – ГП). Экран Э трубки покрывается специальным веществом – люминофором, обладающим способностью светиться под действием ударяющихся в него электронов.

Поверхность катода покрывается оксидными веществами, легко отдающими электроны при подогреве с помощью НН. На сетку, имеющую форму цилиндра с отверстием в торце, подается отрицательное относительно катода и регулируемое напряжение, которое используется для изменения числа электронов в луче и регулирования за счет этого яркости пятна на экране. Указанная регулировка выносится на переднюю панель осциллографа и снабжается надписью «Яркость».

С помощью системы анодов, на которые поданы положительные относительно катода напряжения, осуществляется разгон электронов до необходимой скорости и фокусировка пучка электронов в точку на экране трубки. Регулировка напряжения, подаваемого на А1, выносится на переднюю панель осциллографа и снабжается надписью «Фокус».

Отклонение электронов, летящих между пластинами, происходит под действием электрического поля, создаваемого подводимым к пластинам напряжением. Возникающее в результате смещение светящегося пятна на экране определяется следующим приближенным соотношением:

h≈lLU/dφA2,

где L – расстояние от середины пластины до экрана; d – расстояние между пластинами; l – длина пластин в направлении движения электронов; φA2 – потенциал А2 относительно катода.

Величина Su=h/U= lL/dφA2 называется чувствительностью трубки. Чувствительность трубок, используемых в универсальных осциллографах, составляет 0,2 – 0,5 мм/В.

Изображение на экране исследуемого напряжения создается следующим образом. Исследуемый сигнал подводится к вертикально отклоняющим пластинам и вызывает смещение луча по вертикали. Для получения изображения необходимо, чтобы луч одновременно перемещался с постоянной скоростью по горизонтали, что достигается подачей линейно-изменяющегося напряжения на горизонтально отклоняющие пластины.

На рис. 12.2, а показан процесс перемещения пятна на экране осциллографа под действие исследуемого сигнала u(t) (рис. 12.2, б) и развертывающего напряжения (рис. 12.2, в).

Световая инерция экрана и зрения способствует получению на нем немелькающего изображения. Условием неподвижного изображения является кратность отношения периода развертывающего напряжения к периоду исследуемого сигнала, т.е. Tp/T=N, где N – целое число. Если N=1, то на экране создается изображение одного периода исследуемого сигнала (рис. 12.2, а), если N=2, т наблюдатель видит на экране два периода и т. д.

Помимо электронно-лучевой трубки в струкурной схеме осциллографа (рис.12.3) можно выделить следующие части:

1) канал вертикального отклонения (канал Y), включающий делитель напряжения ДН, усилитель УY, линию задержки яркости ЛЗ;

2) канал горизонтального отклонения (канал X), включающий генератор развёртывающего напряжения (генератор развертки ГР) и усилитель УX.

Необходимость введения усилителей УY и УX объясняется малой чувствительностью трубки, вследствие чего наблюдение малых сигналов требует их предварительного усиления.

В качестве усилителей УY универсальных осциллографов используется, как правило, усилители постоянного напряжения, обладающие широкой полосой пропускания (fb=1÷25 МГц), большим входным сопротивлением и необходимым коэффициентом усиления. Изменение общей чувствительности канала Y производится с помощью делителя ДН, позволяющего устанавливать определенные фиксированные её значения. Выходной каскад усилителя УY имеет симметричный дифференциальный выход, к которому подключены отклоняющие пластины.

Канал X осциллографа (см. рис. 12.3) может работать в двух режимах – развертки и усиления сигнала, поданного на «Вход X». Режим работы канала выбирается с помощью переключателя SA 2: положение 1соответствует режиму развертки, положение 2 – усилению сигнала. В режиме развертки напряжение генератора развертки ГР через УX подается на горизонтально отклоняющие пластины. Схема выходного каскада УX аналогична схеме УY.

Как уже отмечалось, для получения на экране неподвижного изображения необходимо, чтобы период напряжения развертки был равен периоду исследуемого сигнала или в целое число раз был больше.

Процесс принудительной генерации генератором развертки с частотой, равной или кратной частоте исследуемого сигнала, называется синхронизацией. Для осуществления синхронизации в схему генератора ГР вводится синхронизирующий (запускающий) сигнал. В качестве такого сигнала можно использовать исследуемый или внешний сигнал, частота которого равна или кратна частоте исследуемого сигнала. Выбор сигнала, синхронизирующего работу ГР, осуществляется с помощью переключателя SA 1 (см. рис. 12.3), расположенного на передней панели осциллографа. Синхронизация работы генератора развертки исследуемым сигналом (положение 1 переключателя SA 1) называется внутренней. При внешней синхронизации (положение 2 переключателя SA 1) на вход «Внешняя синхронизация» необходимо подать синхронизирующий сигнал. В качестве внешнего синхронизирующего сигнала возможно использование сетевого напржения (положение 3 переключателя SA 1).

Измерение сдвига фаз основывается на использовании фигур Лиссажу (рис 12.4). При равных амлитудах и частотах сигналов на двух входах изменение фазового сдвига от 0° до 180° приводит к изменению формы фигуры Лиссажу от прямой линии через эллипс до окружности, как показано на рис. 12.5.

Фазовый угол между двумя сигналами можно определить по эллипсу, как показано на рис. 12.6. Коэффициенты усиления усилителей выбираются так, чтобы эллипс вписался в квадрат. Значение фазового угла находится как отношение параметров эллипса по вормуле θ=arcsin(Y1/Y2)=arcsin (X1/X2).

При этом необходимо учитывать ориентацию эллипса в соответствии с рис. 12.5.

Измерение частоты синусоидального сигнала основано на использовании фигур Лиссажу. При этом неизвестная частота сравнивается с точно известной частотой, а фигуры Лиссажу используются для определения соотношения между частотами.

Для получения фигуры Лиссажу сигнал неизвестной частоты подается на вертикальный вход осциллографа. Внутренняя развертка осциллографа отключается, и выход от измерительного генератора высокой точности присоединяется к входу системы горизонтального отклонения. Чувствительности обоих входов регулируют так, чтобы воспроизводимая картина заполняла весь экран. Частота измерительного генератора затем подбирается так, чтобы на экране осциллографа получилось стационарное изображение. Это происходит при фиксированном целочисленном отношении между частотами двух входных сигналов. Оно находится как отношение числа точек пересечения фигуры на экране с горизонтальной и вертикальной опорными линиями. Иначе говоря, это отношение числа касаний фигуры с наложенными на экран горизонтальной и вертикальной осями.

На рис. 12.7 показаны некоторые примеры фигур Лиссажу. Если две частоты равны и сигналы сдвинуты о фазе на 90°, то на экране получается окружность, как на рис. 12.7, а. Здесь неизвестная частота равна частоте измерительного генератора, которая может быть известно с точностью до 0,001%. Полученное изображение зависит от отношения частот и фазовых соотношений двух входных сигналов, но в любом случае выполняется условие: отношение частот равно отношению числа пересечений горизонтальной опорной линии к числу пересечений вертикальной опорной линии.

12.1 Цель работы:

Научиться выполнению различных электрических измерений с помощью электронно-лучевого осциллографа

Показать полностью…
Похожие документы в приложении