Фигурами Лиссажу называются траектории результирующего движения при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний. Эти фигуры можно получить на экране осциллографа, подавая синусоидальные напряжения различной частоты одновременно на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. При этом электронный луч будет находиться под действием двух взаимно перпендикулярно отклоняющих сил. В зависимости от амплитуды, частоты и фазы подаваемых напряжений фигуры Лиссажу будут иметь различный вид.
Упражнение 1. Ознакомление с конструкцией, характеристиками и органами управления осциллографа.
1. Получите заводское описание осциллографа. Не включая его, изучите назначение ручек управления. Определите, какие из описанных выше способов измерения напряжений и временных интервалов позволяет использовать данный осциллограф. Запишите в отчет.
2. Определите диапазон напряжений, которые можно измерить с помощью данного осциллографа. Запишите в отчет.
3. Определите диапазон временных интервалов, которые можно измерить с помощью данного осциллографа. Запишите в отчет.
4. Определите диапазон частот колебаний, которые могут воспроизводиться на экране достаточно детально (с числом периодов не более 10).
5. Включите осциллограф. Выведите луч в центр экрана и установите необходимую яркость. Сфокусируйте луч.
Упражнение 2. Исследование синусоидального сигнала.
1. Соберите схему, изображенную на рис. 6.
Рис. 6
2. Включите осциллограф и генератор сигналов. Установите ручку “Множитель” генератора в положение “10”, а тумблер переключения работы генератора в положение “ ~ ”. Получите устойчивую картину сигнала генератора на экране осциллографа и зарисуйте ее.
3. Измерьте в делениях горизонтальной шкалы экрана ЭЛТ величину нескольких (2-10) периодов сигнала на экране осциллографа. Определите цену деления шкалы осциллографа по горизонтали и подсчитайте величину периода изменения сигнала в секундах.
4. Зная период сигнала, рассчитайте его частоту и сравните ее с показателями по шкале частоты генератора.
5. Изменяя частоту сигнала генератора, повторите измерения периода и частоты для 4-5 различных частот. Результаты измерений занесите в таблицу 1.
Таблица 1
| Период сигнала, дел | Период сигнала, с | Частота сигнала, Гц | Показатель по шкале генератора, Гц | Амплитуда сигнала, дел. | Амплитуда сигнала, В |
6. Измерьте амплитуду сигнала по вертикальной шкале в делениях. Определите цену деления шкалы по вертикали и рассчитайте амплитуду сигнала в Вольтах. Результаты занесите в таблицу 1.
Упражнение 3. Исследование импульсного сигнала прямоугольной формы.
1. Тумблер переключения работы генератора поставьте в положение “Õ”.
2. Получите на экране осциллографа картину прямоугольных импульсов.
3. Измерьте период и длительность прямоугольного импульса и определите “скважность” импульса по формуле (7). Повторите эти измерения для 4-5 частот генератора. Результаты занесите в таблицу 2.
Таблица 2
| Длительность импульса, с | Период импульса, с | “Скважность” импульса |
Упражнение 4. Измерение сопротивления с помощью осциллографа.
1. Соберите схему, изображенную на рис. 7.
Рис. 7
R0 - магазин сопротивлений, Rх - измеряемое сопротивление. Падение напряжения на измеряемом сопротивлении сравнивается с падением напряжения на эталонном сопротивлении.
2. Замкните ключ К на измеряемое сопротивление и определите подаваемое напряжение (на экране измерить амплитуду сигнала) на вход осциллографа.
3. Замкните ключ на магазин сопротивлений и подберите на нем такое сопротивление, чтобы подаваемое на вход осциллографа напряжение совпадало по амплитуде для Rх. Очевидно, что в этом случае Rх = R0.
4. Зная амплитуду переменного сигнала L, выраженную в единицах координатной сетки, и чувствительность осциллографа jy, определите по формуле U = L /2jy значение напряжения. По закону Ома вычислите силу протекающего по цепи тока.
5. Измерения проделайте для 3-х неизвестных сопротивлений. Результаты занесите в таблицу 3.
Таблица 3
| Амплитуда, | Напряжение | Сила тока |
Упражнение 5. Наблюдение фигур Лиссажу.
1. Соберите схему, изображенную на рис. 8. Тумблер “Развертка” на осциллографе выключить.
2. Изменяя частоту сигнала, генератора, получите и зарисуйте фигура Лиссажу при соотношении частот 2:1, 1:1, 1:2 и т.д. Частота сигнала, подаваемого на осциллограф с источника питания, равна 50 Гц.
3. Определите соотношение частот сигналов по отношению числа касаний фигуры Лиссажу с прямыми, параллельными осям X и Y.
Рис. 8
4. Результаты измерений и рисунки занесите в таблицу 4.
Таблица 4
| Частота сигнала генератора, Гц | Вид фигуры Лиссажу | Соотношение частот, определенное по виду фигуры |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Основные узлы осциллографа, их назначение и работа. Устройство и работа электронно-лучевой трубки. Блок-схема осциллографа и её работа.
2. Сформулируйте определения параметров импульса: амплитуда, частота, период, фаза, скважность.
3. Как измерить временные интервалы способом калиброванной длительности развертки. Как определить период и амплитуду исследуемого напряжения с помощью осциллографа?
4. Как получить на экране осциллографа изображение точки в центре, смещенной по оси Х, смещенной по оси Y, в виде наклонной линии (вправо, влево), окружности, эллипса, синусоиды.
5. Как происходит в электронно-лучевой трубке фокусировка потока электронов, как работают отклоняющие пластины.
6. Как измерить напряжение способом калибровочного усиления?
7. Как определить скважность прямоугольного импульса?
8. Как получается развертка во времени? Как работает генератор развертки?
9. Получите формулу для чувствительности электронно-лучевой трубки.