Изучение конструкции осциллографа.

Изучение конструкции осциллографа.

Цель работы.

1. Изучить схему поверки амперметра;

2. Определить класс точности поверяемого амперметра;

3. Изучить методы поверки измерительных средств.

Основные теоретические положения.

Общая структурная схема электронного осциллогра­фа, приведенная на рис. 7.1, состоит из электронно-луче­вой трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением лучом, канала вертикального отклонения луча (канала сигнала «Y»), канала горизонтального отклонения луча (канала развертки «X»), канала управления яркостью лу­ча Z,калибраторов амплитуды и длительности (измери­тельных устройств), блока питания.

Электронно-лучевая трубка. От характеристик элек­тронно-лучевой трубки в значительной мере зависят параметры осциллографа и области его применения. В осцил­лографах в основном применяют ЭЛТ с электростати­ческим управлением луча, так как они позволяют исследовать более высокочастотные напряжения и потребляют меньше энергии от источников питания, чем ЭЛТ с элек­тромагнитным управлением лучом.

Принцип получения изображения формы исследуемо­го напряжения на экране ЭЛТ заключается в следующем. Исследуемое напряжение обычно является функцией вре­мени и изображается в прямоугольной системе коорди­нат в виде графика U =f(t). Две пары пластин ЭЛТ от­клоняют электронный луч в двух взаимно перпендику­лярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. При этом горизонтальное откло­нение луча отражает перемещение по оси времени, а вер­тикальное — по оси мгновенных значений напряжения. В этом случае изображение исследуемого напряжения мож­но получить на экране ЭЛТ, если оно подведено к верти­кально-отклоняющим пластинам, в то время как к гори­зонтально-отклоняющим пластинам подведено пилооб­разное напряжение, которое перемещает луч по горизон­тали с постоянной скоростью слева направо (прямой ход) и быстро возвращает его обратно(обратный ход). От­клонение луча вдоль горизонтальной оси получается в этом случае пропорциональным времени. При одновре­менном действии указанных напряжений на обе пары пластин луч вычерчивает кривую исследуемого напряже­ния. Чтобы получить на экране неискаженное изобра­жение, необходимо выбрать период развертки в несколь­ко раз больше, чем период исследуемого напряжения. При этом хотя бы один период исследуемого напряже­ния будет наблюдаться в неискаженном виде. Следует отметить, что для рационального использования площади экрана ЭЛТ при исследовании периодических сигналов не следует стремиться к получению изображения с чис­лом периодов больше двух-трех.

Канал вертикального отклонения луча состоит из входного устройства и широкополосного усилителя. Его основное назначение следующее:

1) обеспечение необходимого уровня усиления (ослаб­ления) исследуемого напряжения до величины, удобной для наблюдения на экране ЭЛТ, а также для измерения его параметров; усиление вертикального усилителя регулируется ступенчато и плавно в значительных пределах; для этой цели на передней панели прибора имеют­ся специальные переключатели и ручки, с помощью ко­торых можно регулировать чувствительность (усиление) канала по напряжению, доводя ее до десятков и сотен сантиметров на вольт (на экране осциллографа), а в от­дельных случаях и выше;

чувствительность — это отношение видимого отклонения луча к поданному на вход канала напряже­нию, которая выражается в см/В. Величину, обратную чувствительности, называют коэффициентом отклонения и выражают в В/см;

2) согласование входного сопротивления осциллогра­фа с волновым сопротивлением коаксиального кабеля, по которому высокочастотные и широкополосные импуль­сные сигналы подаются на вход канала. Для этого пре­дусматривается низкоомный вход осциллографа (50 или 75 Ом), что соответствует волновому сопротивлению ко­аксиального кабеля;

3) задержка поступления исследуемого импульса на вертикально-отклоняющие пластины относительно нача­ла действия развертывающего напряжения на горизон­тально-отклоняющих пластинах, что необходимо для чет­кого наблюдения переднего фронта исследуемого им­пульса. Для этого в канале импульсного осциллографа имеется специальная линия задержки (существуют ос­циллографы и без линии задержки в канале вертикаль­ного отклонения).

Вход канала вертикального отклонения может быть открытым и закрытым. При открытом входе возможно прохождение как переменного, так и постоянного напря­жения, при закрытом — только переменного. Соответст­венно различают осциллографы с открытым и закрытым входом.

Входное устройство канала вертикального отклоне­ния состоит из делителя напряжения (аттенюатора), ка­тодного (эмиттерного или истокового) повторителя и линии задержки (последняя имеется не всегда).

Делителем напряжения (аттенюатором) ус­танавливается допустимое входное напряжение, не пере­гружающее входной каскад, и обеспечивается высокое входное сопротивление канала. Независимость коэффи­циента деления от частоты в заданной полосе частот обеспечивает компенсированный делитель напряжения. Он представляет собой резистивно-емкостный делитель с равными посто­янными времени отдельных звеньев. При этом коэффициент деления напряжения

ие зависит от частоты.

В осциллографах осуществляется деление входного напряжения в отношениях 1:1; 1:2; 1:5; 1:10; 1: 20; 1: 50; 1: 100; 1: 200; 1: 500; 1: 1000 и 1: 2000. Иногда осциллографу придается дополнительный выносной де­литель с коэффициентом деления 1: 10 или 1: 100. При его применении общий коэффициент деления увеличива­ется в 10 раз (или соответственно в 100 раз), входное соп­ротивление прибора увеличивается, а выходная емкость уменьшается в 3—4 раза и более. Обычно значение соп­ротивлений резисторов входных делителей напряжения подбирают так, что во всех его положениях обеспечива­ется постоянство входного сопротивления осциллографа.

Делитель напряжения выполняется в виде самостоя­тельного узла и имеет отдельный переключатель для вы­бора нужного коэффициента деления. Переключатель размещается на передней панели осциллографа и возле него имеется специальная надпись.

Во многих других типах современных осциллографах возле переключателя входного делителя имеется надпись «Вольт/дел» (или «В/дел», «V/дел», «В/см», «Вольт/см», «V/см»), а для его фиксированных положений указывают­ся значения коэффициента отклонения, выраженные в соответствующих единицах; например, в В/см (более подробно этот вопрос рассматривается далее).

Напомним, что коэффициент отклонения — величина обратная чувствительности прибора, выражающая от­ношение напряжения исследуемого сигнала к величине отклонения луча на экране ЭЛТ, вызываемого этим сиг­налом. В современных осциллографах изменение чувст­вительности (коэффициента отклонения) осуществляется ступенями (переключателем) и плавно (потенциомет­ром). Во всех положениях переключателя и одном поло­жении (как правило, крайне правом) потенциометра нор­мируется погрешность чувствительности. Эти значения чувствительности (коэффициента отклонения) называ­ют калиброванными.

Имеются осциллографы (С1-49, С1-64 и др.), у кото­рых элементы ступенчатой или плавной регулировки уси­ления канала вертикального отклонения конструктивно совмещены с переключателем входного аттенюатора(«Вольт/дел»). При этом возможно наличие на передней панели прибора дополнительных ручек с соответствую­щими надписями для плавной регулировки усиления ка­нала. Необходимые указания по пользованию переклю­чателем «Вольт/дел» и дополнительными ручками при­водятся в описании прибора.

Линия задержки представляет собой п последо­вательно соединенных звеньев LС в схеме фильтра ниж­них частот. Для задержки сигнала на единицы или де­сятки наносекунд в качестве линии задержки применя­ют отрезок коаксиального кабеля, время задержки ко­торого равно 6—8 нс/м.

Канал горизонтального отклонения луча предназна­чен для создания развертывающего напряжения, синх­ронного с исследуемым сигналом. Он обеспечивает по­лучение пилообразного напряжения периодической раз­вертки и ее синхронизацию; получение ждущей разверт­ки и ее запуск; усиление напряжения развертки (усили­тель горизонтального отклонения). Ступенчатый перек­лючатель частоты развертывающего периодического пи­лообразного напряжения («Длительность»), а также ручка для плавной регулировки его («Длительность плавно»), переключатель длительности ждущей разверт­ки, ручка регулировки усиления канала горизонтального отклонения, а также другие органы управления канала размещаются на передней панели прибора.

Канал управления яркостью луча предназначен для подачи на управляющий электрод ЭЛТ внешних сигна­лов, модулирующих яркость свечения экрана, и обычно используется для создания яркостных калибрационных меток от внешнего генератора.

Калибраторы амплитуды и длительности. Электрон­ные осциллографы снабжаются специальными измери­тельными устройствами — калибраторами для измерения амплитуды исследуемого периодического или импульсно­го сигналов (калибраторы амплитуды или чувствитель­ности) и для измерения длительности импульсов, интер­вала между двумя импульсами и т. п. (калибраторы вре­мени или длительности).

Измерение напряжений электронным осциллографом широко распространено при настройке и регулировке ра­диоэлектронной аппаратуры, несмотря на некоторые его особенности и сложности. Иногда такие измерения мо­гут быть выполнены только с помощью осциллографа (например, при измерении импульсов с большой скваж­ностью и при сигналах сложной формы). Погрешность измерения напряжения осциллографом не превышает ±(5—10)%. Она уменьшается с улучшением фокусиров­ки и уменьшением яркости.

Осциллограф используют также при измерении вре­менных параметров импульсов и импульсных колебаний. Погрешность таких измерений тоже не превышает ±(5-10) %.

Калибратор амплитуды — это источник ста­бильного переменного напряжения известной амплитуды, которое может подключаться ко входу канала вертикаль­ного отклонения. На выходе калибратора предусматрива­ется резистивный делитель для регулирования величины калибровочного напряжения.

Указания к отчету.

Отчет должен содержать:

1) наименование и цель работы;

2) основные технические показатели осциллографа;

3) структурную схему осциллографа;

4) порядок подготовки прибора к работе;

5) краткие выводы и заключения.

Контрольные вопросы.

1.Что такое осциллограф и для чего он предназначен?

2.Из каких основных узлов состоит осциллограф?

3.Для чего предназначен канал вертикального отклонения луча?

4.Какие марки осциллографов вы знаете?