Изучение техники измерения параметров непрерывных сигналов с помощью осциллографа.. Основные теоретические положения.

Изучение техники измерения параметров непрерывных сигналов с помощью осциллографа.

Цель работы:

научиться работать с осциллографом, имеющим калиброванные коэффициенты отклонения и развертки; научиться измерять осциллографом такого типа амплитуду и частоту синусоидального напряжения.

Приборы и оборудование:

1)осциллограф типа С1-54 или С1-72 или однотипный;

2)звуковой генератор ГЗ-36 или однотипный;

3)генератор импульсов Г5-15 или однотипный.

Основные теоретические положения.

При измерении амплитуды напряжений электронным осциллографом наиболее часто используют метод, сравне­ния и метод непосредственного отсчета.

При измерении амплитуды напряжения методом сравнения величина изображения исследуемого сиг­нала на экране осциллографа сравнивается с величиной изображения калибровочного напряжения. При этом в процессе измерения коэффициент усиления усилителя вертикального отклонения должен оставаться неизменным, а коэффициент деле­ния ступенчатого входного делителя канала можно из­менять, но это необходимо учитывать при определении результата.

Для измерения амплиту­ды импульса с помощью, на­пример, осциллографа С1-5 необходимо: 1) подать ис­следуемый импульс на вход усилителя вертикального от­клонения;

2) при помощи переключателя входного дели­теля и ручки «Усиление» установить на экране изображе­ние импульса, удобное для наблюдения (но не более 25 мм). Ручку «Усиление» до конца измерений не сдви­гать; 3) по масштабной сетке, наложенной на экран труб­ки, отсчитать величину а установленного изображения (рис. 7.6, б); 4) запомнить положение переключателя входного делителя; 5) поставить переключатель входно­го делителя в положение «Калибр»; 6) ручкой «Калиб­ровка амплитуды» отрегулировать величину калибраци-онного сигнала, чтобы получить изображение, равное по величине изображению исследуемого импульса, или (если напряжение калибрационного сигнала недостаточ­но для этого) установить любую удобную для отсчета величину L изображения калибрационного сигнала (рис. 7.6, б). При этом желательно, чтобы величина bотлича­лась не более чем в 1,5—2 раза от величины изображе­ния а исследуемого импульса; 7) установив величину изображения калибрационного сигнала, отсчитать против риски на шкале потенциометра «Калибровка ампли­туды» деление шкалы, т. е. определить величину калибрационного сигнала в вольтах. Отсчет надо производить прямо против риски, что обеспечит большую точность. При измерении амплитуды импульсов отсчет необходимо производить по шкале «Имп.»; 8) по результатам изме­рений определить амплитуду исследуемого импульса

где а — величина изображения исследуемого импульса, мм; b — величина изображения калибрационного сигна­ла, мм; U_к — отсчитанная по шкале величина калибра­ционного сигнала в вольтах, соответствующая величине b; К_дел — коэффициент деления входного делителя, при котором устанавливается изображение исследуемого сигнала.

Если величина изображения калибрационного сигна­ла установлена равной величине изображения исследуе­мого импульса, то b = а и U=U_kK_дел

Если изображение калибрационного сигнала на жду­щей развертке неустойчиво, можно одновременно с пе­реводом входного делителя в положение «Калибр» пере­ключатель «Род работы» перевести в положение «Непр.» или «Усилит.».

Измерение амплитуды напряжения синусоидальной формы производится в таком же порядке. При этом не­обходимо пользоваться непрерывной разверткой и от­счет калибрационного напряжения производить по шкале «Эфф.». Величина изображения при исследовании сину­соидального напряжения допускается до 50 мм.

Калибратором амплитуды осциллографа С1-5 можно измерить напряжение до 200 В. Погрешность измерения амплитуды сигналов на участке шкалы 0,2—1,2 В — не более ±10% от измеряемой величины напряжения, мак­симальная погрешность входного делителя ±5%.

Часто калибрационный сигнал не развертывают пол­ностью, а получают его изображение на экране в виде тонкой вертикальной линии. Это ускоряет процесс изме­рения и уменьшает погрешность измерения.

Во многих современных осциллографах при измере­нии амплитуды сигнала и его временных параметров применяют метод непосредственного отсчета по шкале на экране прибора. При этом методе перед измерением предварительно калибруют шкалу осциллогра­фа по чувствительности и длительности развертки с по­мощью "сигналов встроенного калибратора, а затем от­считывают по ней амплитуду и временные параметры исследуемого сигнала. Поэтому иногда этот метод изме­рения называют методом калиброванной чувстви­тельности.

Указанные измерения производятся по масш­табной сетке (рис.7.7), которая

нанесена на про­зрачный диск, наложен­ный на экран ЭЛТ.

При измерении по методу непосредственного отсчета возможно применение только одного калибратора (как, например, в осциллографе С1-72), который используется как для калибровки чувствительности канала вертикаль­ного отклонения (коэффициента отклонения), так и для калибровки длительности развертки (коэффициента раз­вертки). Поэтому часто на панели такого осциллографа вместо раздельных названий «Калибратор амплитуды» и «Калибратор длительности» ставится только одно на­звание— «Калибратор».

При U_К= 1В и H_к=4 см номинальный коэффициент отклонения канала

Установив d_ном можно приступить к измерению амп­литудыисследуемого импульса. Для этой цели на вертикальный вход осциллографа подают исследуемый сигнал и, не изменяя положение регулятора усиления вертикального канала (чтобы не изменить установлен­ный номинальный коэффициент отклонения канала), добиваются с помощью входного делителя, чтобы размер Н изображения был возможно ближе к Н_к.

Амплитуда исследуемого импульса при этом вычис­ляется как

Рассмотрим порядок измерения амплитуды исследуе­мого сигнала.

1. Перед проведением измерения амплитуды исследуе­мого сигнала необходимо проверить калибровку номи­нального коэффициента отклонения усилителя верти­кального отклонения и произвести при необходимости балансировку этого усилителя.

2. Исследуемый сигнал подключается ко входу откалиброванного усилителя вертикального отклонения. С по­мощью ручек регулировки положения изображения по вертикали и горизонтали изображение сигнала совме­щается с нужными делениями шкалы и измеряется его размах по вертикали (в сантиметрах или в делениях шкалы). Амплитуда сигнала будет равна произведению измеренной величины изображения в сантиметрах (или делениях шкалы) на цифровую отметку чувствительности, установленную переключателем входного делителя по шкале «V/см» (или «Вольт/дел»). Так, например, изме­ренный осциллографом С1-54 размах изображения со­ставляет 3,2 см, а переключатель чувствительность уста­новлен в положение 2 V/см. Тогда амплитуда сигнала равна 3,2X2 = 6,4 В.

При работе со щупом-делителем (выносным делите­лем) 1: 10 полученный результат необходимо умножить на 10.

Осциллограф С1-54 обеспечивает погрешность изме­рения напряжений импульсного сигнала при широкой полосе и амплитуде от 40 до 20 мм — не более ±5%, а в положении чувствительности 50 В/см — не более ±6%.

Точность измерения амплитуды этим осциллографом наибольшая при размахе изображения от 20 до 40 мм для импульсов. Поэтому необходимо подбирать такой диапазон чувствительности, при котором амплитуда изображения находится в пределах 20—40 мм. Если из­меряемое напряжение на экране имеет размах менее 20 мм, то погрешность измерения может увеличиться до (4 + 20/A)%, где А — размер изображения по вертика­ли, мм.

При измерении напряжения следует учитывать, что усилитель имеет широкую полосу частот и большую чув­ствительность. Поэтому различные помехи от посторонних электрических полей могут сильно сказаться на качестве получаемого изображения. Для уменьшения помех рекомендуется соединять корпуса источников сигнала с корпусом прибора короткими проводами возможно большего сечения.

При использовании малогабаритного осциллографа типа С1-72 методика и порядок измерения амплитуды исследуемого сигнала не изменяются. Необходимо учесть, что номинальный коэффициент отклонения (но­минальная чувствительность) этого прибора указывается в V/дел (1 деление шкалы = 6 мм). Он позволяет изме­рять амплитуды сигналов от 48 мВ до 60 В, а с вынос­ным делителем 1: 10 от 200 мВ до 500 В. Погрешность измерения амплитуд импульсных сигналов в рабочих условиях в диапазоне от 48 мВ до 60 В при длительностях импульсов не менее 0,2 мкс, частотой не более 2 МГц, при величине изображения от 2,4 до 6 делений, не превыша­ет ±10%.

Для уменьшения погрешности за счет толщины линии луча измерения проводятся или оба по нижним, или оба по верхним краям линии изображения.

Ход работы

1.По техническому описанию, инструкции по эксплуа­тации, а также по указаниям, изложенным в данной гла­ве, ознакомиться с назначением ручек управления на передней панели осциллографа (включая ручки, выведен­ные под шлиц на передней панели осциллографа и вне ее); с правилами подготовки осциллографа для работы; с методикой измерения амплитуды и частоты синусои­дального сигнала, амплитуды длительности и частоты следования импульсов.

2.Включить осциллограф в сеть и подготовить его для работы в режиме непрерывной развертки.

3.Проверить балансировку усилителя вертикального отклонения и при необходимости отрегулировать ее; про­верить калибровку коэффициента отклонения (чувстви­тельности) по внутреннему калибратору и при необходи­мости скорректировать ее; проверить калибровку коэф­фициента развертки (длительности развертки) по внут­реннему калибратору и при необходимости скорректиро­вать ее.

4.Присоединить осциллограф к выходу звукового генератора, включить генератор в сеть и установить его выходное напряжение и частоту в соответствии с данными, указанными в индивидуальном задании. Выходное напряжение определяется по вольтметру, встроенному в генератор. Схема измерения представлена на рис.1.

5.Получить на экране неподвижную осциллограмму, содержащую несколько периодов исследуемого синусоидального напряжения. Установить удобный для исследования размер изображения по вертикали и измерить амплитуду и частоту синусоидального напряжения.

Результаты измерений и вычислений занести в табл.1

Таблица 1.

6.Сравнить результаты измерений амплитуды с показаниями вольтметра, встроенного в звуковой генератор, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях, сравнить результаты измерения частоты со значением частоты звукового генератора, отсчитанной по его шкале с учетом показания ступенчатого переключателя «Множитель».

7.Отключить от сети осциллограф и звуковой генератор, а затем отсоединить осциллограф от звукового генератора. Присоединить осциллограф к выходу генератора импульсов.

8.Включить осциллограф в сеть и подготовить его для работы в режиме ждущей развертки.

Указания к отчету.

Отчет должен содержать:

1) наименование и цель работы;

2)методику измерения амплитуды и частоты непре­рывных сигналов,

3) структурную схему измерения;

4) результаты измерений и расчетов;

Контрольные вопросы.

1.Какие методы использую при измерении амплитуды напряжений осциллографом?

2.В чем заключается метод непосредственного отсчета?

3.Чему равна амплитуда исследуемого импульса?

4.Что рекомендуется делать для уменьшения помех?