Основные технические характеристики электронно-лучевых осциллографов.

ОСЦИЛЛОГРАФ C1-67

Предназначен для визуального наблюдения формы электрических сигналов и измерения их параметров.

ОБЩИЕ ПАРАМЕТРЫ:

Количество лучей (каналов) ЭЛТ – однолучевой

Диапазон измеряемых напряжений- 28 мВ – 200 В

Диапазон измеряемых интервалов времени- 0,2 мкс – 0,2 с

Полоса пропускания - 0 – 10 МГц

Погрешность измерения амплитуды сигнала- Не более 5 %

Погрешность измерения интервалов времени- Не более 5 %

Ширина линии луча - 0,6 мм

Рабочая площадь экрана по горизонтали- 60 мм

Рабочая площадь экрана по вертикали - 42 мм

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА Y :

Чувствительность - 10 мВ/дел – 20 В/дел

Входное сопротивление канала- 1 Мом

Входная емкость канала- 40 пФ

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА X:

Длительность развертки минимальная- 0,1 мкс/дел

Длительность развертки максимальная- 20 мс/дел

Амплитуда сигналов внешней синхронизации- 0,5 – 20 В

Диапазон частот внешней синхронизации- 5 Гц – 10 МГц

Входное сопротивление осциллографа достаточно велико, а входная емкость достаточно мала, что позволяет пренебречь искажением измеряемого сигнала при его подключении к осциллографу.

 Осциллографы имеют ручки ступенчатого переключения длительности развертки с указанием цены деления сетки (или частота развертки) и ручки коэффициента отклонения по оси У (или коэффициент усиления по вертикали) с ценой деления клетки сетки по вертикали.

Применение электронно-лучевого осциллографа (эло) при измерении временных параметров

К временным параметрам следует отнести период колебаний электрических сигналов, скважность прямоугольных импульсов, длительность импульсов. Зная период колебаний можно определить частоту электрических колебаний.

Для их определения необходимо подключить на вход Y осциллографа исследуемый сигнал. Пользуясь ручками переключения длительности развертки по оси Х (влияет на масштаб периода видимого сигнала и устойчивость изображения), ручками коэффициента отклонения по оси У (влияет на масштаб амплитуды видимого изображения на экране), ручками фокусировки (влияет на толщину линии изображения сигнала), ручками яркости (влияет на яркость линии изображения), ручками внутренней или внешней синхронизации изображения (устанавливается изображение неподвижным), добиться устойчивого изображения на экране одного или нескольких периодов колебаний.

 Пример измерения периода и частоты гармонических колебаний.

Определив по экрану ЭЛО сколько клеточек N_T масштабной сетки помещается в одном периоде Т , и зная цену клеточки (деления) n_t по ручке переключения длительности развертки, можем определить длительность периода Т в единицах времени.

Т = N_T*n_t = 16*20 = 320 мс = 0,320 с;

      Зная период Т колебаний можно определить частоту колебаний ƒ:

ƒ=1/Т=1/0,320=3,125 Гц.

Применение эло при измерении амплитудных параметров электрических сигналов

Основным режимом работы электронных осциллографов является режим непрерывной развертки, пригодный для наблюдения любых непрерывных периодических сигналов и последовательностей импульсов с малой скважностью.

В этом режиме генератор развертки формирует периодическое пилообразное напряжение, синхронное с исследуемым сигналом.

Исследуемый сигнал, поданный на вход Y, может вызвать слишком большое или, наоборот, очень малое отклонение луча по вертикали. В этом случае с помощью ручек «Ослабление» или «Усиление» канала Y добиваются требуемого размера изображения на экране ЭЛТ.

Переключатель длительности развертки следует экспериментально установить в такое положение, при котором на экране ЭЛТ будет наблюдаться один или несколько периодов исследуемого сигнала.

Для устойчивости изображения на экране ЭЛТ следует синхронизировать колебания генератора развертки с ис­следуемым сигналом.

Яркость и фокусировку при этом необходимо от­регулировать так, чтобы изображение исследуемого сигна­ла было максимально четким.

Непериодические, случайные, импульсы большой скважности, а также однократные сиг­налы исследуют с помощью линейной ждущей разверт­ки.

Сущность ее заключается в том, что в отсутствие сигна­ла на входе Y развертывающее напряжение не вырабаты­вается, генератор развертки «ждет»; поступающий на вход Y исследуемый сигнал. при его появлении устройство синхронизации за­пускает генератор развертки, который вырабатывает оди­ночный линейно нарастающий импульс напряжения, посту­пающий на пластины X. Длительность развертки должна соответствовать параметрам исследуемого сигнала. Переход на ждущий режим работы осцилло­графа осуществляется регулятором «Синхронизация» до по­явления на экране трубки устойчивого изображения ис­следуемого сигнала.

Перед измерением амплитуды исследуемого сигнала, рекомендуется произвести проверку калибровки чувстви­тельности усилителя канала вертикального отклонения Y с помощью калибратора амплитуды (но он есть не у всех моделей осциллографов). Для этого переключа­тель ослабления входного аттенюатора устанавливают в положение «Калибровка», а ручку «Усиление» усилителя канала вертикального отклонения - в крайнее правое по­ложение, которое соответствует максимальному усилению. Вертикальный размер калиброванного напряжения на эк­ране ЭЛТ должен соответствовать заданному значению, указанному в паспорте осциллографа.

 Измерение амплитуды исследуемого сигнала произво­дят следующим образом.

На вход Y канала вертикаль­ного отклонения подается исследуемый сигнал и устанавливается удобный для отсчета размер вертикального от­клонения на экране ЭЛТ. Зная цену деления (клеточки) n_y по ручке переключения коэффициента усиления по оси Y, количество делений (клеточек) N_V, находим амплитудное значение напря­жения исследуемого сигнала U_max по формуле        U_max= N_V*n_y,

    а  действующее значение для синусоидального тока можно определить по формуле

U=0,707U_max.

 Поясним сказанное на рисунке 7

По формуле найдем амплитудное и действующее значения исследуемого сигнала.

Из рисунка определим, что: количество клеточек N_V = 6 делений, цена деления n_v =2,0*10=20 B/1деление, множитель усиления k_y = 10, (если множитель не указан следовательно он равен х1) тогда:

U_max= N_V*n_y = 20*6=120 В.

      Найдем действующее значение для синусоидального тока:

U=0,707U_max=0,707х120=84,84 В.

 Осциллографом можно измерить ток I в нагрузке, если знать сопротивление R нагрузки или электрическую мощность P потребляемую нагрузкой. Для этого необходимо осциллографом измерить амплитудное значение напряжения U_max на нагрузке. Затем рассчитать действующее значение напряженияU на нагрузке и по закону Ома найти величину тока нагрузки. Мощность, рассчитывают по уравнениям P=I²R или P=U²/R.

 ПРАКТИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с осциллографом и подготовить его к включению.

2. Проградуировать вертикальный усилитель осциллографа.                     Построить градуировочную характеристику .

3. Измерить амплитудное значение напряжения.

4. Измерить периоды колебаний сигналов разных частот.

Для выполнения пункта 1 ознакомиться с основными теоретическими положениями и устройством отдельных узлов осциллографа, используя данную инструкцию к лабораторной работе. Перед включением осциллографа его рукоятки должны быть установлены в следующие положения:

а) рукоятка регулятора «яркость» луча повернута против часовой стрелки до упора;

б) рукоятка регулятора усиления вертикального (левого) усилителя «усиление» в положение 0;

в) переключатель синхронизации в позиции «внутр.»;

г) рукоятка регулировки синхронизации «амплитуда синхронизации» должна быть повернута против часовой стрелки до упора;

д) переключатель горизонтальной развертки в любом включенном положении.

После проверки правильности положения всех рукояток включить тумблер «сеть».

РЕГУЛИРОВКА ЯРКОСТИ И ФОКУСИРОВКА

Выждав 1-2 минуты для подогрева ЭЛТ, включают выключатель «луч» и поворотом рукоятки R1 «яркость» вправо, т.е. изменяя напряжение на сетке, добиваются необходимой яркости пятна (рис.1).

Вращением рукоятки R2 «фокус» устанавливается необходимая резкость светящейся линии (на экране получается линия, а не точка, так как уже включен генератор развертки). Фокусировка сводится к регулировке потенциала на первом аноде.

Регулировка «яркость» и «фокус» взаимосвязаны, потому для получения нормального изображения необходимо производить их совместно.

ВЕРТИКАЛЬНАЯ И ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ЛУЧА.

Регулировка усиления

Рукоятка «ось Y –вниз, -вверх» и «ось Х –влево -вправо» служат для смещения светящейся точки по вертикали и горизонтали таким образом, чтобы «нулевая» линия (линия, получающаяся при отсутствии сигнала) находилась в желательном месте экрана – обычно посередине. Это осуществляется подачей на соответствующие пластины некоторых постоянных регулируемых напряжений.

После установки линии развертки в нужном месте рукояткой «усиление» горизонтального усилителя устанавливается желательная длина развертки путем изменения амплитуды пилообразного напряжения.

После подачи исследуемого напряжения (сигнала) на левые зажимы канала Y «вход» и «земля» поворотом рукоятки «усиление» вертикального усилителя устанавливается необходимая величина изображения так, чтобы оно не выходило за пределы экрана и было удобно для наблюдения.

Регулировка частоты развертки. Синхронизация.

Ступенчатое изменение частоты развертывающего напряжения осуществляется с помощью переключателя «диапазон частот». Плавная регулировка внутри каждого диапазона достигается вращением рукоятки «частота плавно».

После установки с помощью переключателя подходящего диапазона частот плавным поворотом рукоятки «частота плавно» добиваются того, чтобы кривые на экране перемещались достаточно медленно (что будет иметь место при более или менее точном совпадении или кратности частот исследуемого и развертывающего напряжения). Для получения устойчивости неподвижного изображения постепенно вводится синхронизирующее напряжение путем поворота рукоятки «амплитуда синхронизации» по часовой стрелке.

Выполнение пункта 2. Градуировка это установление зависимости отклонения луча от напряжения, подведенного на вход осциллографа. Она характеризуется чувствительностью, которую для удобства пользователя стремятся сделать постоянной во всем диапазоне. Зная чувствительность S и количество клеточек N_V, на которые отклонился луч, определяют напряжение сигнала по формуле U_max= N_V / S.

Для построения градуировочной характеристики собирают схему (рис. 8). Регулятор «усиление» канала Y устанавливают в определенное положение, например 1, изменяя автотрансформатором АТ напряжение входного сигнала, выставляют максимальное отклонение луча осциллографа на 10 затем на 20 и т.д. клеточек. Показания вольтметра PV в вольтах U_V заносят в таблицу 1.

Рисунок 8

Таблица 1

NV, клеточек	10	20	30	40
UV, В
Umax, В
S, мм/В

Трансформатор Т понижает напряжение, например, лабораторный измерительный трансформатор напряжения 380/63 В, и служит для целей безопасности – гальванической развязки электрических цепей. Без него корпус осциллографа может оказаться под опасным напряжением относительно земли.

Рассчитывают , (учитывая, что одна клеточка равна одному миллиметру) и заносят их в таблицу 1. По данным таблицы строят градуировочную характеристику U_max=f(N_V).

Выполнение пункта 3. На осциллографе установить регулятор «усиление» в крайнее правое положение, а переключатель «коэффициент усиления (ослабления)» в одно из положений. Автотрансформатором АТ отклонить луч по вертикали и ручками «частота развертки» и «синхронизация» получить устойчивое изображение формы поданного на осциллограф напряжения. По методике, изложенной в разделе «Применение ЭЛО при измерении амплитудных параметров электрических сигналов», рассчитать U_max и U. Их значения и показание U_V вольтметра (рис. 8) занести в таблицу 2. Аналогичные измерения выполнить при других значениях амплитуды сигнала и других положениях переключателя «коэффициент усиления (ослабления)».

Таблица 2

Коэффициент усиления
Umax, B
U, B
UV, B

Рассчитать относительную погрешность измерения осциллографом по формуле и сравнить ее с допустимым значением для данной модели осциллографа (чаще 5 %).

Выполнение пункта 4. Подключить ко входу У осциллографа генератор стандартных сигналов (звуковой генератор). Поочередно устанавливать на генераторе частоты f_d равные 50, 1000, 5000 и 20000 Гц. По методике, изложенной в разделе «Применение электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО) при измерении временных параметров», рассчитать значения частот f , относительной погрешности занести результаты в таблицу 3 и сравнить ее с допустимым значением для данной модели осциллографа (чаще 5 %).

Таблица 3

Частота генератора fd , Гц	50	1000	5000	20000
Nt , дел.
nt , мс/дел.
f , Гц
,%

Контрольные вопросы:

1. Устройство электронно-лучевой трубки и схема ее включения.

2. От чего зависит отклонение луча на экране осциллографа?

3. Как производится регулировка яркости и фокусировка луча?                     Методика градуировки осциллографа.

4. Чувствительность электронного осциллографа. Измерение                     осциллографом напряжения.

5. Измерение частоты и других параметров электрических цепей с                     помощью осциллографа.

6. Каково назначение электронной пушки и блока развертки?                     Назначение усилителей в осциллографе.

7. Использование электронных осциллографов в наладке                     электропривода и электрических сетях.