1. Работа осциллографа в режиме развертки

Рассмотрим работу осциллографа в режиме развертки. Линейно изменяющееся напряжение U_x = kt генератора развертки, усиленное усилителем X-U_x и поданное на пластины горизонтального отклонения X, смещает электронный луч по экрану ЭЛТ слева направо с постоянной скоростью, высвечивая на его экране траекторию (рис. 2).

Пусть на вход Y подается исследуемое напряжение U_y(t), напряжение генератора развертки равно нулю. Тогда на экране ЭЛТ изобразится вертикальная линия, длина которой пропорциональна напряжению U_y(t). Если сигнал U_y(t) действует одновременно с напряжением U_x = kt, то в результате сложения сигналов U_y(t) и U_x(t) на экране будет наблюдаться развертка исследуемого напряжения во времени

(рис. 2).

Для получения устойчивой неподвижной осциллограммы необходимо синхронизировать напряжение исследуемого сигнала U_y(t) с напряжением генератора развертки U_x. Для этого необходимо при помощи ручки “Длит.” подстроить частоту генератора развертки f так, чтобы выполнялось соотношение (а также ручек “Синхронизация”, “Уровень”)

Гц, (4)

где f_y  частота исследуемого сигнала U_y (t), n  целое число.

Тогда на экране ЭЛТ наблюдается n периодов исследуемого напряжения.

Р и с. 2

Характеристики исследуемого сигнала находятся:

U_my = L_yK_y В, (5)

где U_my  амплитуда синусоидального напряжения,

L_y  длина линии, соответствующая амплитуде осциллограммы, дел. (рис. 3);

K_y  коэффициент усиления В/дел., переключатель ” V/дел.”;

Период синусоидального напряжения T:

T = L_xK_x,, (6)

где L_x  длина линии, соответствующая периоду осциллограммы, дел. (рис. 3);

K_x  коэффициент развертки с/дел. переключатель ” Длит.”.

Р и с. 3

2. Работа осциллографа в режиме выключенной развертки

В режиме выключенной развертки на вход канала Y можно подавать напряжение U_y(t) частоты f_y, на вход канала X (гнезда “ X”) напряжение U_x(t) частоты f_x (рис. 4).

Если отношение частот f_y / f_x  кратное, то на экране ЭЛТ получается замкнутые фигуры Лиссажу (рис. 4, а), по которым можно находить частоту неизвестного сигнала, зная частоту известного.

Пусть частота f_y неизвестна. Тогда через фигуру Лиссажу проводим две перпендикулярные линии (выбираем максимальное число точек пересечения с фигурой). И тогда отношения частот сигналов f_y / f_x будут обратно пропорциональны числу точек пересечения n_x / n_y

(рис. 4, 5):

f_y / f_x = n_x / n_y , (7)

где n_x  число точек пересечения по прямой x;

n_y  число точек пересечения по прямой y.

fy / fx	1:1	1:2	1:3	2:3	2:1
В ид фигуры Лиссажу

Р и с. 4, а

, , .

Р и с. 4, б

При f_y = f_x на экране ЭЛТ появится эллипс (рис. 5) по параметрам которого можно определить сдвиг фаз  между U_x и U_y.

, (8)

где A, B, x, y  отрезки на осциллограмме дел..

Р и с. 5

Экспериментальная часть

Задание 1. Проведение балансировки и калибровки осциллографа С1-73.

Используя инструкцию по эксплуатации осциллографа:

1. Ознакомиться с техническими характеристиками осциллографа (стр. 5-8) и порядком проведения измерений (стр. 26-28);

2. Осуществить балансировку усилителя вертикального отклонения (канал Y) осциллографа (стр. 22-23) п.9.121;

3. Произвести калибровку коэффициента отклонения канала Y (стр. 23) п.9.122, ”Техническое описание и инструкции по эксплуатации”);

4. Произвести калибровку длительности развертки (стр. 25

п. 9.129 “Техническое описание и инструкция по эксплуатации”).

Задание 2. Измерение чувствительности электронного осциллографа С1-73

1. Подключить 1-1- цепи (рис. 6) канал Y осциллографа. Переключатель чувствительности “V/дел.” усилителя Y установить в положение “1 В/дел.”, ручку “Усиление” (плавная регулировка чувствительности усилителя Y) установить в крайнее правое положение, развертку отключить (переключатель “Разв.” с правой стороны).

Р и с. 6

2. Подключить к точкам 2-2 цепи (рис. 6) звуковой генератор Г3-112, а к точкам 3-3 вольтметр В7-38 в режиме измерения переменного напряжения (нажать кнопку “U”).

3. Движением потенциометра, регулирующего входное напряжение генератора Г3-112, установить длину линии на экране осциллографа L_y (не менее 2-х делений). Измерить действующее значение напряжения U_y при помощи вольтметра В7-38 (L_y = 3 дел);

4. Вычислить чувствительность осциллографа по каналу Y при положении переключателя чувствительности “V/дел.” усилителя Y по формуле: дел./В.

5. Подключить к точкам цепи 1-1 цепи канала X осциллографа движком потенциометра, регулирующего выходное напряжение генератора Г3-112, установить на экране осциллографа длину линии (не менее 2 дел.). Измерить действующее значение напряжения при помощи вольтметра В3-38 (L_x = 3 дел.).

6. Вычислить чувствительность осциллографа по каналу X по формуле: дел./В.

Задание 3. Измерение характеристик синусоидального и импульсного сигнала при помощи осциллографа

1. Подключить к точкам 1-1 цепи (рис. 6) канал осциллографа. Включить развертку. К точкам 2-2 цепи подключить звуковой генератор Г3-112, к точкам 3-3 цепи  вольтметр В3-38.

2. Установить с помощью вольтметра В7-38 такое выходное напряжение генератора Г3-112, чтобы действующее значение напряжения равнялось 1 В. Установить на генераторе Г3-112 частоту 50 Гц.

3. Переключателями “V/дел.” и “mc/дел.” осциллографа установить изображение синусоидального сигнала на экране, удобное для исследования. Ручками “Стаб.” и “Уровень” остановить изображение. (Повернуть ручку “Уровень” влево до упора, затем медленно вращая ручку “Уровень” вправо до появления развертки устанавливаем неподвижное изображение).

Произвести измерения параметров синусоидального сигнала (рис. 7), результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

Частота F, Гц	Действующее значение напряжения, U, В	Umax, B	T, С

Амплитудное значение напряжения:

 B,

где L_y  длина линии, соответствующей амплитуде сигнала на экране осциллографа дел., K_y  коэффициент усиления усилителя Y при данном положении переключателя (ручка “ V/дел.”) осциллографа.

Период сигнала:

c,

где L_x  длина линии, соответствующая периоду сигнала на экране осциллографа дел., K_x  коэффициент длительности развертки при данном положении переключателя (“mc/дел.”) осциллографа.

Проверить правильность измерений U_max и T по формулам:

.

.

Произвести измерения параметров импульсного сигнала (рис. 8), результаты занести в табл. 2.

Р и с. 8

Таблица 2

Частота f, Гц	Действующее значение напряжения, U, В	Umax, B	T, с	tU , с

Амплитудное значение напряжения:

B.

Период сигнала:

c.

Длительность импульса

c.

Скважность импульса

.

Задание 4. Измерение частоты сигнала, используя фигуры

Лиссажу

Одним из методов определения частоты является метод определения неизвестной частоты по виду фигур Лиссажу, которые образуются при сложении двух синусоидальных сигналов (один подается на вход Y, второй - на вход X) (рис. 9), например, на вход Y подается сигнал известной частоты f_y при выключенной развертке, а на вход X подается сигнал неизвестной частоты f_y. Если f_y / f_x может быть подставлена в виде отношения чисел m_y / m_x, то на экране осциллографа изображается фигура Лиссажу (рис. 10).

Р и с. 9 Р и с. 10

Для определения частоты исследуемого сигнала проводят две взаимно перпендикулярные прямые, параллельные осям X и Y, причем прямые должны иметь максимальное количество точек пересечения с фигурой Лиссажу. Затем подсчитывают число точек пересечения этих прямых с фигурой Лиссажу m_x и m_y (рис. 10), и тогда

.

Из выражения (7) находится неизвестная частота

Задание 5. Измерение сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами

С помощью осциллографа можно измерить сдвиг фаз между двумя синусоидальными сигналами одинаковой частоты. Для этого на вход Y подают напряжение U_y, а на вход X напряжение U_x при выключенной развертке. Так как напряжение имеют одинаковую частоту, то на экране изобразится эллипс (рис. 11), форма которого и определяет количественно сдвиг фаз между U_y и U_x. Форма эллипса характеризуется отношением его осей. В нашем случае это отношение эквивалентно отношению Y / B или X / A (рис. 11).

Р и с. 11

Из рис. 11 очевидно, что , где   сдвиг фаз между U_x и U_y.

1. Собрать схему (рис. 12) Для этого к точкам 1-1 подключить звуковой генератор Г3-112, к точкам 2-2  вход Y осциллографа, к точке 3-4  вход X осциллографа при выключенной развертке.

Р и с. 12

2. Измерить сдвиг фаз напряжением U_y и U_x при четырех различных положениях переключателя П1 и результаты занести в табл. 3.

К точкам 2-2 подключить вход Y осциллографа (к 2  , к 2  “Y”), к точке 4  вход X.

Таблица 3

	X, дел	А, дел	Y , дел	В, дел	sin 	
R1
C
L1
L2