Опыт 5. Определение зависимости выходного напряжения от затухания аттенюатора

1. Включить внутреннюю нагрузку генератора, переключатель внутреннего сопротивления генератора уст. в положение R_Г=5000 Ом, а затухание –0 дБ.

2. Включить электронный вольтметр на выход генератора и установить выходное напряжение U, заданное преподавателем.

3. Измерить выходное напряжение генератора при затухании аттенюатора, указанном в табл. 4.5 и полученные данные внести в эту таблицу.

4. Рассчитать выходную мощность генератора при различных затуханиях, считая, что в режиме согласования R_Г = R_Н = 5000 Ом. Полученные данные занести в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 – Изменение выходного напряжения генератора при затухании аттенюатора

Затухание, дБ	0	10	20	30	40	50	60
U, B
Выходная мощность Р

5.  Построить графики зависимости выходного напряжения и мощности от затухания.

Оформление отчета

В отчете привести таблицы 4.1 – 4.5, результаты измерений и расчетов. Начертить графики зависимостей выходного напряжения и мощности от R_Н или R_Г по данным таблиц 4.3 и 4.4, привести рисунки 4.1, 4.3, 4.5. Построить графики зависимости U и Р от затухания по данным таблицы 4.5. Величины U и Р откладывать в логарифмическом масштабе. Привести конструктивную схему конденсаторного частотомера (рис. 4.7), временные диаграммы его работы (осциллограммы).

Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип действия гетеродинного и конденсаторного частотомера.

2. Объяснить сущность метода проверки шкал частотомера и звукового генератора по образцовой шкале гетеродинного частотомера.

3. Объяснить характер зависимости выходного напряжения и мощности от сопротивления нагрузки.

4. Объяснить характер зависимости выходного напряжения и мощности от внутреннего генератора в согласованном и не согласованном режимах.

5.  Объяснить характер зависимости выходного напряжения и мощности от затухания генератора.

Список литературы

1.  Бишард Е.Г. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы: Учебн. пособие.– М.: Высшая школа, 1991

2.  Измерения в промышленности. Справочник. Книга 1 / Под ред. Д.И. Агейкина. – М.: Металлургия, 1990

Лабораторная работа № 5 исследование электронных осциллографов

Цель работы: ознакомиться с эксплуатационными характеристиками и параметрами, определяющими точность измерения электронного осциллографа. Получить навыки работы со сложной электронной измерительной аппаратурой.

Измерение и подготовка к работе осциллографа

Электронный осциллограф (ЭО) предназначен для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов.

Основными элементами измерительной схемы (рис. 5.1) являются:

К – ключ;

У – канал вертикального отклонения;

Х – канал горизонтального отклонения

Рисунок 5.1 – Структурная схема осциллографа

1. входной делитель напряжения канала вертикального отклонения, служит для уменьшения напряжения исследуемых сигналов до величин;

2. усилитель вертикального отклонения, предназначен для усиления слабых сигналов;

3. оконечный усилитель вертикального отклонения, служит для получения симметричных противофазных сигналов подаваемых на отклоняющие пластины;

4. блок синхронизации, необходим для получения на экране неподвижного изображения;

5. генератор развертки, вырабатывает линейно изменяющееся во времени напряжение;

6. усилитель горизонтального отклонения, вырабатывает симметричные противофазные напряжения, подаваемые на горизонтальные отклоняющие пластины;

7. калибратор амплитуды и длительности, служит для проверки точности калибровки масштабных коэффициентов;

Основным измерительным узлом ЭО является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), преобразующая значение исследуемого напряжения в перемещение электронного луча. Схематически ее устройство показано на рис. 5.2:

Рисунок 5.2 – Схема электронно-лучевой трубки

ЭЛТ представляет собой колбу, в которой создан вакуум. Внутри цилиндрической части колбы расположена система электродов: катод (К), модулятор (М), два анода (А₁ и А₂), предназначенные для формирования узкого пучка электронов – электронного луча, и две пары пластин Х и У, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, необходимые для управления движением луча. Источником электронов служит подогреваемый оксидный катод в форме цилиндра и эмитирующий поток электронов. Катод вместе с окружающим его цилиндрическим модулятором и анодами образует электронную пушку.

Питание электродов прожектора осуществляется от источника постоянного напряжения через потенциометр. Модулятор имеет отрицательный потенциал относительно катода. Изменение потенциала модулятора с помощью потенциометра “Яркость” обеспечивает изменение плотности электронов в пучке и тем самым позволяет регулировать яркость изображения.

Первый анод, называемый фокусирующим, представляет собой полый цилиндр с диафрагмами и имеет положительный потенциал относительно катода. Изменением потенциала первого анода при помощи потенциометра “Фокус” осуществляется фокусировка луча.

Наиболее высокий потенциал относительно катода сообщается второму аноду, выполняющему функции ускоряющего электрода. Этот анод предназначен для ускорения электронов с целью повышения яркости изображения.

У большинства ЭЛТ конусная часть покрыта изнутри специальным составом из графита (аквадагом), являющимся хорошим проводником. Экран ЭЛТ с внутренней стороны покрыт люминофором, веществом, способным светится при бомбардировке электронами.

Между ускоряющим анодом и экраном расположена система управления движением луча. Она состоит из двух пар пластин У и Х, каждая из которых образует конденсатор. Электронный луч, проходя между пластинами и попадая в электростатическое поле конденсатора, искривляется, а после выхода из поля отклоняющих пластин электроны по инерции летят по прямой до касания с внутренней поверхностью экрана.

Помимо ЭЛТ в структурной схеме осциллографа можно выделить канал вертикального отклонения, включающий делитель напряжения, усилитель вертикального отклонения, оконечный усилитель вертикального отклонения. Канал У (ось напряжения) предназначен для ослабления больших или усиления слабых сигналов. При работе ему необходимо сохранить форму сигнала. По каналу У поступает основная часть информации на экран осциллографа, поэтому к его параметрам предъявляются жесткие требования.

К каналу горизонтального отклонения относят генератор развертки с цепью синхронизации и усилитель горизонтального отклонения. Канал Х – ось времени, для ее формирования необходимо, чтоб вдоль оси Х луч перемещался с постоянной скоростью. Канал горизонтального отклонения ЭО может работать в двух режимах – развертки и усиления сигнала, поданного на “Вход Х”. В режиме развертки напряжение генератора развертки (рис. 5.3) пилообразной формы через усилитель горизонтального отклонения подается на горизонтально отклоняющие пластины Х. Линейно возрастающее напряжение генератора развертки обеспечивает горизонтальное перемещение луча с постоянной скоростью и позволяет наблюдать кривую изменения исследуемого напряжения во времени.

Рисунок 5.3 – Напряжение развертки

Чтобы получить неподвижное изображение сигнала, необходимо, чтобы в каждом цикле развертки луч описывал одну и туже самую траекторию изображения. Необходимо, чтобы T_P = nT_вх период развертки был равен или кратен входному периоду, или f_вх = nf_P. С этой целью в схему осциллографа вводится блок синхронизации, в котором один сигнал заставляет другой сигнал работать синхронно, т.е. блок синхронизации подстраивает частоту развертки к частоте исследуемого сигнала.

Осциллографы оснащаются также калибраторами – специальными устройствами, позволяющими точно установить чувствительность по вертикали (вольты/деление) и по горизонтали (секунды/деление), т.е. использовать осциллограф для измерений.

Импульсные периодические сигналы характеризуются следующими основными параметрами (рис. 5.4):

–  амплитуда импульса U_m;

–  длительность импульса τ_и и паузы τ_п определяемые на уровне 0,5U_m;

–  длительность фронта t_ф и среза t_c определяемые временем нарастания от 0,1U_m до 0,9U_m и спада сигнала от 0,9U_m до 0,1U_m;

Рисунок 5.4 – Характеристики импульсных сигналов

–  период следования импульсов Т, определяемый временным интервалом между фронтами или срезами соседних импульсов на уровне 0,5U_m;

–  частота следования импульсов f, определяемая величиной, обратной периоду следования, т.е. f=1/T;

–  скважность S, равная отношению периода следования Т к длительности импульса τ_и;

–  коэффициент заполнения импульсной последовательности К, определяемый отношением длительности импульса τ_и к периоду Т.