Универсальным осциллографомназывается измерительный прибор, в котором исследуемый электрический сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему электронно-лучевой трубкиЭЛТ), а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется напряжением горизонтальной развертки (ГОСТ 22737-77).
Упрощенная структурная схема универсального осциллографа изображена на рис. 6.1. В осциллографе кроме ЭЛТ и каналов вертикального и горизонтального отклонений можно выделить следующие функциональные блоки: устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В стеклянном баллоне ЭЛТ расположены подогревный катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А ь ускоряющий анод А2 и две пары, взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: X — горизонтальные, Y—вертикальные.
Канал вертикального отклонения луча. На рис. 6.1 показан канал вертикального отклонения луча, состоящий из аттенюатора, линии задержки и усилителя. Канал Y служит для передачи на пластины Y исследуемого сигнала ис(г), подводимого ко входу Y. Аттенюатор канала позволяет ослабить сигнал uc(t) в определенное число раз, а линия задержки (она регулируемая) обеспечить его подачу на пластины Y с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения Ux. Усилитель обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах У, достаточную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом uc(t).
В свою очередь, усилитель Y канала вертикального отклонения включает следующие звенья (на рис. 6.1 не показаны): входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления Кус, линию задержки и парафазный (с противофазными выходными сигналами) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча может также входить калибратор амплитуды (на рис. 6.1 не показан). Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки заданного коэффициента усиления Aryct. При этом цена деления
 |
где UK — напряжение калибратора; Кус[ — коэффициент усиления усилителя при одном положении регулировки; ик — число делений сетки, занятое изображением калибровочного сигнала.
Цена деления масштабной сетки с учетом коэффициента деления кд аттенюатора сд = скд. Если в процессе работы параметр с остается постоянным, то величина сд может быть указана на дискретном переключателе аттенюатора, что и делается на практике. Основные характеристики канала вертикального отклонения — верхняя граничная частота порядка 100 МГц и чувствительность Sy = кд KycSmp; при кд — 1 чувствительность около 1 мм/мВ.
Канал горизонтального отклонения луча— канал X — служит для создания горизонтально отклоняющего — развертывающего— напряжения Ux с помощью напряжения генератора развертки или для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины X исследуемого сигнала, подводимого ко входу X осциллографа. Схема синхронизации вырабатывает сигнал синхронизации, поступающий на генератор развертки (для получения четкой неподвижной осциллограммы). Усилитель канала X усиливает и преобразует сигнал развертки £/р в Ux.
Канал горизонтального отклонения характеризуется чувствительностью и полосой пропускания, которые раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основной блок в канале — генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъявляется ряд требований:
— время обратного хода луча должно быть много меньше времени прямого хода Го6р « Гпр. В противном случае часть изображения сигнала будет отсутствовать;
— для того чтобы изображение на экране было неподвижным, осциллограмма должна начинаться всегда с одной и той же точки экрана и фазы сигнала. Это достигается синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала: Гразв = пТс, гдеп = 1, 2, 3, 4. ;
— напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе луч будет двигаться по экрану с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси X. Это может привести к искажению сигнала.
Канал Z(канал управления яркости) осциллографа служит для передачи со входа Z на управляющий вход ЭЛТ сигнала, модулирующего ток ее луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения напряженности и усилитель Z.
Калибратор— устройство формирующее периодический импульсный сигнал с известными амплитудой, длительностью и частотой для калибровки осциллографа, т.е. для обеспечения правильных измерений параметров исследуемого сигнала.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10031 — 
| 7808 — 
или читать все.
91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
На рис. 4 приведена упрощенная схема осциллографа. Основными узлами осциллографа являются электронно-лучевая трубка, блок питания, усилитель напряжения Uх; усилитель напряжения Uy , генератор пилообразного напряжения и синхронизирующее устройство.
Рис. 4
На горизонтально отклоняющие пластины Х напряжение подается от генератора развертки. Исследуемое напряжение Uу подается непосредственно на вертикально отклоняющие пластины, либо через “Усилитель Y”, который имеет входные цепи, обеспечивающие защиту усилителя от перегрузок путем регулировки величины подводимых к нему сигналов. Плавная регулировка входных напряжений осуществляется с помощью высокоомного потенциометра, ступенчатая — ступенчатым делителем напряжения.
Необходимость введения усилителей по каналам X и Y обусловлена малой чувствительностью ЭЛТ. Для наиболее распространенных трубок диаметром 8-13 см диапазон напряжений, подаваемых на пластины трубок, составляет всего 20-60В. Наличие в осциллографе усилителей и входных делителей напряжения позволяет изучать напряжения от 10 -5 В до 10 3 В.
Благодаря наличию усилителя чувствительность осциллографа по напряжению по сравнению с чувствительностью ЭЛТ, возрастает пропорционально коэффициенту усилителя К .Величину, обратную чувствительности осциллографа jу, называют ценой деления шкалы осциллографа Su no напряжению
[S] = В/дел.
Величина Su зависит от положения плавного и ступенчатого регуляторов входного напряжения. Su указывается на передней панели для каждого положения ступенчатого делителя напряжения. (В технической литературе Su называют коэффициентом отклонения).
Лабораторная работа №031
Знакомство с электронным осциллографом и проведение простейших измерений
Цель работы: приобретение навыков работы с электронным осциллографом.
Приборы и принадлежности: осциллограф С1-55 или аналогичный, звуковой генератор Г3-33 (Г3-34), фазосдвигающая цепь, набор проводов.
1. Физический практикум. Электричество и оптика. Под ред. В.И. Ивероновой – М: «Наука», 1968.
2. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л. Гольдина, изд. 2-е, переработанное. – М: «Наука», 1973.
Вопросы для подготовки к работе
Каково назначение осциллографа?
2. Какие физические величины можно исследовать с помощью осциллографа?
3. Кратко объясните назначение блоков на простейшей блок-схеме осциллографа.
Электронный осциллограф является наиболее универсальным физическим измерительным прибором.
Исторически изначальным предназначением электронного осциллографа было получение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) графика периодической функции
,
который принято называть осциллограммой.
Принцип получения осциллограммы понять нетрудно (рис. 1). В ЭЛТ осциллографа под действием линейно изменяющегося электрического поля, созданного горизонтально-отклоняющими пластинами, электронный луч движется по горизонтали с постоянной скоростью слева направо. Дойдя до правого края экрана, луч практически мгновенно возвращается к левому краю и процесс повторяется. Ясно, что это периодический процесс, и частоту повторения обозначим Fр. Поскольку за одинаковые промежутки времени луч проходит одинаковые расстояния, то горизонтальную ось Х можно проградуировать в единицах времени (с, мс, мкс). Процесс движения луча по горизонтали носит название – развертка. Конкретная скорость передвижения луча по горизонтали определяется генератором развертки или, по-другому, генератором пилообразного напряжения (ГПН). Если при этом луч не отклоняется в вертикальном направлении и движется с достаточно большой скоростью, то на экране наблюдается горизонтальная линия.
При подаче на вход Y (вертикальное отклонение) периодически изменяющегося по определенному закону напряжения, например,
,
отклонение луча по оси Y тоже будет соответствовать этому закону. И если при этом обеспечить кратность частоты сигнала f и частоты развертки Fр
, где k – коэффициент кратности,
то на экране осциллографа появится неподвижное изображение синусоиды.
Кратность частот обеспечивается каналом синхронизации. Принцип действия этого канала состоит в том, что часть исследуемого сигнала из канала Y подается в генератор развертки и «заставляет» его вырабатывать пилообразное напряжение развертки с частотой, кратной частоте сигнала.
Ц е п ь с и н х р о н и з а ц и и
Похожую синусоиду можно получить с помощью механического осциллографа или, по-другому, самописца, где график рисуется пером на бумажной ленте, движущейся с постоянной скоростью. Существенная разница между этими приборами заключается в том, что график на экране электронного осциллографа рисуется безинерционным пучком электронов (в отличие от механического пера, имеющего ощутимую массу), поэтому электронный осциллограф имеет значительно более высокое быстродействие (до сотен МГц), чем самописец (не более нескольких десятков кГц).
Осциллограмма весьма информативна. В физике не существует других простых эквивалентных способов исследования периодической графической информации. Отметим, что современные осциллографы позволяют исследовать и непериодические сигналы.
С шестидесятых годов ХХ века в осциллографах стали применяться прямоугольные экраны с беспараллаксными шкалами. При использовании калиброванного делителя (В/дел) (аттенюатор – АТТ) на входе Y и калиброванной развертки (мс/дел; мкс/дел) в канале Х такой экран позволяют весьма точно измерять амплитуду поступающего на вход Y сигнала и его период Т.
Осциллограф, имеющий вход Х, позволяет проводить фазовые измерения. При этом генератор развертки (ГПН) должен быть отключен. Подадим на вход Y и на вход Х синусоидальные сигналы от одного и того же источника с одинаковой амплитудой на экране, но сдвинутые по фазе друг относительно друга. Из теории сложения взаимно перпендикулярных колебаний (а луч в электронно-лучевой трубке осциллографа как раз и участвует в таких колебаниях по оси Х и оси Y) вытекают три практически важных случая:
● 
и 
– сигналы не имеют сдвига по фазе (синфазны), и картина на экране осциллографа при этом представляет собой прямую, проходящую через начало координат и первую и третью четверти;
● 
и 
– сигналы сдвинуты друг относительно друга на 90 о , и картина на экране осциллографа представляет собой окружность с центром в начале координат;
● 
и 
– сигналы сдвинуты друг относительно друга на 180 о (противофазны), и картина на экране осциллографа представляет собой прямую, проходящую через начало координат и вторую и четвертую четверти.
При наличии устройств, позволяющих преобразовать другие физические величины (температуру, давление, освещенность и пр.) в напряжение, можно расширить область применения осциллографа на разделы физики не связанные с электричеством.
Описание установки
В лабораторной работе используется двухлучевой осциллограф С1-55. Его особенностью является двухлучевая ЭЛТ с двумя парами вертикально-отклоняющих пластин и двумя независимыми идентичными каналами Y. Развертка у С1-55 общая для обоих лучей. Такой осциллограф позволяет наряду с информацией об амплитуде и периоде исследуемого сигнала получить довольно точное значение их разности фаз путем наложения на экране двух осциллограмм.
На рис.2 изображена передняя панель вышеназванного осциллографа. Органы управления сгруппированы по функциональным признакам и их назначение интуитивно понятно.
Около ЭЛТ расположены органы статического управления (6 ручек) электронными лучами. Ручкой «ШКАЛА» регулируется внешняя подсветка измерительной шкалы ЭЛТ. Расположенные справа органы «ПЛАВНО» и «ГРУБО» позволяют перемещать луч по горизонтали.
Экран ЭЛТ имеет размеры: 8 делений (клеток) по вертикали и 10 делений по горизонтали.
В группе «РАЗВЕРТКА» находятся органы управления скоростью перемещения луча по горизонтали. Скорость изменяется дискретно переключателем «ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ВРЕМЯ/ДЕЛ» (конкретно, ms/дел или μs/дел). Соосно с переключателем расположена ручка «ПЛАВНО», которая является вспомогательной. Она позволяет плавно менять скорость развертки, но при этом развертка перестает быть калиброванной, то есть, числа скорости развертки у дискретного переключателя перестают соответствовать действительности.