Методические указания к выполнению лабораторной работы

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ

С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы: изучение универсального электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО); получение навыков работы с ЭЛО; овладение методикой осциллографирования и измерение параметров непрерывных сигналов с помощью ЭЛО.

1. Получение амплитудно–частотной характеристики (АЧХ) и фазочастотной характеристики делителя напряжения (ДН). Для проведения измерений используется двухканальный ЭЛО и генератор синусоидального напряжения низкой частоты (ГНЧ), подготовка к работе которых производится по инструкции по эксплуатации. Схема исследуемого резистивно-емкостного делителя напряжения представлена на рис.1. В работе измеряются параметры входных и выходных сигналов (рис.2.) Исследование проводится в следующем порядке:

	Рис.1. Схема делителя напряжения	Рис. 2. Осциллограммы напряжений
Рис.3. Схема измерения АЧХ и ФЧХ делителя напряжения

1) Включить генератор сигналов и ЭЛО. Собрать схему, как показано на рис.3 (сигнал с генератора подается на вход делителя напряжения, на канал Y1 ЭЛО подается сигнал со входа ДН, на канал Y2 – сигнал с выхода).

2) Выполнить следующие установки режимов работы ЭЛО:

- режим синхронизации (переключатель «Mode» панели «Trigger») – «Auto» (автоматическая развертка);

- источник синхронизации (переключатель «Source») – «Ch1» (канал 1);

- выбор входа каждого из каналов – «DC» (открытый вход);

- режим работы каналов (переключатель «Mode» панели «Vertical») – «Dual» (двухканальный);

- режим инверсии второго канала (кнопка «Ch2 inv») выключен (кнопка отжата).

В течение всего хода выполнения работ следует контролировать, чтобы ручка «SWP VAR» (растяжение изображения по горизонтали), а также ручки растяжения изображения по вертикали (находящиеся на переключателях «VOLTS/DIV» каналов ЭЛО) находились в крайних правых положениях. Кнопка «х10MAG» (10-кратное растяжение по горизонтали) должна быть отжата.

3) Подать от ГНЧ на вход ДН сигнал с частотой f = 0,5 кГц.

4) Установить ручками «VOLTS/DIV» коэффициенты вертикального отклонения ЭЛО, характеризующие масштаб по вертикали (по напряжению) в каждом канале, K _B1=1 B/дел., K _B2=1 B/дел., а ручкой «Time/div» коэффициент развертки, характеризующий масштаб по горизонтали (по времени), K _P =0,2 мс/дел, при необходимости добиться на экране неподвижного изображения напряжений на входе и выходе ДН (ручкой «Level» панели «Trigger»). Ручками «Position» соответствующих каналов совместить изображения по вертикали так, чтобы горизонтальная ось проходила посередине обеих синусоид (равенство положительной и отрицательной амплитуд) регулируя напряжение на выходе ГНЧ, установить значение амплитуды изображения выходного сигнала 3 дел.

5) Измерить по осциллограмме вертикальные h₁ и h₂ (дел.)и горизонтальные l_T и l _j (дел.) размеры изображений (рис. 2.), где h₁ и h₂ характеризуют амплитуды сигналов, l_t – длительность полупериода, l _φ – фазовый сдвиг между сигналами. Занести результаты в Таблицу 1.

Таблица 1

f, кГц

КВ2, В/дел

h1, дел

Um1, В

h2, дел

Um2, В

Кр, мкс/дел

lt, дел

T, мкс

lj, дел

tj, мкс

Кд

j, град

0.5

6) Повторить измерения при f = 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200 кГц, поддерживая амплитуду сигнала постоянной и дискретно регулируя K _P каждый раз таким образом, чтобы на экране умещался один период сигнала, а коэффициент вертикального отклонения канала Y2 К _В2 таким образом, чтобы вертикальный размер выходного сигнала h₂ был не менее 1 деления. В случае изменения К _В2 проконтролировать равенство положительной и отрицательной амплитуд выходного сигнала и, при необходимости, скорректировать вертикальное положение осциллограммы ручкой «POSITION» канала Y2.

По результатам измерения вычислить значения амплитуд обоих сигналов U_m1 = h₁ · K _в1, U_m2 = h₂ · K _в2; период T =2· l_t · K _P, коэффициент деления K _Д = U_m2 / U _m1 и фазовый сдвиг между сигналами φ=180°· l _φ/ l _t=360°· t _φ/ T, и занести их в Таблицу 1. Построить на одном графике АЧХ ДН (зависимость K _Дот частоты), а на другом – ФЧХ ДН (зависимость φ от частоты). По оси частот график должен иметь логарифмический масштаб.

2. Наблюдение формы кривой и измерение параметров напряжения на клеммах 2-3 выпрямителя. Исследование проводится в следующем порядке:

1) Собрать схему, как показано на рис.4.

2) Установить переключатель «Mode» панели «Vertical» в положение «Ch1» (одноканальный режим с использованием канала Y1).

3) Подать напряжение с клемм на 2-3 выпрямителя на вход Y1 ЭЛО, установить K _B=5 B/дел, K _P = 5 мс/дел, и добиться неподвижного изображения исследуемого сигнала на экране (рис.).

4) Зарисовать осциллограммы исследуемого сигнала при открытом (переключатель канала Y1 в положении “ DC ”) и закрытом (переключатель канала Y1 в положении “ AC ”) входе для определения постоянной составляющей напряжения U₀.

5) Измерить по осциллограммам линейные размеры h_пик (дел), l_T (дел), h₀ (дел), характеризующие соответственно амплитуду, длительность периода и постоянную составляющую сигнала. Рассчитать и записать пиковое значение напряжение U _пик= h _пик· K _В, значение его постоянной составляющей U ₀= h ₀· K _в, период T = l_t · K _Р и частоту f =1/ T.

Рис.4. Схема исследования выпрямителя

3. Проверка градуировки генератора по частоте. Проверка выполняется методом сравнения частоты f_X проверяемого генератора ГНЧ с образцовой частотой f₀ =50 Гц (сеть переменного тока) с помощью ЭЛО при двух видах развертки: синусоидальной (по фигурам Лиссажу) и круговой.

3.1. Получение фигур Лиссажу:

1) Собрать схему, как показано на рис.5. На вход Y1(X) синусоидальный сигнал с частотой f ₀ с вторичной обмотки сетевого трансформатора, а на вход Y2 – сигнал от ГНЧ напряжением U _г=1 В.

Рис.5. Схема для получения фигур Лиссажу

2) Отключить генератор развертки, переключив ручку коэффициента развертки «Time/Div» в положение «X-Y», установить в каждом канале K _B = 1 B/дел. В данном режиме по горизонтали луч ЭЛО управляется сигналом с транформатора, а по вертикали – сигналом с генератора. Регулируя напряжение на выходе ГНЧ, установить вертикальный размер изображения 4дел.

3) установить на шкале ГНЧ поочередно значение частоты f_X = 25; 50; 100; 150 Гц, плавной регулировкой f_X добиться каждый раз неподвижного изображения фигуры Лиссажу и зарисовать осциллограммы.

4) определить число пересечений фигуры Лиссажу с вертикальной линией – n _в, число пересечений с горизонтальной линией – n _г, причем обе указанные линии не должны переходить через узлы фигуры (рис.3), и занести результаты в Таблицу 2.

Таблица 2

fx, Гц	F0, Гц	nв	nг	fXД, Гц	Df, Гц	df, %

4) по результатам расчета определить действительное значение частоты генератора , оценить абсолютную Δ f = f _x- f _xд, а также относительную

, (1)

погрешности градуировки его шкалы и занести данные в Таблицу 2.

Рис.6. Фигура Лиссажу

3.2. Получение круговой развертки на экране ЭЛО:

Для получения круговой развертки следует подключить фазовращатель Ф_В к входам Y1 и Y2 ЭЛО в соответствии со схемой (рис.7), установить K _B = 1 B/дел и получить на экране фигуру в виде окружности.

Измерение частоты производится следующим образом:

1) Подать на вход канала управления яркостью луча (вход Z, находится на задней стенке ЭЛО) сигнал от ГНЧ напряжением U _г=10 В. В зависимости от полярности подаваемого на вход Z сигнала луч ЭЛО включается или выключается, таким образом, луч будет включаться/выключаться с частотой подаваемого сигнала.

2) Установить на шкале ГНЧ последовательно значение частоты f_x =200; 250; 300; 400 Гц и, плавно регулируя частоту, добиться появления на окружности яркостных отметок, а требуемую контрастность обеспечить изменением яркости луча ЭЛО и амплитуды сигнала на выходе ГНЧ.

3) Зарисовать осциллограммы, определить количество яркостных меток на окружности n _м и рассчитать для каждого значения f _x, установленного на шкале ГНЧ, действительное значение его частоты f _ХД = n _м· f₀, где f₀ =50 Гц.

4) Оценить абсолютную и относительную погрешность градуировки шкалы ГНЧ по формуле (1) и занести данные в Таблицу 3.

Таблица 3

fx, Гц	f0, Гц	nм	fXД, Гц	Df, Гц	df, %

Рис.7. Схема включения для получения круговой развертки и яркостных меток

Контрольные вопросы

1. Поясните принцип действия ЭЛО по его функциональной схеме.

2. Расскажите о методике калибровки ЭЛО по каждому каналу.

3. Объясните назначение основных органов управления ЭЛО.

4. Как с помощью ЭЛО измерить амплитуду напряжения? Какие факторы определяют погрешность измерения?

5. Поясните принцип получения осциллограммы.

6. Перечислите способы измерения частоты с помощью ЭЛО.

7. Как получают фигуры Лиссажу на экране ЭЛО?

8. Поясните причину появления яркостных меток на круговой развертке при изменении частоты.

Литература [1, с.114-133; 2,с.221-233; 3, с.120-153; 6, с.244-269]

Дата добавления: 2015-04-30