Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Теоретические сведения. Требования к отчетам по лабораторным работам




Требования к отчетам по лабораторным работам

При составлении отчета по лабораторной работе необходимо руководствоваться следующими положениями:

1 В отчете должны быть указаны порядковый номер и название лабораторной работы, а также кратко сформулирована цель работы.

2 Схемы и графики должны быть вычерчены карандашом с помощью чертежных инструментов с соблюдением буквенных и графических условных обозначений или выполнены на персональном компьютере.

3 Студенты, не предъявившие в начале лабораторного занятия оформленного отчета по предыдущей работе, к выполнению следующей не допускаются.

4 Если при выполнении лабораторной работы применяется персональный компьютер и соответствующие программные средства, то в отчет должна вклеиваться распечатка результатов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Знакомство с осциллографом и генератором

 

Цель работы: Научиться использовать и изучить внутреннее устройство осциллографов. Измерить параметры различных сигналов с помощью осциллографа.

Оборудование: Осциллограф универсальный Owon, генератор Tetronix

 

Осциллограф является универсальным измерительным прибором. С его помощью можно измерить напряжение, силу тока, мощность, частоту, нелинейные искажения, проверить наличие генерации, наблюдать семейства статических характеристик радиоламп или транзисторов и определить другие характеристики электрических схем в широком диапазоне частот. Осциллограф позволяет непосредственно наблюдать на экране электронно-лучевой трубки форму исследуемого электрического процесса: форму токов и напряжений в различных участках радиотехнических схем, наличие наводок, искажений и т.п.

На рисунке 1.1 изображена типовая структурная схема осциллографа. На сегодняшний день существует большое число различных по конструкции и назначению осциллографов. По-разному выглядят их лицевые панели (панели управления), несколько отличаются названия ручек управления и переключатели. Но в любом осциллографе существует минимально необходимый набор узлов, без которых он не может работать.

Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка, преобразующая электрический сигнал в видимое изображение. Электронно-лучевая трубка (рис. 1.2) представляет собой вакуумную колбу с системой электродов, включающей в себя нить накала Н, катод К, модулятор М, первый А1 и второй А2 аноды и две пары пластин – вертикального Y и горизонтального X отклонения луча.

Рис.1.1. Типовая структурная схема осциллографа: 1-переключаталь «открытый/закрытый вход»; 2-переключатель «синхронизация внутренняя/внешняя»; 3-ручка плавной регулировки синхронизации; 4-ручка «амплитуда Y грубо»; 5-выключатель питания; 6-ручка «фокусировка»; 7-ручка «яркость»; 8-ручка «частота плавно»; 9-ручка «частота грубо»; 10-ручка «амплитуда Y плавно»; 11-регулятор смещения развертки по вертикали; 12-ручка «усиление X»; 13-регулятор смещения развертки по горизонтали.

Электроны, вылетевшие из нагретого катода, попадают в поле модулятора (управляющего электрода), который находится под отрицательным потенциалом относительно катода. Интенсивность пучка, вылетающего за пределы модулятора, а, следовательно, и яркость свечения пятна на экране регулируются потенциалом модулятора.

Дальнейшее формирование пучка происходит под действием напряжения, приложенного к двум анодам, один из которых является ускоряющим, другой фокусирующим. Система электродов: накал, катод, модулятор и аноды образует так называемую электронную пушку, назначение которой сформировать узкий электронный пучок (луч) необходимой интенсивности.

Электронный пучок, пройдя между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, попадает на люминесцентный экран Э, вызывая его свечение. В зависимости от типа люминофора свечение может продолжаться от нескольких микросекунд до десятков секунд. В некоторых трубках для сохранения чувствительности применяют дополнительный ускоряющий анод А3, расположенный вблизи экрана Э.

Рис.1.2. Схематическое устройство ЭЛТ

 

На практике применяются одно-, двух-, и многолучевые трубки, что позволяет наблюдать одновременно несколько сигналов. Существуют также запоминающие ЭЛТ, способные «хранить» на экране изображение сигнала длительное время.

Все более широкое применение получают цифровые осциллографы, способные преобразовывать исследуемый сигнал в цифровую форму; заносить его в память, а затем воспроизводить его на экране в различных режимах или вводить его в ЭВМ.

Принцип получения осциллограмм

Если к пластинам X или Y приложить разность потенциалов, то электронный луч будет отклоняться в горизонтальном или вертикальном направлении. Это отклонение h прямо пропорционально отклоняющему напряжению U, приложенному к пластинам h=US, где S – чувствительность трубки, которая в свою очередь зависти от конструктивных особенностей трубки и напряжения на ускоряющем аноде.

Если на вертикально отклоняющие пластины Y подать переменное напряжение, например, синусоидальной формы, то электронный луч начнет колебаться в вертикальном направлении и на экране образуется вертикальная линия. Если то же проделать с горизонтально отклоняющими пластинами X, то получим горизонтальную линию.

Генератор развертки

Для получения на экране осциллографа временной зависимости сигнала, поданного на вход Y, необходимо электронный луч перемещать в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. Для этого на пластины X следует подать пилообразное напряжение (рис.1.3), называемое напряжением развертки. Оно вырабатывается генератором развертки. Под действием пилообразного напряжения за время роста напряжения t1 луч переместиться по горизонтали слева направо, за время спада t2 луч возвращается в исходное состояние. Таким образом, за время T=t1+t2, называемое периодом развертки, луч осуществит прямой и обратный ход. Пилообразное напряжение формируется так, чтобы t1>>t2, т.е. T=t1.

Из-за большой скорости и специального гашения запирающим напряжением обратный ход луча обычно не просматривается.

Поскольку напряжение на пластинах X возрастает пропорционально времени, то ось X можно отождествить с осью времени.

Рис.1.3. Напряжение развертки (t1 – прямой ход луча, t2 – обратный ход луча).

 

Если во время развертки к вертикально отклоняющим пластинам Y приложить исследуемое напряжение, то положение луча в каждый момент времени будет однозначно соответствовать значению этого напряжения и на экране осциллографа будет виден участок исследуемого сигнала. Затем напряжение пилы резко падает до нуля, и луч возвращается в исходное положение. При следующем периоде пилы на экране появиться новый участок исследуемого сигнала.

Очевидно, что при равенстве периодов исследуемого напряжения TY и развертки TР на экране получиться один период исследуемого сигнала. При TY=nTР (n -целое число) осциллограмма будет представлять собой неподвижную кривую из n периодов исследуемого напряжения. При небольших отклонениях от этого условия осциллограмма будет двигаться вдоль оси X. Возникнет эффект бегущего изображения или экран будет заполнен семейством сдвинутых друг относительно друга кривых. Устойчивость изображения достигается при помощи схемы синхронизации.

Генератор развертки может работать в двух режимах: автоколебательном ( непрерывном) и ждущем.

Рис.1.4. Генератор развертки в автоколебательном режиме

 

Рис.1.5. Генератор развертки в ждущем режиме

 

В непрерывном режиме запуск генератора развертки происходит автоматически, при этом луч совершает по экрану периодическое движение с определенной скоростью. Непрерывная развертка используется при исследовании непрерывных периодических процессов или периодической последовательности импульсов небольшой скважности (скважность Q есть отношение периода T сигнала к его длительности t, Q=T/t).

Для наблюдения импульсных сигналов большой скважности и непериодических (одиночных) импульсов используется ждущая развертка. В этом режиме запуск генератора развертки происходит только при поступлении специального импульса, вырабатываемого схемой синхронизации и запуска. При этом генерируется только один период пилы, после чего генератор развертки «ждет» прихода очередного запускающего импульса от блока синхронизации.

Перевод генератора в ждущий режим осуществляется специальным переключателем, или регулятором «стабильность».

Кроме внутреннего генератора развертку луча можно осуществлять внешним источником, сигнал которого подается на вход X осциллографа.

Блок синхронизации

Синхронизация – процесс, при котором работа генератора развертки становится зависимой от исследуемого сигнала. Если между генератором развертки и сигналом нет никакой связи, то начинаться развертка и появляться сигнал будут в разное время, изображение сигнала на экране осциллографа будет перемещаться либо в одну, либо в другую сторону - в зависимости от разности частот сигнала и развертки (рис.1.4 – непрерывный режим, рис.1.5 – ждущий режим). Чтобы остановить изображение, необходимо «засинхронизировать» генератор, т.е. обеспечить такой режим работы, при котором начало развертки будет совпадать с началом появления периодического сигнала (скажем синусоидального).

Режим синхронизации может быть внутренним и внешним. При работе осциллографа в режиме внутренней синхронизации из канала вертикального отклонения снимается часть усиленного сигнала и подается на вход схемы синхронизации. Формирование запускающих импульсов происходит в момент, когда напряжение на входе блока синхронизации достигает определенной величины. Это величина выбирается регулятором «уровень синхронизации». Полярность синхронизации определяет, какой участок синхронизирующего сигнала используется при формировании импульсов запуска: положительный («+») или отрицательный («-»).

При этом может анализироваться абсолютный уровень сигнала, т.е. обе его составляющие – переменная и постоянная («@» - открытый вход), или только амплитуда его переменной составляющей («~» - закрытый вход).

При работе в режиме внешней синхронизации сигнал, управляющий запуском генератора развертки, подается извне. Использование внешней развертки позволяет исследовать входной сигнал при различных законах изменения горизонтальной развертки.

Калибратор

При проведении измерений амплитудных и временных характеристик сигналов необходима калибровка масштабов по осям X и Y. Для этого в осциллографах имеется источник импульсных сигналов с известной амплитудой и длительностью, называемый калибратором. С выхода калибратора на вход Y подается напряжение, после чего проверяется соответствие амплитудных и временных параметров калибровочного сигнала положению переключателей чувствительности осциллографа по осям X и Y. В случае несоответствия необходимо ввести коррекцию коэффициента усиления специальным сопротивлением соответственно для оси X и для оси Y.

Погрешности

В любом осциллографе погрешности измерений складываются из нескольких источников: погрешности калибровки, нелинейной зависимости отклонения луча по вертикали от входного напряжения, зависимости коэффициента усиления от частоты, погрешности входного усилителя, нелинейности развертки во времени, шумов, конечной толщины луча и т.д.

Цифровые осциллографы

Цифровой осциллограф использует абсолютно другой принцип работы. Входной сигнал, в размере выбранного кадра, пройдя все входные усилители и аттенюаторы, поступает на АЦП, где преобразуется в цифровую форму и поступает во внутреннюю память для дальнейшей обработки (привязка к развертке, вывод на экран, измерение параметров и т. д.), время этой обработки достаточно велико по сравнению со временем кадра, задержка при выводе на экран получается достаточно большая, часть информации об изменении сигнала между кадрами теряется. Это один из главных недостатков всех цифровых осциллографов. Основной способ борьбы с этим недостатком – использование памяти большего объема, чтобы увеличить размер «кадра».

К достоинствам цифровых осциллографов относят легкость сопряжения с вычислительной техникой, возможность запоминания фрагментов сигнала, различные виды автоматических измерений (обработка сигнала, спектральный анализ, различные преобразования и т.д.).

Основным параметром любого осциллографа является полоса пропускания – частота, при которой амплитуда входного сигнала, поддерживаемой стабильной по уровню, уменьшится на экране осциллографа на 3 дБ (или до уровня 0,7 от начальной амплитуды). Другой немаловажный параметр – разрядность АЦП. Чаще всего в цифровых осциллографах используются восьмиразрядные АЦП (256 отсчетов по амплитуде). Этой разрядности вполне достаточно для исследования сигнала.

Осуществление генерации непрерывных сигналов.

Ниже описываются действия по генерации непрерывного сигнала синусоидальной формы с помощью генератора сигналов произвольной формы Tektronix. Генерация сигналов других форм производится аналогично, в зависимости от возможностей генератора и задания, выданного преподавателем.

 

1. Подсоедините шнур питания, затем нажмите кнопку включения питания на передней панели генератора сигналов произвольной формы, чтобы включить его.   2. Подсоедините кабель с BNC-разъемом с выхода К1 генератора сигналов произвольной формы к входному разъему осциллографа.
   
    3. Чтобы выбрать форму сигнала, нажмите на передней панели кнопку Синус, а затем нажмите кнопку Непрерывный.
   
  4. Для включения выхода нажмите на передней панели кнопку Выход К1: Вкл.
   
5. Для отображения на экране синусоидального сигнала воспользуйтесь функцией осциллографа для автоматического выбора масштаба. Если прибор выводит на экран синусоидальный сигнал по умолчанию, можно вручную настроить осциллограф следующим образом: ■ 0,5 мкс/дел, ■ 200 м В/дел.
   
    6. Чтобы изменить частоту, нажмите на передней панели кнопку быстрого доступа Частота/Период.
   
  7. На экране появится меню «Частота/Период/Фаза» и будет выбран параметр Частота. Теперь можно изменить значение частоты.  
   
8. Чтобы изменить значение частоты, воспользуйтесь цифровой панелью клавиатуры и экранными кнопками «Единицы измерения». Например, если с помощью клавиш цифровой панели ввести цифру «2», то экранное меню автоматически заменится на «Единицы измерения». После ввода значения частоты нажмите кнопку экранного меню Enter «Единицы измерения» или кнопку Ввод на передней панели, чтобы завершить ввод. Аналогично можно изменить значения амплитуды, фазы и сдвига.  
   
9. Можно также изменить параметры сигнала, используя универсальный манипулятор и клавиши со стрелками. Для увеличения значения поверните манипулятор в направлении по часовой стрелке. Чтобы изменить цифровое значение, выберите его, нажимая кнопки со стрелками. Затем измените его поворотом манипулятора.

 

 

Выполнение измерений цифровым осциллографом Owon.

Ниже разбирается получение осциллограммы неизвестного сигнала в цепи, автоматическое измерение его частоты и амплитуды.

1. Для быстрого получения осциллограммы сигнала выполните следующее:

1. Установите ослабление переключателем на пробнике и в меню канала осциллографа – 10X.

2. Подайте, используя пробник, сигнал в канал CH1.

3. Нажмите кнопку AUTOSET.

Осциллограф выполнит автоматическую настройку для получения оптимальной осциллограммы. Вы можете затем выполнить дополнительную настройку вертикальной, горизонтальной системы для соответствия осциллограммы вашими требованиями.

2. Выберите режим автоматических измерений

Осциллограф позволяет выполнять автоматические измерения для большинства видов сигналов. Для измерения частоты, периода, среднего значения и амплитуды сигнала выполните следующие.

1. Нажмите на кнопку MEASURE для вызова меню функции автоматических измерений.

2. Нажатием кнопки F1 выберите меню установки источника “Source”.

3. Нажатием кнопок F2, F3, F4, F5 выберите “CH1”.

4. Нажатием кнопки F1 выберите меню типов измеряемых величин “Type”.

5. Нажатием кнопки F2 выберите “Freq”.

6. Нажатием кнопки F3 выберите “Period”.

7. Нажатием кнопки F4 выберите “Mean”.

8. Нажатием кнопки F5 выберите “Pk-Pk”.

Результаты измерения частоты, периода, среднего значения и амплитуды сигнала будут отображены в соответствующих окнах, они будут периодически изменяться с изменением сигнала.


 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 427; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.043 сек.