Лабораторна робота № 5

УНІВЕРСАЛЬНИЙ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВИЙ ОСЦИЛОГРАФ (ЕПО)

МЕТА РОБОТИ - зареєструвати форму і виміряти запропонованими способами основні параметри електричних сигналів, що досліджукп'ьея. Порівняти похибки і можливості, вивчених оецилографічних способів вимірювання. " V

Внаслідок виконання роботи студент повинен

- знати: структурну схему, принцип роботи ЕПО, основні його метрологічні характеристики, фізичну суть основних, реглдяторів:

освоїти прийоми налагодження ЕПО;

- вміти: виміряти амплітуду, частоту, період, зсув фаз електричних сигналів і оцінити похибку вимірювань.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

Електронно-променевий осцилограф - прилад для візуального спостережений і реєстрації на екрані електронно-променевої трубки (ШГТ) електричних сигналів та вимірювання Ух параметрів.

Вимірювання інтервалів змінної напруги.

Методи вимірювання напруги і часових інтервалів, що реалізуються за допомогою ЕПО, с непрямими. По шкалі екрану ЕПО вимірюють геометричні розміри зображення сигналу. Потім, за допомогою масштабних коефіцієнтів відхилення К_у і розгортки Кх, геометричні розміри перераховують у відповідні значення напруги і часу,

Щоб оцінити форму сигналу, вимірювання звичайно проводяться при включеному генераторі розгортки.' '^г

Максимальне значення напруги можна знайти як

де 1_у- відхилення променя пропорційне напрузі, виміряне по координатній сітці в лінійних одиницях.

При вимірюванні напруги ручка “V” плавного регулювання коефіцієнта відхилення К_у повинна знаходитися в крайньому. правому положенні, а положення ступінчастого перемикача “ у/дел.“ вибирається таким, щоб отримати найбільший розмір зображення в межах робочої частими екрана. Для зменшення похибки, що вноситься товщиною,лінії променя, вимірювання проводиться або по верхиіх,або, по нижніх краях лінії зображення.

Відносну похибку вимірювання напруги можна оцінити Еа формулою

5у = \/§ку⁺5ші<

де ^Ку - основна похибка коефіцієнти відхилений ЕПО; «а

вй- візуальна похибка відліку, геометричних розмірів дільниці, осцілогріми,дно досліджуються, яка оцінюється за формулою

5„г0.+.|.іоо %,

де Ь -піиржт лінії променя,іпт;

І - розмір дільниці зображення, що вимірюється на екрані ЕПТ. іпт.

Для визначення періоду Т гармонічної^- напруги або тривалості ї, імпульсу необхідно виміряти тривалість відповідного інтервалу їх в лінійних одиницях по координатній сітці екрана ЕПТ. Для цього зображення дільниці сигналу, то вимірюється, встановлюється в центрі екрана. Перемикач коефіцієнта розіортки Кх “Врсмя / дел." встановлюється в таке положення, щоб зображення їх. інтервалу що вимірюється, займало максимальний відрізок в межах робочої частини екрана.

Відлік ведеться або по правих,або по лівих краях лінії променя по шкалі. Це дозволяє збільшити точність вимірювань. При цьому ручка “Плавно" регулювальника коефіцієнта розгортки К* ЕПО повинна бути встановлена в крайньому правому положенні. Виміряний часовий інтервал визначається як

Відносну похибку вимірювань їх можна оцінйти за формулою 8і_х ⁼і/5и⁺8ві3‘ ле 5_!х - основна похибка коефіцієнта розгортки. %.

Значення параметрів 8ку, 8іх визначається класом точності ЕПО. Наприклад, для універсального осцилографа СІ-77 8к_у =* ±4 %, 8_ГХ =±4 %.

Вимірювання частоти сигналу за допомогою фігур лісажу

При цьому способі на одну з пар відхиляючих пластин осцилографу подають синусоїдальну напругу відомої частоти, на іншу - напругу, що досліджується. Змінюючи частоту» домагаються отримання на екрані нерухомого (або що повільно переміщається) зображення.так званої фііури йіссаиі,. Вимірювання виконують при виключеному генераторі розгортки.

На рис. 5.1. показані фігури Ліссажу для декількох співвідношень частот і кутів фазового зсуву між напругами. Кратність частот при будь- якій формі нерухомого зображення фііури визначається по числу М_х. Ку перетинів зображення фігури горизонта. дюіо і вертикальною лініями відповідно.

Рис. 5.1. Фііури Ліссажу

Якщо напруга невідомої частоти /х подана на горизонтально відхиляючі пластини, а напруга відомої зразкової частоти /_№ - наверти кально відхиляючі пластини, то невідома частота визначається за формулою

Похибки вимірювання частоти за допомогою фігур Ліссажу взагалі визначаються похибкою установки зразкової частоти, /о, а також правильністю підрахунку числа точок перетину.ЇМ* і Иу. На похибку вимірювання впливає нестабільність джерел зразкової частоти та частоти, що вимірюється. Г'Іри ньому неможливо досягти нерухомого зображення ііггерферендііЬіої фігури: чим нестабільність більше, тмм швидше рахуються підрахувавши число циклів п зміни фігури на екрані-БГ1Т 'за певинй проміжок часу Ді, різницеву.частоту обчислюють аа формулою

АЇ = п/АХ

Відносна нестабільність частоти визначається як

8f = Af/f* -100%.

Вимірювання частоти сигналу в режимі кругової розгортки з модуляцією яскравості зображення

Кругова розгортка виходить при подачі на обидві пари відхиляючих пластин ЕГТГ синусоїдальних напруг, однакових по значенню, але зсунутих по фазі на кут Д<р = п/2. В цьому випадку промінь описус на екрані ЕПТ коло за час, рівний періоду То розгортаюча Іна(іруги, а кількість обертів за секунду чисельно дорівнює частоті такої напруги.

Якщо напругу зразкової частоти /₀ використати для отримання кругової розгортай, а напругу невідомої частоти /г подати через “Вход Z" на модулятор El IT, то в додатний півиеріод иіеї напруги яскравість збільшиться, а в від’ємний * зменшиться. У результаті коло вийде переривистим, у якому число темних або світлих частин цього кола буде таке, що дорівнює відношенню частот, тобто fz/fo^m^x-

Шукане значення невідомої частоти знаходиться як /*-/оЛ5ь

Похибка вимірювання частоти /г таким способом визначається похибкою установки зразкової частоти /₀ і нестабільністю обох частот. Для отримання кругової розгортай можна використати зсув по фазі Дер = п/2 між напругами на елементах R-C кола.

Вимірювання фазового зсуву між двома сигналами

Вимірювання фазових зсувів може здійснюватися в режимах лінійної або синусоїдальної розгортки,

Виміряти фазовий зсув нри лінійній розгортці можливо, викорі тонуючи двоканальний режим роботи осцилографа. При цьому тумблери «г, встановлюються в однакові положення в залежності від гину сигналу, шоподасться. Опорний сигнал подасться на вхід каналу І. а, що порівнюється з'сигналом на вхід каналу 11. У цьому випадку на екрані отримують одночасно в одному часовому масштабі зображення обох сигналів. Фазовий зсув визначають як Часову затримку між сигналами, виражену в частках періоду і що відлічується в кутових градусах.

Др = (ДіД)-360°, де A L - відстань на екрані, відповідна тимчасовому зсуву між сигналами:

L - розмір періоду сигналу на екрані. ПРИКЛАД

Передбачимо, що =1,1 поділок, а період опорного сигналу Ь-4 поділки (рис. 5.1). Фазовий зсув *,

д^ = Н. 360 = 99°

У роботі передбачене вимірювання кута зсуву фази між двома напругами за допомогою фігур Ліссажу. В цьому випадку одна напруга подасться на вхід вертикального, а інша на вхід горизонтального каналів. При цьому на екрані спостсрі гається найпростіша фігура Ліссажу у вигляді еліпса (генератор розгоргки при цьому виключений). Якщо на отриманій осцилограмі побудувати осі, як Це показано на рис. 5.2,6, То шуканий зсув

де А, S-довжини відрізків між відповідними точками ос»Йлограми.

Спосіб вимірювання є непрямим, вимагає лінійних вимірювань і обчислень, що приводить до значних похибок.

Обладнання стенда. Засіб вимірювання — універсальний осцилограф СІ-77

Допоміжне обладнання - універсальний дослідницько-лабораторний стенд УИЛС-1.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Вивчіть принцип.дії, пристрій, характеристики і застосування універсальних електронно-променевих осцилографів, /І,с.175.,.!83; 414...418/,

Наведіть у звіті структурну схему універсального ГІПО і підготуйтеся до обговорення призначення кожного блоку і функціональних зв'язків міжними.

Розрахувати'значений коефіціснта відхилення К, (У/поділ.) і коефіцієнта розгортки К, (ім/подш.)₃при яких в робочій частині скрипу ЩО епостсиітспля нерухоме зображення п періодів гармонічного сигналу, параметри якого представлені втаол. 5.1.

Побудувати очікувані осцилограми при вимірюванні частоти /х (тавл. 5.1! методом фігур Ліссажу і методом яркіслої модуляції при /о=“50 Hz. Представити схеми вимірювань.

3. Розрахувати кут фазового зсуву Лфх між струмом і напругою на посяід< нОму R-С колі з параметрами відповідно з тавл. 5.1. для частоти /о * і* 50 Hü. Представити схему вимірювання дір* і очікувану фігуру Ліссажу.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ

1. Провести випробування працездатності ОТО, використовуючи сигнал внутрішнього калібратора амплітуди і тривалості,

2. Встановити на виході блоку змінної напруги УИЛС-1 гармонічний сигнал з параметрами, відповідними п. З домашнього завдання, При цьому серадньоквадратичне значення напруги вимірювати приладом

3. 1Ц4313, а форму і парамери сигналу визначати по екрану ЕПО в режимі лінійної розгортки, Оцінити похибки вимірювання амплітуди і періоду сигналу по характеристикам ЕПО. Результати вимірювані» привести п тайн. 5.2.

4. Таблиця 5.2

5. Результати вимірювання параметрів періодичних сигналів

- Гіопторити вимірювання для негармонічного сигналу, Представити осцилограми трьох сигналів на одному рисунку,

- Використовуючи метод фііур Ліссажу, оцінити нестабільність частоти гармонічного сигналу на виході блоку змінної напруги УИЛС- І при значеннях /_х * 100; 150: 200; 25011г, Як сигнал зразкової частоти /₀ = =50 Ш використати напруіу з виходу блоку 3-фазкоІ напруги УИЛС-1. Результат йідобразити в табрь 5.3.

5».Пов*ори«г вимірювання па лу.у самих частотах методом кругової роїгорткйз модуляцією яскравоегі променя. Результати оформити у/шглялі табл, 5.4, '¹ •. ' ' ' '

Вимірювання частої и методом кругової розгоріки