Порядок выполнения работы

Практическая работа

Перед выполнением посмотреть видеоролик. Обязательно!

Измерение частоты осциллографом

 

Цель работы:

1) Научиться измерять частоту с помощью осциллографа.

2) Познакомиться с фигурами Лиссажу.

Материальное обеспечение: IBM PC

Программное обеспечение: Multisim в режиме онлайн https://www.multisim.com/create/

Задание:

1. Собрать схему. В схеме два источника переменного питания с напряжением u1 и u2 и частотой f.

2. Напряжения берём из таб.№1 согласно вашего варианта. Подсоединяем осциллограф.

Источники питания выбираем с панели инструментов.

3. Проведите исследование фигур Лиссажу при частоте источника U_s100, 180, 200, 300, и 400Гц и определите частоту источника U_х в зависимости от количества точек пересечений фигур с осями.

 

 

 

Общие теоретические сведения:

 

Измерение частоты с помощью осциллографов производится путем сравнения измеряемой частоты с эталонной частотой образцового генератора.

 Практическое применение среди осциллографических методов нашли: метод фигур Лиссажу и метод круговой развертки.

Измерение частоты с помощью фигур Лиссажу заключается в том, что на входы горизонтального X и вертикального Y каналов отклоняющей системы подается напряжение измеряемой f_x и образцовой f₀ частот. При этом на экране осциллографа наблюдается фигура, которая остается неподвижной, если отношение частот равно отношению целых чисел и носит название «фигуры Лиссажу». В случае неравенства частот на экране возникают сложные фигуры и данным методом определения частоты не пользуются.

Для определения соотношения между частотами мысленно пересекают получившуюся фигуру взаимно перпендикулярными прямыми, но не проходящими через ее узлы и подсчитывают максимально возможное число пересечений фигуры с вертикальной осью n_в и с горизонтальной осью n_г. Из правила Лиссажу следует:

                                 n_г /n_в= f_х /f₀.

Если f₀ известна, то f_x легко определить из пропорции: f_x = f₀n_г/ n_в

Вид фигуры Лиссажу зависит не только от соотношения частот, но и от фазовых соотношений сигналов. Это затрудняет измерение изложенным методом при отношении

 

 

 

Рис. 1. Пример фигур Лиссажу

 

Так как данный метод измерения основан на применении осциллографа, то будет не лишним напомнить и о нем.

Принцип работы этого универсального прибора (Oscilloscope) основывается на применении электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), содержащей катод, излучающий поток (луч) электронов за счет термоэмиссии, модулятор для управления интенсивностью этого потока, систему его фокусировки, отклоняющую систему в виде двух пар пластин и экран из кристалликов люминофора, которые под действием падающего на них потока электронов высвечивают траекторию движения электронного луча в пространстве, определяемую потенциалами на пластинах отклоняющей системы. Горизонтальные пластины этой системы называются Х-каналом, вертикальные — Y-каналом.

На пластины Y-канала подается исследуемый сигнал после его усиления и масштабирования вертикальным Y-усилителем. Для одновременного наблюдения п сигналов используют п усилителей, выходные сигналы которых с помощью аналоговых коммутаторов поочередно подаются на вход усилителя мощности Y-канала.

На пластины Х-канала подается пилообразный сигнал развертки, длительность (период) которого с помощью системы синхронизации поддерживается равным или кратным периоду исследуемого сигнала в одном из Y-каналов, что позволяет получить устойчивое, а не хаотично «бегающее» изображение контролируемого сигнала.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Откройте файл EWB «Измерение частоты».

2. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходимыми для выполнения работы.

3. Собрать схему, руководствуясь указаниями к сборке и показать ее руководителю.

4. Проведите исследование фигур Лиссажу при частоте источника U_s100, 180, 200, 300, и 400Гц и определите частоту источника U_х в зависимости от количества точек пересечений фигур с осями.

5. Запустите схему.

6. Результаты проделанной работы занесите в виде таблицы в отчет.

 

1

.

.

6

 

 

Указания к выполнению:

1. Для того чтобы открыть файл EWB «Измерение частоты», Вам необходимо найти его в папке и двойным щелчком мыши открыть его. Перед вами откроется следующее окно.

 

Рис.4. Рабочее окно редактора Elecrtronics Workbench

 

Нажмите ОК в появившемся сообщении. Теперь перед Вами рабочее окно редактора Elecrtronics Workbench (рис.4), которое представляет собой наборное поле с расположенной над ним группой функциональных клавиш.

2. Для данной работы Вам понадобится осциллограф, источник U_s опорной частоты и исследуемый источник сигналов U_х.

3. Для размещения на наборном поле исследуемой схемы необходимо выполнить следующие действия:

Навести курсор на функциональную клавишу Instruments, и нажав на нее левой кнопкой мыши (ЛКМ) перед Вами откроется панель инструментов, из которой Вы выберите осциллограф (см. рис. 5).

 

 

Рис.5. Панель инструментов

Нажмите ЛМК на изображении осциллографа, и не отпуская ЛКМ путем перемещения курсора поместите его в нужное место наборного поля.

Аналогичным образом из панели инструментов Sources выберите источники опорной и исследуемой частоты (одно и тоже изображение), а так же заземление (см. рис. 6).

 

 

Рис.6 Панель инструментов Sources

 

Обратите внимание на то, что для удобства подключения оба источника должны быть повернуты на 90⁰. Для этого необходимо навести курсор на уже созданный на поле источник, и нажать правую кнопку мыши (ПКМ). В результате появится контекстное меню, в котором необходимо выбрать Rotate.

 

 

Теперь необходимо собрать всю схемы воедино, для этого подводим курсор к выводу источника (в конце вывода появляется точка))и не отпуская нажатую ЛМК ведем до места соединения с осциллографом и т.д.

Для того, чтобы наблюдать изображения фигур Лиссажу необходимо открыть панель осциллографа с помощью двойного щелчка мыши по его изображению на схеме. Затем необходимо произвести первоначальные установки осциллографа, сделав их такими, как показано на рисунке 2.

Теперь схема соединения собрана и осциллограф готов к применению.

4. Чтобы задать необходимую частоту источника U_sнеобходимо навести курсор на этот источник, и нажать ПКМ. В результате появится контекстное меню, в котором необходимо выбрать Component Properties. На вкладке Value в разделе Frequence задаете необходимое значение частоты.

5. Запускаем схему с помощью переключателя, который расположен в верхнем правом углу рабочего окна редактора Elecrtronics Workbench, путем нажатия на него ЛКМ.

 

 

Контрольные вопросы:

1. Для наблюдения каких сигналов предназначен режим АС осциллографа?

2. В каком режиме развертки работает осциллограф, если по вертикали — сигнал канала А, по горизонтали — сигнал канала В?

3. При соблюдении какого условия на экране осциллографа наблюдается неподвижная фигура Лиссажу?

4. Назовите осциллографические методы измерения частоты.

5. Расскажите определение частоты с помощью метода фигур Лиссажу.

 

 

Посмотрите видеоролик.

хема соединения:

 

 

Общие теоретические сведения:

 

Измерение частоты с помощью осциллографов производится путем сравнения измеряемой частоты с эталонной частотой образцового генератора. Практическое применение среди осциллографических методов нашли: метод фигур Лиссажу и метод круговой развертки.

Измерение частоты с помощью фигур Лиссажу заключается в том, что на входы горизонтального X и вертикального Y каналов отклоняющей системы подается напряжение измеряемой f_x и образцовой f₀ частот. При этом на экране осциллографа наблюдается фигура, которая остается неподвижной, если отношение частот равно отношению целых чисел и носит название «фигуры Лиссажу». В случае неравенства частот на экране возникают сложные фигуры и данным методом определения частоты не пользуются.

Для определения соотношения между частотами мысленно пересекают получившуюся фигуру взаимно перпендикулярными прямыми, но не проходящими через ее узлы и подсчитывают максимально возможное число пересечений фигуры с вертикальной осью n_в и с горизонтальной осью n_г. Из правила Лиссажу следует n_г /n_в= f_х /f₀. Если f₀ известна, то f_x легко определить из пропорции: f_x = f₀n_г/ n_в

Вид фигуры Лиссажу зависит не только от соотношения частот, но и от фазовых соотношений сигналов. Это затрудняет измерение изложенным методом при отношении

 

 

 

Рис. 1. Пример фигур Лиссажу

 

Так как данный метод измерения основан на применении осциллографа, то будет не лишним напомнить и о нем.

Принцип работы этого универсального прибора (Oscilloscope) основывается на применении электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), содержащей катод, излучающий поток (луч) электронов за счет термоэмиссии, модулятор для управления интенсивностью этого потока, систему его фокусировки, отклоняющую систему в виде двух пар пластин и экран из кристалликов люминофора, которые под действием падающего на них потока электронов высвечивают траекторию движения электронного луча в пространстве, определяемую потенциалами на пластинах отклоняющей системы. Горизонтальные пластины этой системы называются Х-каналом, вертикальные — Y-каналом.

На пластины Y-канала подается исследуемый сигнал после его усиления и масштабирования вертикальным Y-усилителем. Для одновременного наблюдения п сигналов используют п усилителей, выходные сигналы которых с помощью аналоговых коммутаторов поочередно подаются на вход усилителя мощности Y-канала.

На пластины Х-канала подается пилообразный сигнал развертки, длительность (период) которого с помощью системы синхронизации поддерживается равным или кратным периоду исследуемого сигнала в одном из Y-каналов, что позволяет получить устойчивое, а не хаотично «бегающее» изображение контролируемого сигнала.

Осциллограф EWB (рис. 2) имеет два Y-канала (CHANNEL) А и В с раздельной установкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (V/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертикали (Y POS). Выбор режима по входу осуществляется нажатием курсором мыши кнопок.

 

 

Режим АС предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (его еще называют режимом «закрытого входа», поскольку в этом режиме на входе Y-усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую). В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще называют режимом «открытого входа», поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки DC расположен входной зажим.

 

Режим развертки выбирается кнопками

В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали — напряжение сигнала, по горизонтали — время; в режиме В/А: по вертикали — сигнал канала В, по горизонтали — сигнал канала А; в режиме А/В: по вертикали — сигнал канала А, по горизонтали — сигнал канала В.

В режиме Y/T длительность развертки (TIME BASE) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т. е. по оси X (X POS).

В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим (TRIGGER) с запуском развертки (EDGE) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выбирается нажатием кнопок)

 

при регулируемом уровне (LEVEL) запуска, а также в режиме AUTO (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего источника (ЕХТ), подключаемого к зажиму в блоке управления TRIGGER. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками

 

 

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GROUND в правом верхнем углу прибора.

При нажатии на кнопку ZOOM лицевая панель осциллографа существенно меняется (см. рис. 3.) — увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линеек (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линейками).

Изображение можно инвертировать нажатием кнопки REVERSE и записать данные в файл нажатием кнопки SAVE. Возврат к исходному состоянию осциллографа производится нажатием кнопки REDUCE.

 

Рис. 2 Внешний вид осциллографа

 

 

 

Рис. 3. Внешний вид развернутого осциллографа