МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра ТОР ОТЧЕТ по лабораторной работе №3 по дисциплине «Основы метрологии и радиоизмерений» Тема: Электронно-лучевой осциллограф. Студент гр. 8193 Кенжебаев Т.Т. Ганиев Т.Т. Муравейко В.С. Преподаватель Москалец Д.О. Санкт-Петербург 2020 Протокол наблюдений Цель работы: Изучение структурной схемы и принципа действия электронно-лучевого осциллографа, получение навыков проведения основных осциллографических измерений. Основные теоретические положения: Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) – прибор, предназначенный для исследования формы и измерения амплитудных и временных параметров электрических сигналов. Основным элементом ЭЛО является электроннолучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением лучом. Эмитированный катодом поток электронов ускоряется и фокусируется тремя анодами А1, А2 и А3 и бомбардирует люминесцентный экран, вызывая свечение. Плотность потока электронов регулируется потенциалом модулятора, при этом меняется яркость свечения экрана. Две пары пластин ЭЛТ отклоняют луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Исследуемый сигнал как функция времени u=f (t) изображается в прямоугольной системе координат, абсциссой которой является время, а ординатой – мгновенное значение сигнала. Для получения равномерной шкалы оси времени необходимо, чтобы луч отклонялся в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. Для этого на горизонтально отклоняющие пластины подают линейно изменяющееся (пилообразное) напряжение. Исследуемый сигнал подводится к вертикально отклоняющим пластинам. В результате траектория луча на экране образует осциллограмму, соответствующую форме исследуемого сигнала. При исследовании периодических сигналов для получения их неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо, чтобы периоды повторения, исследуемого и развертывающего напряжений были кратны. В противном случае начало развертки будет совпадать с различными точками исследуемого сигнала, и изображение на экране ЭЛТ будет смещаться («бежать»). Во избежание этого в осциллографах предусматривается синхронизация начала развертки. Синхронизация может осуществляться либо от исследуемого сигнала (внутренняя синхронизация), либо от внешнего сигнала, синхронного с исследуемым (внешняя синхронизация). При исследовании непериодических сигналов используют ждущий режим развертки. Пилообразное напряжение вырабатывается только при приходе исследуемого сигнала либо специального внешнего сигнала запуска. Она включает в себя каналы вертикального и горизонтального отклонений; канал Z, служащий для модуляции яркости луча, ЭЛТ, а также калибратор. Канал вертикального отклонения служит для усиления или ослабления входного сигнала до уровня, удобного для наблюдения на экране ЭЛТ, и включает калиброванный аттенюатор, предварительный усилитель, линию задержки и оконечный усилитель. Основные характеристики универсальных осциллографов: Рабочая часть экрана – часть экрана, в пределах которой нормированы основные погрешности измерения. Она совпадает с прямоугольной шкалой, нанесенной на ЭЛТ. Полоса пропускания канала Y – диапазон частот, в пределах которого значение амплитудно-частотной характеристики не отличается более чем на 3 дБ (0,707) от ее значения на низкой частоте. Полоса пропускания задается верхней граничной частотой. Время нарастания переходной характеристики канала Y – интервал времени, в течение которого переходная характеристика нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения. Входное сопротивление и входная емкость канала Y осциллографа. Эти параметры влияют на методическую погрешность измерения, связанную с нарушением электрического режима исследуемой цепи при подключении к ней осциллографа. Для уменьшения этого влияния используют выносные делители напряжения (пробники), характеризующиеся большим входным сопротивлением и малой входной емкостью. Коэффициент отклонения Ko – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча, вызванному этим напряжением, В/дел, или мВ/дел. Величина, обратная коэффициенту отклонения, называется чувствительностью. Регулировка коэффициента отклонения осуществляется во входном аттенюаторе. Коэффициент развертки Kp – время, за которое луч проходит одно деление шкалы на экране ЭЛТ (с/дел., мс/дел., мкс/дел.). Регулировка коэффициента развертки производится изменением длительности прямого хода пр t генератора развертки. Экспериментальные результаты: 1. Измерение параметров напряжения развёртки осциллографа GOS-620: а1 а2 Кр tпр=a1*Кр Тр=а2*Кр b Ko Um=b*Ko 6 7 1 ms/div 6*10-3 c 7*10-3 c 4 0.5 V/div 2В Измеренная длительность прямого хода равна 6*10-3 с, а коэффициент развёртки осциллографа 1 равен 0.5*10-3*10=5*10-3 с. Погрешность 6∗10−3 −5∗10−3 измерений составила 6∗10−3 ∗ 100% = 16,6%. 2. Измерение параметров последовательности прямоугольных импульсов: Установленный Параметр параметр а, b Кр, Ко генератора Частота Временной сдвиг 5000 Гц -6 50*10 с 7.4 7*10-6 с 0,6 Длительность Напряжение 0.13 20*0.03: 10В 4 20*10-6 c 20*10-6 c 10-5 c 20*10-3 V Аи(частоты)=0.13/(20*10-6)=6500 Гц Аи=аКр= bKо Аи − Ау Ау 𝛿= 6500 Гц 0.3 148*10-6 c 0,66 6*10-6 с 0,143 80*10-3 (8-6)/6=0,333 δ=(6500-5000)/5000=0,3 Аи(временного сдвига)=20*10-6*7,4=148*10-6 δ=(148-50)/148=0,66 Аи(длительности)=10-6*0.6*10=6*10-6 с δ=(6-7)/7=0,143 3. Измерение параметров прямоугольных импульсов в режиме растяжки развёртки: τу τ τφ а Кр, с τ, с 2 2*10-5 0.4*10-6 а Кр τс τφ а Кр τс, 0.2 0.2 мкс 0.04 мкс 0.4 0.2 мкс 0.08 мкс Обработка результатов эксперимента: На генераторе Г5-54 был сгенерирован сигнал 5 КГц, временным сдвигом 50 микросекунд, длительностью 7 микросекунд. Коэффициент развёртки подобрали таким образом, чтобы поместилось 6 импульсов. Осциллограмма 1 Это изображение напряжения осциллографа 2 и сгенерированный сигнал. Количество импульсов на первом осциллографе совпадает с количеством импульсов напряжении развёртки: на втором осциллографе, уместившихся на Осциллограмма 2 Далее коэффициент развёртки подобрали таким образом, чтобы на экране поместился 1 импульс: Осциллограмма 3 Вот так изменилось напряжение осциллографа 2. Осциллограмма 4 Перевели осциллограф 1 в режим внутренний синхронизации по каналу СН1 Осциллограмма 5 Вот так изменилась осциллограмма второго осциллографа. Осциллограмма 6 В отличии от осциллограмм 3,4 импульс приходится на начало сигнала развертки. Выводы: В ходе проведения данной лабораторной работы практические результаты, полученные с осциллографа 1 и 2 из серии опытов, подтвердили теоретические, а именно: в первом опыте получили идентичную осциллограмму развёртывающего напряжения первого осциллографа на втором, погрешность измерений составила 16,6 %; во втором опыте получили изображения импульсов с генератора на осциллографах 1 и 2 с такими погрешностями: частоты – примерно 30%, временного сдвига – 66%, длительности – 14,3%, амплитуды напряжения – 33,3%; в третьем опыте сняли период длительности импульса (0.4*10-6 с), фронта (0.04 мкс) и среза (0.08 мкс) При внутренней синхронизации на осциллограф достаточно подать только само исследуемое напряжение.При внешней синхронизации на осциллограф нужно подать два напряжения: первое – исследуемое, а второе – синхронизирующее развертку. То есть напряжение развертки становится синхронным со вторым напряжением, а на экране наблюдают форму первого – исследуемого.
