Д/вольтметра записываем

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

(ЮЗГУ)

 

Кафедра вычислительной техники

 

УТВЕРЖДАЮ

Первый проректор –

проректор по учебной работе

____________ Е.А. Кудряшов

«___» ___________ 2012г.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА И ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

 

Методические указания к лабораторной работе №4

по дисциплине

"Метрология, стандартизация и сертификация"

для студентов направления подготовки 230100.62 и специальностей: 230101.65, 230400.65, 231000.65.

 

 

 

Курск 2012

 

УДК 621.317.08(075.8)

Составители: В.С. Панищев, В.С. Титов

 

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент, М.В. Бобырь

 

Исследование электронно-лучевого осциллографа и осциллографические измерения: методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» / Юго-Западный гос. ун-т; сост.: В.С. Панищев, В.С. Титов, Курск, 2012. 10 с.:ил. 2. Библиогр.: с. 9.

 

 

Излагаются методические указания к выполнению лабораторной работы №4 по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация», охватывающие изучение электронных осциллографов (однолучевого и двулучевого) и методы осциллографических измерений.

Предназначены для студентов направления подготовки 230100.62 «Информатика и вычислительная техника» и специальностей: 230101.65 «Информатика и вычислительная техника»; студентов специальности 230400.65 «Информационные системы и технологии»; студентов специальности 231000.65 «Программная инженерия».

 

 

Текст печатается в авторской редакции.

 

Подписано в печать_______. Формат 60х84 1/16.

Усл. печ. л.__ __. Уч.- изд. л.__ _ _ Тираж 70 экз. Заказ ____ Бесплатно.

Юго-Западный государственный университет

305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1.Цель работы............................................................................................... 4

2. Приборы, используемые в работе........................................................... 4

3. Программа работы.................................................................................... 4

4. Порядок и методика выполнения лабораторной работы...................... 4

5. Контрольные вопросы.............................................................................. 8

6. Рекомендуемая литература...................................................................... 9

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА И ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1.Цель работы

 

Изучение устройства электронного осциллографа и овладение методикой измерения амплитудных и временных характеристик периодических сигналов. Получение навыков работы с измерительными генераторами и электронными вольтметрами.

 

2.Приборы, используемые в работе

 

2.1.Двухканальный осциллограф С1-79.

2.2 Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-112 (Г3-02).

2.3.Генератор импульсов Г5-63.

2.4.Электронный милливольтметр ВЗ-41.

 

3.Программа работы

 

3.1. Ознакомиться с органами управления осциллографа С1-79.

3.2. Научиться калибровать осциллографы по амплитуде и по частоте.

3.3. Измерить амплитуду синусоидального сигнала.

3.4. Измерить амплитуду прямоугольного импульса.

3.5. Оценить результаты измерений при помощи электронного вольтметра.

3.6. Измерить временные параметры импульсного периодического сигнала

(период следования, длительность импульса, длительность переднего и

заднего фронтов) и оценить погрешность измерений.

3.7. Измерение времени задержки между двумя импульсными последовательностями.

3.8. По результатам измерений оформить отчет.

 

4.Порядок и методика выполнения лабораторной работы

 

4.1. Ознакомиться с органами управления осциллографа.

4.2. Включить осциллограф и подготовить к работе (см. приложение 2). При этом обратить внимание на следующие моменты:

-управление яркостью и фокусом электронного луча;

-управление положением электронного луча на экране электронно-лучевой трубки;

-виды временной развертки и их применение;

-режимы синхронизации;

-общая структура электронного осциллографа.

4.3. Для проведения калибровки каждый осциллограф обычно снабжают встроенным калибратором, представляющим собой генератор прямоугольных импульсов известной калиброванной частоты следования Fk и амплитуды Ak. При подключении выхода калибратора к входу y на экране осциллографа должно возникнуть изображение прямоугольных импульсов (при отсутствии синхронизации будут видны две горизонтальные линии). Переключатель делителя напряжения устанавливают в такое положение, при котором Ak/Kq= 4-6, где Kq -масштабный коэффициент делителя, указанный на переключателе; затем ручку "усиление плавно" устанавливают в правое фиксированное положение с пометкой "<- калибр" и сравнивают значение амплитуды на экране осциллографа со значением амплитуды калибратора. Значение амплитуды на экране осциллографа определяется выражением Aэ=n*Kq, где n-количество делений на экране осциллографа, Kq - масштабный коэффициент входного делителя. осциллограф считается откалиброванным, если Aэ=Ak. Если указанного равенства нет, его добиваются при помощи регулировки, выведенной под щлиц на передней панели с обозначением.

В двухканальном осциллографе калибровка осуществляется отдельно по каждому каналу (сначала выход калибратора соединяют с входом первого канала и калибруют его, а затем - со входом второго канала и аналогично калибрует его). Для калибровки по частоте переключатель длительности развертки ставят в такое положение, при котором l/Fk*Kq=5-10, где Kq - масштабный коэффициент генератора развертки, указанный на переключателе. Затем ручкой "длительность развертки / плавно" добиваются равенства периода следования импульсов на осциллограмме с периодом следования импульсов калибратора. У большинства осциллографов ручки “усиление плавно” и “длительность развертки / плавно” в крайнем правом положение имеют фиксатор с обозначением “калибр.”. В этом положении калибровка осциллографа по амплитуде и частоте осуществляется при помощи шлицов, выведенных на переднюю панель.

Проверить правильность калибровки можно одновременно с измерением амплитуды синусоидального колебания. Для этого измеряемый сигнал с выхода генератора подается одновременно на вход y осциллографа и на вход электронного милливольтметра. Переключателем входного делителя "вольт/дел" добиваются величины изображения по вертикали, превышающей половину экрана осциллографа. Ручкой "уровень" синхронизации добиваются устойчивого изображения. Значение отсчета в делениях шкалы умножается на значение масштабного коэффициента, указанного на переключателе "вольт/дел", в результате чего получается измеренное значение в вольтах.

Результат измерения записать в виде

U_A0 = U_изм ± Δ (1)

где U_A0 - амплитудное значение измеренного напряжения; U_изм – измеренное значение; - основная погрешность измерения.

Учитывая, что шкала милливольтметра проградуирована в эффективных значениях, для получения амплитудного значения измеряемого напряжения результат измерения необходимо умножить на 1,41. Сравнить результат измерений. Оценить правильность калибровки и точности измерения. Для измерения амплитуды импульса на вход "y" подать измеряемый сигнал с импульсного генератора, установив скважность 2, и аналогично провести отсчет амплитуды по масштабной сетке экрана осциллографа.

Скважность есть отношение длительности периода импульсных колебаний к длительности импульса Q=T/τ, (см. Рис.1 ниже).

При измерении импульсного напряжения на электронном милливольтметре надо помнить, что по принципу действия прибор ВЗ-41 является милливольтметром средневыпрямленных значений, а шкала отсчетного устройства проградуирована в среднеквадратических значениях гармонического напряжения. Поэтому для определения средневыпрямленного значения показания прибора необходимо разделить на коэффициент форму Кф=1,11. А средневыпрямленное значение наблюдаемого на экране осциллографа сигнала можно определить по формуле

. (2)

U(t) легко определяется по осциллограмме:

 

. (3)

Последовательно установить скважность 4 и 6, сохраняя на экране осциллографа неизменной амплитуду импульсного сигнала. Снять показания вольтметра и оценить их соответствие с осциллограммами.

4.4. Временные параметры импульсных сигналов всегда измеряются с помощью калиброванной развертки, т.е. непосредственно по осциллограмме. При этом, если измеряется импульсный сигнал со значительной скважностью (Т» τ_u),то для более точного измерения временных параметров самого импульса (τ_u, длительность фронтов и т.д.) целесообразно воспользоваться ждущей разверткой, чтобы растянуть изображение импульса на весь экран. При исследовании фронтов необходимо так же растянуть изображение фронта на весь экран. Большинство осциллографов для обеспечения возможности исследования и переднего и заднего фронтов имеют переключатель полярности синхронизации развертки либо от переднего, либо от заднего фронта исследуемого сигнала.

Длительность импульса τ_u, как правило, измеряется по уровню 0,5. Для этого переключатель входного делителя и ручку плавного измерения коэффициента усиления канала y установить в такое положение, чтобы амплитуда импульса занимала весь экран, тогда по уровню 0,5 (отградуированная центральная линия) легко сосчитать количество делений и умножить на масштабный коэффициент переключателя скорости развертки. Наибольшая точность измерения достигается в том случае, когда длительность импульса занимает больше половины экрана.

Длительности переднего и заднего фронтов импульса измеряются по уровню 0,1 и 0,9 амплитуды импульса. Для этого на сетке экрана осциллографа нанесены в виде точек линии 0.1 и 0,9 от уровня всей шкалы. Для измерения длительностей фронтов необходимо, так же как и при измерении длительности импульса, добиться, чтобы импульс по амплитуде был, развернут на весь экран. После этого ручкой "уровень синхронизации" добиться хорошего изображения переднего фронта, а затем переключателем "скорость развертки" растянуть изображение переднего фронта на весь экран и по точкам пересечения изображений горизонтальных точечных линий (обозначавших уровень 0,1 и 0,9) определить количество делений и умножить на масштабный коэффициент переключателя "скорость развертки". Аналогично измеряется длительность заднего фронта, но при этом необходимо переключатель полярности синхронизации поставить в другое положение. Результата измерений записать в виде

τ_ф= τ_ф.изм±Δτ_ф (4)

4.5. Для измерения времени задержки между двумя синхронизированными импульсными последовательностями при помощи двухканального осциллографа необходимо подать эти сигналы на разные входы У При устойчивом изображении на экране осциллографа будет хорошо видно взаимное временное расположение этих импульсов, которое можно легко измерить с помощью калиброванной развертки.

Для измерения времени задержки при помощи однолучевого осциллографа опорный сигнал используется для обеспечения внешней синхронизации. Поэтому он подаете на вход X (внешняя синхронизация), а переключатель вида синхронизации устанавливается в положение "внешн. 1:1" или "1:10". Другой сигнал подается на вход У. В этом случае начало развертки будет совпадать с фронтом опорного сигнала, а изображение другого сигнала начнется через время его задержки относительно опорного, которое легко измерить с помощью калиброванной развертки.

5. Контрольные вопросы

 

5.1. За счет чего осуществляется динамическое отклонение луча по горизонтали и вертикали?

5.2. Как осуществляется калибровка осциллографа по амплитуде?

5.3. Как калибруется скорость развертки?

5.4. Как измерить амплитудные характеристики произвольного периодического сигнала?

5.5. В чем состоят преимущества осциллографических измерений амплитудных характеристик сложного сигнала по сравнению с прямыми измерениями с помощью вольтметра?

5.6. Какие факторы влияют на точность измерения амплитудных характеристик сигнала при помощи осциллографа?

5.7. Какие временные параметры импульсных сигналов Вам известны, и как они определяются с помощью осциллографа?

5.8. Какие факторы влияют на точность измерения временных характеристик при помощи осциллографа?

5.9. Назовите основные принципы преобразования в электронных вольтметрах.

 

6.Рекомендуемая литература

 

6.1. Атамалян З.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. М.:Высш.шк., 1989. С.177-179.

6.2. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения. Л.:Энергоатомиздат. 1983. С.120-153.

6.3. Основы метрологии и электрические измерения /Под ред. Е.М.Душина. Л.:Энергоатомиздат.1987. С.175-183.

6.4. Электрические измерения /Под ред. В.Н.Малиновского. М.:Энергоатомиздат.1985. С.166-175.181-182.

 

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

 

U_A0 = U_изм ± Δ (1)

где U_A0 - амплитудное значение измеренного напряжения; U_изм – измеренное значение; - основная погрешность измерения.

В эффективных значениях, результат измерения необходимо * 1,41 для получения амплитудного значения измеряемого напряжения.

При измерении импульсного напряжения является милливольтметром средневыпрямленных значений, а шкала отсчетного устройства проградуирована в среднеквадратических значениях гармонического напряжения. показания прибора необходимо разделить на коэффициент форму Кф=1,11.

А средневыпрямленное значение наблюдаемого на экране осциллографа сигнала можно определить по формуле

(2) (3)

Проверим правильность калибровки вместе с измерением амплитуды синусоидального колебания.

U_A0 = U_изм ± Δ

U_изм = 1,5*0,5=0,75 (В).

U_A0 =0,75± =0,75±0,034 (В).

Д/вольтметра записываем

U_изм = U_изм * 1,41 = *1,41=0,77 (В).

U_A. = 0,77± =0,77±0,019 (В).

Измерим амплитуду импульсного сигнала:

Скважность = 2:

U_изм = 3,4*0,2=0,68.(В) U_A0 = 0,68± =0,68±0,03 (В).

U_{изм.выпр.} = =0,35 (В) U_{ср.выпр.} = 0,35± =0,35±0,009 (В).

U_{ср.выпр.} = U_{ср квадр.} = = 0,34 (В).

Скважность = 4:

U_изм = 3,6*0,2=0,72.(В) U_A0 = 0,72± = 0,72±0,032 (В).

U_{изм.выпр.} = =0,255 (В) U_{ср.выпр.} = 0,255± =0,255±0,006 (В)

U_{ср.выпр.} = U_{ср квадр.} = = 0,18 (В).

Скважность = 6:

U_изм = 3,9*0,2=0,78 (В) U_A0 = 0,78± = 0,78±0,035 (В).

U_{изм.выпр.} = =0,165 (В) U_{ср.выпр.}=0,165± =0,165±0,006 (В)

U_{ср.выпр.} = U_{ср квадр.} = = 0,18 (В).

 

U(t) легко определяется по осциллограмме:

 

.

(3)

Поделиться:

Читайте также:

Записываем технические данные оборудования
Недостатки перезаписываемой памяти.

Воспользуйтесь поиском по сайту: