 |
Стробоскопический осциллограф
|
|
|
|
Чтобы наблюдать на осциллографе сигналы очень высокой частоты, необходимо иметь чрезвычайно широкие полосы усилителя в канале у, линии задержки и ЭЛТ. Из рис. 3.74 следует, что это приводит к дорогостоящим решениям. Однако даже в том случае, когда ширина полосы осциллографа слишком узка, чтобы непосредственно наблюдать эти сигналы, им все же можно воспользоваться при условии, что входные сигналы являются периодическими. Это можно сделать, используя когерентные выборки (см. рис. 2.9).
С каждым импульсом запуска (то есть каждый раз, когда входной сигнал превышает некоторый уровень) берется единственная выборка входного сигнала. Последовательные выборки немного смещены во времени относительно исходного момента запуска. Эффект состоит в том, что каждая следующая выборка берется на небольшой интервал времени d позднее предыдущей. Когда эти выборки выводятся на экран при значительно более
медленной развертке, форма первоначального высокочастотного сигнала восстанавливается правильно. Стробоскопический осциллограф с шириной полосы, например, 20 кГц вполне может быть применен для получения изображения периодических входных сигналов с частотой до 15 ГГц.
Канал горизонтального отклонения включает усилитель Х и генератор развертки ГР. Усилитель используют для усиления внешнего напряжения только при выключенном генераторе развертки, а при включенном генераторе его, как показано на рис. 1, применяют для усиления синхронизирующего напряжения. Плавная регулировка усиления («Усиление Х» или «Ампл. синхр.») позволяет изменить уровень синхронизирующего напряжения. Генератор развертки имеет ступенчатую и плавную регулировки частоты («Диапазоны частот» и «Частота плавно»). Пилообразное напряжение генератора развертки создает линейную развертку луча, необходимую для получения изображения формы кривой. Для получения неподвижного изображения следует отрегулировать частоту развертки так, чтобы она стала равной частоте исследуемого сигнала или в п раз меньше ее (где п =1, 2, 3 и т. д.). Частота развертки может самопроизвольно меняться и фигура перестает быть неподвижной. Для сохранения неподвижности фигуры на генератор развертки подают синхронизирующее напряжение. При плавном его увеличении («Ампл. синхр.») происходит так называемое «затягивание», т. е. частота генератора развертки определяется частотой синхронизирующего напряжения, в качестве которого используют исследуемый сигнал («Внутр.»), напряжение внешнего источника («Внеш.») или сети («От сети»). Выбор осуществляют с помощью переключателя ПЗ на три положения.
|
|
|
Ждущий режим ЖР генератора развертки (положение «ЖР» П2) применяют для наблюдения кратковременных импульсов, которые при непрерывной развертке четко не наблюдаются (рис. 2, г). Исследуемый импульсный сигнал Uc вызывает отклонение луча по вертикали и одновременно запускает
Рис. 2. Осциллограммы импульсного сигнала:
а — при включенном калибраторе длительности, б и в — при ждущей развертке, г — при непрерывной развертке
генератор развертки, который выдает один «зуб» пилообразного напряжения. На рис. 2, б и в показано, что каждый импульс вызывает один проход луча по вертикали и одно пилообразное движение по горизонтали. Если, например, длительность исследуемого импульса т в четыре раза меньше длительности ждущей развертки Тж.р (см. рис. 2, в), импульс занимает '/4 длины линии развертки. Переключив развертку на меньшую длительность, можно получить импульс t=l/2Tж.p (см. рис. 2, б), который будет занимать половину отрезка линии развертки. Таким образом, переключая Тж.р, можно менять скорость движения луча по горизонтали и наблюдать импульс в разном масштабе времени.
|
|
|
Калибратор длительности КД, или генератор меток (см. рис. 1), является генератором синусоидального напряжения на несколько фиксированных частот. Это напряжение, поданное на модулятор ЭЛТ, меняет яркость луча при движении его по горизонтали и создает яркостные метки, цена которых зависит от частоты. Так, при f=20 МГц каждая метка соответствует 1/20. т. е. 0,05 мкс, при f=5 МГц—'/5, т. е. 0,2 мкс, при f=1 МГц— 1 мкс и т. д. Калибратор применяют для измерения длительности импульса t, которую определяют, сосчитав количество яркостных меток (штрихов) и умножив их на цену метки в микросекундах (см. рис. 2, а).
Калибратор амплитуды КА (см. рис. 1) является вспомогательным источником известного (калиброванного) напряжения, в качестве которого используют синусоидальное напряжение понижающей обмотки силового трансформатора, стабилизированное мостовой схемой на двух лампах накаливания Л1 и Л2 и двух резисторах. Изменяют это напряжение потенциометром К, а отсчитывают по шкале лимба. Калибратор амплитуды применяют для измерения исследуемого, напряжения методом сравнения его с калиброванным напряжением. В указанном на схеме положении переключателя П1 исследуемое напряжение поступает в канал У и, воздействуя на пластины, вызывает отклонение луча по вертикали. Включив определенный коэффициент деления ДН и регулируя «Усиление У», устанавливают удобный для наблюдения размер изображения по вертикали и замечают его. Переводят переключатель П1 в другое положение («Калибровка»). При этом к входу усилителя У подается не измеряемое напряжение, а напряжение от калибратора амплитуды. Затем при неизменном положении регулировки «Усиление У» добиваются получения того же размера изображения по вертикали, меняя потенциометром R калиброванное напряжение, и отсчитывают амплитудное напряжение по шкале потенциометра R, увеличивая его во столько раз, во сколько раз было уменьшено делителем напряжения ДН исследуемое напряжение.
Приборы и оборудование
Электронный осциллограф (С 1-49)..………………………………… 1 шт.
Генератор импульсных сигналов (Г5-15) Выпрямитель.............…… 1 шт.
|
|
|
Вольтметр постоянного тока (Ml 09) …………………………………. 1 шт.
Порядок выполнения работы
1. Включить осциллограф и проверить действие регулировок яркости, фокусировки, перемещения по вертикали и горизонтали.
2. Применить осциллограф для наблюдения формы непрерывных колебаний напряжения на выходе исследуемого выпрямителя, позволяющего получать одно- или двухполупериодное выпрямление и переключать элементы сглаживающего фильтра, соединить выпрямитель с входом У осциллографа. Установить достаточный размер изображения по вертикали и отрегулировать частоту развертки так, чтобы получить четкое и устойчивое изображение.
 |
Рис. 3. Схема исследуемого выпрямителя и сглаживающего фильтра
3. Получить на экране изображение формы переменного и пульсирующих напряжений при одно- и двухполупериодном выпрямлении и при включении различных элементов сглаживающего фильтра RC, для чего следует переключать контакты П5, П1 и П2, ПЗ, П4 в схеме исследуемого выпрямителя, показанной на рис. 3. Примерный вид осциллограмм показан на рис. 4.
4. Определить напряжение Uo постоянной составляющей для каждой формы пульсирующего напряжения, подключив вольтметр постоянного тока к выходу выпрямителя.
5. Определить амплитуду напряжения Um переменной составляющей (амплитуду пульсации) для каждой формы пульсирующего напряжения, используя калибратор амплитуды осциллографа.
6. Рассчитать коэффициент пульсации kп=100% Um!Uo. Результаты наблюдений и измерений записать в табл. 1.
7. Применить осциллограф для наблюдения формы импульсных напряжений на выходе генератора импульсов, для чего соединить выходное гнездо генератора с входом У осциллографа.
8. Включить непрерывную развертку и, регулируя ее частоту, получить на экране изображение 2-4 импульсов. Убедиться в том, что форма импульса четко не наблюдается.
 |
Рис. 4. Осциллограммы напряжений на выходе выпрямителя
9. Переключить развертку в ждущий режим и подобрать ее длительность Тж.р так, чтобы наблюдать импульс в удобном масштабе времени.
|
|
|
10. Измерить длительности фронта, импульса и среза разных импульсов (например, 10, 5, 2 и 0,5 мкс), используя калибратор длительности и подбирая ясно различимое число яркостных меток.
11. Зарисовать в рабочую тетрадь формы импульсов при выключенном и включенном калибраторе длительности.
Таблица 1. Формы и параметры напряжений
| Вид выпрямления и включение эле-ментов сглаживающего фильтра | Формы кривых выпрям-ленного напряжения | U0, В | Un, B | kп, % |
Краткие выводы по работе
1. Осциллограф — сложный измерительный прибор и для уяснения его органов управления необходимо знать назначение основных элементов структурной схемы и их взаимосвязь.
2. Основное назначение осциллографа — получение на экране изображения форм кривых электрических сигналов. Необходимое для этого пилообразное движение луча по горизонтали создается напряжением пилообразной формы, полученным от генератора развертки.
3. Для получения четкого изображения следует при исследовании непрерывных сигналов включать непрерывный режим генератора развертки и регулировать частоту пилообразного напряжения, а при исследовании импульсных — включать ждущий режим генератора развертки и регулировать длительность ждущей развертки.
4. Современные осциллографы, имеющие калибраторы амплитуды и длительности, являются измерительными приборами. Размеры изображения по вертикали определяют амплитудные параметры, а по горизонтали — временные параметры исследуемого сигнала.
Контрольные вопросы и задачи
1. Вычертите формы кривых при частоте развертки в 2, 3 и 4 раза меньшей частоты исследуемого сигнала.
2. Рассчитайте чувствительность входа Y, если чувствительность входа вертикально отклоняющих пластин hy=0,2 мм/В, а коэффициент усиления усилителя k=400? (Ответ. 80 мм/В.)
3. Почему укрупняется масштаб времени при уменьшении длительности ждущей развертки Тж.р?
4. Какова длительность фронта и среза импульса, если количество 0,05-микросекундных меток соответственно равно 2 и 5?
5. Какова длительность импульса, если количество 0,2-микросекундных меток равно 6?
|
|
|
