Как найти чувствительность осциллографа

• С выхода
  генератора подать напряжение частоты
  1кГц на вход Y осциллографа. Усиление
  усилителя канала Y осциллографа
  установить максимальным.

• Снять
  зависимость амплитуды отклонения луча
  на экране осциллографа от величины
  подаваемого напряжения, которая
  отсчитывается по шкале вольтметра.
  Результаты измерений занести в таблицу
  и представить графически.

• Вычислить
  чувствительность осциллографа S_y
  по каналу Y как отношение величины
  напряжения, подаваемого на вход
  осциллографа, к величине отклонения
  луча на его экране.

• Аналогичные
  измерения проделать для канала Х
  осциллографа.

3. Измерение частоты

– Подключите
на вход Y
осциллографа синусоидальный сигнал от
генератора. Изменяя постоянную развертки
(период Т),
получите устойчивое изображение
синусоиды. Определите длину l
,
соответствующую целому числу периодов
сигнала n.
Тогда частота f
определяется из соотношения

– Выполните
измерения 5–7 частот.

4. Сложение колебаний одинакового направления с близкими частотами (биения)

Рис. 2.9 Схема для наблюдения
результата сложения двух колебаний
одинакового направления.

• Соберите
  схему рис.2.9. В качестве смесителя
  используйте трансформатор, смонтированный
  на панели.

• Подайте
  на обмотку I трансформатора сигнал
  частотой 150-500Гц от звукового генератора.
  Получите на экране осциллографа
  устойчивое изображение синусоиды.
  Запишите амплитуду сигнала.

• Отключите
  обмотку I и подайте сигнал примерно
  такой же частоты от второго звукового
  генератора на обмотку П. Установите
  амплитуду сигнала на экране, равную
  предыдущей.

• Подайте
  одновременно сигналы на обмотки I и П.
  Плавно изменяя частоту одного из
  генераторов, получите биения. Определите
  период биений и, зная постоянную
  развертки – разность частот Δω.

1. Сложение
   колебаний с кратными частотами

• Подайте
  от звукового генератора синусоидальный
  сигнал частотой f=50Гц на обмотку I, а на
  обмотку II – f=100Гц.

• Охарактеризуйте
  результирующий сигнал. Повторите
  наблюдения при соотношении частот I :
  3 и I : 4.

• Используя
  кальку, зарисуйте результирующий и
  исходные сигналы.

1. Сложение взаимно
   перпендикулярных колебаний и определение
   разности фаз.

• Подайте
  на входХ
  сигнал
  от одного генератора, а на вход Y
  –
  от другого. Отключите развертку.

П

Рис. 2.10. Схема включения приборов
для сложения двух взаимно перпендикулярных
колебаний (наблюдение фигур Лиссажу).

олучите фигуры Лиссажу при соотношении
частот

Убедитесь в том,
что

где m
–
число касаний фигурой Лиссажу вертикальной
линии;

n
–
то же горизонтальной.

– Подайте
на вход Х
и
на вход Y
сигналы
звуковых генераторов одинаковой частоты
при отключенном генераторе развёртки
осциллографа. Зарисуйте на кальке
несколько эллипсов и рассчитайте
разности фаз складываемых колебаний.

Контрольные вопросы

1. Какие исследования
можно выполнять с помощью осциллографа?

1. Каковы назначение,
   устройство и принцип работы ЭЛТ?

2. Начертить блок-схему
   осциллографа и описать взаимодействие
   ее элементов.

3. Каким образом
   достигается смещение луча на экране
   трубки?

4. Для чего предназначен
   генератор развертки осциллографа?

1. Каким образом
   обеспечивается линейное во времени
   движение луча на экране трубки
   осциллографа?

2. Как производится
   плавная регулировка частоты развертки?

3. Каков
   принцип работы осциллографа в режиме
   наблюдения
   периодически
   изменяющихся напряжений?

4. Как
   определить частоту генератора развертки,
   если частота исследуемого сигнала
   известна?

5. Каким
   образом с помощью осциллографа можно
   измерить
   напряжение,
   силу тока и сопротивление?

6. Какие колебания
   называются гармоническими?

7. Объяснить
   возникновение биений.

8. Какова
   сущность метода фигур Лиссажу,
   применяемого для определения частоты
   колебаний?

9. Нарисовать
   схему, позволяющую складывать два
   колебания одинакового направления. А
   как сложить три колебания?

25

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель
работы: 1. Ознакомление с принципом действия
осциллографа. 2. Определение чувствительности отклоняющих пластин
электронно-лучевой трубки осциллографа.

Приборы
и принадлежности: электронный осциллограф, вольтметр,
регулируемый источник напряжения.

Принципиальное устройство
электронного осциллографа

Перед выполнением работы необходимо
уяснить принцип действия и назначение электронного осциллографа. Например, с
помощью осциллографа можно измерять силу тока, напряжение и их изменение во
времени, сдвиг фаз между ними, сравнивать частоты и амплитуды различных
переменных напряжений. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих
преобразователей позволяет исследовать неэлектрические процессы, например,
измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

Достоинствами электронно-лучевого
осциллографа являются его высокая чувствительность и безынерционность
действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых порядка 10^-8–10^-9
с.

Для ознакомления с работой осциллографа
разберем назначение отдельных его частей.

Электронно-лучевая трубка.
Важнейшим элементом осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 1),
которая внешне представляет собой стеклянную колбу специальной формы,
откаченную до высокого разрежения, с расположенной внутри системой
электродов.

На рис. 1 схематически представлено
устройство трубки с электростатическим управлением. В торце узкой части
стеклянного баллона 8 расположен катод в виде небольшого цилиндра 2, внутри
которого помещена спираль для подогрева 1. Дно цилиндра с внешней стороны
покрыто оксидным слоем; с его поверхности при подогреве вылетают электроны.
Вблизи катода расположен полый цилиндр 3, называемый управляющим электродом
или модулятором, который служит для изменения плотности потока электронов,
т.е. позволяет регулировать яркость пятна на экране, 9, покрытом люминофором.
Модулятор имеет отрицательный потенциал относительного катода.

Рис. 1

Далее по оси трубки располагаются еще два
цилиндра – первый 4 и второй 5 аноды. Первый анод, находясь под положительным
потенциалом в несколько сотен вольт, ускоряет движущийся от катода поток
электронов. Ко второму аноду подводится напряжение, достигающее в некоторых
электронно-лучевых приборах десятков киловольт, и поток электронов выходит из
второго анода с  высокой скоростью.
Аноды предназначены как для ускорения электронов, так и для формирования
электронного луча – узкого, сходящегося у поверхности экрана пучка
электронов. Изменением величины напряжения на первом аноде 4 получают
необходимую фокусировку луча. Вся система вышеперечисленных электродов
крепится на траверсах и образует единое устройство, называемое электронным
прожектором.

Выйдя из 
прожектора, электронный поток (луч) попадает в отклоняющую систему,
служащую для управления положением электронного луча в пространстве. В
рассматриваемой нами трубке отклоняющая система состоит из двух пар пластин 6
и 7, расположенных попарно в вертикальной (горизонтально отклоняющие пластины
7) и горизонтальной (вертикально отклоняющие пластины 6) плоскостях. Каждая
пара пластин образует плоский конденсатор, и если потенциалы пластин
различны, то между ними создается электрическое поле. Между пластинами
электроны движутся в поперечном электрическом поле по параболической
траектории, и по выходе из пластин траектория оказывается направленной по
отношению к оси трубки под некоторым углом, величина которого зависит от
разности потенциалов на пластинах и от размеров пластин. Следовательно, с
помощью этих двух пар пластин, создающих взаимно перпендикулярные
электрические поля,  можно управлять
электронным потоком в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Пусть на горизонтально отклоняющие
пластины 7 подано напряжение U_х, а на вертикально отклоняющие
пластины – U_у, тогда под действием приложенного напряжения U_х
след электронного потока смещается на величину Х в горизонтальном
направлении, а под действием U_у – на величину Y в вертикальном
направлении.

Отклонение Y электронного луча в
вертикальном направлении можно рассмотреть на примере отклонения одного
электрона (рис. 2).

Пусть на горизонтальные пластины поданы
потенциалы, как показано на рис. 2. Тогда однородное электрическое поле
внутри пластин направлено снизу вверх (см. рис. 2). Пусть в это электрическое
поле влетает электрон с начальной скоростью ₀ (₀ – это скорость электрона, полученная в
результате действия анодного напряжения U₀). На него со стороны
электрического поля действует электрическая сила, равная

 ,                                     
(1)

где е – заряд электрона; Е – напряженность
электрического поля между пластинами, которая определяется так:

,                                       (2)

где U_у – разность потенциалов,
приложенных к пластинам;
d – расстояние между пластинами.

Рис. 2

Тогда с учетом (2) и (1) получим

.                                 
(3)

Поскольку на электрон действует только
электрическая сила F (силу тяжести не учитываем, т.к. она пренебрежимо мала),
то, используя второй закон Ньютона

F = mа,

можно найти ускорение электрона в
вертикальном направлении Y, т.е.

           или
       .                  
(4)

Так как 
электрон движется вдоль оси Х параллельно пластинам и одновременно на
него действует сила F,
в вертикальном направлении (ось Y), то траектория электрона имеет форму
параболы (на рис. 2 пунктирная кривая). Отклонение электрона от прямолинейной
траектории в направлении оси Y можно найти исходя из равноускоренного
движения электрона вдоль оси Y (на рис. 2 указано Y₁), т.е.

.                                     (5)

Время t отклонения электрона
равно времени прохождения электрона вдоль пластин, т.е.

,                                        (6)

где
 – длина пластин.

С учетом (6) и (4) уравнение (5) можно
представить в виде

.                           
(7)

Приближенно формула (7) справедлива и для
электронного луча. Из нее видно, что отклонение Y при , ,  зависит
только от разности потенциалов , приложенных между пластинами. Соотношение

                                       (8)

называется чувствительностью. Такое же выражение, используя формулы (1-6),
можно получить для вертикальных пластин. Для них отклонение траектории
электрона будет происходить вдоль оси Х, тогда по аналогии с формулой (8)

                                     (9)

и                                   ,                                                 (10)

где  – разность
потенциалов между вертикальными пластинами. В дальнейшем разность потенциалов
между пластинами будем считать равной напряжению.

Величины

 ,                                             (11)

называются чувствительностями к напряжению
соответственно в направлениях осей Х и Y. Чувствительность трубки по напряжению, при заданном напряжении
2-го анода, представляет собой величину отклонения электронного луча на
экране (в мм), получающегося при изменении напряжения, приложенного к
отклоняющим пластинам, на 1 вольт.

При постоянном анодном напряжении величины
и  для данной
электронно-лучевой трубки постоянны.

Пройдя отклоняющую систему, электронный
луч движется в расширенной части баллона, и электроны в конце пути попадают
на экран 9 трубки. Эта часть баллона с внутренней стороны покрыта люминофором
– веществом, способным светиться под воздействием бомбардирующих его
электронов. При попадании электронного луча на экран люминофор возбуждается и
на экране трубки появляется небольшое светящееся пятно, видимое снаружи через
стекло баллона.

Если напряжения на отклоняющих пластинах
изменяются, то электронный луч, а следовательно, и светящееся пятно на экране
перемещаются, описывая траекторию в соответствии с законом изменения
напряжения на отклоняющих пластинах. Таким образом, закон изменения
напряжения на отклоняющих пластинах может визуально наблюдаться на экране
электронно-лучевой трубки.

Генератор развертки.
Генератор развертки представляет собой электронное устройство, позволяющее
получить напряжение развертки. Если исследуемое напряжение имеет
периодический характер  то для
наблюдения на экране формы кривой его подводят к пластинам Y, а на пластины Х
подают периодическое напряжение развертки , изменяющееся по какому-либо временному, желательно
простому закону, где
Т – период развертки. Обычно напряжение развертки, используемое в
осциллографах, изменяется со временем либо по линейному, либо по
синусоидальному закону. На рис. 3 в качестве примера линейного
развертывающего напряжения изображено так называемое пилообразное напряжение.

Пилообразным оно называется потому, что
форма его кривой напоминает зубцы пилы. Это напряжение характеризуется тем,
что его увеличение прямо пропорционально времени, и рост напряжения
происходит в течение времени t₁.

Рис. 3

При линейном увеличении напряжения
электронный луч с экрана осциллографа уходит из исходного положения медленно.
Спад напряжения от наибольшего его значения до исходной величины происходит в
течение времени t₂. Так как t₂ «
t₁, то спад напряжения происходит
практически мгновенно. Следовательно, электронный луч также мгновенно
возвращается в исходное положение. Период развертки равен Т = t₁ +
t₂.

Если периоды исследуемого напряжения и
напряжения развертки кратны друг другу, то на экране мы получим неподвижное
изображение. В противном случае изображение на экране осциллографа будет
передвигаться.

На рис. 4 приведена блок-схема
осциллографа, основными узлами которого являются электронно-лучевая трубка,
усилители напряжения U_х, U_у,
генератор пилообразного напряжения, блок питания. Исследуемое напряжение U_у
подается непосредственно через усилитель на вертикально отклоняющие пластины.
На вторую пару пластин подается напряжение от какого-либо постороннего
источника или пилообразное напряжение от генератора развертки.

Регулировка яркости и фокусировки луча, а
также его начальное смещение по вертикали и горизонтали осуществляются с
помощью переменных сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄.

На лицевой панели осциллографа расположены
все органы управления с соответствующими надписями.

Рис. 4

Ход работы

Упражнение 1.
Определение чувствительности отклоняющих пластин трубки осциллографа.

1. Установить переключатели Х и Y (рис. 5) в верхнее
положение.

Рис. 5

2. Включить генератор развертки, устанавливая
рукоятку «диапазон частот» в положение «выкл». Включить осциллограф и вывести
световое пятно в центр координатной сетки с помощью рукояток: «ось Y» – вверх-вниз, «ось
Х» – влево-вправо.

3. Подключить к
клеммам X источник напряжения
и вольтметр в соответствии с рис. 5 и подать последовательно напряжение U_x= 15 В, 20 В, 25 В, 30 В. Для каждого значения
измерить по координатной сетке длину горизонтальной световой линии в мм. То же самое
повторить, подключая источник напряжения к клеммам Y.

4. Вычислить чувствительность
горизонтальных отклоняющих пластин по формуле

                                      .                                                   
(12)

5. Аналогично определить чувствительность
вертикально отклоняющих пластин:

                                        ,                                                  
(13)

где U_y – напряжение на пластинах «Y»,
определяемое по вольтметру при постоянном токе;  –
длина вертикальной линии на экране, мм.

6. Результаты измерения занести в таблицы.

В случае работы с источником переменного
напряжения:

                 ,                      ,                 
(14)     

где  и  –
эффективные напряжения, измеряемые вольтметром переменного тока.

Таблица

№ п/п	Напряжение, поданное на пластины	Длина линии на экране , мм	Чувстви- тельность трубки , мм/В	Средняя чувствительность трубки , мм/В
Uхе, В	Uх, В

В данной работе, используется переменное
напряжение, поэтому в рабочие формулы (12), (13), подставляем   (14).

Аналогичную таблицу составляют для определения , мм/В.

Упражнение 2.
Наблюдение на экране осциллографа синусоидально меняющегося напряжения.

1. Переключатели Х и Y осциллографа
перевести в нижнее положение, при этом отклоняющие пластины
электронно-лучевой трубки подключить к выходам усилителей U_х и
U_у осциллографа.

2. Переключатель «синхронизация» поставить
в положение «внутр» или «от сети».

3. На вход вертикального усилителя U_y
через клеммы «вход Y» и «^»
(на лицевой панели) от источника напряжения подать переменное синусоидальное
напряжение величиной 30 В.

4. Рукоятками ослабления «1:10» либо
«1:100» и «усиление Y» отрегулировать удобный размер изображения по вертикали
примерно 0,7 от размера экрана.

5. Переключателем «диапазон развертки» и
рукояткой «частота плавно» добиться того, чтобы на экране было видно
несколько периодов синусоиды. Величина изображения по горизонтали задается
рукояткой «усиление Х». Окончательной стабильности изображения добиваются
рукоятками «частота плавно» и «синхронизация» или «амплитуда синхронизации».

6. Полученную синусоиду зарисовать.

7. Устанавливая напряжение в 25, 20, 15 В,
проследить за изменением формы кривой на экране. Синусоиды, соответствующие
указанным напряжениям, зарисовать на тех же осях, что и 30 В.

Вопросы для допуска к работе

1.       Какова цель работы?

2.       Назовите основные узлы осциллографа и
укажите их назначение.

3.       Что называется чувствительностью
электронно-лучевой трубки по напряжению?

4.       Оцените погрешность метода измерений
чувствительности пластин осциллографа.

Вопросы для защиты
работы

1.       Каковы устройство и принцип действия
осциллографа?

2.       Выведите формулу чувствительности  и .

3.       Объясните устройство и принцип работы
электронно-лучевой трубки.

4.       Почему подается пилообразное напряжение на
вертикально отклоняющие пластины?

5.       Каково практическое использование
осциллографа?

6.  
Каковы
Ваши критические замечания по данной работе?

 

Чувствительность – осциллограф

Cтраница 2

Определение чувствительности осциллографа производится при подаче на его вход сигнала синусоидальной формы от какого-либо генератора.
 [16]

Повышение чувствительности осциллографа осуществляется при помощи предварительного усиления исследуемого сигнала. Для усиления напряжения развертки применяют специальные усилители. У), так как он обеспечивает отклонение луча в вертикальном направлении, перпендикулярном оси времени. Ломимо усилителей, входы X и Y обычно снабжают делителями, обеспечивающими снижение напряжения, поступающего на вход осциллографа.
 [17]

При необходимости чувствительность осциллографа уменьшают аттенюатором, имеющимся в осциллографе. В этом положении напряжение Ux вместо входа X осциллографа переключается на уже откалиброван-ный У-вход.
 [18]

Использование усилителей повышает чувствительность осциллографа к напряжению до значений примерно единиц и десятков сантиметров на вольт. При этом надо иметь в виду, что коэффициент усиления УВО обычно много больше коэффициента усиления У ГО. Это объясняется тем, что уровень напряжения, создаваемого в ГР, достаточно велик и значительного его усиления не требуется.
 [19]

Использование усилителей повышает чувствительность осциллографа к напряжению до значений примерно единиц и десятков сантиметров на вольт. При этом надо иметь в виду, что коэффициент усиления У ВО обычно, много больше коэффициента усиления У ГО. Это объясняется тем, что уровень напряжения, создаваемого в ГР, достаточно велик и значительного его усиления не требуется.
 [20]

Использование усилителей повышает чувствительность осциллографа к напряжению до величины порядка единиц и десятков сантиметров на вольт. При этом надо иметь в виду, что коэффициент усиления усилителя вертикального отклонения обычно много больше коэффициента усиления усилителя горизонтального отклонения. Это объясняется тем, что амплитуда напряжения, создаваемого генератором развертки, достаточно велика, следовательно, значительного усиления этого напряжения в большинстве случаев не требуется.
 [21]

Использование усилителей повышает чувствительность осциллографа к напряжению до величины порядка единиц и десятков сантиметров на вольт. При этом надо иметь и виду, что коэффициент усиления вертикального отклонения обычно много больше коэффициента усиления усилителя горизонтального отклонения. Это объясняется тем, что амплитуда напряжения, создаваемого генератором развертки, достаточно велика, следовательно, значительного усиления этого напряжения в большинстве случаев не требуется.
 [22]

Фактически при изменении чувствительности осциллографа погрешность вследствие нелинейности оказывается меньше.
 [23]

По этому напряжению определяется чувствительность осциллографа при установленном положении делителя.
 [24]

При сравнительно высоких частотах чувствительность осциллографа уменьшается, что может привести к ошибке, если а определяется на частоте 50 гц. В этом случае чувствительность необходимо определять на той же частоте, для чего целесообразнее всего использовать ламповый вольтметр ВКС-7, которым производится измерение напряжения с одновременным измерением вертикальной величины сигнала на экране трубки.
 [25]

Применение усилителей позволяет повысить чувствительность осциллографа S0 к напряжению.
 [27]

Ступенчатая и плавная регулировка чувствительности осциллографа обеспечивает ее изменение более чем в 100 раз. Следовательно, электронный осциллограф, кроме целого ряда других разнообразных применений, может служить и нулевым указателем переменного тока.
 [28]

Необходимая для регистрации холодноплеменного свечения чувствительность осциллографа оказывается чрезмерно высокой для регистрации свечения горячего пламени.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5