Лекция №1 Общие сведения о метрологии и стандартизации 7 Лекция №2 Измерение напряжения и тока 42

жүктеу 25,47 Mb.

бет	46/83
Дата	10.04.2022
өлшемі	25,47 Mb.
	#38068
түрі	Лекция

1 ... 42 43 44 45 46 47 48 49 ... 83

МР Основы измерений Тул

Специальные осциллографы предназначены для исследования телевизионных сигналов и для медицинских целей. Они оснащены дополнительными блоками (например, мультиметры, позволяющие измерять напряжение, силу тока, сопротивление), а также устройствами для исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов. К этой категории также относятся и цифровые осциллографы. Они дают возможность не только наблюдать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки.

По числу одновременно наблюдаемых сигналов осциллографы делят на многолучевые и многоканальные.

В многолучевом осциллографе электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) имеет два или более электронных лучей, управляемых отдельно или совместно. В многоканальном осциллографе имеется специальное устройство – коммутатор, позволяющий получать изображение двух или более сигналов, поступающих по нескольким каналам, на экране однолучевой ЭЛТ.

Рассмотрим упрощенную структурную схему универсального осциллографа (рис. 4.1). Основными узлами этого осциллографа являются:

ЭЛТ;
каналы вертикального и горизонтального отклонений;
устройство синхронизации;
устройство запуска развертки;
канал модуляции луча, вспомогательные устройства;
источники питания.

Рисунок 4.1 – Упрощенная структурная схема универсального осциллографа
Основным узлом в осциллографе является ЭЛТ, благодаря которой осуществляется изображение на экране. ЭЛТ представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пушка, отклоняющие пластины и люминесцентный кран. Электронная пушка состоит из подогреваемого катода К, модулятора (сетки) яркости светового пятна М, электродов фокусировки и ускорения электронного луча - фокусирующего анода А₁ , ускоряющего анода A₂ и основного анода Аз. Яркость свечения люминофора ЭЛТ регулируется путем изменения отрицательного напряжения на модуляторе М. Напряжение на первом аноде А₁ фокусирует электронный поток в узкий луч. Чтобы придать электронам скорость, необходимую для свечения люминофора, на второй анод А₂ подается достаточно большое (до 2000 В) положительное напряжение. Для дополнительного ускорения электронов используют основной анод Аз, к которому

приложено высокое положительное напряжение (до 10.. .15 кВ).

Принцип получения изображения на экране заключается в следующем: электронный пучок (луч), проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин (вертикально отклоняющих Y и горизонтально отклоняющих Х). Если к отклоняющим пластинам приложить напряжение, то между ними будет существовать электрическое поле, которое будет вызывать отклонение электронного луча в ту или иную сторону. Когда напряжение приложено к вертикально отклоняющим пластинам, то пятно будет перемещаться по оси Y; если же напряжение приложено к горизонтально отклоняющим пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси Х. Если теперь сфокусировать электронный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экрана ЭЛТ, а затем к пластинам Y приложить исследуемое напряжение, а к пластинам Х пилообразное напряжение, то под совместным воздействием двух напряжений луч вычертит на экране трубки осциллограмму, отражающую зависимость входного напряжения от времени.

Канал вертикального отклонения луча служит для передачи на пластины Y ЭЛТ исследуемого сигнала u_c(t), подводимого к входу Y. Канал вертикального отклонения луча содержит аттенюатор, линию задержки и усилитель Y. Аттенюатор позволяет ослабить сигнал u_c(t) в определенное число раз, а регулируемая линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах Y ЭЛТ относительно начала развертывающего напряжения u_х, что важно для ждущего режима. Усилитель Y обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах Y, достаточную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом u_c(t).

Во входной цепи канала вертикального отклонения включают также коммутируемый разделительный конденсатор, позволяющий при необходимости исключить подачу на вход осциллографа постоянной составляющей исследуемого сигнала («закрытый» вход).

Канал горизонтального отклонения луча служит для создания горизонтально отклоняющего (развертывающего) напряжения u_х с помощью напряжения генератора развертки или для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины Х исследуемого сигнала, проводимого к входу Х. он характеризуется чувствительностью и полосой пропускания, показатели которых практически раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения.

Схема синхронизации (и запуска развертки) управляет генератором развертки и обеспечивает кратность периодов сигнала и развертки (Т_разв= nТс, где n=1, 2, 3…), а также вырабатывает сигнал синхронизации для получения четкой и неподвижной осциллограммы. Усилитель Х канала горизонтального отклонения усиливает пилообразный сигнал u_р генератора развертки и преобразует его в напряжение развертки u_х.

Канал управления яркостью (канал модуляции электронного луча по яркости) осциллографа предназначен для подсветки прямого хода луча. Подсветка осуществляется путем передачи с входа Z на управляющий электрод (модулятор М) ЭЛТ сигнала, модулирующего поток ее луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения полярности и усилитель Z. Для формирования требуемого уровня напряжения, поступающего на модулятор, служит усилитель Z. Канал Z используется и для создания яркостной отметки в осциллографах с двойной разверткой, а также яркостных меток для измерения частоты и фазы.

Калибратор – генератор напряжений, формирующий периодический импульсный сигнал с известными амплитудой, длительностью и частотой для калибровки осциллографа, т.е. для обеспечения правильных измерений параметров исследуемого сигнала. Для калибровки оси Y используют постоянные напряжения обеих полярностей (иногда плавно регулируемые) и напряжения в виде меандра. Масштаб по оси Х обычно устанавливают по синусоидальному напряжению, стабилизированному по частоте кварцем.

Рассмотрим принципиальную схему работы промышленного образца универсального многоканального осциллографа типа С1-77 (рис 4.2).

Рисунок 4.2 – Упрощенная структурная схема С1-77
В осциллографе С1-77 сигналы подаются на входы Y₁ и Y₂ двух идентичных каналов. С выходов каналов поступают на электронный коммутатор, управляемый импульсами, сформированными в генераторе развертки. Коммутатор может работать в одном из режимов: 1, 2, 1+2, «Прерыв.», «попеременно».

В режимах 1 и 2 на экране ЭЛТ воспроизводится только один сигнал (канал Y₁ и Y₂). В режиме 1+2 можно исследовать сумму или разность двух сигналов, а также компенсировать постоянную составляющую одного канала, подавая постоянное напряжение на другой канал. В режиме «Прерыв.» сигналы переключаются с частотой 100 кГц и в режиме «Попеременно» после каждого цикла развертки. Смещение осциллограмм двух сигналов в вертикальном направлении достигается подбором постоянных составляющих сигналов, поступающих на коммутатор с предварительных усилителей каналов Y₁ и Y₂.

В универсальных осциллографах измерение амплитуды и временных параметров сигнала производятся различными методами. Основными методами являются:

метод измерения амплитуд сигналов с помощью масштабной сетки;
метод калиброванной развертки;
метод измерения по интерференционным фигурам.

Рассмотрим наиболее часто встречающийся метод - метод измерения амплитуд сигналов с помощью масштабной сетки, помещенной на экране осциллографа, представленный на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Определение параметров сигнала с помощью масштабной сетки
Параметры импульсов определяются следующим образом:
; (4.1)
; (4.2)
, (4.3)

где U_р – размах (амплитуда импульса);

Т – период следования;

- длительность импульса;

- цена деления сетки по вертикали, В/дел;

- цена деления сетки по горизонтали, с/дел;

L_x, l_y, l_x – выражены в делениях сетки.

Погрешность измерения данным методом составляет 3…5%. Одним из методов уменьшения погрешности является использование компенсационного метода в цифровых осциллографах (погрешность составляет 1…2%).

жүктеу 25,47 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 42 43 44 45 46 47 48 49 ... 83