Розділ ІІ ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Тема 5 Осцилографічні методи

Розділ ІІ ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Тема 5 Осцилографічні методи вимірювання параметрів сигналу

Мета лекції: розглянути класифікацію методів вимірювання параметрів сигналів, структурну схему електронного осцилографа, особливості роботи осцилографа С1-65А в різних режимах роботи

Питання лекції: 1. Осцилографічні методи вимирання сигналів. 2. Принципи побудови типового електронного осцилографа. 3. Осцилограф кніверсальний С1-65. Література: Л1. с.113-127, Л2. с.160-201. Матеріально–технічне забезпечення: ПЕОМ, проектор, слайди. Зразки КВП, схеми.

1. Осцилографічні методи вимирання сигналів Осцилограф – вимірювальний прилад, що використовується для дослідження форми сигналів. Осцилографом називають пристрій, що призначений для спостерігання і вимірювання параметрів сигналів, запису або фотографування електричних процесів, що змінюються в часі.

За принципом дії осцилографи поділяються на: магнітоелектричні (світлові); електронні. Принцип дії магнітоелектричних осцилографів базується на використанні чутливих магнітоелектричних гальва-нометрів, робота яких основана на взаємодії провідника, по якому протікає досліджуваний струм, з магнітним полем постійного магніту.

Всі електронні осцилографи відносяться до підгрупи “С”: С1 – осцилографи універсальні; С2 – вимірювачі коефіцієнта амплітудної модуляції (модулометри); С3 – вимірювачі девіації частоти (девіометри); С4 – аналізатори спектра; С6 – вимірювачі нелінійних спотворень; С7 – осцилографи швидкісні і стробоскопічні; С8 – осцилографи запам`ятовуючі; С9 – осцилографи спеціальні (наприклад, С9-52 - телевізійний).

Класифікація осцилографів За кількістю одночасно досліджуваних сигналів (однопроменеві, двопроменеві, багатопроменеві, одноканальні, двоканальні); За шириною смуги пропускання (ШС; ВС; універсальні); За характером досліджуваного сигналу (гармонічні, імпульсні, стробоскопічні, універсальні); За точністю (І; ІІ; ІІІ; ІV класу точності).

2. Принцип побудови типового електронного осцилографу Принцип дії електронного осцилографа базується на взаємодії електронного променя електронно-променевої трубки з електронним полем сигналів, що діють на відхиляючих пластинах трубки. Основні елементи типової структурної схеми осцилографа: ЕПТ, яка містить в собі системи відхилення променя по вертикалі, горизонталі, фокусування та керування потоком променя.

Канал вертикального відхилення (канал “Y”) (містить вхідні кола, попередній підсилювач, лінію затримки, вихідний підсилювач). Канал горизонтального відхилення (канал “Х”) (містить генератор часової розгортки, пристрій синхронізації та запуску розгортки, вихідний підсилювач). Канал керування яскравістю (канал “Z”) Вмонтовані калібрувальні пристрої (призначені для калібрування коефіцієнтів відхилення та розгортки). Блок живлення осцилографа.

Канал вертикального відхилення Y Основні технічні характеристики каналу: а) смуга пропускання 0-50 МГц; б) діапазон амплітуд 15 мВ-60 В; в) мінімальна тривалість досліджуваного сигналу 35 нс; г) коефіцієнт відхилення має 11 ступенів, від 0,005 до 10 V/діл; д) вхідний опір 1 МОм; е) вхідна ємність 25 пФ; є) відносна похибка вимірювання напруги 5%.

Склад каналу Y: вхідний атенюатор; підсилювач попередній; фазоінвертор; лінія затримки; підсилювач вихідний; підсилювач синхронізації попередній.

Призначення елементів: Аттенюатор вхідний призначений для ослаблення вхідного сигналу і являє собою частотно-компенсовані подільники напруги. Канал Y має відкритий вхід  (на вхід попереднього підсилювача проходить змінна і постійна складові досліджуваного сигналу) і закритий  (досліджуваний сигнал проходить через конденсатор С1, який пропускає на вхід підсилювач тільки змінну складову сигналу).

Попередній підсилювач Y призначений для підвищення чутливості каналу вертикального відхилення променя осцилографа. Фазоінвертор Y перетворює вхідний сигнал в двотактний вихідний сигнал (для усунення явища астигматизму).

Лінія затримки забезпечує затримку досліджуваного сигналу, який подається на вертикально-відхиляючі пластини на 140 нс відносно початку розгортки. Вихідний підсилювач забезпечує остаточне підсилення сигналу. Попередній підсилювач синхронізації призначений для підсилення внутрішніх сигналів синхронізації.

Канал горизонтального відхилення Х В склад каналу Х входять такі елементи: вхідний пристрій; повторювач емітерний вхідний; схема синхронізації; генератор розгортки; підсилювач попередній; фазоінвертор; підсилювач вихідний.

Основні технічні характеристики смуга пропускання від 20 Гц до 3 МГц; значення коефіцієнта розгортки від 0,01 мкс/под до 50 мс/под; вхідний опір 1 МОм; вхідна ємність 50 нФ; відносна похибка вимірювань часових інтервалів 5%.

Призначення елементів Вхідний пристрій – забезпечує вибір джерела синхронізації, а також режим відкритого та закритого входів. Емітерний повторювач здійснює узгодження вихідного опору попереднього підсилювача (при внутрішній синхронізації) або вихідного опору зовнішнього джерела синхронізуючих імпульсів (при зовнішній синхронізації) з вхідним опором схеми синхронізації.

Схема синхронізації виробляє імпульс запуску з “крутим” фронтом стабільної амплітуди, чим забезпечується стійка робота генератора розгортки. Генератор розгортки виробляє лінійну пилкоподібну напругу, яка необхідна для отримання розгорнутого зображення на екрані ЕПТ.

Підсилювач попередній підсилює пилкоподібну напругу, що поступає з генератора розгортки. Фазоінвертор Х перетворює вхідний сигнал в двотактний. Вихідний підсилювач Х забезпечує остаточне підсилення пилкоподібної напруги.

Канал керування яскравістю (канал Z) До складу каналу входить підсилювач Z, який дозволяє отримати на екрані ЕПТ яскраві риски при подачі на його вхід зовнішніх сигналів. Знаючи період сигналу на вході, можна визначити тривалість досліджуваного процесу. За допомогою підсилювача Z здійснюється керування яскравістю та підсвічування променя ЕПТ.

Електронно-променева трубка В електронних осцилографах застосовують електронно-проме-неву трубку з електростатичним керуванням та формуванням променя, що забезпечує найбільш швидку дію при малому споживанні потужності.

Склад ЕПТ: катодний вузол, що включає катод та розжарювач; електрод управління густиною пучка електронів (модулятор); група електродів, що виконують функцію прискорення та фокусування променя; дві пари пластин для утворення електричного поля, яке відхиляє електронний промінь за вертикальними та горизонтальними координатами; група електродів для утворення електричного поля, яке прискорює електрони променя після відхилення; екран з люмінесцентним покриттям, який перетворює кінетичну енергію електронів променя в світлове випромінювання.

Калібратор амплітуди та тривалості Калібратор призначений для формування сигналів з відомими амплітудою та часовими параметрами. Калібратор є джерелом зразкових сигналів і дозволяє проводити вимірювання із заданою точністю. Параметри калібратора: f=1кГц; Um=20мВ – 50 В.

Блок живлення Блок живлення призначений для постачання необхідних напруг всім системам осцилографа. Блок живлення складається із двох пристроїв: високовольтного блока постачання, який видає необхідну високу напругу для живлення електродів ЕПТ; низьковольтного джерела напруг для інших вузлів.

3. Осцилограф універсальний С1-65А Призначений для дослідження форми електричних сигналів шляхом візуального спостереження і вимірювання їх амплітудних і часових параметрів.

Склад функціональної схеми канал вертикального відхилення (Y); канал горизонтального відхилення (Х); калібратор; підсилювач Z; електронно-променева трубка (ЕПТ).

Канал вертикального відхилення Y До складу каналу Y входять такі елементи: вхідний атенюатор; підсилювач попередній; фазоінвертор; лінія затримки; підсилювач вихідний; підсилювач синхронізації попередній.

Канал горизонтального відхилення Х До складу каналу Х входять такі елементи: повторювач емітерний вхідний; схема синхронізації; генератор розгортки; підсилювач попередній; фазоінвертор; підсилювач вихідний.