Сциллографические измерения.

ЛЕКЦИЯ 13

Наблюдение формы сигнала. Поскольку измерение параметров сигналов при исследовании их формы с помощью осциллографа осуществляется по осциллограммам, принципиальное значение имеют неискаженное воспроизведение осциллограмм и возможность детального исследования их. Для этого нужно, выбрав осциллограф, подключить его к источнику сигнала, установить оптимальные размеры и яркость осциллограммы, выбрать соответствующий режим работы и вид синхронизации, прокалибровать (т. е. установить требуемые значения kb и kp).

Наблюдение нескольких сигналов. В практике радиотехнических измерений часто необходимо наблюдать два и более сигналов одновременно для их сопоставления. Для этого используют чаще всего двух- или однолучевые осциллографы, снабженные коммутатором.

Основой двухлучевого осциллографа является специальная электронно-лучевая трубка с двумя электронными прожекторами, создающими два независимых луча, двумя парами отклоняющих пластин и одним экраном. Регулировки положения лучей, фокусировки и яркости выполнены отдельно для каждого луча. Частоты наблюдаемых сигналов должны быть равными или кратными, т. к. только при этом условии осциллограммы будут неподвижными относительно друг друга.

Рассмотрим более подробно наблюдение нескольких сигналов с помощью однолучевого осциллографа. Изобразим электронный коммутатор однолучевого осциллографа.

Исследуемые напряжения U1 (t) и U2 (t) подаются на входы усилителей коммутатора, выход которого соединяется с входом вертикального отклонения осциллографа (рис. 17). На экране появляются две осциллограммы, т. к. усилители поочередно пропускают усиленные сигналы. Для получения неподвижных осциллограмм напряжение ГР осциллографа нужно синхронизировать с сигналом более низкой частоты. Коммутирующая частота может быть выше и ниже частоты сигналов. Если частота коммутации ниже частоты сигнала, то за один полупериод коммутации на экране осциллографа успеет уложиться несколько периодов сигнала, и осциллограмма будет казаться непрерывной (рис. 16). В противном случае осциллограммы получаются пунктирными, т. к. каждому периоду сигнала соответствует несколько переключений (рис. 17).

Рис. 17. Осциллограммы получающиеся, если усилители поочередно пропускают усиленные сигналы.

Рис. 18. Режим "" Рис. 19. Режим "…".

 

Измерение амплитуды и длительности сигнала. Амплитуда сигнала (напряжение) определяется по формуле

Uy=hy*k ,

где hy - число делений на экране , на которое отклоняется луч ,

kb - коэффициент отклонения, с помощью которого выбирается удобный для анализа вид осциллограммы, т. е. kb является практически ценой деления шкалы экрана ЭЛТ.

Длительность сигнала определяется по формуле:

τ=hx*kp ,

где hx - размер исследуемого участка осциллограммы ,

kp - коэффициент развертки.

 

Измерение частоты и фазы.

Первый способ. Частоту ƒ определяется косвенно по формуле,

ƒ = l/T

где Т- период, измеренный с помощью осциллографа.

Второй способ. Частоту можно определить с помощью фигур Лиссажу. Их вид зависит от кратности частот, соотношения амплитуд напряжений и фазового сдвига между ними. Пусть амплитуды напряжений равны, тогда рекомендуют следующее правило: через изображение фигуры мысленно проводится вертикальные и горизонтальные линии так, чтобы они пересекались с узлами фигуры. Числа пересечения вертикальной линии с линиями фигуры (ny) и горизонтальной линии (nx) связаны с ƒ0 и ƒx соотношением

ny ƒ0 = nx ƒx ,

откуда по результатам подсчета ny и nx и известной частоте ƒ0 , легко находится искомое значение fx .

Третий способ. Метод круговой развертки. Его применяют при большой кратности сравниваемых частот. В этом случае два равных напряжения Ux и Uy низкой частоты ƒx с фазовым сдвигом 90 градусов падают на оба входа осциллографа в режиме "X-Y". Под действием этих напряжений луч на экране описывает окружность с частотой напряжений Ux и Uy . Напряжения измеряемой частоты падают к электроду, модулирующему яркость электронного луча (канал Z). При кратности частот на экране будет изображение окружности в виде штриховой линии. Число темных или светлых штрихов п равно кратности частот, откуда ƒx = n*ƒ0 .

 

Использование осциллографа в качестве характериографа ( режим "X-Y").

Примерами могут служить наблюдение вольт-амперных характеристик нелинейных элементов (транзисторы, диоды и другие), петель гистерезиса магнитных и пьезоэлектрических материалов и элементов с их содержанием.

В качестве примера рассмотрим исследование ферромагнитных материалов осциллографическим методом. На образец исследуемого материала, выполненного в виде тороида, нанесены две обмотки с числами витков ω1 и ω2 . Через обмотку ω1, последовательно с которой включен резистор R0 , пропускается ток I0 , создающий определенное значение напряженности Н магнитного поля. Следовательно, падение напряжения на R0 , равное Uh =I*Ro , будет пропорционально значению Н. Это напряжение подключается к входу Х осциллографа, а на вход Y подается напряжение с выхода интегрирующей RC- цепи, играющей роль нагрузочного сопротивления

Рис. 17.

для второй обмотки ω2 . Доказано, что .

Таким образом, электронный луч будет периодически записывать на экране ЭЛТ изображение зависимости B=f(H). K1 и K2 - управляемые ключи, позволяющие наносить на осциллограмму B=f(H) соответственные оси координат.