Измерение с помощью электронно-лучевого осциллографа (Отчет по лабораторной работе № 3.2)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Кислер Дмитрий Владимирович

ОТЧЕТ

О лабораторной работе № 3.2

«Измерение с помощью электронно-лучевого осциллографа»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 7361

Преподаватель измерительного практикума

_________________ Климкин В.Ф.

«__»_____________ 2007 г.

Преподаватель компьютерного практикума

_________________ Бордзиловский С.А.

«__»_____________ 2007 г.

Новосибирск, 2007 г.

 Аннотация. Данная работа посвящена исследованию характеристик тока при помощи электронно-лучевого осциллографа при изучении затухающих колебаний на релаксационном генераторе и измерении длины длинной линии. Исследование проводилось непосредственным наблюдением за изменениями характеристик тока. В результате были измерены напряжения гашения и зажигания на неоновой лампе релаксационного генератора. и длина длинной линии и установлены ошибки измерения, которые связаны с приборной погрешностью и точностью расчета.

1.  Введение

Цель работы – понять основные принципы действия электронно-лучевого осциллографа и научиться использовать его для наблюдения и измерения характеристик электрических сигналов.

1.1.  Краткая теория

Осциллограф – это прибор для наблюдения формы сигналов и измерения их амплитудных, фазовых и временных характеристик. Исследуемые с помощью осциллографа величины могут быть любой природы – ток, магнитное поле, давление, температура, освещенность, перемещение, время и т.д., но для наблюдения с помощью осциллографа они должны быть предварительно преобразованы в электрическое напряжение.

Осциллографы предназначены для исследования функциональных зависимостей двух типов:

• во-первых, зависимостей типа U = F(t), т. е. изменения сигнала во времени (наблюдение формы и измерение параметров: амплитуды U_A, периода Т, начальной фазы φ₀, угла наклона k и т.д.) периодических или одиночных сигналов U(t);

• во-вторых, U₁ = F(U₂), т. е. зависимости одной функции U₁ от другой U₂ , причем обе функции могут являться, в свою очередь, функциями времени U_1,2 = F(t) (измерения с помощью фигур Лиссажу и получение вольтамперных характеристик какого-либо электронного устройства).

Основные функциональные узлы осциллографа (на рис. 1 имеют соответствующие номера):

1. Основная часть осциллографа – электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Данное устройство непосредственно преобразует  электрические сигналы в видимое излучение при соударении электронов о слой люминофора, покрывающего переднюю стенку ЭЛТ с внутренней стороны. Передняя стенка ЭЛТ служит экраном осциллографа.
2. Устройство запуска развертки и синхронизации сигнала – устройство, "запускающее" развертку в точно заданный момент времени. Конструктивно и схемотехнически это устройство может быть совмещено либо с блоком развертки, либо с блоком синхронизации, но его органы управления обычно размещены совместно с органами управления синхронизацией сигнала.
3. Генератор развертки – устройство, осуществляющее развертку сигнала вдоль оси X по времени. Данная развертка в электронно-лучевом осциллографе осуществляется заданием по оси Х линейно нарастающего (пилообразного, рис. 2) напряжения Uх = kt, что позволяет "прокалибровать" ось Х в единицах времени с характерным масштабом k.

Режимы генератора развертки:

1) Режим ждущей развертки. В этом режиме пилообразное напряжение генерируется не непрерывно, а каждое “сканирование” вдоль экрана начинается только тогда, когда исследуемый сигнал достигает определенной величины, зафиксированной устройством запуска и синхронизации сигнала.

2) Режим однократной развертки. В этом режиме генератор развертки генерирует только один период пилообразного напряжения.

3) Режим развертки внешним сигналом (режим XY). В этом режиме генератор развертки отключается, а развертка по оси Х осуществляется внешним сигналом.

4.  Блок входного усилителя канала (рис. 3): сигнал с входного разъема поступает на переключатель режима входа и далее на переключатель чувствительности, выделенные на рисунке пунктиром.

Суммарное сопротивление делителя переключателя чувствительности определяет величину входного сопротивления канала R_вх, которое должно быть как можно больше, что бы уменьшить влияние осциллографа на источник сигналов. Обычно величина R_вх различных осциллографов “стандартизована” и равна 1 МОм.

Пунктиром на рис. 3 изображена эквивалентная емкость входа осциллографа С_вх, которую выгодно иметь как можно меньше, а потому ее тоже "стандартизуют", доводя до величины С_вх = (20÷30) пф.

Необходимость переключения режимов входа вызвана тем, что переменные сигналы могут быть “истинно” переменными или иметь наряду с переменной также постоянную составляющую U₀. Чтобы в последнем случае можно было исследовать весь сигнал U(t) и отдельно его переменную составляющую U_п (с дополнительным усилением), предусмотрено два режима включения канала – режим “открытый вход” (обозначается символом ≃) и режим "закрытый вход" (~).