Измерения с помощью цифрового запоминающего осциллографа (Отчет по лабораторной работе № 3.1)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Кислер Дмитрий Владимирович

ОТЧЕТ

О лабораторной работе № 3.1

«Измерения с помощью цифрового запоминающего осциллографа»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 7361

Преподаватель измерительного практикума

_________________ Климкин В.Ф.

«__»_____________ 2007 г.

Новосибирск, 2007 г.

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).

В цифровых запоминающих осциллографах сигналы с входов (1) предварительно преобразуются в цифровую форму с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя – 2), т.е. "превращаются" в таблицу дискретных значений, которая сохраняется в памяти (3), а затем после преобразования микропроцессором (4) воспроизводится на экране (5). Экраном служит обычный жидкокристаллический дисплей с диагональю 145 мм и разрешением 320 пикселов по горизонтали на 240 по вертикали.

1.2.  Основные функциональные узлы осциллографа

1.  Устройство запуска развертки и синхронизации сигнала – устройство, "запускающее" развертку в точно заданный момент времени.

2.  Генератор развертки – устройство, осуществляющее развертку сигнала вдоль оси X по времени.

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. При таком режиме оба сигнала U₁ и U₂  предварительно "оцифровываются" и заносятся в память в виде сигналов U₁(t) и U₂(t), а затем уже второй сигнал U₂(t) используется в качестве сигнала развертки дисплея

3.  Блок входного усилителя канала (рис. 2): 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 DC) и режим "закрытый вход" (AC).

В режиме исследования сигнала с постоянной составляющей важно знать действительное положение уровня нулевого напряжения. Для его определения на переключателе режима входа есть третье положение, обозначаемое надписью ground . В этом режиме вход усилителя (но не входной сигнал!) “закорачивается”, что позволяет определить расположение линии нулевого уровня сигнала.

2.  Задание №1. Получение фигур Лиссажу