Сборник лабораторных работ к изданию

Лабораторная работа № 4

Измерение параметров сигналов с помощью осциллографа.

1.Тема: Измерение параметров сигналов с помощью осциллографа.

2.Требования к знаниям:

Студент должен:

Иметь представление:

-О назначении осциллографа и области его применения.

-О скоростных и запоминающих осциллографах.

-Об использовании двухканальных и двулучевых осциллографов.

Знать:

-Методы измерения амплитуды сигнала с помощью осциллогра-

фа.

-Методы измерения частоты с помощью осциллографа.

Уметь:

-Подготовить осциллограф к работе.

-Определять параметры сигнала помощью осциллографа.

Иметь навыки:

-Практического использования осциллографов.

3.Цель:

3.1.Закрепить навыки работы с электронным осциллографом.

3.2.Изучить методику измерения параметров электрических сигналов электронным осциллографом.

3.3.Приобрести практические навыки измерения параметров электриче-

ских сигналов электронным осциллографом.

4.Литература:

4.1.«Электрорадиоизмерения» под редакцией А.С. Сигова М. Форум – Инфра-М 2004г.

-51 -

4.2. «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах» под редакцией Б. Н. Тихонова. М.: Горячая линия - Телеком

2007г.

4.3. Техническое описание осциллографа С1-65.

4.4.Описание лабораторной работы № 4.

5.Подготовка к работе:

5.1.Изучить (повторить) Теоретический материал об измерении пара-

метров электрических сигналов с помощью осциллографа. [1] § 5.5.

5.2.Ознакомиться с устройством и особенностями осциллографа С1-65.

5.3.Подготовить бланк отчета:

5.3.1.Титульный лист.

5.3.2.Цель работы.

5.3.3.Основные технические данные осциллографа С1-65.

5.3.4.Структурная схема осциллографа С1-65 рисунок 4.5.

5.3.5.Схемы измерений [4] рисунки 4.1, 4.3.

5.3.6.Формы протоколов измерений. [4] Таблицы 4.1, 4.2.

5.4.Контрольные вопросы допуска:

5.4.1.Какие параметры сигнала можно измерить с помощью осцилло-

графа.

5.4.2.Запишите формулы, по которым определяют амплитуду, период и частоту сигнала.

5.4.3.Поясните принцип измерения амплитуды колебаний электриче-

ских сигналов с помощью осциллографа.

5.4.4.Поясните принцип измерения периода колебаний электрических сигналов.

5.4.5.Поясните, как подготовить осциллограф к работе.

6.Основное оборудование:

6.1.Осциллограф С1-65.

6.2.Электронный вольтметр В3-38.

-52 -

6.3. Измерительный генератор Г3-111.

7.Задание:

7.1.Изучить структурную схему и конструкцию осциллографа С1-65.

7.2.Измерить амплитуду колебаний сигнала синусоидальной формы.

7.3.Измерить период и определить частоту сигнала синусоидальной формы.

7.4.Измерить параметры импульсного сигнала.

8.Порядок выполнения работы.

8.1.Изучение конструкции осциллографа

8.1.1. Пользуясь техническим описанием изучите назначение и распо-

ложение всех органов управления прибором.

8.1.2 Увяжите органы управления с их обозначениями на структурной схеме.

8.2. Измерение амплитуды колебаний сигнала синусоидальной фор-

мы (исходные данные задает преподаватель).

8.2.1. Подайте исследуемый сигнал с генератора на вход Y осцилло-

графа, используя схему рисунок 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема измерения напряжения исследуемого сигнала. 8.2.2. Установите на выходе генератора напряжение, указанное пре-

подавателем (частота сигнала выбирается произвольно).

8.2.3. Подберите положение переключателя V/дел. на осциллографе так, чтобы размер изображения по вертикали был в пределах рабо-

чей области экрана.

8.2.4. Подберите положение переключателя Время/дел. так, чтобы на экране укладывалось 2-3 периода исследуемого сигнала.

- 53 -

Рисунок 4.2 - Изображение на экране осциллографа.

8.2.5. Добейтесь устойчивого изображения на экране ЭЛТ регули-

ровками «уровень синхронизации» и «стабильность». 8..2.6. По размерам изображения на экране рисунок 4.2 определите

амплитуду сигнала по формуле 4.1:

Um – Амплитуда измеряемого сигнала.

ny – Число делений соответствующих, размаху сигнала.

Uk – Положение переключателя V/дел., определяющее коэффициент отклонения по вертикали.

8.2.7.Определите среднее квадратическое значение напряжения по формуле 4.2.

8.2.8.Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности по формулам 4.3, 4.4

U U UГ

Измерения повторите для других значений напряжения, заданных

преподавателем. Результаты записать в таблицу 4.1.

- 54 -

Таблица 4.1.

Измерение амплитуды сигнала синусоидальной формы

Измеряемый сигнал UГ (в) (Генератор)

Размах сигнала ny (дел)

Коэффициент отклонения Uк (U/дел)

Амплитуда сигнала Um (В)

Среднее квадратическое значение напряжения U (В)

Абсолютная погрешность U (В)

Относительная погрешность δ %

8.3. Измерение периода и частоты исследуемого сигнала (исход-

ные данные для проведения(4.3)измерений задает преподаватель). 8.3.1. Подайте исследуемый сигнал с генератора на вход Y осцилло-

графа, используя схему рисунок 4.3.

Рисунок 4.3 - Схема измерения периода сигнала с помощью осциллогра-

фа.

8.3.2. Установите на выходе генератора значение частоты, указанное преподавателем (напряжение сигнала может быть произвольным).

8.3.3. Подберите положение переключателя время/деление на осцил-

лографе так, чтобы на экране наблюдалось 2-3 синусоиды исследуемого сигнала.

8.3.4. Добейтесь устойчивого изображения на экране ЭЛТ регули-

ровкой «синхронизация уровень».

8.3.4. По размерам изображения на экране рисунок 4.2, определите период сигнала по формуле 4.5:

- 55 -

Тх – Период исследуемого сигнала.

nx – Количество делений, соответствующих периоду сигнала.

Tk - Положение переключателя вольт/деление.

8.3.5. Определите частоту сигнала, зная его период формуле 4.6:

x Tx

8.3.6. Повторите измерения для других значений, заданных препода-

вателем. Результаты измерений занесите в таблицу 4.2.

Таблица 4.2.

Измерение периода и частоты сигнала синусоидальной формы

Измеряемый сигнал f (кГц) (Генератор)

Длина периода nx (дел)

Коэффициент развертки Tk (время/дел)

Период сигнала Tx (mS)

Частота сигнала fx (кГц)

Абсолютная погрешность f (кГц)

Относительная погрешность δ %

8.3.8.Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности по фор-

мулам 4.7, 4.8

абсолютная погрешность

относительная погрешность

8.3.9.Результаты расчетов запишите в таблицу 4.2.

-56 -

9. Содержание отчета.

9.1. Технические данные осциллографа.

9.2. Изображение сигналов полученных на экране осциллографа.

9.3. Таблица с результатами измерений.

10.Контрольные вопросы зачета.

10.1.Назначение осциллографа. Какие параметры сигнала можно измерить с помощью осциллографа?

10.2.Виды осциллографов. Их классификация?

10.3.Поясните назначение блоков структурной схемы осциллогра-

фа?

10.4. Каковы основные характеристики осциллографа, определяю-

щие возможность его применения для проведения измерений.

10.5.Назначение и принцип действия генератора развертки?

10.6.Поясните особенности работы двухканального осциллографа?

10.7.Какие параметры импульсного сигнала можно измерить с по-

мощью осциллографа?

10.8.Поясните назначение переключателя V/дел?

10.9.Поясните назначение переключателя время/дел?

10.10.Для чего используется вход «X»?

- 57 -

Приложение 4.1

к лабораторной работе № 4.

ОСЦИЛЛОГРАФ С1-65.

1. НАЗНАЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА.

Осциллограф С1-65 однолучевой прибор (рисунок 4) предназна-

чен для наблюдения электрических сигналов на экране ЭЛТ и изме-

рения их временных и амплитудных параметров.

Рисунок 4.4 - Лицевая панель осциллографа С1-65А

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Диапазон измеряемых напряжений 15 мВ – 60 В.

Диапазон измеряемых интервалов времени 50 нс – 500 мс.

Полоса пропускания осциллографа 0 – 35 МГц.

Входной импеданс 1,0 МОм.

Вход открытый или закрытый с разделительной емкостью 33нф.

Погрешность измерения:

Амплитуды синусоидальных сигналов ± 5%;

Амплитуды импульсов ± 5%;

Интервалов времени ± 5%.

- 58 -

3. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ОСЦИЛЛОГРАФА.

Рисунок 4.5 - Структурная схема осциллографа С1-65.

Однолучевой осциллограф С1-65 построен по классической схе-

ме. Синхронизация развертки осуществляется сигналом любой по-

лярности от внутреннего и внешнего источника сигнала. Прибор может работать в режиме «X-Y». Режим работы «X-Y» реализуют,

подключая предварительный усилитель канала II к оконечному уси-

лителю горизонтального отклонения или подавая сигнал отклонения по горизонтали на специальный вход X. При первом способе пара-

метры канала отклонения по горизонтали аналогичны параметрам канала I.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1.Измерение переменного напряжения

Для измерения переменного напряжения выполните следующие опера-

ции:

4.1.1.Подайте сигнал на гнездо « » усилителя Y;

4.1.2.Установите переключатель «V/ДЕЛ.» так, чтобы сигнал на экране ЭЛТ занимал около 7 делений;

-59 -

4.1.3.Установите тумблер « » в положение «».

4.1.4.Установите ручкой «УРОВЕНЬ» устойчивое изображение. Уста-

новите переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» в положение, при котором на экране наблюдается несколько периодов исследуемого сигнала;

4.1.5. Установите ручку «» так, чтобы нижний уровень сигнала совпа-

дал с одной из нижних линии сетки, а верхний уровень находился в пределах рабочей части экрана. Сместите ручкой « » изображение таким образом, чтобы верхний уровень сигнала находился на цен-

тральной вертикальной линии рисунок 4.6. Максимум должен нахо-

диться на градуированной вертикали.

nx

Рисунок 4.6. - Измерение полного размаха сигнала

4.1.6. Измерьте расстояние в делениях между крайними точками размаха сигнала. Ручка «ПЛАВНО» должна быть установлена в положение

«▼».

4.1.7. Определите значение амплитуды сигнала по формуле 4.9.

Um 12 ny Uk (4.9.)

4.2.Измерение временных интервалов

Для измерения длительности сигнала между двумя его точками произведи-

те следующие операции:

4.2.1.Подайте сигнал на гнездо «» усилителя Y;

4.2.2.Установите переключатель «V/ДЕЛ.» в такое положение, чтобы изображение на экране составило около 5 делений;

-60 -