06_Осциллограф

Красный вывод кабеля осциллографа следует подсоединять к красной клемме генератора ГЗЧМ, а черный вывод к синей клемме «┴».

Проверка работоспособности осциллографа:

1. Установить в исходное положение органы управления осциллографа согласно таблице 1. Подключить двухпроводный кабель к генератору («генератор звуковой частоты / метроном», ГЗЧМ).

2. Включить питание осциллографа и дать прогреться в течение 5 минут.

3. Проверка яркости свечения луча.

Установить переключатель «+\ – \ X» в положение X. На экране появится точка. Вращение ручки «ЯРКОСТЬ» по часовой стрелке должно приводить к увеличению яркости, против – к уменьшению.

4. Проверка фокуса.

Вращением ручки «ФОКУС» установить минимальный размер точки на экране.

5. Проверка возможности перемещения луча.

Вращение ручек «↔» и «↕» приводит к перемещению луча влево-вправо и вверх-вниз.

6. Проверка функционирования возможности регулировки канала вертикального отклонения:

- установить переключатель «+\ – \ X» в положение «+»;

- отсоединить генератор от осциллографа, подать сигнал от встроенного в осциллограф калибратора (генератор электрических колебаний прямоугольной формы с размахом 0,5 В и частотой 1 кГц или периодом 1 мс, вывод калибратора на передней панели осциллографа) на вход Y осциллографа (произвести соприкосновение красного вывода кабеля с выводом калибратора);

- вращение ручек «ВОЛЬТ/ДЕЛ» должно приводить к изменению амплитуды сигнала.

7. Проверка функционирования возможности регулировки канала горизонтального отклонения.

Вращение ручек «ВРЕМЯ/ДЕЛ» должно приводить к изменению скорости развертки.

8. Проверка работы режимов развертки:

- присоединить посредством кабеля генератор электрических колебаний к осциллографу.

- установить переключатель «АВТО/ЖДУЩ/ТВ» в положение «АВТО», появится линия развертки;

- установить переключатель «АВТО/ЖДУЩ/ТВ» в положение «ЖДУЩ» линия развертки исчезнет;

- подать сигнал от генератора звуковой частоты на вход Y осциллографа (кнопка включения генератора на его задней панели), при вращении ручки «УРОВЕНЬ» появится линия развертки;

- вернуть переключатель «АВТО/ЖДУЩ/ТВ» в исходное положение.

9. В режиме отображения сигналов реального времени может реализовываться режим X-Y (режим наблюдения фигур Лиссажу). Для его включения:

- перевести переключатель «+\–\X» в положение «X». Входы распределятся следующим образом:

X-ось (горизонтальная) - вход внешней синхронизации;

Y-ось (вертикальная) - вход Y осциллографа.

- ручками положения луча по горизонтали и вертикали установить изображение в необходимую часть экрана.

- переключателем «ВОЛЬТ/ДЕЛ» установить необходимый размер изображения по оси Y. Размер изображения по оси X в этом режиме регулировать не возможно, коэффициент отклонения при этом составляет k_X=0,5 В/дел.

Измерение временных параметров сигнала производится следующим образом:

- переключателями «ВРЕМЯ/ДЕЛ» выбрать коэффициент развертки k_X так, чтобы изображение измеряемого временного интервала имело максимальный размер в пределах экрана ЭЛТ.

- определить длину измеряемого участка X по шкале ЭЛТ (в больших делениях, учитывая доли делений).

- рассчитать величину измеряемого временного интервала, умножив длину измеренного участка на значение установленного коэффициента развертки

t=Xk_X. (4)

Измерение амплитудных параметров сигнала проводится следующим образом:

- переключателем «ВОЛЬТ/ДЕЛ» установить коэффициент отклонения k_Y таким, чтобы изображение измеряемого участка сигнала имело максимальный размер в пределах рабочей части экрана ЭЛТ.

- определить длину измеряемого участка Y по шкале ЭЛТ;

- рассчитать амплитуду измеряемого участка сигнала, умножив длину измеренного участка (в больших делениях, учитывая доли делений) на значение установленного коэффициента отклонения

U=Yk_Y. (5)

В исходном состоянии осциллограф не откалиброван и с помощью него не возможно точно определять амплитудные и временные характеристики колебаний. У осциллографа имеется встроенный калибратор, генерирующий электрические колебания прямоугольной формы (рис. 8) с размахом 0,5 В и частотой 1 кГц или периодом 1 мс (погрешность 2%). Вывод калибратора на передней панели осциллографа.

Рис. 8 – Прямоугольный сигнал калибратора

Калибровка осциллографа:

- установить органы управления осциллографом в исходное положение (таблица 1);

- подсоединить вывод калибратора к каналу Y осциллографа;

- ручками «ПЛАВНО» «↔» и «↕» совместить изображение сигнала с линиями шкалы, так чтобы считываемые значения амплитуды и периода со шкалы осциллографа соответствовали значениям, генерируемым калибратором (размах 0,5 В, период 1 мс). После калибровки ручки «ПЛАВНО» в дальнейшем трогать не рекомендуется во избежание проведения новой калибровки.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Во время выполнения лабораторной работы требуется ознакомиться с основными настройками осциллографа, проверить работоспособность всех органов управления, откалибровать его и провести измерения амплитудных и временных характеристик гармонического сигнала, подаваемого на вход Y осциллографа с генератора звуковой частоты.

В работе в качестве источника входного сигнала используется «генератор звуковой частоты / метроном» (ГЗЧМ). Основные технические характеристики генератора таковы:

- диапазон частот 0,1 Гц-100 кГц;

- выходные сигналы гармонический, пилообразный, прямоугольный;

- выходное напряжение от 0 до10±0,25 В;

- выходной ток 0-1 А.

Погрешность частоты на табло генератора составляет ±10%.

Осциллограф типа ОСУ-10А поставляется с кабелем для подключения к электрической сети и с двумя кабелями для подключения исследуемых сигналов к каналам X и Y. Погрешность осциллографического способа измерения для ОСУ-10А составляет 3% согласно паспортным данным.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Ознакомиться с устройством, принципом работы осциллографа, мерами безопасности при работе и с осциллографическим способом измерений (п.п. 1-2).

3.2. Получить принадлежности у преподавателя. Приборы и принадлежности: осциллограф, генератор звуковой частоты ГЗЧМ, соединительный кабель.

3.3. Подготовить генератор ГЗЧМ к работе. Для этого необходимо: переключатель диапазона частот установить в положение менее 100 Гц; ручку плавной регулировки частоты установить в среднее положение; ручку выбора формы сигнала установить в положение, обеспечивающее режим гармонического сигнала; ручку «АМПЛИТУДА» в положение 1-2 В.

3.4. Подготовить осциллограф к работе. Для этого следует установить его органы управления, настройки и подключения согласно таблице 1

3.5. Проверить работоспособность осциллографа (п. 1.3).

3.6. Провести калибровку осциллографа (п. 1.3).

3.7. Подать сигнал с генератора ГЗЧМ на вход Y осциллографа.

3.8. Переключателями «ВОЛЬТ/ДЕЛ», «ВРЕМЯ/ДЕЛ» получить изображение сигнала (1-2 периода). В случае нестабильного сигнала стабилизировать ручкой «УРОВЕНЬ».

1.3.9. Определить значение коэффициента отклонения k_Y с переключателя «ВОЛЬТ/ДЕЛ» и значение коэффициента развертки k_X с переключателя «ВРЕМЯ/ДЕЛ». Записать коэффициенты в таблицу 2.

Таблица 2

Осциллографический метод измерений

kY, В/дел	kX, мс/дел	Y, дел	U, В	X, дел	T, мс
νген= … Гц =…Гц

3.10. Определить амплитуду изучаемого сигнала Y и период колебаний X с экрана осциллографа в больших делениях. Записать результат в таблицу 2.

3.11. Определить частоту ν_ген изучаемого сигнала с генератора ГЗЧМ. Записать результат в таблицу 2.

3.12. Зарисовать изображение сигнала с осциллографа на миллиметровую бумагу в масштабе.

3.13. Рассчитать амплитуду сигнала и период колебаний, соответственно U в вольтах и T в секундах

U= Yk_Y, (6)

T=Xk_X._.

Записать результат в таблицу 2.

3.14. Рассчитать частоту ν по формуле

=1/T. (7)

Сравнить результат измерения частот  и _ген. Сделать соответствующие выводы.

3.15. Показать результаты измерения преподавателю.

3.16. Переключатель диапазона частот генератора установить в положение более 100 кГц. Ручку «АМПЛИТУДА» генератора в положение более 5 В.

3.17. Повторить п. 3.8-3.15. и заполнить таблицу 3 для установленной частоты.

Таблица 3

Осциллографический метод измерений

kY, В/дел	kX, мкс/дел	Y, дел	U, В	X, дел	T, мкс
νген= … кГц =…кГц

3.18. Показать результаты измерений преподавателю.

3.19. Выключить приборы.

3.20. Сдать принадлежности преподавателю.

3.21. Сформулировать выводы. Оформить отчет по лабораторной работе.

4. Контрольные вопросы

4.1. Устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки.

4.2. Основные блоки электронного осциллографа и их назначение.

4.3. Принцип работы делителя напряжения.

4.4. Как формируется изображение исследуемого сигнала на экране осциллографа?

4.5. В чем заключается проблема синхронизации? Как осуществляется синхронизация в осциллографе?

4.6. Принцип образования осциллограммы в режиме фигур Лиссажу.

4.7. Как проводится измерение временных параметров исследуемого сигнала.

4.8. Как проводится измерение амплитудных параметров исследуемого сигнала.

4.9. Как проводиться калибровка осциллографа?

5. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

5.1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: учеб. пособие для втузов.– 2-е изд., испр. и доп.– М.: Высш. шк., 1999.– 718 с.: ил.

5.2. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. Пособие: в 3-х т. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., испр. –М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. –496 с.: ил.

5.3. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов.– 5-е изд., стер.– М.: Высш. шк., 1998.– 542 с.: ил.

5.4. Лабораторные занятия по физике: учебное пособие/ Гольдин Л.Л. и др.; под ред. Гольдина Л.Л.–М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983.–704 с.

5.5. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов/ Н.Н. Евтихеев и др.; под общ. ред. Н.Н. Евтихеева.–М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.: ил.

5.6. ГОСТ 8.417-2002 Единицы физических величин.

5.7. ГОСТ 8.207-76 Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов измерений. Основные положения.

5.8. ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам.

5.9. Лабораторный практикум по электрическим и магнитным явлениям: учебное пособие для студентов всех специальностей всех форм обучения /Орлов В.Л. и др., под ред. Хаустовой В.И.; Алт. гос. тех. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2005.–174 с.

5.10. Зеленский В.И. Руководство к лабораторным работам по физике.–Ханты-Мансийск. –2004.–30 с.

5.11. Вводный практикум / Под ред проф. А.Д. Афанасьева.–Иркутск: Иркутский ун-т, 2004.–63 с.

(http://www.physdep.isu.ru/obsh/method/mechanics/01_vvodn_practicum.pdf)

17