ОСЦИЛЛОГРАФ. Типичная схема. Подсказки — Elektrolife

Осциллограф представляет собой очень полезный и наиболее широко распространенный измерительный прибор. При обычном применении он позволяет «видеть» напряжения в схеме в виде функции времени. Запуск прибора производится всегда в определенной точке сигнала, поэтому имеется возможность наблюдать стационарное изображение.

Осциллограф, который здесь описан, обычно называют двухлучевым осциллографом с входом по постоянному току и внешним запуском. Существуют специальные телевизионные осциллографы и им подобные, существуют также осциллографы старых выпусков, которые нельзя использовать для проверки современных электронных схем.

Для наглядности работы прибора ниже показано несколько рисунков:

Блок-схемаТиповая передняя панель

Вертикальное отклонение луча

Если говорить о входах для сигналов, то в большинстве осциллографов предусмотрены два канала. Это очень удобно, так как часто интерес представляет соотношение между сигналами.

В каждом канале имеется калиброванный переключатель усиления, с помощью которого устанавливается масштаб ВОЛЬТ/ДЕЛЕНИЕ на экране осциллографа. Предусмотрена также ручка ПЕРЕМЕННОГО усиления (концентричная с переключателем коэффициента усиления), которая позволяет установить сигнал в таком виде, чтобы он занимал определенное число делений.

Предупреждение: при измерении напряжений ручка установки переменного усиления должна обязательно находиться в положении КАЛИБР! Об этом часто забывают. В более совершенных моделях осциллографов предусмотрены индикаторные лампы, которые указывают, что ручка регулировки переменного усиления не находится в положении КАЛИБР.

 Осциллограф имеет связи по постоянному току (

DC), и это очень важно: на экране отображается сигнал напряжения постоянного тока и только. Однако иногда интерес может представлять небольшой переменный сигнал, имеющий большое смещение в виде неизменного напряжения постоянного тока. В этом случае можно переключить вход на связь по переменному току (AC). При этом последовательно с входом подключится конденсатор, постоянная времени которого равна примерно 0,1 с.

В большинстве осциллографов имеется также заземленный вход, который позволяет определить, где находится на экране уровень 0 В. В положении

ЗЕМЛЯ сигнал не закорачивается на землю, а просто отключается от осциллографа, вход которого заземляется.

Входы осциллографа обычно обладают высоким импедансом (параллельное соединение сопротивления 1 МОм и емкости 20 пФ), как и должно быть в хорошем приборе для измерения напряжения. Универсальным и точным значением для входного сопротивления является 1,1 МОм, при этом можно использовать высокоомные щупы (об этом речь пойдет ниже). К сожалению, стандартизованного значения для параллельной емкости нет, и это вызывает некоторые неприятности при замене щупов.

В усилителях вертикального отклонения предусматривают возможность управления положением луча и возможность инвертирования сигнала, по крайней мере, на одном из каналов, а также переключатель

ВХ. РЕЖИМ. Последний позволяет наблюдать сигнал в любом из каналов, их сумму (разность при инвертировании сигналов) или оба канала сразу. Для наблюдения сигналов в обоих каналах предназначены два режима:

— режим

ЧЕРЕДОВАНИЕ, когда при следующих друг за другом развертках отображаются сигналы с альтернативных входов.

— режим

МЕТКИ, при котором луч быстро перемещается (0,1-1 МГц) туда и обратно между двумя сигналами.

Режим

ЧЕРЕДОВАНИЕ, как правило, предпочтительнее, за исключением наблюдений слабых сигналов. Иногда, для того чтобы убедиться в правильности своих наблюдений, полезно пронаблюдать сигналы и в том, и в другом режиме.

Горизонтальное отклонение луча

Сигнал вертикальной развёртки подается на схему вертикального отклонения и перемещает луч вверх и вниз по экрану. Сигнал горизонтальной развертки создается внутренним генератором пилообразного напряжения, обеспечивающим отклонение, пропорциональное времени.

Как и для усилителей вертикального отклонения, здесь предусмотрены калиброванный переключатель ВРЕМЯ/ДЕЛЕНИЕ и концентрическая с ним ручка ПЕРЕМЕННОГО усиления. Сформулированное ранее предупреждение распространяется и на этот случай.

Осциллографы в большинстве снабжены ручкой

х 10 УСИЛЕНИЕ (по горизонтали), один из входных каналов может быть использован для внешнего задания горизонтального отклонения (при этом получаются, например, всем известные и, как правило, бесполезные фигуры Лиссажу, которые любят авторы элементарных учебников и создатели научно-фантастических фильмов).

Схема запуска

Сигналы вертикального отклонения и горизонтальной развертки необходимы для построения графика зависимости напряжения от времени. Но, если сигнал горизонтальной развертки не будет перехватывать входной сигнал каждый раз в одной и той же точке (при условии, что входной сигнал является периодическим), то изображение будет представлять собой сплошную путаницу — входное колебание будет накладываться само на себя в различные моменты времени.

Схема запуска позволяет выбрать

УРОВЕНЬ и НАКЛОН (« + » или « — »), определяющие момент начала развертки. Если посмотреть на переднюю панель прибора, можно увидеть, что существует несколько вариантов выбора сигналов, поступающих на вход схемы запуска и несколько вариантов выбора режима ее работы.

В

НОРМАЛЬНОМ режиме развертка начинается только в том случае, когда выбранный сигнал проходит через установленную вами точку запуска и изменяется в выбранном направлении (имеется в виду заданный НАКЛОН). На практике, регулируя уровень, добиваются стабильного изображения. В режиме внутреннего запуска (АВТО) в отсутствие сигнала развертка начинает «бегать».  Этот режим хорошо использовать в тех случаях, когда сигнал может уменьшаться до малых значений, так как изображение не будет пропадать, и не будет возникать впечатление, что сигнал исчез. Этот режим является самым подходящим, если рассматривается совокупность различных сигналов, и нет желания каждый раз производить установку схем запуска.

ОДНОКРАТНАЯ РАЗВЕРТКА используется для непериодических сигналов. В режиме ЛИНИЯ развертка запускается от сети переменного тока. Этот режим используется в тех случаях, когда интерес представляют фон или пульсации в схеме.

ВНЕШНИЕ входы схемы запуска используют в тех случаях, когда наряду с некоторым интересующим вас «грязным» сигналом имеется чистый сигнал, имеющий такую же скорость изменения. К такому режиму часто прибегают в тех случаях, когда на схему подается некоторый испытательный входной сигнал или в цифровых схемах, работа которых синхронизируется тактовыми импульсами. Для наблюдения комбинированных сигналов полезны различные виды связи. Например, предположим, что необходимо рассмотреть звуковой сигнал с частотой порядка нескольких килогерц, на который накладываются отдельные выбросы. В режиме ПОДАВЛЕНИЕ ВЧ к входу схемы запуска подключается фильтр НЧ, предотвращающий запуск схемы по этим выбросам. Если именно выбросы представляют для вас интерес, то можно сделать так, чтобы схема запускалась как раз по ним — для этого служит режим ПОДАВЛЕНИЕ НЧ.

Во многих осциллографах предусмотрены ручки

ПОИСК ЛУЧА и ПРОСМОТР СИГНАЛА ЗАПУСКА. Поиск луча полезен в тех случаях, когда вы не можете найти осциллограмму. Этот режим особенно по душе начинающим. В режиме просмотра сигнала запуска на экране отображается сигнал запуска. Этот режим особенно удобен при внешнем запуске.

Подсказки начинающим

Для того чтобы осциллограф был послушным инструментом в ваших руках, начиная работу, вспомните следующие практические советы. Прежде всего, осциллограф нужно включить.  Для схемы запуска установите режим

АВТО, СВЯЗЬ ПО ПОСТ. ТОКУ, КАН1. Для скорости развертки установите значение 1 мс/дел., а усиление выключите (получим 1-кратное усиление). Заземлите входы схемы вертикального отклонения, задайтесь яркостью и вращайте ручку управления отклонением по вертикали до тех пор, пока на экране не появится горизонтальная линия (если это вызовет затруднения, попробуйте воспользоваться режимом поиска луча).

Предупреждение: в некоторых осциллографах, режим автоматической внутренней развертки нельзя установить, если не отрегулирован должным образом уровень запуска.

После этого можно подать сигнал, отключить вход от земли и начать манипулировать со схемой запуска. Чтобы ближе познакомиться с осциллографом, посмотрите, каким будет изображение на его экране, когда коэффициент усиления вертикального отклонения имеет очень большое значение, когда скорость развертки очень велика или очень мала и когда схема запуска плохо отрегулирована.

Входная емкость осциллографа по отношению к испытываемой схеме может быть слишком велика, особенно если учесть экранированный соединительный кабель. Полное входное сопротивление (параллельное соединение сопротивления 1 МОм и емкости 100 пФ или около того) часто оказывается слишком низким для чувствительных схем и нагружает их, образуя делитель напряжения. Хуже того, иногда эта емкость вызывает неправильную работу схемы и даже приводит к возникновению автоколебаний! Очевидно, что в подобных случаях осциллограф ведет себя, «как слон в посудной лавке», по отношению к рассматриваемой схеме, оказывая существенное влияние на ее работу.

Для того чтобы решить эту проблему, обычно используют высокоимпедансные щупы. Работу широко распространенного 10-кратного щупа иллюстрирует рисунок:

Схема 10-кратного щупа для осциллографа

Для сигналов постоянного тока щуп (вместе с осциллографом) образует просто 10-кратный делитель напряжения. Если отрегулировать так, чтобы его емкость была равна 1/9 части емкости параллельного соединения С2 и С3, то схема станет работать как 10-кратный делитель на всех частотах.  При этом входной импеданс будет определяться параллельным соединением сопротивления 10 МОм и емкости в несколько пикофарад.

На практике щуп регулируют с помощью прямоугольных импульсов с частотой примерно 1 кГц, генератор которых предусмотрен во всех осциллографах и снимается с гнезда

КАЛИБР, или РЕГ. ЩУПА. Емкость щупа регулируют до тех пор, пока на экране не будет получено изображение точной прямоугольной формы. Иногда регулировка щупа бывает ловко спрятана изготовителями.  В некоторых конструкциях тело щупа надо поворачивать и фиксировать относительно второй, сочлененной с ним части.

Один недостаток: с помощью 10-кратного (10 х) щупа трудно рассматривать сигналы порядка нескольких милливольт. Для таких измерений лучше использовать щуп 1х, который представляет собой обычный экранированный кабель с небольшой емкостью и необходимыми для щупа элементами (зажим с захватом, зажим «земля», удобная ручка и т.п.).  

10-кратный щуп должен быть стандартным и должен быть подключен к осциллографу с левой стороны, а 1-кратный щуп должен использоваться по мере необходимости. В некоторых щупах возможно переключение на 1-кратный или 10-кратный режим.

«Земля» в осциллографе

Как и в большинстве измерительных приборов, сигнал на входе осциллографа оценивается относительно земли прибора (внешняя часть входного коаксиального разъема типа BNC), которая обычно электрически связана с корпусом. Последний в свою очередь соединяется с «землей» сети переменного тока через 3-жильный кабель питания.

Это значит, что вы не можете измерять напряжение между двумя точками в схеме, а вынуждены измерять сигналы относительно этой земли.

В связи со сказанным отметим один важный момент: если подключить «землю» щупа осциллографа к точке в схеме, которая обладает некоторым потенциалом относительно земли, то эта точка будет в результате закорочена на землю. Для испытуемой схем это может иметь самые плачевные последствия.  Кроме того, есть схемы, для которых заземление крайне опасно (для бестрансформаторных электронных приборов, как, например, некоторые телевизоры).

Если непременно нужно рассмотреть сигнал между двумя точками в схеме, то можно либо сделать осциллограф «плавающим» и поднять земляной провод (просто так этого делать не следует), либо произвести дифференциальное измерение. Для этого нужно, инвертировав сигнал в одном из входных каналов, использовать режим

СУММИРОВАНИЕ (для некоторых осциллографов предусмотрены специальные модули, подключив которые можно непосредственно выполнять дифференциальные измерения).

И еще одно замечание по поводу земли при измерении слабых и высокочастотных сигналов. Убедитесь, что земля осциллографа и земля схемы, в которой проводятся измерения, одинаковы. Лучше всего для этого соединить «землю» щупа непосредственно с «землей» схемы, а затем измерить щупом напряжение «земли» и убедиться, что сигнал отсутствует. Вся беда в том, что очень часто короткий конец «земля» на щупе бывает утрачен, поэтому храните все принадлежности щупа где-нибудь в одном месте.

Другие возможности осциллографа

Во многих осциллографах предусмотрена

ЗАДЕРЖАННАЯ РАЗВЕРТКА. С помощью задержанной развертки можно наблюдать фрагмент сигнала, спустя некоторое время после запуска. Задержку можно точно отрегулировать с помощью специальной многооборотной ручки, а вторую скорость развертки можно установить с помощью переключателя.

В режиме задержки при

ПОВЫШЕННОЙ ЯРКОСТИ весь сигнал отображается с первой скоростью развертки, а задержанный элемент имеет «вторую скорость развертки» и повышенную яркость. Такой режим удобен во время наладки. В осциллографах с задержанной разверткой иногда предусматривают «смешанную развертку», в этом режиме изображение формируется сначала с одной скоростью развертки, а затем переключается на другую (обычно более высокую) скорость по истечении выбранной задержки.

Задержанная развертка может начинаться сразу по истечении задержки или в следующий после задержки момент запуска. Для управления запуском предусмотрены две схемы управления, благодаря которым две точки запуска можно устанавливать независимо друг от друга.

 

Не путайте задержанную развертку с задержкой сигнала. Во всех осциллографах происходит задержка сигнала в канале, благодаря чему можно наблюдать событие, которое произвело запуск; оказывается, осциллограф позволяет нам заглядывать в недавнее прошлое!

Во многих современных осциллографах предусмотрена возможность управления задержкой запуска (

ЗАДЕРЖКА СРАБАТЫВАНИЯ). При этом запуск запрещается на интервал времени, величина которого регулируется после каждого периода развертки. Этот режим очень удобен для наблюдения сложных сигналов без простой периодичности, характерной, скажем, для синусоидального сигнала. Типичным примером является цифровой сигнал, представляющий собой сложную последовательность единиц и нулей, для которого никаким иным способом нельзя добиться стабильного изображения (разве только путем регулировки верньера скорости развертки, а это предполагает отсутствие калиброванной развертки).

Существуют также осциллографы с памятью, которые позволяют наблюдать неповторяющиеся события, и осциллографы, к которым можно подключать дополнительные функциональные модули. Они позволяют делать почти все, что захочется:

— отображать одновременно до восьми осциллограмм;

— производить спектральный анализ;

— точно измерять время и напряжение (в цифровом виде) и т.д.

Существуют аналоговые осциллографы с цифровой памятью.

Они позволяют улавливать кратковременные однократные сигналы и возвращаться к прошлым событиям (которые произошли до начала запуска) на расстояние до 3/4 целого экрана.

Принципиальная Схема Осциллографа — tokzamer.ru

Ну колечки это такое, можно и пережить, а вот дополнительный контакт жалко, мне бы очень пригодился : Щуп имеет встроенный делитель , с соответствующим переключателем.

Схемы осциллографов

Комментарии: 6

Видео работы осциллографа С При обратной сборке после ремонта проверяем положение трубки и ставим ее ровно.

Внешний вид пятилучевого осциллографа С с установленной фотокамерой показан на рисунке 1. Кстати, такие калибраторы есть и у современных цифровых осциллографов.

Крышка оклеена искусственной кожей и снабжена ручкой для переноски осциллографа.

Для регулировки была также и отверточка, но она мне сильно пригодилась для работы с осциллографом, а не щупом. Поэтому синусоида на экране начинается с положительного полупериода.

В осциллографе используется автоматический режим триггера. К сожалению осциллограф умеет работать только с переменным током, впрочем для большинства задач этого более чем достаточно.

Комментарии: 6

Такой же диаметр имеют и текстолитовые валики-удлинители осей переменных резисторов R, R Ну все думаю, «Бобик сдох», на экране ерунда, в первом режиме не рассмотреть, во втором почти треугольник. Снизу пайка хоть и относительно качественная, но вот флюс, его много.

Но ведь работает же. Это означает, что если входной сигнал повторяющийся к примеру треугольник то триггер работает хорошо. В комплект осциллографа входила регистрирующая фотокамера РФК-5, прикрепленная к экрану, что обеспечивало съемку осциллограмм на фотопленку. Получается, что каскад на одном транзисторе усилил сигнал амплитудой 10 мВ в 8,7 раз.

Органы регулировки и управления осциллографа С1-65

Область экрана осциллограммы: x64 пикселей.

Для охлаждения нагревающихся деталей осциллографа в днище просверлены вентиляционные отверстия, а для того чтобы между ней и плоскостью стола всегда было достаточное расстояние, привинчены резиновые ножки соответствующей высоты. Один из таких приборов показан на рисунке 2. Выбор источника синхронизации внутренний; внешний; от сети; от сети, уменьшенный в 10 раз осуществляется переключателем ВЗ.

Спустя несколько секунд можно будет наблюдать синусоидные волны и шкалу при выключенном щупе. Для большинства универсальных осциллографов эта полоса составляет 5МГц.

После того как плату просушили, ещё раз проверяем качество пайки. Провода гибкие, прочные, у меня в процессе ремонта ничего не оторвалось, сделано все на совесть — это не современные нежные китайские приборы, где при первом же демонтаже может отвалится половина проводки и часть их креплений. Предусилитель синхронизации предназначен для усиления внутренних сигналов синхронизации до уровня, необходимого для работы схемы синхронизации, а также для согласования выходного уровня усилителя Y с нулевым уровнем входа синхронизации.

Видео работы осциллографа С1-94

Если все параметры соответствуют нужным значениям, нужно отключить прибор от питания и установить JP4 перемычку. Подстроечный конденсатор С1— керамический. Масштаб времени для отображения может быть легко изменён функцией changeTimeDivision.

Для удобства наблюдения фронта исследуемого сигнала в К В О включена линия задержки ЛЗ1 в данной конструкции отсутствует. Выходная обмотка трансформатора Тр1 служит источником сетевого синхросигнала для схемы синхронизации. Если постоянные напряжения измерить просто, достаточно узнать только величину, то с переменными напряжениями имеют место быть некоторые нюансы.

Характеристики осциллографа

Узел питания и входного операционного усилителя. Я пробовал питать его от повербанка, работает отлично. Сборка прибора самому по имеющимся схемам и приобретенных в разных точках радиодеталях не всегда может оказаться дешевле, чем приобретение конструктора, поэтому необходимо предварительно оценивать стоимость затеи, ее оправданность. Ротор этой секции удаляют. Облегчает работу наличие практически на всех деталях и самой плате соответствующей маркировки, что действительно превращает процесс в собирание детского конструктора взрослым.

Как пользоваться осциллографом

Если вы читаете это, вероятно, вы новичок в этой идее или подумываете о покупке своего первого осциллографа. Так что же такое осциллограф? В названии есть все: oscillo – колебаться (изменяться вверх и вниз) и Scope – видеть. Другими словами, это инструмент, который позволяет вам видеть электрические сигналы, амплитуда которых меняется со временем.

Подходящий осциллограф для вас

Существует множество типов осциллографов — аналоговые, цифровые, на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), управляемые компьютером. Осциллографы являются древними по стандартам электронной временной шкалы и впервые появились во время Второй мировой войны, чтобы помочь в разработке первой радиолокационной системы, но они остались прежним курсом и с тех пор прошли долгий путь. Но в этой статье мы остановимся на аналоговом осциллографе на основе ЭЛТ, потому что, если вы подумываете о его приобретении, это будет самый экономичный вариант.

Есть также много бывших в употреблении устройств, которые прекрасно функционируют. Отличными подержанными покупками будут Tektronix, HP (Agilent) Kikosui и National. Чем выше полоса пропускания осциллографа (максимальная частота, которую он будет отображать точно), тем больше вы заплатите. Для общего использования будет достаточно 20 МГц, но 100 МГц лучше, если вы хотите работать с радиочастотами. Получите самое высокое, что вы можете себе позволить. Но если вы новичок, очень сложный и дорогой прицел вас просто разочарует. Не беспокойтесь о задержке временной развертки — за 40 лет использования осциллографа мне это могло понадобиться три или четыре раза.

Ниже показаны три осциллографа, которые есть у меня в лаборатории. Каждый из них имеет свои особенности и полезность. Слева направо: цифровой Tektronix, аналоговый Kikosui и аналоговый осциллограф Philips с задержкой развертки.

В общем, цифровые осциллографы отлично подходят для отображения измеренных значений, но плохо запускаются или дают искажения при просмотре сложных радиочастотных сигналов, таких как модулированные сигналы, в то время как аналоговые осциллографы преуспевают в этом.

Зачем использовать осциллограф?

Почему вы хотите использовать осциллограф, а не мультиметр? Это потому, что прицел может видеть дальше цифр на ЖК-дисплее мультиметра. Осциллограф фактически позволяет вам «видеть» электрические сигналы, как постоянного, так и переменного тока. В двух словах, он показывает изменения напряжения во времени. Поэтому, если вы подключите его к источнику синусоидальной волны, например к генератору сигналов, вы увидите синусоидальную волну на экране и отношения различных форм волны друг к другу, такие как фаза и частота.

Общие области применения осциллографов включают следующее:

• Наблюдение за сигналами в различных точках аудиоусилителя для поиска искажений, отсечения и смещения
• Просмотр цифровых схем для проверки формы и уровня импульсов, возможно проверка правильности работы генераторов и правильной частоты
• Проверка выходных уровней преобразователей, гитар и микрофонов

Как пользоваться осциллографом

Когда вы впервые сталкиваетесь с незнакомым осциллографом, вам может потребоваться несколько минут, чтобы дисплей что-либо отобразил. Выполните следующие шаги, чтобы ваш сигнал появился на мониторе осциллографа:

1. Убедитесь, что осциллограф включен — должен загореться либо светодиод, контрольная лампа, либо масштабная сетка.
2. Поверните все ручки в центральное положение.
3. Поверните ручку интенсивности примерно на 80%.
4. Выберите «авто» в выборе развертки.
5. Выберите «внутренний» в источнике развертки.
6. Установить запуск на канал 1 внутренний.
7. Вертикальный режим выбирает канал 1 и связь по переменному току.
8. По вертикали установлено значение 0,1 В/дел.
9. По горизонтали установлено значение 1 мСм/дел.

Поверните ручки вертикального и горизонтального положения, чтобы увидеть, сможете ли вы найти кривую. Теперь осциллограф должен показывать горизонтальную линию. Если у вас есть след, отрегулируйте фокус и интенсивность.

Подсоедините щуп осциллографа и коснитесь наконечника. Вы должны увидеть грубую форму сигнала сети 50 Гц. Отрегулируйте элементы управления по вертикали и горизонтали, чтобы изображение отображалось на экране.

Если в вашем осциллографе есть калибратор, подключите к нему щуп, и вы должны получить хорошую чистую прямоугольную волну, обычно 1 В или 5 В на частоте 1 кГц. Если он выше или ниже диапазона, отрегулируйте небольшой триммер на датчике для получения красивой чистой прямоугольной волны.

Если возможно, используйте настройку 10X на датчике (если он есть) для более широкой полосы пропускания. Теперь есть много вариантов, на которые можно обратить внимание, по какому каналу запускать (тот, к которому подключен ваш датчик), и вам может потребоваться отрегулировать ручку удержания, если она есть, чтобы получить стабильное отображение. Если у вас двухканальный осциллограф, есть несколько опций, таких как ALT CHOP и ADD. ADD отображает одну кривую, которая представляет собой арифметическую сумму обоих каналов. ALT отображает полную развертку канала 1, а затем полную развертку канала 2. CHOP делает что-то подобное, но поочередно отображает бит каждой трассы. Вам придется поиграть с ALT и CHOP, чтобы получить наилучшее отображение частоты развертки и запуска, которые вы используете. Мы никогда не упоминали измерения постоянного тока. Если вы установите вертикальную связь на постоянный ток, вы можете использовать вертикальное положение, чтобы установить базовую линию, а затем выполнить измерения постоянного тока. Я настоятельно рекомендую это, так как вы можете получить неожиданные результаты, такие как чрезмерная пульсация в источнике питания, сигнал переменного тока в точке, где вы ожидали постоянный ток, что-то колеблющееся, случайные пики и импульсы. Если у меня есть ошибка или что-то просто не работает, я проверяю условия постоянного тока, и я всегда делаю это с помощью осциллографа.

Формы сигналов

Некоторые формы сигналов, которые вы можете увидетьГде вы можете их найти

Изображения использованы с разрешения Tektronix.

Некоторые реальные измерения

Сигнал, показанный на осциллографе ниже, имеет красивую чистую синусоидальную волну. Теперь давайте посмотрим, как рассчитать амплитуду и частоту этой синусоиды.

Вычисление амплитуды

Чтобы найти амплитуду, вам нужно знать 3 вещи: коэффициент усиления пробника (X1 или X10), вольт/дел вертикального усилителя и размер формы волны на экране. Таким образом, на изображении выше коэффициент усиления пробника равен X1, вольт/дел составляет 50 мВ/дел, а форма волны составляет 6 делений. Учитывая это, размах напряжения (Vpp) составляет 50 * 6 = 300 мВpp. Пиковое значение составляет половину от этого значения — 150 мВ, а среднеквадратичное значение (то, что вы могли бы прочитать на измерителе) составляет 0,707 * 150 = 106 мВ (0,707 — это 1/√2).

Расчет частоты

Чтобы найти частоту (F), нам нужны только время/дел и количество делений между любыми двумя повторяющимися пиками формы волны. В приведенном ниже примере время/дел равно 0,5 мс.дел, а 2,2 дел 0,5*10- ³ = 0,0011. Теперь это период, и F равно 1/период = 1/0,0011 = 909 Гц.

Другие измерения

Время нарастания определяется как время, необходимое для того, чтобы импульс увеличился с 10 до 90 процентов от его устойчивого значения. Показанное время нарастания составляет 4,55 мкс. Делая это вручную в трассировке, горизонтальное время/дел составляет 2,5 мкс/дел, и похоже, что это заняло около 1,8 деления, т. е. 1,8 * 2,5 мкс = 4,5 мкс.

Время спада определяется как время, необходимое для падения импульса с 90 процентов до 10 процентов от его устойчивого значения. На показанном графике горизонтальное время/дел составляет 1 мкс, и если у вас нет модного осциллографа (показывает 1,08 мкс), вы можете оценить его примерно в 1 дел, т.

е. 1 мкс.

Рабочий цикл — это отношение длительности импульса или ширины импульса (PW) к общему периоду сигнала, выраженное в процентах. В примере частота равна 1,3 кГц, поэтому период равен 1/f = 786 мкс, а время высокого импульса равно 79.7. Рабочий цикл 79,7/786 = 10,1%. Вы также можете оценить это следующим образом: по горизонтали 100 мкСм/дел и около 8,8 дел, а ширина импульса составляет около 90 мкСм, поэтому рабочий цикл равен 90/(8,8*100) = 0,1023, 10,2%, что соответствует действительности.

Измерение фазы

. Вот кривая 50 Гц (грубая) и генератор сигналов, настроенный почти на ту же частоту, но со смещением по фазе (чистая синусоида). Обратите внимание, что генератор сигналов опережает частоту 50 Гц примерно на 1 деление, т.е. 5 мс. Фаза θ = td * F * 360° = 5 мс*50*360 = 9опережение 0°.

С помощью осциллографа можно многое сделать — значительно больше, чем мультиметр. Это очень мощные и сложные инструменты, и вам стоит попробовать их использовать. получить/скачать его руководство и внимательно изучить его.

Если бы мне пришлось собрать минималистичный верстак для электроники, он бы состоял из паяльной станции, мультиметра, регулируемого блока питания и, конечно же, осциллографа!

Надеюсь, эта статья помогла вам понять, как использовать и настраивать осциллограф! Обязательно дайте нам знать в комментариях ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо.

Введение в осциллограф и RC-схемы

Введение

Этот эксперимент проведет вас через этапы использования осциллографа для измерения выходного сигнала источника питания постоянного тока и выходного сигнала функционального генератора, а затем использования осциллографа для измерения зависящих от времени свойств простой RC-цепи. Этот эксперимент должен дать вам некоторый практический опыт использования оборудования, которое будет использоваться в последующих экспериментах. Большая часть теории была убрана, но если вам нужна некоторая информация об оборудовании, любое руководство или учебник по электронике предоставит достаточно информации.

Ваш инструктор также является отличным источником информации. Не стесняйтесь обращаться за помощью, если это необходимо. Прежде чем приступить к лабораторной работе, мы хотели бы рассмотреть принципы, связанные с анализом переходных характеристик RC-цепи. Это обсуждение тесно связано с обсуждением во многих учебниках, в которых обсуждается зарядка и разрядка конденсатора. Во-первых, в нашей предыдущей лаборатории с использованием резисторов в простой цепи постоянного тока мы увидели, что напряжение на резисторе пропорционально току, протекающему через резистор, и значению его сопротивления.

( 1 )

В _Р = ИК

Кроме того, мы также обнаружили, что напряжение на конденсаторе в простой цепи определяется выражением:

( 2 )

В _С = .

Если теперь мы образуем простую цепь, используя батарею, конденсатор, резистор и переключатель, как показано на рисунке, мы можем проанализировать напряжения и токи, протекающие в цепи, как функцию времени, когда мы перемещаем переключатель из одного положения.

другому.

Рисунок 1 : RC-цепь

RC-цепи — зарядка

Мы начнем с рассмотрения того, что произойдет, когда мы переместим переключатель из положения B в положение A. Перемещение переключателя таким образом подключает батарею к сети конденсаторов и резисторов, образуя полную цепь, которая позволяет заряду течь на конденсатор. Напряжения на отдельных элементах цепи должны удовлетворять правилам сложения потенциалов в цепи, и из них мы знаем, что:

( 3 )

В _Б = В _Р + В

С = ИК + = Р + .

В более позднем курсе математики вы узнаете, как решать такие линейные дифференциальные уравнения; однако это конкретное уравнение можно решить простым интегрированием. (Посмотрите, сможете ли вы решить это уравнение, чтобы найти выражение для q ( t ) ниже.) Решение для q ( t ):

( 4 )

q(t) = q _макс. (1 − e ^−t/RC ) = CV _B (1 − e ^−t/RC )

где q ( t ) представляет собой заряд конденсатора в любое конкретное время,

t , после изменения положения переключателя и с RC, представляющим характерное время, τ , для зарядки конденсатора в этой цепи. Мы можем использовать этот результат для заряда конденсатора, чтобы теперь найти ток, протекающий в цепи, как функцию времени, взяв производную от q по отношению к t . Делая это, мы находим, что ток, протекающий в цепи, I ( t ), равен:

( 5 )

I(t) = = e ^−t/RC .

Рисунок 2 : Зарядка конденсатора

RC-цепи — разрядка

После ожидания в течение длительного периода времени (в принципе навсегда, но на практике только после нескольких постоянных времени) ток в приведенной выше цепи упадет до нуля, а заряд конденсатора достигнет своего максимального значения.

Если в это время мы теперь переключим положение переключателя обратно в положение B, мы инициируем разрядку конденсатора через последовательный резистор. В этом случае правила добавления потенциалов в цепи дают:

( 6 )

0 = В _Р + В _С = Р + .

Опять же, это уравнение можно решить путем интегрирования, и при этом мы находим, что заряд как функция времени для разряда конденсатора ведет себя как:

( 7 )

q(t) = q _max e ^−t/RC

а ток, протекающий в цепи, определяется выражением:

( 8 )

I(t) =

−q макс

RC

e ^−t/RC .

Обратите внимание, что

q _max = CV _B .

Рисунок 3 : Разрядка конденсатора

Объектив

В этой лабораторной работе мы построим простую последовательную RC-цепь, описанную выше, и с помощью осциллографа измерим напряжения на конденсаторе и резисторе для зарядки и разрядки этой системы.

Цель этой лабораторной работы — познакомить вас с использованием осциллографа и использовать этот инструмент для наблюдения и измерения переходной характеристики этой простой RC-цепи при ее зарядке и разрядке.

Аппаратура

• Осциллограф
• Генератор функций
• источник питания 0-40 вольт
• Монтажная коробка
• Мультиметр
• Разные банановые провода

Рисунок 4

: Оборудование

Рисунок 5 : Генератор сигналов

Осторожно:
Пожалуйста, будьте осторожны при обращении со всем оборудованием в этой лаборатории. Оборудование дорогое и может быть легко повреждено при неправильном использовании.

Рисунок 6 : Осциллограф

Процедура

Пожалуйста, распечатайте рабочий лист для этой лабораторной работы. Этот лист понадобится вам для записи ваших данных.

Осциллограф и блок питания

1

Начните с поиска кнопки ON/OFF в верхней части осциллографа. Нажмите эту кнопку. Передний экран должен загореться. Затем осциллограф выполнит самопроверку, чтобы убедиться, что прибор работает правильно. Дождитесь подтверждения, что все в порядке, прежде чем продолжить.

Всегда полезно проверить настройки осциллографа перед началом любых измерений. Ниже описана процедура настройки осциллографа для проведения измерений в этом лабораторном эксперименте. Большинство из этих настроек, вероятно, уже предустановлены. Просто проверьте настройки, чтобы быть уверенным. Осциллограф всегда будет сбрасываться на предыдущие настройки (настройки, которые были на осциллографе, когда он был выключен).

2

Проверьте настройки осциллографа.

• и

  Нажмите кнопку ДИСПЛЕЙ . Настройки (показаны на правом краю экрана) должны быть:

  • •

    Тип [Векторы]

  • •

    Сохранять [Выкл.]

  • •

    Формат [YT]

  • •

    Увеличение контрастности (регулируется по мере необходимости)

  • •

    Уменьшение контрастности (регулируется по мере необходимости).

    • •

      ПРИМЕЧАНИЕ : Если интенсивность в порядке, пропустите этот шаг.

• б

  Нажмите кнопку МЕНЮ ТРИГГЕРА . В правой части экрана осциллографа есть пять секций, управляемых пятью кнопками справа от этих секций.

  • •

    Видео [край]

  • •

    Уклон [подъем]

  • •

    Источник [Кан. 1]

  • •

    Режим [Авто]

  • •

    Муфта [постоянный ток]
  Если настройки не установлены на эти значения, нажмите (один раз) кнопку, расположенную справа от раздела, рядом с экраном осциллографа.

• с

  Нажмите кнопку CH 1 MENU . Четыре раздела (в том же месте, что и пять разделов в части a выше) должны быть установлены следующим образом.

  • •

    Муфта [постоянный ток]

  • •

    Ограничение полосы пропускания [ВЫКЛ]

  • •

    Вольт/дел [Грубая]

  • •

    Зонд [1x]

• д

  Нажмите кнопку ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ МЕНЮ . Ниже приведены разделы, которые следует выбрать.

  • •

    [Основной]

  • •

    Ручка триггера [Уровень]

• и

  Нажмите кнопку ИЗМЕРЕНИЕ 9кнопка 0098. Пять разделов должны быть настроены следующим образом.

  • •

    Источник [Тип]

  • •

    Канал 1 [Частота]

  • •

    CH 1 [Точка]

  • •

    CH 1 [Уп — Уп]

  • •

    CH 1 [Цикл. СКЗ]

• ф

  Найдите ручку VOLTS/DIV для канала 1 и регулируйте ее до тех пор, пока в левом нижнем углу экрана осциллографа не отобразится 2,00 В.

• г

  Режим MEASURE DISPLAY должен оставаться на вашем экране во время выполнения всех ваших измерений.

3

Теперь вы готовы установить элементы управления на источнике питания, чтобы получить выходной сигнал для наблюдения на осциллографе.

Внимание!
Внимательно выполните следующие действия.

• и

  Под дисплеем вы найдете три кнопки/переключателя, самый левый — это переключатель POWER , затем переключатель Range , а затем кнопка CC Set .

• б

  Убедитесь, что переключатель источника питания On/Off установлен в положение Off .

• с

  На правой стороне блока питания есть две ручки: ручка Voltage и ручка Current .

• д

  Полностью поверните ручки Voltage и Current против часовой стрелки (при отключенном питании).

• и

  Включите питание.

• ф

  Вы должны увидеть светодиодный дисплей на левой стороне блока питания. Левая половина дисплея показывает напряжение, правая половина дисплея показывает силу тока (в амперах).

• г

  Нажмите кнопку Range вниз.

• ч

  Удерживайте нажатой кнопку CC Set и одновременно вращайте ручку Current по часовой стрелке, пока на дисплее тока не появится 0,25 А. Это будет максимальный ток, доступный от источника питания. Отпустите кнопку CC Set . Теперь на дисплее должен отображаться ноль (0) для тока.

Не изменяйте эту настройку до конца эксперимента.

• и

  Ручка Voltage теперь может использоваться для изменения выходного напряжения от источника питания.

Теперь вы должны сделать некоторые фактические измерения с помощью осциллографа.

4

Убедитесь, что настройка VOLTS/DIV на осциллографе равна 2,00 В. Подключите выход источника питания (+) и (–) к входу CH 1 осциллографа с помощью кабелей BNC-банан. Увеличьте выходное напряжение источника питания и проверьте, есть ли корреляция между показаниями выходного измерителя источника питания и показаниями осциллографа. Наблюдайте за движением кривой и показаниями Cyc RMS в правой части экрана. Поменяйте местами провода на блоке питания. Нарисуйте форму волны, используя шаблон экрана и программу Paint, и загрузите.

Отключите источник питания и отложите его в сторону.

Осциллограф и функциональный генератор

1

Теперь вы будете использовать генератор функций для получения сигнала на осциллографе. Чтобы подготовить генератор к использованию, предварительно настройте управление следующим образом.

• и

  Нажмите кнопку POWER (оранжевая кнопка внизу слева).

• б

  Нажмите кнопку [1k] в верхнем ряду зеленых кнопок.

• с

  Нажмите кнопку [синусоида] во втором ряду зеленых кнопок.

• д

  Регулируйте регулятор FREQUENCY до тех пор, пока на цифровом индикаторе генератора не отобразится значение 1,500.

• и

  Индикаторы MOD ON и MOD EXT должны быть выключены.

• ф

  Поверните ручку AMPL по часовой стрелке примерно на 1/2 оборота. На выходе должно получиться около 10 вольт.

Определение напряжения и частоты: метод 1

2

Настройки осциллографа ВОЛЬТ/ДЕЛ и СЕК/ДЕЛ должны быть следующими.

• •

  ВОЛЬТ/ДЕЛ : 2,00 В

• •

  SEC/DIV : 250 μ с (Эту настройку можно проверить, посмотрев на нижнюю экрана [после символа M].)

3

Используя два кабеля типа BNC-банан, подключите ВЫХОД функционального генератора к каналу 1 осциллографа. Отрегулируйте регулятор AMPL(itude) функционального генератора так, чтобы на экране отображалась форма сигнала с делением 2-3. Обратите внимание, что при настройке AMPL секция с правой стороны (Pk-Pk) осциллографа считывает размах напряжения сигнала на экране.

4

Определите частоту синусоидальной волны, используя значение SEC/DIV , показанное на экране, и посчитав циклы формы волны (ваш ассистент обсудит это более подробно во время своей лабораторной презентации).

• •

  f = (Гц)

• •

  f = частота

• •

  p = период синусоиды (количество делений × СЕК/ДЕЛ )

5

Какова частота сигнала и напряжение сигнала?

6

Еще раз нарисуйте форму сигнала, наблюдаемую в шагах 3 и 4, используя шаблон экрана и Paint.

Определение напряжения и частоты: метод курсора

Еще одним методом измерения выходного напряжения и частоты генератора является курсорный метод.

7

Чтобы определить выходное напряжение, нажмите кнопку CURSOR MENU . С помощью кнопок рядом с экраном прицела установите следующие параметры.

• •

  Тип [Напряжение]

• •

  Источник [Кан. 1]

При настройке Voltage два курсора могут перемещаться вверх и вниз по экрану осциллографа. Используйте два ВЕРТИКАЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ручки для перемещения одного курсора к верхнему краю сигнала на экране и перемещения другого курсора к нижнему краю сигнала. Затем напряжение определяется как разница между курсором 2 и курсором 1.

8

Какие показания напряжения?

9

Как оно соотносится со значением на шаге 5? Что бы вы сказали, будет более точным чтением? Объяснять.

10

Для определения частоты нажмите кнопку CURSOR MENU и с помощью кнопок рядом с экраном установите следующее.

• •

  Введите [Время]

• •

  Источник [Кан. 1]

Находясь в настройке Время , используйте две ручки ВЕРТИКАЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ для перемещения одного курсора в начало одного цикла, а другого курсора в начало следующего цикла. Затем частота (и период) определяется как разница между курсором 2 и курсором 1.

11

Какова частота чтения?

12

Как оно соотносится со значением на шаге 5? Что бы вы сказали, будет более точным чтением? Объяснять.

Изучение различных частот

13

Нажмите кнопку [10k] на генераторе. Обсудите, что происходит с формой сигнала на экране осциллографа, когда генератор установлен на 10k. Нарисуйте форму волны для этой частоты. Обязательно подпишите эскиз.

14

Нажмите кнопку MEASURE , и вы увидите, что период и частота сигнала можно прочитать в секциях в правой части экрана осциллографа. Потратьте некоторое время, чтобы лучше ознакомиться с информацией, отображаемой на экране осциллографа.

15

Варьируйте регулятор FREQUENCY и регулятор AMPL и обсуждайте, что происходит с формой волны и показаниями в боковых частях экрана осциллографа.

16

Установите выходную частоту функционального генератора на 100 кГц. Регулируйте ручку SEC/DIV до тех пор, пока на экране не будут видны не менее четырех полных синусоид. Нарисуйте форму волны.

17

Переключите генератор функций на прямоугольный выход, частота 2 кГц. Сравните выходную частоту генератора с частотой, измеренной с помощью осциллографа. Определите напряжение сигнала и зарисуйте форму сигнала.

Измерение переходных характеристик простой RC-цепи

Целью этого эксперимента является наблюдение и измерение переходной характеристики последовательной RC-цепи резистор-конденсатор. Вы также увидите, как использовать это для измерения и определения емкость в такой цепи. Основной единицей измерения емкости является фарад, которая определяется как емкость, необходимая для хранения одного кулона заряда при разности потенциалов в один вольт. Наиболее часто используемыми единицами измерения являются микрофарады 9.0007

(1 мк Ф = 10 ^-6 Ф)

и пикофарад

(1 пФ = 10 ^-12 Ф).

Конденсатор, который вы, вероятно, будете использовать, будет отмечен десятичной дробью, и в этом случае единицы измерения будут в мк Ф.

Рисунок 7

Определение емкости конденсатора

1

Подключите цепь, как показано на рисунке 7.

2

Установите частоту функционального генератора на 1 кГц (меандр), амплитуду на максимум.

3

Установите осциллограф, как описано в разделе «Осциллограф и источник питания» этого эксперимента.

4

Подключить СН 1 вход осциллографа через конденсатор С в цепи. Вращайте ручки на осциллографе, чтобы отобразить затухание напряжения на конденсаторе так, чтобы кривая касалась верхней строки экрана и опускалась до нижней строки экрана. След не должен заполнять экран (по горизонтали), но он должен простираться как минимум на 4-5 делений, чтобы измерить постоянную затухания.

5

Запишите значение напряжения этой формы волны по крайней мере для 10 равномерно расположенных интервалов времени от пика волны через ее спад до базовой линии и запишите эти показания в Таблицу 1. Запишите эти показания как время и напряжение для каждого показания.

6

Используя эти данные, запишите в Таблицу 1 время и ln (напряжение).

7

Постройте это как точечную диаграмму, используя Excel. Используя функцию линии тренда в Excel, подгоните эту кривую к линейной функции и найдите наклон и точку пересечения этой кривой.