Основные применения осциллографа как измерительного прибора.

Главная страница ---> Конспект лекций по дисциплине «метрология и радиоизмерения» ---> Основные применения осциллографа как измерительного прибора.

1.Измерение амплитуды напряжения исследуемых сигналов.

В осциллографе С1-68 имеется калиброванный усилитель вертикального отклонения луча, благодаря этому измерение напряжения (мгновенного значения или амплитуды) производится путем умножения линейного отклонения луча LY относительно линии развертки на коэффициент отклонения по вертикали KY или деления на чувствительность hY.

                                   (3.1)

Примечание: Погрешность измерения напряжения осциллографом достигает до 10% из-за нестабильности усилителя, кривизны экрана, невысокой точности калибровки, фокусировки луча, воздействия помех и т.д.

2.Измерение частоты методом сравнения двух колебаний.

Для сравнения частот синусоидальных колебаний можно использовать «метод фигур Лиссажу». В этом случае одно колебание подается на вход «X» , а второй - на вход «Y» (см. рис.3.3.). Если соотношение между частотами двух колебаний равно отношению двух простых чисел, то на экране появляется неподвижная фигура, называемая фигурой Лиссажу. По числу пересечений (см.рис.3.4.)  фигуры Лиссажу с осями координат можно определить отношение частот двух колебаний, т.к. существует следующая закономерность

                                                              (3.2.)

Если известна частота одного колебания, то частота другого может быть определена по выражению

                                                                    (3.3.)

где nY ,nX − число пересечений фигуры с осью ОY  OX соответственно, fX − образцовая частота (например, частота сети 50 Гц.).

Примечание: 1.Во избежание потери некоторых точек пересечения не следует проводить секущие фигуру прямые через узловые точки (см. рис.3.3.)

2.Метод фигур Лиссажу применяется при соотношении частот не выше 6÷8 и только для колебаний синусоидальной формы.

Известно, что в RC−цепи переменного тока на его элементах возникают падения напряжения

uR(t) = UmR*Sinωt,                                                                            (3.4)

uC(t) = UmC*Sin(ωt−π/2) = −UmC*Cosωt,                                          (3.5)

а отклонение луча по повертикали и горизонтали соответственно равны

          LY = hY* UmR*Sinωt,                                                                        (3.6)

          LX = hX*(−UmC*Cosωt),                                                                   (3.7)

где UmR, UmC − амплитуды напряжений, подаваемых с RC− фазовращателя на входы осциллографа,  hY, hX − чувствительности осциллографа по каналам Y и X.

                             Если  hY* UmR = hX*UmC = А , то                       (3.8)

Это уравнение окружности, т.е. на экране ЭО появляется изображение окру-жности, модулиро-ванное по яркости напряжением Uz (см.рис.3.5,б).

Подстройкой частоты fZ добива-ются неподвижного изображения. При этом периоды и частоты эталонного и измеряемого напря-жений находятся в следующих соотношениях:

                             Tэт = k*TZ  и  fZ = k*fэт ,                                               (3.10)

где k − число яркостных меток на экране ЭО.

Примечание: 1.Точность сравнения очень высокая. Погрешность измерения практически определяется только погрешностью эталонной, образцовой частоты, источником которой может быть выбран перестраиваемый генератор стандартных сигналов с тарированными метрологическими характеристиками.

2.Метод пригоден для измерения частоты знакопеременного напряжения любой формы.

3.Измерение разности фаз.

Осциллограф может быть использован для измерения разности фаз двух синусоидальных напряжений с одинаковой частотой, например, сдвиг фазы, приобретаемый сигналом при прохождении через четырехполюсник (усилитель, фильтр, трансформатор и т.п.). Для этого входное напряжение четырехполюсника необходимо подать на вход “Y” осциллографа, а выходное напряжение четырехполюсника на вход “X” осциллографа (см. рис.3.6,а).

При сдвиге фаз равном 900 в соответствии с выражением (3.9) на экране ЭЛТ возникает окружность, а в общем случае (при неравных напряжениях на входе и выходе четырехполюсника) при  0 φ 1800  получается изображение эллипса (см. рис.3.6, б, в, г).

Следует заметить, что при  φ = 00  и  1800 эллипс вырождается в прямую линию.

На рис.3.6.приведены расчетные формулы, вид которых зависит от положения эллипса в квадрантах декартовой системы координат. Измерение фазы сводится к определению отрезков  «Ов» (расстояния от начала координат до пересечения эллипса с осью «OY») и «ОВ» (расстояния−до касательной к эллипсу) по координатной сетке на экране ЭЛТ и вычислению арксинуса их отношения.

Примечание: Перед началом измерения отрезков необходимо центрировать эллипс относительно начала координат «О».

4.Применение осциллографа в качестве характериографа

Электронный осциллограф может быть использован для получения на экране ЭЛТ в прямоугольных координатах графика некоторых функций, например, выходной характеристики транзистора. Для этого на горизонтально отклоняющие пластины подают напряжение, которое приложено между коллектором и эмиттером транзистора, а на вертикально отклоняющие пластины − напряжение, пропорциональное коллекторному току. Это напряжение снимают с сопротивления, включенного последовательно с транзистором.

В результате можно получить семейство выходные характеристик, подобных приведенной на рис.3.7 типовой характеристики транзистора МП-111