Лабораторная работа по дисциплине «Метрология» для ОФ ПГУТИ

Лабораторная работа 9 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Цели и задачи Ознакомиться со схемой лабораторного стенда и провести исследования работы осциллографа. Задания 1. Ознакомиться со схемой лабораторного стенда. 2. Ознакомиться с методическими указаниями по эксплуатации и применению осциллографа, подготовить осциллограф к работе. 3. Измерить амплитуду напряжения и рассчитать его действующее значение. 4. Зарисовать осциллограмму напряжения UR, повторяющего в масштабе кривую тока I. 5. Рассчитать модуль комплексного сопротивления цепи. 6. По зарисованным осциллограммам напряжения и тока определить фазовый сдвиг между ними. 7. Измерить фазовый сдвиг между U и I методом эллипса. 8. Составить отчет по требуемой форме. Измерительные средства: измерительный стенд; методика проведения испытаний; осциллограф С1-83. Принцип действия электронно-лучевого осциллографа в радиоэлектронной технике для измерения в большинстве случаев используются аналоговые электронные приборы. К достоинствам этих приборов относятся широкие пределы измерения и частотный диапазон, высокая чувствительность и хорошая перегрузочная способность. Электронно-лучевые осциллографы выполняются по различным схемам и отличаются компоновкой, системой управления, степенью универсальности и сложности. Простейший электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) предназначен для воспроизведения на экране электронно-лучевой трубки кривых периодических колебаний, подводимых к входу У канала вертикального отклонения (канал У). Осциллограф содержит также генератор развертки Г и блок питания. В качестве индикатора в ЭЛО используется электроннолучевая трубка (ЭЛТ) с электростатической фокусировкой и отклонением электронного луча. Электронно-лучевая трубка представляет собой электровакуумный прибор, состоящий из электронной пушки, отклоняющей системы X1, Х2 и У1, У2 и экрана. Электронная пушка имеет подогревный оксидный катод К, модулятор М и два анода А1 и А2. Оксидный катод выполнен в виде небольшого никелевого цилиндра, на дно которого нанесен активированный слой, эмитирующий при нагревании электроны. Вокруг катода располагается управляющий электрод (модулятор), выполненный в виде никелевого цилиндра с небольшим отверстием в донышке. На модулятор подается отрицательное относительно катода напряжение, равное нескольким десяткам вольт, под действием которого создается электрическое поле, прижимающее электроны к оси трубки, благодаря чему осуществляется предварительная фокусировка электронного луча. Кроме того, электрическое поле модулятора, являясь тормозящим для электронов, отталкивает некоторые из них обратно на катод. Следовательно, регулируя значение отрицательного потенциала на модуляторе регулятором R1, можно изменять количество электронов, движущихся к экрану ЭЛТ, и, следовательно, яркость его свечения. Ускорение электронов и дальнейшая фокусировка их в узкий пучок обеспечивается системой двух анодов, выполненных в виде полых металлических цилиндров. Чтобы получить достаточные скорости движения электронов, на аноды подаются большие положительные напряжения Качество фокусировки зависит от потенциала первого анода, необходимое значение которого устанавливается с помощью регулятора R2 (фокусировка). На пути к экрану электронный луч проходит между двумя парами взаимно-перпендикулярных отклоняющих пластин X1, Х2 и У1, У2, называемых электростатической отклоняющей системой. Пластины X1, Х2, расположенные вертикально, отклоняют луч в горизонтальном направлении и называются горизонтально отклоняющими. Пластины У1, У2, расположенные горизонтально, отклоняют луч в вертикальном направлении и называются вертикально отклоняющими. Экран ЭЛТ представляет собой тонкий слой вещества (люминофора), способного светиться при бомбардировке электронами. К таким веществам относятся сульфид цинка (виллемит), вольфрамово-кислый кальций и др. В зависимости от состава люминофора может быть получено свечение различного цвета. Попадая на экран, электроны создают на нем отрицательный заряд, который может возрасти до большого значения и нарушить нормальную работу трубки. Для предотвращения накопления заряда экрана внутренняя поверхность конусной части баллона трубки покрывается электропроводящим графитовым слоем (аквадагом), соединенным со вторым анодом. К этому слою притягиваются также вторичные электроны, выбитые из люминофора при бомбардировке его первичными электронами По каналу вертикального отклонения (канал У) поступает исследуемый сигнал, вызывающий вертикальное отклонение луча в ЭЛТ. В канал У входят аттенюатор для ослабления больших сигналов; предварительный усилитель для усиления малых сигналов; линия задержки для небольшой временной задержки сигнала; оконечный усилитель, на выходе которого вырабатывается симметричный противофазный сигнал, поступающий на вертикально отклоняющие пластины. Основным узлом канала горизонтального отклонения (канала X) является генератор развертки – Г, формирующий напряжение пилообразной формы. Перемещение луча по горизонтали обеспечивается подачей на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ с генератора развертки пилообразного напряжения, под воздействием которого электронный луч перемещается во времени слева направо по экрану. Время, в течение которого происходит это перемещение, называется временем прямого хода. Дойдя до края экрана, луч быстро возвращается в исходное положение. Время, в течение которого это происходит, называется временем обратного хода. Для получения неподвижного изображения на экране осциллографа необходимо, чтобы при каждом перемещении луча вдоль линии развертки на него действовали каждый раз в одних и тех же точках развертки одинаковые напряжения исследуемого сигнала uy(t). Полное совпадение отдельных повторяющихся изображений получится в том случае, если период развертки Тх равен целому числу периодов исследуемого напряжения. Выполнение этого условия называется синхронизацией периодов напряжения развертки и исследуемого сигнала. Блок питания питает переменным током цепи накала, постоянным током – аноды и модулятор ЭЛТ, а также усилительные элементы всех устройств и узлов осциллографа. Последовательность выполнения работы 1. Ознакомиться со схемой лабораторного стенда записать данные осциллографа. 2. Ознакомиться с методическими указаниями по эксплуатации и применению осциллографа (рекомендуемые типы осциллографа: С1-68, С1-72, С1-83); подготовить осциллограф к работе. 3. Присоединить вход канала Y к зажимам 1–1. Режим синхронизации осуществляется от сети или внешним сигналом, снимаемым с зажимов 3–3 ‘. Поставить переключатель SA в положение 1, и изменением коэффициента отклонения канала Y получить на экране изображение в пределах рабочей части экрана. Выбирая масштаб канала X, добиться на экране изображения одного-двух периодов напряжения. Измерить амплитуду напряжения и рассчитать его действующее значение. Зарисовать осциллограмму напряжения на кальке, нанести на нее предварительно координатную сетку экрана. 4. Перевести переключатель SA в положение 2, измерить напряжение UR и рассчитать действующее значение тока (R = 3 кОм).Зарисовать осциллограмму напряжения UR, повторяющего в масштабе кривую тока I. 5. Вычислить модуль комплексного сопротивления цепи. 6. По зарисованным осциллограммам напряжения и тока определить фазовый сдвиг между ними. 7. Присоединить вход канала Y к зажимам 1–1 ‘, поставить переключатель SA в положение 1. Подключить вход канала X к зажимам 2–2’, канал X перевести в режим усиления. Изменяя коэффициент отклонения канала Y, добиться изображения эллипса в пределах рабочей части экрана. Измерить фазовый сдвиг между U и I методом эллипса. 8. Составить отчет по требуемой форме. Содержание отчета 1. Указать цели и задачи работы, задания. 2. Описать осциллограф, его метрологические характеристики. 3. Нарисовать измерительную схему. 4. Привести результаты измерений. 5. Сделать выводы. Контрольные вопросы и задания 1. Как получить изображение на экране ЭЛО? 2. От чего зависит качество фокусировки? 3. Как получить неподвижное изображение на экране ЭЛО? 4. Назовите основной узел канала горизонтальной развертки. 5. Какую выполняет роль модулятор в схеме ЭЛО? 6. Расскажите об электростатической отклоняющей системе ЭЛО.