Корректор
Подписано в печать 01.04.2007г. Формат 60х84/14
Ус. п. л. – Уч. из. л. -2.1
Печать оперативная. Тираж 300 экз.
Ротапринт ПГАТИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ
Поволжская Государственная Академия Телекоммуникаций и Информатики
Кафедра «ЛС и ИТС»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе № 17
по курсу «МС и С»
«Поверка и калибровка осциллографа»
Составил: к. т.н., доцент
Редактор: к. т.н., доцент
Рецензент: к. т.н., доцент
Самара 2007г.
3) По полученным экспериментальным данным определяем значение периода образцового сигнала
4) Сравниваем измеренное значение параметра сигнала – «
» с исходным образцовым значением параметра сигнала – «
»
5) Определяем погрешность калибровки осциллографа для конкретного коэффициента «
»
%
Примечание
Полученные при калибровке каналов Y и X значения погрешностей являются исходными данными для оценки точности полученных измерений.
Общая суммарная погрешность измерения не должна превышать 10%. Она разлагается на составляющие части:
И делается, согласно данному разложению вывод.
16
ЦЕЛЬ РАБОТЫИзучение устройства и режимов работы электронного осциллографа, способов его калибровки и поверки. Получение практических навыков работы с электронным осциллографом.
ЛИТЕРАТУРА2.1. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособие для вузов/ , , и др.; Под ред. – М.: Радио и связь, 1986, с. 166 – 190, 200 – 206.
2.2. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов/ , , и др.; Под ред. – М.: Высшая школа, 2001, с. 174 – 186.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ3.1. Изучить работу электронного осциллографа.
3.2. Подготовить конспект с краткими ответами на контрольные вопросы.
3.3. Подготовить бланк отчета, содержащий таблицы и схемы измерений.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ4.1. Назначение электронных осциллографов?
4.2. Какие каналы управления электронным лучом содержит осциллограф?
4.3. Назначение, устройство и режимы работы канала вертикального отклонения?
4.4. Назначение, устройство и режимы работы канала горизонтального отклонения?
4.5. Назначение, устройство и режимы работы канала управления яркостью?
1
4.6. Назначение, устройство и режимы работы генератора развертки?
4.7. Назначение и виды синхронизации при линейной развертке?
4.8. Какие развертки используются в осциллографе?
4.9. Назначение и устройство калибратора амплитуды и длительности?
4.10. Как производится измерение осциллографом напряжения?
4.11. Как производится измерение осциллографом частоты при линейной развертке?
4.12. Как производится калибровка канала вертикального отклонения?
4.13. . Как производится калибровка канала горизонтального отклонения?
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ5.1. Произвести осциллографом измерение параметров трех синусоидальных сигналов.
5.2. Оценить погрешность проведенных измерений.
5.3. По каждому диапазону измерений произвести калибровку каналов вертикального и горизонтального отклонения.
5.4. Сравнить точность калибровки каналов вертикального и горизонтального отклонения с точностью проведенных измерений.
5.5. Сделать выводы:
- о точности настройки используемых каналов вертикального и горизонтального отклонения;
- о правильности проведенных измерений.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТАОтчет должен содержать:
6.1. Титульный лист с указанием кафедры, наименованием работы, Ф. И.О. студента, номера учебной группы.
2
5) Определяем погрешность калибровки осциллографа для конкретного коэффициента «
»
%
Калибровка канала горизонтального отклонения
Она проводится по той же схеме и тому же алгоритму, как и для канала вертикального отклонения:
1) Сигнал с калибратора подаётся на вход канала Y. На экране имеем сигнал (рис. 5)
Рис. 5
Период данного сигнала должен занимать не менее 1-го деления. Если данное условие не соблюдается, то берём «N» периодов, чтобы суммарное значение «
» было не менее 1-го деления.
2) По осциллограмме для выставленного ручкой «Время/дел» значения «» определяем значения «» и «n».
15
оценивается от уровня значения погрешности, полученной при калибровке).
Калибровка канала вертикального отклонения
Она проводится по следующей схеме:
1) Сигнал с калибратора подаём на вход канала Y. На экране осциллографа имеем сигнал (рис.4)
Рис.4
Амплитуда калибровочного сигнала должна занимать не менее (2¸3) делений.
2) По осциллограмме, для выставленного ручкой «В/дел» значения: «» определяем значение «
».
3) Определяем по полученным экспериментальным данным значение амплитуды образцового сигнала
4) Сравниваем измеренное значение сигнала «
» с исходным образцовым значением сигнала «
»
14
6.2. Цель работы.
6.3. Схемы измерений, с указанием используемых приборов.
6.4. Таблицы с результатами измерений и расчетов.
6.5. Выводы.
6.6. Подпись и дату выполнения лабораторной работы.
7.1. Измерение заданных параметров сигнала в режиме линейной калиброванной развертки.
7.1.1. Собрать схему установки для измерения осциллографом параметров синусоидальных сигналов, согласно рис. 1.
Рис. 1
7.1.2. Установить на генераторе параметры синусоидального сигнала (значения задаваемых параметров сигнала «Uг» и «fг» определяются по табл. 1) для чего:
- установить предел шкалы «Uк»;
3
- ручкой «регулировка вых.» задать по шкале вольтметра, встроенного в генератор, требуемое значение амплитуды сигнала «Uг»;
- ручкой «множитель частоты» задать шкалу частот;
- ручкой лимба на заданной шкале частот выставить требуемое значение частоты «fг».
7.1.3. Измерить с помощью осциллографа амплитуду синусоидального сигнала, для чего на осциллографе:
- установить переключатель «V/дел.» так, чтобы сигнал на экране ЭЛТ занимал 5-6 дел.;
- установить переключатель «Время/дел.» в положение, при котором на экране ЭЛТ наблюдается 2-3 периода исследуемого сигнала;
- регулировкой ручки «Уровень» добиться устойчивого изображения исследуемого сигнала;
- подсчитать количество делений «Hу» по вертикали, соответствующее размаху сигнала;
- занести в табл.2 значения «Hу», «mу» и «Uг» (значение задаваемых параметров сигнала «Uг» и «fг» определяется по табл.1.)
- произвести расчеты амплитудного «Um» и среднеквадратичного значения напряжения «U» по формулам:
- определить погрешности измерений по формулам:
- абсолютной ∆ U = U − Uг ; относительной
% Полученные данные занести в табл.2
4
- входные сопротивления и емкости каналов Y, X и Z;
- диапазон частот и амплитуд напряжения внешней синхронизации (канал X);
- диапазон частот и амплитуд напряжения в канале Z;
- параметры сигнала на выходе калибратора (амплитуда, частота, форма).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
КАЛИБРОВКА КАНАЛОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО И ГОРИЗНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Во всех осциллографах есть встраиваемая мера – это калибратор амплитуды и длительности. С него подаётся образцовый сигнал на вход канала Y для:
1) Поверки его работоспособности;
2) Его аттестации и калибровки.
Калибровка осциллографа проводится отдельно по каждому каналу:
- калибровка канала вертикального отклонения проводится по амплитуде образцового сигнала, в единицах напряжения;
- калибровка канала горизонтального отклонения проводится по периоду образцового сигнала, в единицах времени.
Калибровать каналы можно как для всего диапазона значений коэффициентов отклонений и развёртки: «» и «
» (это проводится при аттестации осциллографа в целом), так и только для используемых его значений. (Это делается при оценке точности самого измерения. Погрешность измерения в этом случае
13
усилитель - ограничитель (УО), для формирования импульсов подсветки, а также устройство управления яркостью луча (УУЯЛ). Сигнал с его выхода поступает на модулятор ЭЛТ.
Сигнал формируемый в канале Z определяет яркостные градации отображаемого сигнала. Если на его вход "Bx. Z" не подается внешний сигнал, то яркость луча в процессе измерения остается постоянной. При подаче на внешний вход "Bx. Z" периодического сигнала в канале Z формируется, согласно частоте внешнего сигнала, световая шкала меток времени.
Калибратор амплитуды и длительности (К) включается в состав осциллографа как встроенная мера, формирующая образцовый сигнал по которому настраиваются каналы Y и X. Сигнал калибратора выводится на переднюю панель осциллографа и с помощью соединительного кабеля может быть подан на вход канала Y.
Каналы осциллографа Y, X и Z включаются в схему измерения, исходя из используемого способа измерения. В общем случае на вход канала Y подается измеряемый сигнал. На входы каналов X и Z - вспомогательные сигналы. Сигнал, формируемый в канале X, определяет вид преобразования входного сигнала. В режиме линейной развертки в канале X формируется линейно изменяющийся пилообразный сигнал, и сигнал, подаваемый на вход Y, отображается на экране осциллографа без изменения своей формы. Он представляет собой временную зависимость 
(t) в декартовой системе координат. В режиме усиления внутренний генератор развертки в канале X отключен. Канал X работает в режиме усиления входного сигнала. Сигнал, подаваемый на вход Y, отображается на экране осциллографа преобразованным, согласно зависимости (
). Это может быть параметрическая зависимость, эллипс или фигуры Лиссажу.
Основными характеристиками осциллографа являются:
- диапазон измеряемых напряжений;
- диапазон измеряемых интервалов времени;
- полоса пропускаемых частот (канал Y);
- диапазон значений коэффициента отклонений;
- диапазон значений коэффициента развертки;
12
Табл.1
№ бригады | Параметры синусоидального сигнала | |||||
U1(В) | f1(кГц) | U2(В) | f2(кГц) | U3(В) | f3(Гц) | |
1 | 0.10 | 0.25 | 1.00 | 5.00 | 10.00 | 100 |
2 | 0.25 | 0.50 | 2.50 | 2.50 | 5.00 | 200 |
3 | 050 | 1.00 | 2.00 | 2.00 | 4.00 | 300 |
4 | 0.75 | 1.25 | 1.00 | 1.50 | 2.00 | 400 |
5 | 1.00 | 1.50 | 0.75 | 1.25 | 0.50 | 500 |
6 | 2.50 | 2.00 | 0.50 | 1.00 | 0.25 | 600 |
7 | 5.00 | 2.50 | 0.25 | 0.50 | 1.00 | 700 |
8 | 10.00 | 5.00 | 1.00 | 0.25 | 0.10 | 800 |
Табл.2
№ измерений | Исх. данные | Измеренные данные | Расчетные значения напряжения | Погрешность измерений | |||
Uг (В) | Hу (дел) | mу (В/дел) | Um | U | ∆ U | δ U | |
1 | |||||||
2 | |||||||
3 |
7.1.3. Измерить с помощью осциллографа период и частоту синусоидального сигнала (режим линейной калиброванной развертки) для чего:
- подсчитать количество делений «Hx» по горизонтали, соответствующее периоду синусоидального сигнала;
- занести в табл.3 значения «Hx», «mx» и «fг».
- произвести расчет периода «Tx» и частоты синусоидального сигнала «fx» по формулам:
5
Tx = mx ∙ Hx
- определить погрешность измерений по формулам:
· абсолютной ∆ f = f ─ fг ;
· относительной 
%
Полученные результаты занести в табл.3.
Табл.3
№ измерений | Исходные данные | Измеренные данные | Расчетные значения | Погрешность измерений | |||
fг (кГц) | Hx (дел) | mx (мс/дел) | Т | f | δf | ∆ f | |
1 | |||||||
2 | |||||||
3 |
7.2. Калибровка используемых каналов измерения по встроенному в осциллограф калибратору амплитуды и длительности.
7.2.1. С помощью ручек осциллографа «Вольт/деление» и «Время/деление» выставляем параметры используемых нами каналов Y и X:
- значения «mу» и «mx» (Значения «mу» и «mx» берем из табл.2 и табл.3).
7.2.2. На калибруемый канал измерения подаем с калибратора образцовый сигнал, для чего:
- выход калибратора подсоединяем ко входу канала Y;
- переключателем «Ω 2 кГц» подаем на вход канала Y с калибратора прямоугольные импульсы частотой 2 кГц.
На экране осциллографа появляется сигнал следующего вида (рис.2):
6
нажатии специальной кнопки, формируя однократное пилообразное напряжение.
В канале X имеется также усилитель горизонтального отклонения (УГО), который может работать в двух режимах: режиме линейной развертки и в режиме усиления входного сигнала. Выбор режима работы усилителя определяется положением переключателя (П). С помощью переключателя (П) вход усилителя (УГО) присоединяется к выходу генератора развертки, тогда усилитель работает в режиме линейной развертки, или к зажимам "Вх. Х", тогда усилитель работает в режиме усиления входного сигнала. Выходное двухфазное напряжение с усилителя поступает на пластины X.
Канал Z служит для управления яркостью луча ЭЛТ. Он содержит
Рис.3
11
вертикального отклонения), на выходе которого вырабатывается симметричный противофазный сигнал, поступающий на две вертикально отклоняющие пластины Y.
Канал X управляет горизонтальным отклонением луча. Одновременное воздействие двух напряжений "" и "" на электронный луч трубки и вызывает появление осциллограммы, отображающей зависимость = f (). Напряжение называют развертывающим, а канал X - каналом развертки. Главным узлом канала X является генератор развертки (ГР), вырабатывающий линейно изменяющее пилообразное напряжение, пропорциональное времени ( = mt). Для управления частотой развертывающего напряжения используется напряжение синхронизации, поступающее через схему синхронизации (СС) и формирующее устройство (ФУ). Это напряжение может формироваться из входного сигнала - режим внутренней синхронизации, из внешнего сигнала - режим внешней синхронизации и из напряжения сети - режим синхронизации от сети. Режим синхронизации определяется пользователем.
Как правило, в осциллографе используется три режима работы генератора развертки: автоколебательный, ждущий и режим одиночного запуска.
В автоколебательном режиме генератор развёртки работает непрерывно. Его период синхронизируется периодом сигнала, поступающего на схему синхронизации.
В ждущем режиме генератор развертки находится в состоянии готовности к рабочему ходу. Запускается генератор развертки только при поступлении импульсов синхронизации, формируемых в режиме внутренней или внешней синхронизации из проходящих импульсов. Каждый рабочий ход развертки начинается с приходом синхронизирующего импульса.
В режиме одиночного запуска генератор развертки находится в состоянии готовности к рабочему ходу. Запускается генератор развертки одиночным импульсом с последующей блокировкой при
10
Рис.2
7.2.2. Калибровка канала вертикального отклонения:
- по осциллограмме для выставленного значения «mу» определяем значение Hу;
- по полученным данным рассчитываем значение сигнала Ux:
Ux = mу ∙ Hу
- сравниваем измеренное значение Ux с образцовым значением U0 и определяем погрешность калибровки:
∆U = Ux ─ U0
%
- полученные экспериментальные и расчетные значения заносим в табл.4.
Табл.4
№ измерения | Исходные данные | Измеренные значения | Расчетные значения | Погрешность калибровки | ||
U0 | mу | Hу | Ux | ∆U | δU | |
1 | ||||||
2 | ||||||
3 |
7
7.2.3. Калибровка канала горизонтального откланения:
- по осциллограмме для выставленного значения «mx» определяем значение «Hx»;
- по полученным данным рассчитываем период сигнала Tx:
Tx = mx ∙ Hx
- сравниваем измеренное значение Tx с образцовым значением
T0=0,5 мс и определяем погрешность калибровки:
∆T = Tx ─ T0
%
- полученные экспериментальные и расчетные значения заносим в табл.5
Табл.5
№ измерения | Исходные данные | Измеренные значения | Расчетные значения | Погрешность калибровки | ||
T0 | mx | Hx | Tx | ∆T | δT | |
1 | ||||||
2 | ||||||
3 |
7.3. Оценка проведенных измерений:
- класс точности генератора низкой частоты – F2,0 U2,5. если погрешности измерений укладываются в эти значения – измерения корректны;
- погрешность измерений не должна превосходить максимальную более чем на 5% (точность настройки осциллографа – 5%):
δUmax = δUкалибр + δUг
δTmax = δTкалибр + δTг
8
- если «δU» и «δT» при калибровке превышают 5%, то осциллограф нуждается в настройке;
- если «δU» и «δT» при измерении превышают более, чем на 5%, значения погрешностей, определенные при калибровке осциллографа, то измерения сделаны некачественно;
- нужно оценить свои измерения, сравнив погрешности измерений, калибровки и генератора.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ОСЦИЛЛОГРАФА
Структурные схемы осциллографов различных типов могут в некоторых деталях отличаться друг от друга, однако в основном они соответствуют обобщенной структурной схеме, изображенной на рис.3
Универсальный осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), трех электрических каналов управления лучом: - канала вертикального отклонения (канала Y), канала горизонтального отклонения (канала X) и канала управления яркостью (канала Z), калибратора и блока питания (на схеме не показан).
Канал Y управляет вертикальным отклонением луча. Он содержит аттенюатор (Ат) для ослабления больших сигналов, предварительный усилитель (ПУ) для усиления малых сигналов, линию задержки (ЛЗ) для небольшой временной задержки сигнала, оконечный усилитель (УВО - усилитель
9
