«Электронно-лучевые осциллографы»

министерство образования и науки

Российской Федерации

новосибирский государственный университет

Физический факультет

Кафедра физической информатики

отчет

о лабораторной работе

«Электронно-лучевые осциллографы»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 4372

Преподаватель измерительного практикума

_______________

“___”__________ 2004 г.

Новосибирск, 2004 г.

Введение

Цель работы: познакомиться с работой электронно-лучевого осциллографа; научиться наблюдать на экране осциллографа форму периодических и непериодических сигналов; научиться измерять амплитуду, длительность, период электрических сигналов; научиться получать функциональные зависимости между двумя сигналами; получить представление о точности, которую может обеспечить осциллограф, и об основных источниках погрешностей.

Задание 3.2

Изучение процесса нагревания нити накаливания

При включении лампы накаливания в цепь по ней потечет ток, определяемый сопротивлением лампы в холодном состоянии. По мере прогрева сопротивление лампы меняется.

Для измерений я использовала двухканальный осциллограф С1-83.

Рис.1 Схема с лампочкой накаливания

На экране осциллографа я получила следующую осциллограмму:

Рис.2 Осциллограмма при включении лампочки

I=(144±1)мА - стабилизатор (СТ) поддерживает в цепи постоянный ток.

По осциллограмме видно:

Uх=(0,35±0,01)В - напряжение на лампе сразу после включения кнопки,

Uг=(2,5±0,1)В - установившийся уровень напряжения после нагрева лампы.

Время нагрева лампочки t ≈1с (время за которое напряжение на лампе достигнет 95% от установившегося уровня).

R=U/I : Rг=2,5/0,144=(17±1)Ом – сопротивление горячей лампы,

Rх=0,35/0,144=(2,4±0,1)Ом – сопротивление холодной лампы.

Вывод: сопротивление лампы при нагреве её спирали меняется.

сопротивление холодной лампы Rх=(2,4±0,1)Ом;

сопротивление горячей лампы Rг=(17±1)Ом

время нагрева лампочки t ≈1с

Релаксационный генератор

Рис.3 Схема релаксационного генератора

Я работа на осциллографе С1-68

На экране осциллографа я получила следующую зависимость:

Рис.4 Осциллограмма релаксационного генератора

X: 1 мс/см; Y: 5*10 В/см

U0=100 В; r =1,2МОм

t2=3см*1 мс/см=3 мс Uг=1,1*50=(55±4) В

t1=15см*1 мс/см=15 мс Uз=1,8*50=(90±5) В

T= t1+ t2 = (18±1) мс (где T - период колебаний)

Пользуясь формулой, для нахождения периода, получим расчетное значение

T=1,2*106*10-9*ln((100-55)/(100-90)) ≈18 мc

Измеренный мною период колебаний совпал с расчетным значением.

Вывод: исследовав сигнал с релаксационного генератора, я определила:

Uз=(90±5) В – потенциал зажигания неоновой лампы,

Uг=(55±4) В – потенциал гашения неоновой лампы,

T=(18±1) мс – период колебаний.

Определение длины коаксиального кабеля

Одновременно на вход Y осциллографа и один из концов бухты кабеля я подала короткий импульс (с выхода синхроимпульса генератора) через согласованную нагрузку.

Я проводила измерения на осциллографе С1-65:

Рис.5 Изображение основного и отраженного импульса

Рис.6 Изображение основного и отраженного импульса (когда закоротить)

Если закоротить, то отраженный импульс меняет полярность.

X=0,5 мкмс/дел; Y=2 В/дел

Время прохождения импульса по кабелю: t ≈ 2,0*0.5*10-6 с =(1±0,1)*10-6 с =(1±0,1) мкмс

Скорость распространения волны равна 2*108 см/с

L =(t*v)/2=100м

Погрешность ∆l =15м

Я нагрузила свободный конец кабеля на переменное сопротивление, меняя его величину, добилась минимального отражения. При этом значение нагрузочного сопротивления равно волновому сопротивлению кабеля, которое я измерила омметром: Z0 ~ 80 Ом

Из формул : √L'/С'= Z0 , √L'C'=1/V, где L' и C' – погонные индуктивность и емкость кабеля

L'= C' (Z0)2 , L'C'=1/V2 откуда следует, что L'= Z0/V, C'=1/( Z0V)

L'=80/(2*108)=4*10-7 Гн/м

C'=1/(80*2*108)=6,25*10-11 Ф/м

Вывод: я определила длину коаксиального кабеля: l =100м , измерила величину волнового сопротивления кабеля Z0 ~ 80 Ом, нашла погонные индуктивность и ёмкость кабеля:

L'=4*10-7 Гн/м

C'=6,25*10-11 Ф/м

RC цепочка и фигуры Лиссажу

Рис.7 RC цепочка

Измерения я проводила на осциллографе С1-65

Рис.8 Фигура Лиссажу

X: 2 мс/см Y: 1В/см

sin φ = Uoy/Uy = Uox/Ux

Uy=1.4В , Uoy=1В

sin φ = 1/1,4 ≈ 0,71 значит φ ~ 45˚

Найдем φ по формуле tg φ = ωRC : ω=5*102Гц, С=2*10-7Ф, R=9,1*103Ом

tg φ = 0,91 → φ ~ 42˚

Вывод: я определила сдвиг по фазе двух сигналов, исследуя эллипс, образованный ими на экране осциллографа φ ~ 45˚

Причины ошибок (погрешностей) при работе с осциллографом:

погрешности калибровки, нелинейная зависимость отклонения луча по вертикали от входного напряжения, зависимость коэффициента усиления от частоты, погрешности входного усилителя, нелинейность развертки по времени, шумы, конечная толщина луча,

а также ошибки генератора.