Категория: Руководства
Цели. ознакомиться с устройством и принципом работы осциллографа; изучить осциллограмму переменного тока.
Оборудование. осциллограф ОМШ-3М (или другой малогабаритный лабораторный); руководство по эксплуатации осциллографа; звуковой генератор лабораторный; вольтметр переменного тока (авометр, мультиметр); соединительные провода – 2 шт.
Краткая теория(Излагается по учебнику в соответствии с программой.– Ред. )
<. > Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 2). Электроны испускаются расположенной в конце узкой части трубки 1 электронной пушкой, которая состоит из нити накала 2 и катода 3. Модулятор 4 регулирует поток летящих к экрану электронов 5. На анод 6 (их может быть два) подаётся фокусирующее и ускоряющее пучок электронов напряжение. Далее расположены вертикально 7 и горизонтально 8 отклоняющие пластины. Внутренняя часть экрана 9 трубки покрыта специальным веществом – люминофором, – способным светиться под действием пучка электронов <. >
Рис. 2. Электронно-лучевая трубка
Количество колебаний, наблюдаемых на экране, зависит от соотношения периодов исследуемого сигнала и пилообразного напряжения развёртки (рис. 5, а. б ). При совпадении частот электронный луч на экране вычерчивает один период напряжения сигнала (рис. 5, а ). Если же частота генератора развёртки будет в 2, 3 и т.д. раза меньше частоты колебаний исследуемого сигнала, то будут вычерчены два, три и т.д. периода. <. >
Масштабная сетка на экране позволяет определить напряжение входного сигнала при известном положении калибровочного переключателя <. >
Вопросы для самоконтроля по теории
1. Как устроена и работает электронно-лучевая трубка?
2. Напишите уравнение переменного тока и напряжения.
3. Что понимают под амплитудным значением силы тока? напряжения?
4. Что называют периодом колебаний тока?
5. Что называют частотой колебаний тока?
6. Чему равна промышленная частота переменного тока? Что означает это число?
7. От чего зависит количество наблюдаемых на экране электрических колебаний?
Практическая работа Задание 1: ознакомьтесь с осциллографом1. Выясните назначение гнёзд, ручек и кнопок управления осциллографа (рис. 7), пользуясь руководством по эксплуатации и предложенной литературой: 1 – «Вход Х»: гнёзда от горизонтально отклоняющих пластин; 2 – «Вход Y»: гнёзда от вертикально отклоняющих пластин; 3 – ручка управления смещением луча по горизонтали; 4 – ручка управления смещением луча по вертикали; 5 – ручка регулировки (фокусировки) размера пятна на экране; 6 – ручка управления яркостью пятна; 7 – экран; сверху наложена масштабная сетка; 8 – кнопки управления уровнем усиления входного сигнала по вертикали; 9 – кнопка управления частотой напряжения развёртки (пилообразного напряжения); 10 – ручка плавного регулирования частотой напряжения развёртки; 11 – кнопка отключения напряжения развёртки; 12 – кнопка выбора режима синхронизации.
Рис. 7. Внешний вид осциллографа ОМШ-3М
2. Включите осциллограф в сеть. Ручки «яркость» и «фокус» поставьте в максимальное положение и дождитесь появления светящейся точки на экране.
3. Регуляторами перемещения луча по вертикали и горизонтали установите светящуюся точку в центре экрана.
4. Регуляторами яркости свечения и фокусировки луча установите удобную для наблюдения форму точки.
5. Подайте постоянное напряжение 4–6 В (например, от «квадратной» батареи) в той или иной полярности на «Вход Х» и следите за перемещением луча влево–вправо. Объясните наблюдаемое явление.
6. Подайте постоянное напряжение 4–6 В в той или иной полярности на «Вход Y» и следите за смещением луча вверх–вниз. Зная цену деления масштабной сетки, в зависимости от нажатой кнопки управления уровнем усиления входного сигнала, определите примерное значение напряжения.
7. Разверните луч по горизонтали, используя кнопки переключателя диапазона частот напряжения развёртки.
8. Повторите опыты пункта 6 при развёрнутом луче. Объясните наблюдаемое явление.
Задание 2: изучите осциллограмму переменного тока1. Подайте переменное напряжение от звукового генератора на «Вход Y» и « » осциллографа (рис. 8). Кнопками переключателя делителя входного напряжения установите амплитуду колебаний в пределах экрана электронно-лучевой трубки.
Рис. 8. Получение осциллограмм сигналов от звукового генератора
2. Установите на экране неподвижную картину из нескольких периодов колебаний, меняя частоту генератора управления развёрткой.
3. Меняя уровень входного напряжения звукового генератора ручками управления уровня входного сигнала осциллографа, установите амплитуду колебаний в пределах экрана. По масштабной сетке определите примерное значение напряжения сигнала. Убедитесь в правильности измерения, подключив вольтметр переменного тока к выходу звукового генератора.
4. Подайте на «Вход Y» осциллографа переменное напряжение промышленной частоты (50 Гц) в пределах 5–10 В от лабораторного источника питания и по масштабной сетке определите амплитудное значение напряжения.
5. Зная амплитудное напряжение, вычислите его действующее (эффективное) значение.
Отключите напряжение развёртки и установите светящуюся точку в середине экрана. Подайте переменное напряжение (промышленное или от звукового генератора) поочерёдно к входам осциллографа «Y» и «Х» и объясните наблюдаемое явление.
Контрольные вопросы и задания1. Объясните назначение основных узлов осциллографа: блока развёртки; блока синхронизации; блока управления.
2. Объясните назначения ручек и кнопок управления осциллографом.
3. Как с помощью осциллографа определить напряжение и частоту электрических колебаний?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 38 Изучение устройства и принципа работы электромагнитных телефона и микрофонаЦели. ознакомиться с устройством и принципом работы электромагнитного телефона; ознакомиться с принципом работы электромагнитного микрофона.
Оборудование. капсюль от телефона ТОН-2 – 2 шт.; осциллограф лабораторный; звуковой генератор; омметр; камертон на резонаторном ящике с молоточком; источник питания 5–6 В; соединительный провод в изоляции длиной 3 м – 2 шт.
Краткая теория(Излагается по учебнику в соответствии с программой. – Ред. )
Вопросы для самоконтроля по теории1. Как устроен электромагнитный телефон?
2. Объясните принцип работы телефона.
3. Как устроен электромагнитный микрофон?
4. Объясните принцип работы микрофона.
Практическая работа Задание 1: изучите устройство и принцип работы телефона1. Отверните крышку телефонного капсюля и ознакомьтесь с его устройством; найдите мембрану, стержень, катушку. Заверните крышку на место.
2. Измерьте омметром сопротивление катушки.
3. Соберите электрическую цепь по рис. 11. Пропустите ток по катушке телефона в разных направлениях и следите за появлением характерных звуков – щелчков.
4. В какие моменты возникают щелчки? Почему?
5. Подключите телефонный капсюль к выходу источника переменного тока – звуковому генератору – и послушайте изменение издаваемого мембраной телефона звука при изменении частоты генератора.
6. Объясните наблюдаемое явление.
Задание 2: изучите принцип работы микрофона1. Включите выводы микрофона (телефонного капсюля) к вертикальному входу лабораторного осциллографа и наблюдайте осциллограмму звуковых колебаний, преобразованных микрофоном в электрические.
2. Установите микрофон перед резонаторным ящиком камертона и наблюдайте синусоидальные колебания на экране (рис. 12).
3. Выключите напряжение развёртки осциллографа и, подключая микрофон поочерёдно к вертикально отклоняющим пластинам («Вход Y») и к горизонтально отклоняющим пластинам («Вход Х»), наблюдайте колебания электронного луча.
4. Объясните наблюдаемое явление.
Задание 3: испытайте в работе простейшее переговорное устройство1. Соедините согласно рис. 13 два телефонных капсюля двужильным проводом длиной 3–4 м.
2. Если постукивать пальцем по крышке капсюля, принятого за микрофон, то в телефоне слышатся отчётливые звуки. Объясните их происхождение.
Примечание. Любой капсюль можно использовать и как микрофон, и как телефон.
3. Возьмите с товарищем по капсюлю и расположитесь в разных комнатах так, чтобы не слышать голоса друг друга. Переговаривайтесь между собой по принципу «Приём–передача».
Контрольные вопросы и задания1. Какой частоты звук издаёт телефонный капсюль, если его подключить к источнику переменного сетевого напряжения промышленной частоты? Ответ проверьте экспериментально, подключившись к такому источнику напряжением до 10 В.
2. Если в телефонном капсюле намагниченный подковообразный стержень заменить ненамагниченным, то мембрана при прохождении переменного тока будет колебаться с удвоенной частотой и искажать звук, делая его выше. Почему это происходит?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 39 Сравнение амплитудного и действующего значений переменного напряженияЦель. найти соотношение между амплитудным и действующим значениями напряжений в цепях переменного тока.
Оборудование. макетная плата; источник переменного тока на 4–10 В; выпрямительный диод КД209; оксидный конденсатор на 500–1000 мкФ; вольтметры постоянного и переменного тока (или авометр); осциллограф; соединительные провода – 8 шт.
Краткая теория(Излагается по учебнику в соответствии с программой.– Ред. )
Вопросы для самоконтроля по теории1. Какие параметры характеризуют переменный ток?
2. Что такое действующее (эффективное), мгновенное и амплитудное значения переменного тока и напряжения?
3. Какова связь между действующим и амплитудным значениями силы тока и напряжения?
4. Почему в схеме на рис. 14 вольтметр переменного тока PV 1 показывает действующее значение переменного напряжения, а вольтметр постоянного тока PV 2 – его амплитудное значение?
Рис. 14. Принципиальная ( а ) и монтажная (б ) схемы
Практическая работа Задание 1: проверьте соотношение между действующим и амплитудным значением переменного тока1. Соберите схему по рис. 14.
2. Измерьте действующее значение напряжения U вольтметром переменного тока PV 1 и амплитудное значение напряжения Um вольтметром постоянного тока PV 2.
3. Найдите отношение амплитудного значения напряжения к действующему и убедитесь, что
Примечание. В работе рекомендуем использовать вольтметр с большим внутренним сопротивлением.
Задание 2: сравните осциллограммы постоянного (выпрямленного) и переменного напряжений1. Подключайте вход осциллографа «Y» поочерёдно то параллельно конденсатору (т. 4), то параллельно вторичной обмотке трансформатора (т. 1), как показано на рис. 14 пунктиром, и, наблюдая осциллограммы, убедитесь в том, что напряжение на конденсаторе равно амплитудному значению синусоидальных колебаний на выходе трансформатора.
2. Зарисуйте в тетради в одних и тех же масштабах наблюдаемые осциллограммы. Пользуйтесь масштабной сеткой экрана.
Печатается выборочно по учебному пособию: П.П.Головин. Фронтальные лабораторные работы и практикум по электродинамике. – Ульяновск: Корпорация технологий продвижения, 2005), см. также № 2/05. Примерно половина рисунков опущена. – Ред.
Электронный осциллограф – это прибор, служащий для наблюдения и измерения параметров электрических сигналов. В нем используется отклонение электронного луча для получения изображения мгновенных значений функциональных зависимостей переменных величин, одной из которых обычно является время.
Для исследования зависимости электрического напряжения от времени исследуемое напряжение подается на вход " Y " осциллографа и включается генератор развертки, вырабатывающий линейно изменяющееся напряжение.
Для исследования зависимости одного напряжения (тока) от другого первое из указанных напряжений подается на вход " Y ", а второе – на вход "Х", генератор развертки в этом случае отключается.
Существуют многолучевые и многоканальные осциллографы. В многолучевых осциллографах применяются специальные многолучевые электронные трубки, а в многоканальных – специальные коммутаторы электрических сигналов, позволяющие наблюдать несколько сигналов на экране однолучевой ЭЛТ.
Понять принцип работы электронного осциллографа поможет рисунок 2.16. на котором приведена структурная схема осциллографа.
Структурная схема осциллографа включает:
· электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) ;
· канал " Y " (канал вертикального отклонения луча), содержащий входное устройство, предварительный усилитель Y. линию задержки сигнала, оконечный усилитель Y ;
· канал "Х" (канал горизонтального отклонения луча), содержащий генератор развертки по оси Х, устройство синхронизации, предварительный и оконечный усилители Х;
· канал Z (канал управления яркостью луча);
Кроме этого в состав электронного осциллографа входят не показанные на структурной схеме низковольтный и высоковольтный выпрямители.
Одним из основных узлов осциллографа является электронно-лучевая трубка. Она представляет собой стеклянный баллон с высоким вакуумом, в котором имеется система электродов и экран, покрытый люминофором. При попадании на экран электронов наблюдается свечение. В цилиндрической части трубки расположены катод, модулятор, первый и второй аноды, две пары отклоняющих пластин. Источником электронов является оксидный катод. Катод подогревается с помощью нити накала, изолированной от катода. Систему электродов (катод, цилиндрический модулятор, первый и второй аноды) называют электронной пушкой. На модулятор относительно катода подают отрицательный потенциал, величину которого регулируют переменным резистором и этим самым изменяют яркость светящегося пятна на экране ЭЛТ. Первый анод используется для фокусировки электронного луча. Второй анод служит для ускорения электронов. Некоторые трубки имеют третий анод, позволяющий повысить яркость свечения экрана. Последняя буква в условном обозначении ЭЛТ указывает тип люминесцентного покрытия экрана: А – покрытие дает голубое свечение и малую продолжительность послесвечения, В – длительное послесвечение (порядка нескольких секунд), И – покрытие дает зеленое свечение средней продолжительности. Длительность послесвечения ЭЛТ можно оценить экспериментально, не подключая ЭЛТ. С этой целью освещают в течение нескольких секунд экран ЭЛТ карманным фонариком и, выключив фонарик, наблюдают в темноте уменьшение с течением времени яркости свечения экрана. Покрытие типа И благоприятно для визуального наблюдения сигналов с частотой выше 10 Гц.
Входное устройство канала " Y " включает в себя соединительный кабель, переключатель входа и входные делители напряжения.
Соединительный кабель служит для согласования выхода источника сигнала со входом осциллографа во всем рабочем диапазоне частот (согласование характеризуют коэффициентом стоячих волн), а также защиты от влияния внешних мешающих электромагнитных полей. Соединительный кабель обычно является коаксиальным.
Коаксиальный кабель (рис. 2.17 ) имеет внутренний проводник 1, который цилиндрическим изолятором 2 отделен от внешней проводящей оболочки 3 (оплетки). Эта оболочка обычно также покрывается защитной изоляцией 4. Оплетка изготавливается из большого числа тонких медных проводников. Один конец коаксиального кабеля обычно имеет разъем для подключения к прибору, а ко второму присоединяются два проводника. Проводник, соединенный с оплеткой, выбирается, как правило, с изоляцией черного цвета. Проводник, подключаемый к центральной жиле кабеля, называют сигнальным. Проводящая оболочка кабеля подключается к корпусу измерительного прибора.С помощью переключателя входа можно выбрать один из двух способов подачи сигнала к предварительному усилителю: через конденсатор (закрытый вход) или непосредственно – для сигналов постоянного тока и импульсов большой длительности (открытый вход).
Некоторые осциллографы имеют только встроенные входные делители напряжения. Выносной входной делитель напряжения называют пробником. Входные делители требуют сложной настройки при изготовлении осциллографа, чтобы они передавали сигнал без искажений независимо от амплитуды и формы во всем диапазоне частот данного прибора. Делители напряжения строят с использованием резисторов и конденсаторов. Схема одного из вариантов простого частотно-компенсированного делителя напряжения приведена на рисунке 2.18. Настраивают такие делители напряжения с помощью генераторов прямоугольных импульсов напряжения и осциллографа. Делитель настраивают подстроечным конденсатором так, чтобы на выходе делителя импульсы были прямоугольными, так же, как и на его входе.
Предварительный усилитель канала вертикального отклонения предназначен для усиления исследуемого сигнала, преобразования сигнала из несимметричного в симметричный, установки изображения сигнала (совместно с аттенюатором во входном устройстве) в пределах рабочей части экрана по вертикали, обеспечения совместной работы с коммутатором в многоканальных осциллографах.
Линия задержки, включаемая в канал вертикального отклонения осциллографов, позволяет задержать сигнал на время, необходимое для запуска генератора развертки. При отсутствии линии задержки на экране осциллографа не будет виден передний фронт исследуемого сигнала. Линия задержки не должна искажать форму исследуемого сигнала.
Оконечный усилитель канала вертикального отклонения луча обеспечивает усиление исследуемого сигнала до значения, достаточного для отклонения луча ЭЛТ по вертикали в пределах рабочей части экрана.
Коммутатор сигналов (на структурной схеме осциллографа не показан) позволяет использовать усилитель канала Y в следующих режимах: только канал Y 1, только канал Y 2, одновременная работа обоих каналов (сложение сигналов с возможностью изменения полярности сигнала в одном из каналов), поочередная работа обоих каналов (переключение каналов обратным ходом развертки), прерывистый режим (переключение каналов с частотой несколько десятков или сотен килогерц от специального генератора прямоугольных импульсов напряжения).
Если исследуемое напряжение (при необходимости оно усиливается уси лителем) подано только на пластины “У”, то на экране осциллографа будет
видна вертикальная линия, длина которой равна удвоенной амплитуде колебаний. Для изучения изменения сигнала с течением времени необходимо подать напряжение на горизонтально отклоняющие пластины. Напряжение для отклонения луча в горизонтальном направлении подается с выхода канала "Х", содержащего генератор развертки, устройство синхронизации, предварительный (на структурной схеме не показан) и оконечный усилители Х.
Генератор развертки вырабатывает пилообразное (линейно изменяющееся напряжение), которое предназначено для равномерного перемещения луча вдоль оси Х от левого до правого края экрана, а затем быстрого возвращения его в крайнее левое положение. Обратный ход луча на экране соответствует участкам быстрого изменения пилообразного напряжения.
Частоту напряжения, вырабатываемого генератором развертки, можно ступенчато и плавно менять в достаточно больших пределах (как правило, от 10 Гц до 1 МГц и более).
Если напряжение на входе “У” равно нулю, но включен генератор развертки, на экране будет видна горизонтальная линия. При наличии двух напряжений одновременно (входного и с генератора развертки) на экране будет видна осциллограмма исследуемого сигнала.
Генератор развертки в канале Х может иметь три режима работы: автоколебательный, т.е. периодический (для наблюдения синусоидальных и импульсных сигналов с небольшой скважностью), ждущий (для наблюдения исследуемых сигналов с большой и переменной скважностью), одиночной – разовой развертки (для фотографирования, а в запоминающих осциллографах и для непосредственного изучения одиночных сигналов). В ждущем режиме генератор развертки начинает вырабатывать пилообразное напряжение, если на вход “У” осциллографа поступает исследуемый сигнал достаточной амплитуды (в этом режиме, например, не удается обеспечить внутреннюю синхронизацию при исследовании выпрямленного напряжения с малым коэффициентом пульсаций). В некоторых осциллографах имеется режим растяжки развертки, позволяющий получить более крупный масштаб изображения по горизонтальной оси за счет увеличения усиления в конечном усилителе X.
Чтобы получить неподвижное изображение, частота генератора развертки должна быть равна или в целое число раз меньше частоты исследуемого сигнала. С этой целью осуществляют синхронизацию частоты генератора развертки (согласовывают во времени) с частотой исследуемого сигнала. Когда частота генератора развертки близка частоте исследуемого напряжения, то это напряжение изменяет частоту генератора развертки до точного совпадения с частотой исследуемого сигнала.
Согласование частоты генератора развертки с частотой исследуемого сигнала обеспечивает блок синхронизации. Существует три варианта синхронизации: внешняя, внутренняя и от сети. Синхронизацию от сети применяют для исследования сигналов, частота которых равна или кратна частоте питающей сети (50 Гц). Наиболее часто используют внутреннюю синхронизацию. В этом случае часть исследуемого напряжения подается в блок синхронизации, в котором вырабатываются импульсы, управляющие работой генератора развертки. Исследуемое напряжение как бы “навязывает” свой период генератору развертки. Если при этом период собственных колебаний генератора развертки почти равен (или почти кратен) периоду колебаний исследуемого напряжения, то колебания генератора синхронизируются и происходят в такт с исследуемым напряжением. Осциллографы снабжаются переключателем вида синхронизации и переключателем полярности синхронизирующего напряжения.
Оконечный усилитель канала Х предназначен для усиления напряжения развертки или внешнего сигнала до значения, достаточного для отклонения луча в пределах экрана по горизонтали.
Канал Z в основном предназначен для подсветки прямого хода развертки и гашения луча во время обратного хода. Канал Z позволяет модулировать яркость изображения внешним модулирующим сигналом. Если на входы X и Y подать сигналы одной и той частоты, а на канал Z напряжение более высокой известной частоты, то по прерывистой эллиптической развертке можно определить частоту сигнала, подаваемого на входы X и Y.
Встроенные в осциллограф калибраторы повышают точность измерения частоты и амплитуды сигнала. Калибратор представляет собой генератор напряжения с известной амплитудой и частотой. Чаще всего используются постоянные напряжения и напряжения в виде меандра (прямоугольные импульсы напряжения со скважностью равной двум, т.е. длительность импульса равна длительности паузы).
Высоковольтный выпрямитель блока питания служит для питания электродов электронно-лучевой трубки, а низковольтный для питания всех узлов осциллографа.
Осциллографы, выпускаемые в последние годы, имеют, как правило, калиброванную длительность развертки по оси Х и калиброванный коэффициент усиления усилителя “У”. Это позволяет легко определять частоту и напряжение исследуемого сигнала.
При проведении исследований с помощью электронного осциллографа обязательно надо обращать внимание на полосу пропускания канала вертикального отклонения. Проведем эксперимент с осциллографами ОМЛ-3М и ОМШ-3М.
Электронный осциллограф ОМЛ-3М имеет полосу пропускания канала “У” от 0 до 5 МГц, а осциллограф ОМШ-3М - от 0 до 25 кГц. На входы вертикального отклонения обоих осциллографов подадим одновременно прямоугольные импульсы длительностью 2-3 микросекунды со скважностью равной двум. На экране осциллографа ОМЛ-3М форма импульсов прямоугольная, а на экране осциллографа ОМШ-3М импульсы имеют форму, аналогичную форме импульсов на выходе интегрирующей RC - цепи при подаче на ее вход прямоугольных импульсов напряжения (рис. 2.19 ). При изменении в широких пределах частоты следования прямоугольных импульсов, подаваемых на вертикальные входы осциллографов, наблюдаем изменение формы сигнала на экранах. Полученные результаты можно объяснить, анализируя спектральный состав прямоугольных импульсов. Результаты проведенного эксперимента убеждают в необходимости учета полосы пропускания канала вертикального отклонения осциллографа для наблюдения без искажений прямоугольных импульсов.
Скачать Осциллограф Омш-3М Инструкция
Всем здравствуйте. столкнулся с проблемой. этот осциллограф рассчитан на 42в переменкой. купилось по цене металлолома с.
Достался в дар приборчик, по началу на экране вообще ничего не появлялось, почитал документацию, нашел потенциометр который.
· наблюдения формы импульсов любой полярности с длительностью от 0,2 мкс до 0,1 с и размахом от 10 мВ до 300 В ; ·наблюдения периодических колебаний в диапазоне частот от 3 Гц до 5 МГц ; ·измерения амплитуд исследуемых сигналов от 20 мВ до 150 В ; ·измерения временных интервалов от 0,4 мкс до 0,2 с. Питание осциллографа осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В±10 %, частотой 50 Гц. Мощность, потребляемая от сети, - 30 Вт.
