ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Вимірювання частоти і фази.

1 2 3 45

Вимірювання частоти і фази електричних коливань за допомогою осцилографа широко поширені. Вимірювання частоти в загальному випадку проводиться шляхом порівняння досліджуваних коливань з коливаннями відомої частоти. Вельми зручним прийомом є одночасна фіксація на екрані двохпроменевого осцилографа (або однопроменевого — за допомогою електронного перемикача) двох коливань, частота одного з яких наперед вісті. Аналогічні результати можуть бути отриманий порівнянням періоду напруги частоти, що виміряється, з періодом розгортки або накладенням на осцилограму міток часу з використанням калібратора тривалості. Основною перевагою цих способів вимірювання частоти є можливість дослідження коливань будь-якої форми, недоліком — невисока точність.

Більше точні результати можуть бути отриманий при порівнянні двох коливань синусоїдальної форми методом фігур Ліссажу.

Подаючи на одну з пар пластин синусоїдальну напругу певної частоти, а на іншу — напругу, що досліджується, можна у ряді випадків по виду фігури Ліссажу судити про частоту або зсув фази невідомої напруги. На рис. 5.7 показані фігури Ліссажу для декількох, простих випадків співвідношення частот і кутів зсуву фаз.

Визначення частоти цим способам засновано на тому, що будь-яка фігура -Ліссажу вписується в прямокутник, сторони якого відповідно рівні подвоєним амплітудам коливань, що складаються.

Рис. 5.7 Фігури Ліссажу

Відношення числа торкань нерухомої фігури на екрані з однією з вертикальних сторін прямокутника п до числа торкань тієї ж фігури з однією з горизонтальних його сторін т. характеризує кратність частот порівнюваних коливань.

Якщо напруга_, що виміряється, має частотою f_x подано, на вхід У осцилографа, а напруга відомої частоти f_o — на вхід X, отримаємо співвідношення

f_x/f_o= т/п,

з якого може бути визначений частота f_x.

Звичайно прагнуть проводити порівняння частот, підбираючи частоту зразкового генератора рівній частоті коливань, що виміряються, оскільки при цьому фігура має найпростіший вигляд— круг, еліпс, пряма (рис. 18.7).

Іноді добитися нерухомості фігури Ліссажу важко унаслідок нестабільності порівнюваних частот. Тому, змірявши частоту обертання фігури D_f, можна ввести поправку:

Знак поправки залежить від напряму обертання фігури.

Цей метод, що дає високу точність, визначувану точністю генератора відомої частоти, доцільно застосовувати тільки при відносно невеликій кратності частот, що виміряються і відомих, звичайно не перевищуючої 6—8, і D_f, рівної приблизно 2—3.

Якщо ж порівнювані частоти розрізняються значно, то фігури Ліссажу стають заплутаними і піддаються розшифровці насилу. Тому в подібних випадках переважно користуватися круговою розгорткою.

В цьому випадку одна з напруг з більш низькою (відомою) частотою через фазозсувний ланцюг подається на входи Х і У осцилографа. Напруга більш високої частоти (невідомої) підводиться до модулюючому яскравість електроду (канал Z). Зображення кола на екрані в цьому випадку виходить пунктирним. По числу штрихів, що світяться, на колі судять про співвідношення порівнюваних частот.

Визначити фазові зсуви між двома напругами можна шляхом одночасного спостереження двох кривих на екрані осцилографа. Крім того, зсув фаз може бути зміряний і за допомогою фігур Ліссажу. На рис.8 показані фігури Ліссажу, що виходять при подачі на пластини осцилографа двох синусоїдальних коливань однакової частоти і амплітуди, але відмінних по фазі. Якщо на отриманій осцилограмі побудувати осі, як це показано на рис. 18.8, то шуканий фазовий зсув

Осі осцилограми зручніше всього побудувати, знімаючи по черзі напруги з кожної пари відхилюючих пластин. Прямі лінії, що виходять при цьому, і будуть осями осцилограми.

Більш високу точність вимірювання можна отримати, включаючи регульований фазозсувний пристрій послідовно в ланцюг однієї пари відхилюючих пластин. Фазовий зсув регулюється до тих пір, поки еліпс на екрані осцилографа не перетвориться на пряму лінію. Різниця фаз, що виміряється, в цьому випадку відлічується безпосередньо по шкалі фазообертача.

Рис. 5.8. Використання фігур Ліссажу для вимірювання фазових зсувів

Фазовий зсув можна визначити також і за допомогою кругової розгортки. Один із способів вимірювання полягає в наступному. Одна з напруг використовується для отримання кругової розгортки. Потім обидві напруги за допомогою формуючого пристрою перетворяться в серію короткочасних імпульсів (відповідних звичайно моменту переходу кривих через нуль в позитивному напрямі). Ці імпульси подаються на модулюючий електрод трубки, утворюючи на осцилограмі затемнені мітки, відстань між якими відповідає шуканій різниці фаз.

5.6.2 Вимірювання опорів за допомогою осцилографа.

Електронний осцилограф використовуються для вимірювання повних опорів. і їх активних і реактивних складових. Одна з схем для таких вимірювань зображена на рис. 5.9, де Z_х — опір, що виміряється; R₂ — змінний резистор.

Рис. 5. 9. Схема вимірювання опорі за допомогою осцилографа.

При включенні, осцилографа перед початком, вимірюванні необхідно встановити однакову чутливість по осях У і X. Це виконується регулюванням посилення каналів У та X осцилографа.

При даній схемі включення осцилографа на екрані отримаємо зображення еліпса. Зміною опору резистора R₂ добиваються рівних відхилень променя по горизонталі і вертикалі. В цьому випадку падіння напруги на R₂ буде рівне падінню напруги на Z_x, що відповідає умові Z = R₂, де Z — модуль шуканого повного опору.

Синус кута зсуву фаз визначається по зображенню еліпса, як було показане раніше (рис. 5.8). Знаючи значення Z і sin j, можна знайти становлячі Х і R повного опору по формулах:

5.6.3 Дослідження імпульсів за допомогою осцилографа.

В процесі дослідження імпульсів вимірюється їх амплітуда і тривалість, тривалість фронтів і т.д. Ці параметри можуть бути виміряні за допомогою калібраторів амплітуди і тривалості, що є в будь-якому сучасному осцилографі.

При вимірюванні амплітуди імпульсу осцилограф використовується, як було описане раніше, як амплітудний вольтметр.

Тривалість імпульсу та його фронту, а також інтервал між імпульсами вимірюються різними способами. Всі вони в загальному випадку зводяться до того, що тривалість тимчасового інтервалу, що виміряється, порівнюється з тривалістю розгортки або з періодом напруги, що виробляється зразковим генератором. Чекаюча розгортка запускається імпульсом, який є опорним. Тривалість розгортки регулюється так, щоб на екрані були видні одночасно опорний імпульс і імпульс, яким закінчується інтервал, що виміряється, тобто стоп-імпульс (рис. 5.10, а).

Рис. 5.10. Вимірювання інтервалу часу між двома імпульсами з використанням фіксованих міток (а) і рухомої мітки (б).

Якщо відома швидкість розгортки, то інтервал між імпульсами можна визначити по відстані між ними. Для більш точних вимірюванні на екран подаються фіксовані мітки від тимчасового калібратора (генератора міток). Замість фіксованих міток можна застосувати рухому мітку (рис. 5.10,б), яка називається стробуючим сигналом. Цю мітку переміщають по лінії розгортки від опорного до імпульсу, що виміряється. В цьому випадку відлік часу проводиться по положенню рукоятки, що управляє переміщенням стробуючого сигналу. Пересування мітки по екрану відбувається за рахунок зміни часу затримки її щодо опорного імпульсу.

Для вимірювання тривалості імпульсу мітки часу - накладаються на його зображення шляхом подачі напруги генератора міток, на пластини У або на модулюючий електрод трубки. Відповідні осцилограми показані на рис. 5.11, а і б.

Рис. 5.11. Мітки часу при вимірюванні тривалості імпульсу.

Разом з лінійною розгорткою при вимірюванні тривалості або періоду проходження імпульсів може бути використаний кругова розгортка. Цей спосіб полягає в порівнянні тривалості тимчасового інтервалу, що виміряється, з тривалістю (періодом) кругової розгортки.

Розглянуті способи вимірювання параметрів імпульсів застосовні, якщо досліджувані імпульси періодично повторюються. Для вивчення однократно протікаючих імпульсних процесів необхідно застосовувати осцилографи, електронно-променеві трубки яких володіють післясвіченням.

Дослідження імпульсів наносекундної тривалості. Ряд областей сучасної науки і техніки характеризується прагненням використовувати все більш короткі імпульси, тривалість яких вимірюється одиницями і навіть десятими частками наносекунд (10^-9…10^-10 с). Сюди відносяться ядерна фізика, обчислювальна техніка, високочастотна радіотехніка і ін.

Дослідження імпульсів такої малої тривалості за допомогою звичайних осцилографів неможливе. Для цієї мети, як вже наголошувалося, будуються швидкісні осцилографи, використовуючі спеціальні електронно-променеві трубки з відхилюючими електродами типу хвилі, що біжить. Такі трубки дозволяють отримати смугу пропускання до 3000 Мгц. Проте необхідність при таких частотах подавати сигнал безпосередньо на відхилюючі пластини (без допоміжного підсилювача) приводить до надзвичайно низької (0,2…0,3 мм/В) чутливості осцилографа. Тому в даний час набувають поширення так звані стробоскопічні методи осцилографування, що дозволяють досліджувати імпульси наносекундою і меншої тривалості за допомогою звичайних електронно-променевих трубок.

Стробоскопічне осцилографування базується на тому ж ефекті уявного «затримання швидкоплинного процесу», який був використаний при побудові відомих механічних і електричних стробоскопів.

Принцип роботи стробоскопічного осцилографа заснований на вимірюванні миттєвих значень повторюються сигналів, що поступають на його вхід, за допомогою коротких так званих «стробуючих імпульсів» (строб-імпульсів) напруги (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Принцип стробоскопічного перетворення сигналу.

Сигнали і строб-імпульси поступають на вхідне (перемикаюче), пристрій, який виконує роль ключа, що відмикається тільки на час дії строб-імпульсу. Строб-імпульси автоматично зсовуються в часі щодо сигналу при кожному повторенні і таким чином послідовно прочитують його по крапках (рис. 5.12, а і б).

Тому у вхідному пристрої відбувається як би модуляція сигналом строб-імпульсів по амплітуді і одночасно проводиться їх розширення. На виході перетворювача створюється послідовність розширених імпульсів, що огинає амплітуд яких повторює форму сигналу. Ця послідовність імпульсів, у свою чергу, циклічно повторюється.

Після виділення огинаючої імпульсів на виході перетворювача виходить сигнал, ідентичний досліджуваному, але «розтягнутий» (рис. 5.12, в), трансформований в часі. Цей сигнал посилюється імпульсним підсилювачем і відтворюється на екрані звичайної електронно-променевої трубки.

Масштаб збільшення тривалості сигналу (коефіцієнт «трансформації часу»)

де Т_п — період повторення строб-імпульсів; t_c — тривалість досліджуваного імпульсу; п — число точок прочитування сигналу протягом тривалості t_c.

Істотною обставиною є те, що стробоскопічний осцилограф може працювати не тільки з періодичними сигналами. Достатньо, щоб сигнали були тими, що просто повторюються і мали однакову форму і параметри. Стробоскопічний осцилограф є складним електронним вимірювальним приладом. Його устрій і особливості описані в спеціальній літературі. Сучасні стробоскопічні осцилографи, володіючи коефіцієнтом відхилення 10—200 мВ/см, дозволяють спостерігати імпульси, тривалість фронту яких складає приблизно десяті частки наносекунд.

Промисловістю випускаються стробоскопічні осцилографи з цифровим відліком (наприклад, С7-9), які призначаються для дослідження форми одного або двох синхронно зв'язаних електричних сигналів, що повторюються, тривалістю від 0,2 до 100 мкс, амплітудою від 10 мВ до 16 В шляхом візуального спостереження, фотографування або запису на двокоординатний самописець і вимірювання амплітудних і тимчасових параметрів сигналів з відліком в цифровій формі.

КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

1. Опишіть призначення і застосування осцилографів.

2. Поясніть будову електронно-променевого осцилографа.

3. Нарисуйте структурну схему основних складових частин
осцилографа.

4. Поясніть принцип роботи осцилографа.

5. Які основні режими роботи електронного осцилографа?

6. Нарисуйте функціональну схему електронного осцилографа
ЕПО СІ-67 і поясніть її роботу.

7. Як виконувати дослідження за допомогою осцилографа.

1 2 3 45