Осциллографические измерения параметров сигнала

Лабораторная работа

ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА

Цель работы – изучить назначение органов управления и ознакомиться с работой осциллографа ADS-2121M; научиться готовить осциллограф к работе; практическое освоение осциллографических методов измерения параметров сигналов; оформлять результаты измерений.

Состав оборудования

В работе используются электронный осциллограф ADS-2121M, генератор сигналов специальной формы AFG-72105. Подготовка средств измерений к работе осуществляется в соответствии с инструкциями по эксплуатации, имеющимися на рабочем месте.

Меры безопасности

1. Корпуса измерительных приборов ADS-2121M и AFG-72105 должны быть заземлены через зажимы защитного заземления в первую очередь и отсоединены в последнюю.

2. При работе с приборами необходимо соблюдать действующие правила по технике безопасности при работе с электроустановками.

Основные теоретические положения

Осциллограф является одним из основных радиоизмерительных приборов, предназначенным для визуального наблюдения и исследования формы электрических сигналов, а также для измерения их амплитудных и временных параметров. Исторически название прибора произошло от латинского «oscillo» (качаюсь) и греческого «grapho» (пишу) и связано с приборами, фиксировавшими колебания на светочувствительную пленку.

В современной практике осциллограф позволяет получить график сигнала (осциллограмму) в декартовой системе координат «напряжение-время» и измерить параметры этого сигнала. С его помощью прямым способом измеряют мгновенные значения напряжения и временные интервалы, а косвенными способами – частоту, ток, фазовый сдвиг, сопротивление, амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и другие величины.

Существует несколько видов осциллографов, которые можно разделить на две основные группы:

- аналоговые электронно-лучевые (ЭЛО);

- цифровые (ЦО).

Основным узлом аналогового осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), в которой электронный пучок, отклоняемый электрическими полями, создает свечение люминофорного экрана. К аналоговым относятся универсальные, скоростные и стробоскопические осциллографы.

Цифровые осциллографы преобразуют аналоговый сигнал в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сохраняют его в памяти и отображают на дисплее. Их ключевые преимущества – возможность работы с одиночными и случайными сигналами, высокая точность измерений, расширенные функции обработки, хранения данных и подключение к измерительным системам.

Принцип действия универсального аналогового осциллографа основан на взаимодействии нескольких основных блоков. Центральным элементом является электронно-лучевая трубка. Канал вертикального отклонения (Y) служит для усиления исследуемого сигнала и включает входное устройство с переключателем «открытый/закрытый вход» (позволяет подавать сигнал с постоянной составляющей или без нее), калиброванный аттенюатор для регулировки чувствительности (В/дел), предварительный и оконечный усилители, а также линию задержки, которая обеспечивает временной сдвиг сигнала для наблюдения переднего фронта импульса при запуске развертки от исследуемого сигнала. Канал горизонтального отклонения (X) содержит генератор развертки, вырабатывающий пилообразное напряжение для линейного перемещения луча по горизонтали. Генератор развертки может работать в автоколебательном режиме (для периодических сигналов), ждущем (для импульсов большой скважности и непериодических сигналов) и однократном. Усилитель X усиливает сигнал развертки или внешний сигнал, подаваемый на вход X (режим X-Y). Система синхронизации и запуска обеспечивает получение неподвижного изображения, вырабатывая импульсы, привязанные к одной и той же точке сигнала, что заставляет генератор развертки начинать каждый новый цикл в одной фазе. Канал модуляции яркости (Z) используется для гашения луча во время обратного хода развертки и для создания яркостных меток. Важным узлом является калибратор – генератор образцового сигнала (обычно меандр с известной амплитудой и частотой) для точной калибровки коэффициентов отклонения и развертки.