ЛР №1.1.6. Изучение электронного осциллографа

Лабораторная работа 1.1.6по курсу «Общая физика»ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГООСЦИЛЛОГРАФАДополнительное описаниеИз лаборатории не выносить!Электронная версия — на сайте кафедры общей физикиphysics.mipt.ru/S_I/labДолгопрудныйМФТИ2016ЗАДАНИЕПеред выполнением работы необходимо познакомиться с общимипринципами работы осциллографа1 .Перед включением осциллографа в сеть необходимо ознакомиться с назначением ручек управления осциллографаGOS-620 (см. Приложение).1. Подготовка к работе.

Перед включением осциллографа всеть убедитесь, что органы управления осциллографа установленыследующим образом:а) Блокгоризонтальнойразвертки(HORIZONTAL):ручкаPOSITION — в среднем положении; кнопка ×10 MAG — отжата; ручка SWP.VAR — в крайнем правом положении (рискаCAL).б) Блок вертикального отклонения (VERTIСAL): ручки POSITION— в среднем положении; внешние ручки VOLTS/DIV обоих каналов в положении 5 V/дел, а внутренние — утоплены; тумблерыAC–GND–DC обоих каналов — в положении GND (отключены);кнопки ALT/CHOP и INV CH 2 — отжаты.в) Блок синхронизации (TRIGGER): TRIG.ALT — отжата, LEVEL— в среднем положении; переключатель MODE — в положенииAUTO; SLOPE — отжата.Включите осциллограф в сеть. Поставьте ручку разверткиTIME/DIV в положение X–Y.

На экране появится точка. РучкамиPOSITION расположите точку в центре экрана осциллографа. Отрегулируйте яркость и четкость изображения точки ручками INTENи FOCUS — размер и яркость точки должны быть минимальновозможными, при условии, что точка хорошо видна на экране.После регулировки включите внутреннюю развертку осциллографа,установив ручку TIME/DIV в положение 2 ms.Внимание! Во избежание прогорания люминофора нежелательнодержать неподвижную точку на экране дольше 2–3 минут.2.

Наблюдение периодического сигнала от генератора иизмерение его частоты. Получите на экране осциллографа устойчивую картину периодического (синусоидального) сигнала, подаваемого1 См. Лабораторный практикум по общей физике. Т. 1. Механика. / Под ред.А.Д. Гладуна — М.: МФТИ, 2004.2с генератора, и с помощью горизонтальной шкалы экрана осциллографа проведите измерение периода и частоты сигнала.а) Подключите звуковой генератор (ЗГ) к каналу CH2(Y) и настройте его на синусоидальный сигнал частоты ≈ 1 кГц. Переключите тумблер MODE блока VERTICAL и тумблер SOURCE блокаTRIGGER в положение CH2(Y). Установите переключатель режима канала CH2(Y) в положение DC (открытый вход).б) Получите на осциллографе устойчивую картину колебаний. Используйте ручки VOLTS/DIV (вольт/деление) для регулировкимасштаба по вертикали, TIME/DIV (время/деление) — для регулировки масштаба по горизонтали, ручки POSITION для смещениякартины как целого.

Используйте ручку LEVEL (уровень запускаразвертки) для получения стационарной картины. При необходимости переключайте режим синхронизации тумблером MODE блока TRIGGER в положения AUTO (автоматический запуск развертки) или NORM (режим ожидания).в) Измерьте период наблюдаемого сигнала (с учётом масштаба погоризонтальной оси, определяемого положением ручки TIME/DIV)и рассчитайте его частоту . Оцените погрешность измерения периода и частоты с помощью осциллографа. Сравните результаты измерений с показанием встроенного в генератор частотомераЗГ (или с положением ручек регулировки генератора, если частотомер отстутсвует).г) Повторите измерения для 3—5 частот из всего диапазона работызвукового генератора.

Результаты занесите в таблицу.ЗГ , Гц , дел с/дел , с , Гц , Гц − ЗГ , Гц.....................3. Измерение амплитуды сигнала. С помощью вертикальнойшкалы экрана осциллографа измерьте отношение максимальной и минимальной амплитуд напряжений max /min , которые способен выдавать генератор. Измерения проведите на частоте = 1 кГц.а) Для установки амплитуды на звуковом генераторе используйтеручку регулировки AMPL и кнопку «ATT −20dB» (ослабление на20 дБ — т. е. уменьшение амплитуды в 10 раз).б) Измерьте амплитуды напряжения max , и min в вольтах.

Дляизменения масштаба вертикальной шкалы осциллографа используйте ручку VOLTS/DIV (вольт на деление2 ) канала CH2(Y).2 Под«делением» имеется в виду большое (1 см) деление шкалы экрана.3При измерении убедитесь, что серая ручка плавной регулировкиVOLTS/DIV утоплена и переведена в крайнее правое положениедо щелчка. Оцените относительную / погрешности измеренияамплитуды.в) Выразите отношение максимального и минимального уровней сигнала в децибелах [дБ]. Децибел — логарифмическая единица ослабления или усиления, определяемая по формуле21 [дБ] = 10 lg22= 20 lg,11где 2 /1 — отношение средних мощностей, 2 /1 — отношениеамплитуд некоторых двух сигналов (здесь учтено, что мощностьпопорциональна квадрату амплитуды ∝ 2 ).4.

Измерение амплитудно-частотной характеристики осциллографа. Амплитудо-частнотной характеристикой (АЧХ) измерительного прибора называют зависимость амплитуды измеряемогосигнала от частоты сигнала, подаваемого на вход. Проведите измерение АЧХ используемого в работе осциллографа во всём диапазонерабочих частот генеартора.а) Установите частоту сигнала генератора = 1 кГц и получитеустойчивое изображение синусоиды на экране. Установите амплитуду генератора, близкую к максимальной (убедитесь, что кнопкаATT −20dB отжата) и подберите масштаб вертикальной шкалы осциллографа так, чтобы размах (удвоенная амплитуда) сигнала наэкране составил, например, 20 = 6,0 дел.

Далее при измеренияхпо данному пункту амплитуда сигнала на генераторе 0 должнаоставаться неизменной (ручка AMPL генератора остаётся в фиксированном положении). Убедитесь также, что серая ручка плавнойрегулировки VOLTS/DIV утоплена и переведена в крайнее правоеположение (CAL) до щелчка.б) Изменяя частоту звукового генератора во всем доступном диапазоне исследуйте зависимость отношение амплитуды сигнала наосциллографе ( ) к исходной 0 в зависимости от частоты:( ) = ( ).0В области частот, где отличается от единицы (как правило, высокие и низкие частоты), необходимо провести подробные измерения ( ).4Измерения амплитудно-частотных характеристик ( ) проведите для одного из каналов осциллографа (например, CH2(Y)) приоткрытом (DC, ≃) и при закрытом (AC, ∼) входе.

Результаты занесите в таблицу. , Гц... 10 ... 103 ... 106 ...lg ... 1 ...3...6...2AC , дел6,0AC = AC /012DC , дел6,0DC = DC /01Постройте в единых осях графики зависимостей коэффициентаослабления сигнала от частоты в логарифмическом масштабе почастоте AC (lg ) и DC (lg ). Объясните причины различия АЧХканала в разных режимах.5. Изучение влияния АЧХ на искажение сигнала.3 Установите на генераторе переключатель вида сигнала в положение «⊓» —прямоугольные импульсы (меандр). Получите на экране устойчивуюкартину прямоугольных импульсов на частоте = 1 кГц. Изменяячастоту генератора во всём диапазоне, наблюдайте как меняется видотображаемого на осциллографе сигнала для открытого (DC) и закрытого (AC) входов канала CH2(Y).

При изменении частоты используйтеручку осциллографа TIME/DIV для регулировки масштаба по горизонтали (по времени). Зарисуйте характерный вид полученных осциллограмм для частот , при которых форма прямоугольных импульсовсущественно искажается. Предложите объяснение полученных результатов на основе измерений, выполненных в предыдущем пункте.6. Измерение разности фазово-частотных характеристикканалов осциллографа. Фазово-частотной характеристикой(ФЧХ) называют зависимость разности фаз входного и выходногосигналов от частоты. Осциллограф может быть использован дляизмерения разности фаз между подаваемыми на него сигналами, приэтом однако необходимо учитывать, что каналы X и Y могут иметьразные ФЧХ. В данном пункте предлагается провести измерениеразности фаз, возникающей при подаче одного и того же сигнала наразные каналы осциллографа, в зависимости от частоты сигнала.а) Подайте синусоидальный сигнал частоты = 1кГц с выхода звукового генератора через тройник (разветвитель) на каналы CH1(X) и3 Необязательныйпункт, выполняется по указанию преподавателя.5CH2(Y).

Выключите внутреннюю развертку осциллографа, переведя переключатель TIME/DIV в положение X–Y. В этом режиме отклонение луча на экране пропорционально подаваемым на каналынапряжениям () = (), () = (), где коэффициентымасштаба , определяются положениями ручек VOLTS/DIV.б) Установите переключатели режимов каналов X и Y в положение GND (выключены) и ручками POSITION установите точку вцентр экрана.

После этого установите переключатели режимов каналов X и Y в положения AC (закрытые входы). Используя ручкиVOLTS/DIV обоих каналов, получите на экране отрезок прямой(вырожденный эллипс) под углом 45∘ к горизонтали, занимающийбо́льшую часть экрана.в) Изменяя частоту генератора во всем доступном диапазоне найдите участки, на которых изображение на экране переходит из отрезка в невырожденный эллипс.

На этих участках проведите подробное измерение разности фаз ∆( ) между каналами X и Y взависимости от частоты.Рис. 1. К определению разности фаз сигналовПри подаче на взаимно перпендикулярные отклоняющие пластины двух синусоидальных сигналов траектория луча на экранеосциллографа представляет собой эллипс и может быть в общемвиде описана уравнениями() = sin( + ),() = sin( + ).(1)Разность фаз ∆ = − можно выразить, например, положивв (1) = − , после чего нетрудно получить⃒ ⃒⃒ 0 ⃒sin |∆| = ⃒⃒ ⃒⃒ ,6где 0 = |=0 — отклонение луча по вертикали в момент, когдаего абсцисса равна нулю; — амплитуда колебаний по оси (см.рис. 1).