№ 64 (1115569), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Напряжение, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины, называется напряжением развертки. Напряжение развертки вырабатывается генератором развертки (рис. 1).7Форма этого напряжения представлена на рис. 3б. Частоту напряжения, вырабатываемого генератором развертки,Uсможно ступенчато и плавно менять в достаточно больших предеtа) 0лах.Для получения неподвижного изображения, период Tp генератора развертки должна быть раТсвен или в целое число раз большепериода исследуемого сигнала.UрДобиться абсолютно точного совпадения периодов практическиневозможно.

Поэтому разверткойtб) 0в осциллографе управляет специальная схема синхронизации. ОнаТрзадерживает начало движения луРис. 3ча по экрану так, чтобы луч начинал двигаться в тот момент, когда входное напряжение достигло определенногозначения, напряжения стабилизации U c . В этом случае луч начинает движениекаждый раз с одной и той же точки графика входного сигнала. В результате, каждое следующее движение луча рисует картинку в одном и том же положении,UcUcа) Uсинхр. = 0б) Uсинхр.

> 0в) Uсинхр. < 0Рис.4даже если периоды сигнала и развертки заметно не совпадают. Изображениеполучается стабильным и устойчивым. Напряжение сигнала, при котором происходит синхронизация (уровень синхронизации) задается органами управленияосциллографом. Визуально изменение этого напряжения вызывает смещениеначала изображаемого графика относительно начала периода сигнала (рис. 4).Существует несколько вариантов синхронизации, но наиболее часто используют внутреннюю синхронизацию. При внутренней синхронизации в блок синхронизации подается часть исследуемого сигнала, рис.

1.8Перед началом измерения частоты удобно установить уровень синхронизации равным нулю (рис. 4а). По существу измеряется не частота, а период T0измеряемого сигнала, а частота f 0 вычисляется по известной формуле f 0  1T0Период сигнала можно измерять в различных частях осциллограммы, но наиболее удобно и точно измерять его в точках пересечения графиком оси времени.Значение периода вычисляют как произведение коэффициента развертки k p (всекундах  s  , мили  ms  или микросекундах   s  на деление) на число большихделений экранной сетки. Коэффициентом развертки называют интер-вал времени, которому соответствует отклонение луча по горизонтали на одно большое деление масштабной сетки.

Значения коОСЦИЛЛОГРАФ ОСУ-20ОСЦИЛЛОГРАФ ОСУ-20а)б)ОСЦИЛЛОГРАФ ОСУ-20ОСЦИЛЛОГРАФ ОСУ-20в)г)Рис. 5эффициентов развертки указываются на передней панели осциллографа рядом ссоответствующим переключателем.9Наблюдение фигур ЛиссажуОдним из применений осциллографа является сравнение частот двух напряжений. Для этого, например, на Х –пластины подают напряжение известнойчастоты f x (от генератора низкой частоты), а на Y -пластины подают исследуемое напряжение частоты f y (например, от другого генератора низкой частоты).Меняя частоту f y , добиваются на экране неподвижной замкнутой кривой – фигуры Лиссажу (рис.

5). При равенстве частот f y  f x на экране получается эллипс, окружность или наклонная линия в зависимости от сдвига фаз между напряжениями и от соотношения между их амплитудами. Фигура в виде восьмерки или двойной дуги соответствует отношению частот 1:2 или 2:1, так как завремя одного колебания в одном направлении происходит два колебания в перпендикулярном направлении и т. д.

Если отношение частот не кратны целомучислу, кривая на экране осциллографа не замкнута и движется по экрану. Прибольшой разности частот фигуры на экране трудно разобрать.Измерение сдвига фаз между двумя напряжениямиа) по расположению кривых на экране осциллографаНа рис. 6 представлены графики двух синусоидальных напряжений U1 иU 2 . Амплитуды и частоты напряжений как видно из графиков одинаковы. Изрис. 6а видно, что процесс изменения напряжения U 2 начинается на t секундUU1UU20tU1U2t0ttа)б)Рис.

6позже U1 . Следовательно, можно записать:, U 2  U 0 sin (t  t ) . Словами этоможно выразить так: напряжение U 2 в момент времени t имеет такое значение,какое напряжение U1 имеет в момент времени ( t  t ). Формулу для U 2 можнопереписать в виде: U 2  U0 sin(t  t )  U0 sin(t   ) , где   t . Величина (в дальнейшем просто  ) называется сдвигом фаз между U 2 и U1 . Знак  зави10сит от того, какое напряжение отстает, а какое опережает. На рис.

6а U 2 отстаетот U1 , т.к. начало его периода расположено во времени позже, чем начало U1 .Этой ситуации соответствует отрицательное значение угла сдвига фаз,  . Нарис. 6б начало процесса U 2 не отображается, но из окончания первого периодавидно, что напряжение U 2 приходит к нулю раньше напряжения U1 , следовательно, оно опережает напряжение U1 .

Сдвиг фаз U 2 относительно U1 в этомслучае положительный,  .Наблюдать одновременно два процесса на экране можно с помощьюдвухканальных осциллографов. Такие осциллографы имеют два независимыхвхода (два канала), которые с помощью блока коммутации поочередно подключаются к вертикально отклоняющим пластинам. Оба графика можно независимо смещать по экрану в вертикальном направлении, добиваясь их удобного, какна рис.

6, взаимного расположения.Из свойства периодичности функции синуса следует, что после прошествии времени, равного одному периоду колебания фаза изменяется на 2 радиан.Поэтому, если измерить период и t в делениях экранной сетки, то модуль угласдвига фаз  можно вычислить по формуле  2n,N(8)где N - число делений экранной сетки, соответствующих периоду T ,а n - число делений экранной сетки, соответствующих интервалу t .б) по фигурам ЛиссажуДвухканальные осциллографы позволяют простым поворотом ручки установки коэффициента развертки подключить одно из напряжений U1 или U 2 кгоризонтально отклоняющим пластинам осциллографа и наблюдать фигурыЛиссажу.

Форма фигуры Лиссажу зависит от сдвига фаз  между напряжениями на X и Y пластинах и отношения их амплитуд.Выясним эту зависимость. Пусть на X и Y пластинах напряжение меняется по закону(9)U x  A cos t , U y  B cos(t   ) .Чтобы получить уравнение траектории движения луча на экране осциллографа, исключим из уравнений (9) параметр t . Из первого уравнения имеемcos t x.A(10)Из формулы (10) следует,x2sin t   1  2 .A(11)11Развернем косинус во втором из уравнений (9) по формуле для косинусасуммы двух углов, подставляя при этом вместо cos t и sin t их значения (10) и(11).

В результате получимy xx2 cos   sin  1  2 .B AA(12)Это уравнение путем очевидных преобразований можно привести к видуx 2 y 2 2 xycos   sin 2  .A2 B2 AB(13)Мы получили уравнение эллипса, оси которого повернуты относительнокоординатных осей X и Y ,рис. 7.Уравнение (13) позволяет по положению эллипYса в декартовой системе координат вычислять уголсдвига фаз  . Действительно, при значении x  0 изy0B(13) получаемX0y0 2  B 2 sin 2  ,(14)x0а при y  0 из того же уравнения имеемx0 2  A2 sin 2  .(15)Сдвиг фаз  из уравнений (14), (15) равен, соАответственно,Рис. 7 y0  x0  ,   arcsin  B A  arcsin 2).(16)ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬОписание экспериментальной установкиОбщий вид установки представлен на рис.

8. В состав установки входятследующие приборы: двухканальный осциллограф ОСУ-20 и два низкочастотных генератора – Г3-112/1 и Г3-118. Выбор режима работы установки осуществляется с пульта управления с помощью двух тумблеров T1 и T2 . Генератор Г3118 используется только для наблюдения фигур Лиссажу. Основным, рабочимявляется генератор Г3-112/1.Описание приборов установкиОсциллограф ОСУ-20Осциллограф ОСУ-20 предназначен для наблюдения формы переменного напряжения и измерения электрических параметров этого напряжения- амплитудыи частоты.

При исследовании двух напряжений помимо указанных пара2)О выборе знака в формулах (16) можно прочитать в учебнике И.В.Савельева.12метров осциллограф позволяет измерять отношение частот этих напряжений исдвиг фаз между ними. Изображение передней панели осциллографа представлено на рис. 9.Рис. 8Назначение основных органов управления осциллографаОбозначения ручек управления на передней панели прибора выполненына английском языке. На рис.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы