Файл: laba62.doc

3. Измерение напряжения, тока, интервалов времени, частоты, угла сдвига по фазе

Для измерений в данной работе используются методы: калиброван­ных отклонений, калиброванных длительностей разверток и по фигурам Лиссажу. Величина измеряемого напряжения в вольтах равна произведе­нию измеренной ординаты в делениях масштабной сетки на коэффициент отклонения, указанный у переключателя «Вольт/дел.» (при крайнем пра­вом положении ручки «Усиление»).

Вычисление тока i производится по падению напряжения u_R на об­разцовом активном резисторе R₀ малой величины, включенном в цепь из­меряемого тока: .

Измеряемый интервал времени равен произведению трех величин: 1) длины измеряемого участка (по горизонтали) в делениях сетки; 2) мно­жителя развертки (1 или 0.2); 3) цифры, указанной у переключателя «Вре­мя/дел.» (при крайнем правом положении ручки «Плавно», спаренной с пе­реключателем).

Частота f, Гц, вычисляется либо по формуле , где Т — пе­риод, с, либо по фигурам Лиссажу.

Этот метод является одним из наиболее точных. К пластинам Y и X ЭЛТ подводятся два синусоидальных напряжения (при выключенном ге­нераторе развертки), при этом на экране ЭЛТ появляются фигуры Лисса­жу. Вид фигур зависит от соотношения частот напряжений, их амплитуд и сдвига по фазе. Например, при равенстве частот и амплитуд и различных углах сдвига по фазе на экране будет окружность, эллипс или прямая ли­ния (рис. 5, а).

В случае неравенства частот на экране возникают более сложные фигуры (рис. 5,б, в). Если частоты относятся как целые числа, то фигуры будут неподвижными.

Рис. 5

По виду фигур Лиссажу можно определить частоту одного из на­пряжений, если известна частота другого и известно отношение частот. Отношение частот при неподвижной фигуре определяется отношением чисел пересечений фигуры с вертикальной и горизонтальной линиями, проведенными через фигуру. Число пересечений с горизонтальной линией характеризует частоту вертикально отклоняющего напряжения , a число пересечений с вертикальной линией – частоту горизонтально от­клоняющего напряжения . Между собой они связаны уравнением . Во избежание ошибок вертикальную и горизонтальную ли­нию нельзя проводить через узловые точки фигуры.

---

Для фигур рис. 5 отношения частот:

а) ; б) ; в) .

(На рис. 5 горизонтальная и вертикальная линии показаны пунктиром).

Угол φ сдвига по фазе между синусоидами напряжения и тока вы­числяется по формуле , где , – длины горизонтальных отрезков, соответствующих измеряемому углу φ и периоду Т.

Точность измерений будет тем выше, чем больше ордината или абс­цисса измеряемого участка. Наиболее точными будут измерения в средней части экрана.

4. Программа работы

1. Ознакомление с осциллографом С1-55 (или С1-69), включение его в сеть и подготовка к работе в режиме периодической развертки.

2. Получение осциллограммы исследуемого напряжения при откры­том и закрытом входе ЭО, измерение постоянной и переменной состав­ляющих, определение частоты переменной составляющей методом калиб­рованной развертки и по фигурам Лиссажу.

3. Получение осциллограмм напряжения и тока приемника, вычис­ление амплитудных значений напряжения и тока, величины угла φ, сопротивлений.

---

Выполнение работы

П. 1 программы. Разобраться в назначении всех ручек, переключа­телей и других элементов, расположенных на передней панели ЭО, опре­делить, к каким блокам на рис. 2 они относятся. Уяснить влияние измене­ния положения каждой из ручек на работу ЭО.

Перед включением ЭО в сеть поставить ручки в положения: «Пита­ние» – выключено (вниз), «Яркость» (I, II) – против часовой стрелки до упора, «Вольт/дел.» (I, II) – 20, «Усиление» (I, II) – по часовой стрелке до фиксации, синхронизация – «Внутр. I», переключатели схемы входа (I, II) – «~», в блоке развертки множитель 1, ручка «Плавно» – по часовой стрелке до фиксации, калибратор – «Откл.», ручка «Стаб.» – по часовой стрелке. Положения остальных ручек безразличны.

Затем включают вилку сетевого шнура ЭО в сеть ~ 220 В 50 Гц и пе­реводят тумблер «Питание» в положение «Вкл.», при этом должна заго­реться индикаторная лампочка. Дают прогреться ЭО 2 – 3 мин (при точных измерениях – 15 мин). После этого производят регулировки лучей ручками «Яркость», «Фокус», «Астигматизм» и получают на экране две достаточно яркие, хорошо сфокусированные тонкие горизонтальные линии. Каждую из них располагают ручками «↔», «↕» на своих нулевых линиях сетки (см. рис. 1) так, чтобы начала их совпадали с началом сетки.

Осциллограф подготовлен к работе и до окончания лабораторной работы из сети не выключается, в перерывах между исследованиями уменьшается яркость лучей.

Кроме вышеуказанной подготовки по указанию преподавателя могут быть проверены: балансировка усилителей, правильность калибровки коэф­фициентов отклонения и развертки. Эти проверки и дополнительные регу­лировки производятся согласно указаниям, приведенным в приложении.

П. 2 программы. Горизонтальные линии развертки лучей должны совпадать со своими нулевыми линиями на сетке. Собирают схему (рис. 6). К входу YII (вход закрытый) подключают источник исследуемого на­пряжения, к входу YI (схема входа любая) – образцовый генератор сину­соидального напряжения. Синхронизация развертки ЭО – внутренняя (II). Регулируя положение ручек «Вольт/дел.», «Время/дел.», «Уровень», «Стаб.» получают в нижней части экрана неподвижное изображение одного-двух периодов кривой исследуемого напряжения с амплитудой два-три деления. Одновременно в верхней части экрана, не трогая ручек развертки и син­хронизации, получают изображение синусоиды от образцового генератора. Регулируют частоту генератора так, чтобы сделать ее равной частоте переменной составляющей исследуемого процесса. Зарисовывают на кальку кривую исследуемого напряжения вместе с осями координат, отметив на них деления масштабной сетки. Здесь же записывают значения коэффици­ентов отклонения и развертки, частоту генератора.

---

Рис. 6

Затем, не смещая кальку, схему входа YII переключают на открытую и снова зарисовывают кривую исследуемого процесса. Наличие постоян­ной составляющей в исследуемом напряжении вызывает смещение по вер­тикали изображения на экране в соответствии с величиной и полярностью этой составляющей. Убеждаются в отсутствии постоянной составляющей в синусоидальном напряжении образцового генератора, переключив схему входа YI на открытую. Магнитоэлектрическим вольтметром измеряют по­стоянную составляющую (на зажимах источника) и записывают ее вели­чину в протоколе.

По осциллограммам непосредственно с экрана определяют значения амплитуды переменной составляющей U_т, постоянной составляющей U_о и периода исследуемого сигнала Т по формулам:

; ,

где – коэффициент отклонения (В/дел.), – коэффициент развертки (с/дел.), п_у, п_х – количество делений масштабной сетки соответственно по вертикали и горизонтали.

Результаты измерений заносят в протокол в произвольной форме. Частоту исследуемого сигнала определяют по частоте образцово­го генератора ( ), по периоду и по фигурам Лиссажу.

Для этого необходимо подготовить ЭО. Вход YII – закрытый. Не от­ключая напряжения от входа YII, переключатель синхронизации ЭО пере­водят в положение «Вход X». Соединяют проводниками потенциальный зажим выхода образцового генератора с гнездом ЭО «Вход 1:1» и зажимы « » генератора и ЭО (пунктирные линии на рис. 6). Положения ручек ЭО и частоту образцового генератора регулируют так, чтобы в центре экрана была неподвижная замкнутая кривая диаметром 4-5 дел. Зарисовывают ее на кальку и записывают частоту генератора.

Далее, не меняя положения ручек осциллографа, меняют частоту ге­нератора по указанию преподавателя и получают ряд неподвижных фигур. Зарисовывают их, указывая около каждой частоту генератора.

На фигурах Лиссажу проводят горизонтальную и вертикальную ли­нии (см. рис. 5), подсчитывают число пересечений и определяют частоту исследуемого сигнала.

П. 3 программы. Собирают схему (рис. 7), где R_о =(1–10 Ом) имеет активный характер на частоте исследования.

Рис. 7

---

Переключатель синхронизации ЭО устанавливают в положение «Внутр. I». Совмещают обе горизонтальные линии развертки с горизон­тальной линией сетки посредине экрана. Включив схему, производят не­обходимые регулировки ЭО и получают на экране две неподвижные сину­соиды – и с амплитудами, равными примерно трем делениям сетки и периодом примерно 6 делений. Для удобства обработки осцилло­грамм рекомендуется установить амплитуду менее, чем . За­рисовывают на кальку кривые вместе с координатными осями, обозначают их, записывают коэффициенты отклонения и развертки , заполняют таблицу, форма которой приведена ниже.

Вход ЭО	Записывают			Вычисляют
	, В/дел	, мс/дел	, Ом	f, Гц	, В	, В	, А	φ, град	, Ом	, Ом	, Ом
YI
YII

Из осциллограмм (непосредственно с экрана ЭО) определяют ампли­туды , , период Т, угол φ нагрузки. Сопротивления , , , частоту f вычисляют по формулам, известным из курса ТОЭ. Харак­тер нагрузки (индуктивный, емкостный) определяют по положению кри­вой тока по отношению к напряжению (отстает или опережает).

---