Электронно-лучевые осциллографы

 

Электронно-лучевые осциллографы, маркировка которых начинается с буквы С, предназначены для визуального наблюдения электрических сигналов, а также для измерения различных их параметров.

Основной узел любого осциллографа (рис. 2.38) – электронно-лучевая трубка ЭЛТ, представляющая собой стеклянную колбу с вакуумом, в котором размещены электронная пушка, образованная катодом с нитью накала, сеткой и двумя анодами, а также две пары отклоняющих пластин – горизонтальные X и вертикальные Y, причем внутренняя поверхность экрана покрыта люминофором.

Канал вертикального отклонения Y, или канал сигнала, предназначен для передачи исследуемого сигнала на вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ.

Делитель напряжения ДН ослабляет исследуемый сигнал в определенное число раз. Усилители У_Y и У_X нужны по причине малой чувствительности трубки. Линия задержки ЛЗ (может отсутствовать, принципиально нужна в импульсных осциллографах) обеспечивает подачу исследуемого импульсного сигнала на пластины Y с задержкой относительно начала развертки, что дает возможность наблюдать на экране ЭЛТ фронт импульса (при отсутствии ЛЗ в осциллограмме импульса с крутыми фронтами изображение переднего фронта будет практически отсутствовать).

Канал горизонтального отклонения X, или канал развертки, служит для создания напряжения, вызывающего горизонтальное перемещение луча, пропорциональное времени. Вторая функция этого канала – усиление сигнала со входа X перед подачей на горизонтально отклоняющие пластины. Генератор развертки вырабатывает периодический пилообразный сигнал, создающий горизонтальное отклонение луча. Для получения устойчивой неискаженной осциллограммы запуск развертки должен быть синхронизирован во времени с исследуемым сигналом (существует три вида синхронизации – внешняя, от исследуемого сигнала (внутренняя) и от питающей сети 50 Гц).

 

 

Рис. 2.38. Электронно-лучевой осциллограф

 

Канал управления яркостью Z предназначен для передачи со входа Z на сетку ЭЛТ сигналов, модулирующих яркость свечения точки на экране.   

Смещение Y и смещение X реализуются подачей постоянных потенциалов в соответствующие каналы для установки светящейся точки в статике в нужное место.

 

Измерение сопротивлений

 

Измерение сопротивления может производиться косвенно методом амперметра-вольтметра или прямо специализированными приборами – омметрами, маркировка которых начинается с символов Е6-.

В соответствии с методом амперметра-вольтметра для измерения сопротивления применяются две типовые схемы (рис. 2.39). Реостат R в них необходим для установки приемлемых значений тока и напряжения. Если бы амперметр и вольтметр были идеальными (R_A=0, R_V=….), то обе схемы дали бы полностью идентичные результаты косвенных измерений

                                         

где U_V и IA - показания приборов.

Для реальных амперметра и вольтметра погрешность измерения R_X кроме погрешностей собственно приборов включает в себя еще и погрешность метода.

Рис. 2.39. Две типовые схемы измерения сопротивления

методом амперметра-вольтметра

 

 

Для схемы, изображенной на рис.2.39, а,

 

U_{V =} U_X ; IA = I _X+ I_V.

Отсюда

 

 

Относительная погрешность метода

Для схемы изображенной на рис.10.1, б,

 

U_V =U_{X +} U_A; I_{A =}I_X.

Отсюда

 

 

Из полученных выражений следует, что для обеспечения возможно меньшей погрешности метода при измерении сравнительно низкоомных сопротивлений надо пользоваться первой схемой, а при измерении высокоомных сопротивлений – второй схемой.

Диапазон измерений метода амперметра-вольтметра весьма широк: от  10^-6  до 10¹³ Ом. При использовании приборов класса точности 0, 1 погрешность измерения сопротивления не превышает ± 0, 2%. Еще более снизить погрешность можно применением прецизионных цифровых приборов для измерения тока и напряжения.

На основе метода амперметра – вольтметра разработаны приборы для прямого измерения сопротивлений – электромеханические и электронные омметры. Электромеханический омметр состоит из источника питания E с внутренним сопротивлением R_i  (гальванический элемент или аккумулятор), магнитоэлектрического миллиамперметра с сопротивлением R_А, добавочного резистора R_доб и переменного калибровочного резистора R_К. Различают две схемы омметров – с последовательным и параллельным соединением измеряемого резистора RX и миллиамперметра (рис. 2.40).

   В первой схеме ток через миллиамперметр с увеличением RX уменьшается        

                                               

где RS -сумма всех постоянных сопротивлений в цепи омметра. Соответственно шкала миллиамперметра градуируется в омах от ¥ до 0. Во второй схеме ток через миллиамперметр с увеличением RX растет, и шкала градуируется в омах от 0 до ¥        

 

Рис. 2.40. Электромеханические омметры с последовательным     (а) и

последовательным (б) соединением резистора RX и миллиамперметра

 

В обоих случаях шкалы неравномерны, что является недостатком. Первая схема позволяет измерять большие сопротивления до (10⁶ – 10⁷) Ом, вторая – сравнительно малые – до 10³ Ом.

Поскольку напряжение источника Е с течением времени уменьшается, нарушая градуировку шкалы, то омметры следует перед каждым измерением калибровать. Для калибровки первой схемы зажимы для подключения резистора RX закорачивают и изменением сопротивления RК стрелку устанавливают в крайнее правое положение на отметку «0». Вторая схема калибруется при разомкнутых зажимах RX стрелку устанавливают в крайнее правое положение на отметку «¥ ». Резистор Rдоб задает требуемый ток, исходя из пределов измерения миллиамперметра, и служит для переключения диапазонов измерения омметра.

Электронные омметры строятся на основе операционных усилителей по типовым схемам (рис. 2.41).

Рис.2.41. Типовые схемы электронных омметров

 

    Для схемы, изображенной на рис. 2.41, а,

                      

где K – коэффициент усиления операционного усилителя ОУ.

При R0 > > RX

                      

т.е. шкала прибора линейна относительно RX. Для схемы, изображенной на рис.2.41, б,

                      

    При RX > > R0

                        

т.е. шкала прибора носит гиперболический характер.

Входное сопротивление усилителя ОУ должно отвечать условиям:

RВХ> > RX MAX - для схемы, изображенной на рис. 2.41, а;

RВХ> > R0 - для схемы, изображенной на рис. 2.41, б.

    Для схемы, изображенной на рис. 10.3, в,

т.е. при таком включении коэффициент усиления усилителя ОУ не зависит от его конкретной схемной реализации, а определяется только отношением сопротивлений резисторов в цепях обратной и прямой связей.

При измерении достаточно больших сопротивлений резисторы RX и R0 в этой схеме меняют местами, и тогда

т.е. получается гиперболическая шкала.

Во всех схемах электронных омметров (см. рис. 2.41) для расширения пределов измерения (путем перехода от одного диапазона к другому) используется набор резисторов R₀, а шкалы вольтметров – как электромеханических, так и цифровых – градуируются непосредственно в Омах. Электронные омметры измеряют сопротивление в диапазоне от 10^–4 до 10¹² Ом с приведенной погрешностью от 1, 5 до 2, 5 %.

Также измерять сопротивление можно с помощью мостов постоянного тока (рис. 2.42). Момент равновесия (баланса) моста фиксируется по нулевому показанию индикатора И, а качестве которого обычно используется вольтметр. Для того чтобы вольтметр зафиксировал нулевую разность потенциалов, необходимо равенство коэффициентов передачи верхнего (R₁…R₂) и нижнего (R₃…R₄) делителей напряжения:

Последнее соотношение легко сводится к следующему условию баланса моста R₂R₄= R₁R₃.

Если сопротивления трех плеч известны, то в момент баланса легко определяется неизвестное четвертое

    Приведение моста в равновесие достигается изменением сопротивления R₂ с малым шагом («точная» настройка) и отношения R₄/R₃ с шагом 10n, где n=0, 1, 2… («грубая» настройка). На практике резисторы R₂, R₃, и R₄ выполняют в виде магазинов образцовых сопротивлений, с отсчетных устройств которых и считывают результат измерения R_X в момент И=0.

Одинарные мосты позволяют измерять сопротивления в широком диапазоне от 0, 001 Ом до 1016 Ом. Их классы точности – 0, 005; 0, 01 и т.д.

Для измерения малых сопротивлений (от 1 до 10^-8 Ом) применяют двойные мосты, позволяющие устранить влияние на результат измерения сопротивления соединительных проводов. В схеме такого моста (рис. 2.43) приняты следующие обозначения: R₁, R₂, R₃, R₄, - сопротивления плеч; R* - сопротивление вспомогательного резистора с малым сопротивлением (в качестве него используется отрезок толстой медной жилы); R_X и R_обр – сопротивления измеряемого и образцового резисторов.

В двойном мосте всегда обеспечиваются равенства

    R₁=R₄; R₂=R₃,

поэтому в момент баланса

                       .

Сопротивления резисторов R₁ и R₄, R₂ и R₃ для обеспечения их попарного равенства регулируются с помощью спаренных органов управления. Классы точности двойных мостов – те же, что и одинарных мостов.

На основе мостовых схем строятся цифровые омметры (рис. 2.44), которые являются так называемыми автоматическими мостами.

 

Рис.2.44. Автоматический цифровой мост

 

Фактически это система автоматического управления с отрицательной обратной связью, стремящейся привести мост в состояние баланса. Резистор R₄ (а в общем случае также и резисторы R₂ и R₃) являются дискретно изменяемыми под действием цифрового кода с выхода АЦП (аналогично функционированию резистивной матрицы с электрически управляемыми ключами в составе ЦАП).

Любое значение R_X автоматический мост обрабатывает, стремясь свести напряжение, снимаемое с выходной диагонали мостовой схемы, к нулю, что эквивалентно состоянию баланса. По окончании уравновешивания код на выходе АЦП соответствует измеряемому значению R_X. Этот код поступает на цифровой индикатор ЦИ и отображается на нем в цифровой форме.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: