Электронно-лучевой осциллограф

Практическая работа №8. Электронные измерительные приборы

 

Классификация электроизмерительных приборов

Рассмотрим аналоговые электронные измерительные приборы (АЭИП), основными функциональными узлами которых являются различные электронные измерительные преобразователи и другие специальные электронные устройства.

В большинстве электронных приборов в качестве выходных устройств используются магнитоэлектрические механизмы, а в некоторых типах приборов электронно-лучевые трубки.

Аналоговыми также приборы называются потому, что их показания являются непрерывными функциями измеряемых величин, которые, в свою очередь, могут принимать любые значения в измеряемом диапазоне. Их можно разделить на группы:

I. Приборы для измерения параметров и характеристик сигналов.

II. Приборы для измерения параметров и характеристик элементов электрических схем и для измерения характеристик активных и пассивных двухполюсников и четырехполюсников.

III. Измерительные генераторы, являющиеся источником сигналов различного уровня, формы, частоты.

IV. Элементы измерительных схем, так же, как аттенюаторы, фазовращатели и др.

 

Все электронные приборы в зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин разделяются на 20 подгрупп, которые обозначаются прописными буквами русского алфавита.

Каждая подгруппа состоит из нескольких видов, обозначаемых арабскими цифрами по порядку.

Приборы, образующие один вид, подразделяются на типы, имеющие порядковые номера. Номер типа отделяется от номера вида дефисом (черточкой).

Электронные вольтметры

Электронные вольтметры составляют наиболее обширную группу среди электронных приборов. Основные их назначения – измерение напряжений (переменного, постоянного, импульсного).

В состав вольтметров входят усилители постоянного и переменного напряжения, измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное и постоянного в переменное, делители напряжения.

В качестве выходных приборов в основном используются магнитоэлектрические микроамперметры.

А) Усилители.

В вольтметрах постоянного напряжения, выпускаемых промышленностью, нашли применение следующие типы усилителей:

1. Усилители с непосредственными связями;

2. Усилители типа – модуляция – усиление – демодуляция (МДМ);

3. Усилители на основе магнитоэлектрических гальванометров с фото- преобразователями (ФГУ) (фотогальванометрические усилители).

Усилители, входящие в электронные вольтметры, должны иметь стабильные коэффициенты усиления.

Наиболее эффективный способ стабилизации коэффициента усиления – введение отрицательной обратной связи (ООС).

Б) Преобразователи амплитудного, средневыпрямленного и действующего (среднеквадратического) значений переменного напряжения.

Эти преобразователи используются в вольтметрах переменного напряжения:

1. Преобразователи амплитудного значения ПАЗ.

2. Преобразователи средневыпрямленного значения ПСЗ.

3. Преобразователи действующего значения ПДЗ.

 

Вольтметры

Вольтметр постоянного напряжения (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Структурная схема электронного вольтметра постоянного напряжения: 1 – делитель напряжения – расширяет пределы измерений прибора; 2 – усилитель постоянного тока – повышает чувствительность вольтметра; 3 – измерительный прибор.

 

В качестве выходного измерительного механизма в большинстве электронных вольтметров используются магнитоэлектрические микроамперметры.

Используются электронные вольтметры в тех случаях, когда измерительный прибор должен обладать большим входным сопротивлением и иметь высокую чувствительность.

Структурная схема вольтметра переменного напряжения среднего или действующего значения(рис. 2).

 

 

Рис. 2. Структурная схема вольтметра переменного напряжения среднего или действующего значения: К=1 – выносной пробник; ДН – делитель напряжения – выбор предела измерений; ПСЗ, ПДЗ – преобразователи переменного напряжения в постоянный ток; У1, У2 – усилители переменного напряжения.

 

Электронно-лучевой осциллограф

Электронно-лучевой осциллограф предназначен для визуального наблюдения электрических процессов (рис. 4), представленных в форме напряжения, а также измерения различных параметров сигналов, определяющих их мгновенные значения и временные характеристики. Осциллограф может быть использован для измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными напряжениями, частоты и составляющих комплексного сопротивления.

Рис. 3. Электронно-лучевая трубка: К – катод; НН – нить накала; С – сетка; А, А₂ – аноды; ВП - вертикальные пластины; ГП - горизонтальные пластины; Э – экран.

Основной узел осциллографа– электронно-лучевая трубка (рис. 3), представляющая собой стеклянную колбу, в которой вакуум. Все это –«электронная пушка», предназначенная для получения узкого пучка электронов электронного луча.

Отклоняющая система:

а) вертикальные пластины– отклонение луча по вертикали – ВП;

б) горизонтальные пластины – отклонение луча по горизонтали – ГП.

Э – экран покрыт специальным веществом люминофором, обладающим способностью светиться под действием ударяющихся в него электронов.

Поверхность катода покрывается оксидным веществом, легко отдающим электроны при подогреве с помощью Н.Н.

На сетку, имеющую форму цилиндра с отверстием в торце, подается отрицательное относительно катода и регулируемое напряжение, которое используется для изменения количества электронов в луче и регулирования за счет этого яркости пятна на экране. Указанная регулировка выносится на переднюю панель осциллографа и снабжается надписью «Яркость».

С помощью системы анодов, на которые поданы положительные относительно катода напряжения, осуществляются разгон электронов до необходимой скорости и фокусировки пучка электронов в точку на экране трубки. Регулировка напряжения, подаваемого на А, выносится на переднюю панель осциллографа и снабжается надписью «Фокус».

Отклонение электронов, летящих между пластинами, происходит под действием электрического поля, создаваемого подводимым к пластинам напряжением.

Внутренняя поверхность трубки покрывается проводящим слоем металла или графита (акводагом,) который соединяется с А₂ . Этот слой служит электростатическим экраном и защищает трубки от влияния внешних электрических полей.

Для защиты от внешних магнитных полей трубку помещают в кожух из магнитомягкого материала (пермаллой).

 

 

Рис. 4. Структурная схема осциллографа

Помимо электронно-лучевой трубки, в структурную схему осциллографа входят:

1. канал вертикального отклонения (канал У), включающий делитель напряжения ДН, усилитель У_y, линии задержки ЛЗ;

2. канал горизонтального отклонения (канал Х), включающий генератор развертывающего напряжения (генератор развертки ГР) и усилитель У_х.

Канал X может работать в двух режимах – развертки и усиления сигнала. Режим работы выбирается с помощью переключателя SA2, положение:

1 – режим развертки;

2 – усиление сигнала.

В режиме развертки напряжение генератора ГР через усилитель У_x подается на горизонтально отклоняющие пластины.

Генератор ГР имеет два режима:

1. непрерывный – используется при исследовании периодических процессов;

2. ждущей развертки – используется при исследовании непериодических сигналов.

При ждущем режиме работы генератора ГР за счет увеличения яркости можно добиться хорошего изображения исследуемого импульса.

 

Контрольные вопросы

1. Каково устройство электронных вольтметров постоянного тока, чем они отличаются от магнитоэлектрических?

2. Каков принцип действия измерительных выпрямителей средневыпрямленного, действующего и амплитудного напряжения?