министерство образования и науки
российской федерации
новосибирский государственный университет
Физический факультет
Кафедра физической информатики
отчет
о лабораторной работе
«Электронно-лучевые осциллографы»
Измерительный практикум, 1 курс, группа 4372
Преподаватель измерительного практикума
_______________ А. С. Золкин
“___”__________ 2004 г.
Новосибирск, 2004 г.
Цель работы: познакомиться с работой электронно-лучевого осциллографа; научиться наблюдать на экране осциллографа форму периодических и непериодических сигналов; научиться измерять амплитуду, длительность, период электрических сигналов; научиться получать функциональные зависимости между двумя сигналами; получить представление о точности, которую может обеспечить осциллограф, и об основных источниках погрешностей.
Задание 3.1
1. Измерение амплитуды и частоты гармонического сигнала
Методика измерений: Работа с осциллографом С1-65. С генератора специальной формы Г6-28 подается сигнал частотой fген=1МГц и амплитудой Аген=1В. По осциллограмме измеряю амплитуду сигнала и его частоту. Показания: А=2,9см*0,5В/см, τp=1см*10-6сек/см; амплитуда А=1,45В ; частоту сигнала я нахожу по формуле f=n/(l*τp) , частота f=106Гц
Источники погрешностей: погрешности осциллографа (погрешности калибровки, нелинейная зависимость отклонения луча по вертикали от входного напряжения, зависимость коэффициента усиления от частоты, погрешность входного усилителя, нелинейность развертки по времени, шумы, конечная толщины луча), погрешности генератора.
Чтобы избежать систематической ошибки, пред началом измерения осциллограф был откалиброван. На точность измерений сильно влияет толщина луча.
По техническим данным осциллографа его точность измерения составляет 5-10%, таким образом погрешность при измерении амплитуды составила ∆A=0,1В.
Обсуждение результатов: амплитуда исходящего сигнала Аген=1В , а амплитуда измеренная по осциллограмме А=(1,45±0,1)В. Это объясняется тем, что вольтметр показывает эффективную величину напряжения U=U0/√2, поэтому значения отличаются в √2 раз, А/Аген= √2.
Вывод: я измерила амплитуду сигнала и его частоту, амплитуда А=(1,45±0,1)В, частота f=106Гц.
2. Получение частотной характеристики
Методика измерений: на вход Y осциллографа я подала синусоидальный сигнал от генератора. Последовательно меняя частоту исходящего сигнала генератора (сначала низкочастотного, а затем и высокочастотного) постоянной амплитуды Uген=1В, я, пользуясь показаниями осциллографа (С1-68), сняла зависимость амплитуды сигнала от частоты в диапазоне от 1/20 Гц до 1 МГц. Я провела измерения при «открытом» и «закрытом» входе осциллографа и получила следующие данные:
Результаты измерений:
Низкочастотный генератор Г6-28
fген (Гц)
|
0,01
|
0,05
|
0,1
|
0,5
|
1
|
5
|
10
|
50
|
100
|
500
|
амплитуда
(В)
|
откр
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
закр
|
|
|
0,1
|
0,45
|
0,75
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
fген (Гц)
|
103
|
104
|
5*104
|
105
|
5*105
|
106
|
амплитуда
(В)
|
откр
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,35
|
1,3
|
закр
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,4
|
1,35
|
1,3
|
Высокочастотный генератор Г4-106
fген (Гц)
|
2*106
|
3*106
|
4*106
|
5*106
|
6*106
|
7*106
|
8*106
|
107
|
амплитуда
|
откр
|
0,75
|
0,45
|
0,2
|
0,15
|
0,1
|
0,075
|
0,06
|
0,05
|
закр
|
0,75
|
0,45
|
0,2
|
0,15
|
0,1
|
0,075
|
0,06
|
0,05
|
По полученным результатам, я могу построить график зависимости K(ƒ)=Uосц/Uген
Рис.1 Частотная характеристика осциллографа С1-68
(1 – с «открытым» входом; 2 – с «закрытым» входом)
Y=1В/см; X=1мс/см
Погрешности измерений:
Источники погрешностей: погрешности осциллографа (погрешности калибровки, нелинейная зависимость отклонения луча по вертикали от входного напряжения, зависимость коэффициента усиления от частоты, погрешность входного усилителя, нелинейность развертки по времени, шумы, конечная толщины луча), погрешности генератора.
На точность измерений сильно влияет толщина луча, особенно это заметно при малых значениях амплитуды (когда толщина луча сравнима с измеряемым значением).
По техническим данным осциллографа С1-68 погрешность измерения амплитуд синусоидальных сигналов не превышает 10%. По техническим данным генератора Г6-28 погрешность составляет ±1% на частотах 0,1Гц-100кГц и ±6% на частотах 100кГц-1МГц.
Таким образом погрешность измерения амплитуды ∆А=0,16В для частот 0,001Гц-0,1Гц; ∆А=0,157В для частот 100кГц-1МГц; ∆А=0,14В для частот 0,1Гц-100кГц.
Обсуждение результатов: для частот ниже 0,01Гц амплитуду сигнала померить не удалось, толщина луча в этом сравнима с измеряемым значением, но можно предположить что при меньших значениях она стремится к нулю. По полученной мною осциллограмме я могу определить полосу пропускания (диапазон частот в пределах которого коэффициент передачи сигнала меняется не более, чем на 30%) и граничные частоты: ƒн= 1,26 Гц, ƒв=1,58 МГц.
Вывод: я построила график частотной характеристики и определила граничные частоты ƒн=1,26 Гц, ƒв=1,58 МГц.
3. Наблюдение и измерение импульсных сигналов
Методика измерений: Подав на вход Y осциллографа прямоугольный импульс частоты 1МГц от генератора специальной формы (Г6-28), я получила на экране осциллографа следующее изображение:
Высокочастотный осциллограф С1-65
Рис.2 Импульсный сигнал на осциллографе С1-65
Y = 5 В/дел; X = 0,2*10-6 сек/дел
Из полученной осциллограммы видно, что Аген=15 В, а длительность заднего фронта: 2,4*x=2,4*0,2*10-6=4,8*10-7сек
Низкочастотный осциллограф С1-68
Рис.3 Импульсный сигнал на осциллографе С1-68
Y = 2 В/дел; X = 0,5*10-3 сек/дел
Из полученной осциллограммы видно, что Аген=3 В, а длительность заднего фронта: 1,4*x=1,4*0,5*10-3=0,7*10-3сек
Погрешности измерений:
Источники погрешностей: погрешности осциллографа (погрешности калибровки, нелинейная зависимость отклонения луча по вертикали от входного напряжения, зависимость коэффициента усиления от частоты, погрешность входного усилителя, нелинейность развертки по времени, шумы, конечная толщины луча), погрешности генератора.
По техническим данным осциллографа С1-65 погрешность измерения амплитуды составляет ±10%. По техническим данным осциллографа С1-68 погрешность измерения амплитуд импульсных сигналов не превышает 10%, а погрешность измерения временных интервалов не превышает 8%. По техническим данным генератора для прямоугольных сигналов погрешность составляет ±2%.
Погрешность измерения амплитуды ∆А=1,5В для высокочастотного осциллографа С1-65 и ∆А=0,3В для низкочастотного осциллографа С1-68. Погрешность измерения заднего фронта для осциллографа С1-68 ∆t=0,05*10-3сек, а для осциллографа С1-65 ∆t=0,2*10-7сек.
Вывод: длительность заднего фронта сигнала высокочастотного осциллографа (С1-65) равна (4,8±0,2)*10-7с; длительность заднего фронта сигнала высокочастотного осциллографа (С1-68) равна (0,7±0,05)*10-3с
Вывод по работе: я познакомилась с работой электронно-лучевого осциллографа, научилась наблюдать на экране осциллографа форму периодических и непериодических сигналов, измерять амплитуду, длительность, период электрических сигналов, получила представление о точности, которую может обеспечить осциллограф, и об основных источниках погрешностей.
|
