Осциллографируемый сигнал подается на вход осциллографа через провод или коаксиальный кабель. Простые кабели-перемычки используются при наблюдении непрерывных низко- и среднечастотных сигналов, а высокочастотные кабели – при исследовании высокочастотных импульсов и напряжений.
На вход Y прибора подаются сигналы низкой амплитуды. Если амплитуда достаточно велика, но не превышает примерно 150 – 200 В (точный предел определяется чувствительностью трубки), рекомендуется подавать тестируемое напряжение (особенно импульсное) непосредственно на вертикально отклоненные пластины ЭЛТ.
При подключении осциллографа к тестируемой цепи следует помнить, что его входное активное сопротивление и входная емкость могут в некоторых случаях явно изменить характеристики цепи. Для подавления влияния входной цепи осциллограф подключается к объекту испытаний через вспомогательный эмиттерный (катодный) усилитель, который имеет большое входное активное сопротивление, малую входную емкость, равномерную частотную характеристику в широкой полосе пропускания и коэффициент частотной характеристики, близкий к единице.
При тестировании высоких импульсных напряжений между выходом тестируемого источника сигнала и входом осциллографа включается делитель напряжения (вертикально смещенные пластины ЭЛТ). Последний должен иметь высокий входной импеданс (по сравнению с сопротивлением испытуемого объекта), поддерживать постоянный коэффициент передачи в широкой полосе частот и иметь низкий выходной импеданс (по сравнению с сопротивлением входных Y-пластин или ЭЛТ), чтобы подключение осциллографа не приводило к заметному изменению коэффициента передачи делителя.
Наиболее рациональной схемой делителя напряжения, удовлетворяющей вышеуказанным требованиям, является схема аттенюатора осциллографа (рис. 10.6, а). Если осциллографируются короткие импульсы, следует использовать высокочастотные кабели как можно меньшей длины, чтобы избежать искажений, и принять меры для устранения (уменьшения) отражений от начала и конца кабеля.
В случаях, когда требуются осциллограммы импульсов тока, последовательно к тестируемой цепи следует подключить вспомогательный резистор R с малым (по сравнению с сопротивлением цепи), минимальной индуктивностью (практически без индуктивности) и паразитной емкостью. Напряжение, возникающее в результате импульса тока, проверяемого на этом резисторе, подается на вход Y осциллографа или непосредственно на вертикально отклоненные пластины ЭЛТ.
При выборе сопротивления резистора необходимо следить за тем, чтобы постоянная времени цепи, образованной резистором и параллельно соединенными входной емкостью осциллографа и емкостью кабеля, была значительно меньше длительности импульса.
Наблюдение периодических сигналов. Чтобы получить осциллограмму одного периода напряжения, время развертки должно быть равно периоду рассматриваемого напряжения; для наблюдения n периодов
для наблюдения за n периодами – в n раз больше. Минимальная частота развертки должна быть такой, чтобы изображение не мерцало на экране лампы при короткой или средней яркости.
При наблюдении периодических процессов наиболее целесообразно использовать внутреннюю синхронизацию, т.е. синхронизацию по тестируемому сигналу. Синхронизация от сети удобна при осциллографировании напряжений, частоты которых равны или кратны частотам сети, например, выходных напряжений трансформаторов, питающихся от сети, пульсаций выпрямителей и т.д.
При использовании напряжения развертки от внешнего источника оно подается на вход X осциллографа, отключив внутренний генератор развертки. Амплитуда внешнего напряжения должна позволять растягивать изображение на большую часть экрана.
Вертикальный размер изображения должен быть подходящим для наблюдения. Это регулируется с помощью аттенюатора, подбирая соответствующим образом коэффициент усиления, и изменяя коэффициент усиления в канале вертикального отклонения.
Наблюдение за импульсными сигналами. Скорость развертки в режиме ожидания выбирается таким образом, чтобы изображение сигнала или его части было растянуто почти на весь экран. Чем больше растягивается изображение, тем выше скорость развертки.
Синхронизация дежурной развертки может осуществляться опорными и внешними импульсами, в зависимости от условий наблюдения. Если используется линия задержки канала вертикального отклонения, генератор развертки синхронизируется с тестируемым сигналом.
Если амплитуда осциллографического импульса достаточно велика, желательно подавать его непосредственно на вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ, но в этом случае требуется внешний синхронизирующий сигнал. В случаях, когда необходимо детально изучить форму импульса и есть возможность варьировать частоту повторения импульсов, наблюдение следует проводить на повышенной частоте, что способствует увеличению
яркость.
Для изучения быстропротекающих процессов используются запоминающие осциллографы и запись осциллограмм.
Измерение амплитуды напряжения. Перед измерением откалибруйте чувствительность канала вертикального отклонения – установите номинальный коэффициент отклонения с помощью калибратора. Затем тестируемый сигнал подается на вход Y осциллографа, и, не меняя положения регулятора усиления, с помощью входного аттенюатора, размер H изображения будет занимать большую часть экрана (рис. 10.15). Необходимая амплитуда задается формулой (10.6), где 
– это число на шкале вокруг переключателя аттенюатора, обозначающее данное положение переключателя.
Измерение интервалов. Длительность импульса, период повторения импульса и другие временные интервалы измеряются с помощью калиброванной развертки. Перед началом измерения его длительность проверяется с помощью калибратора длительности. После проверки длительности развертки Tp тестируемый импульс подается на вход Y осциллографа.
На экране появится изображение прямоугольного импульса. Длительность развертки выбирается так, чтобы максимально растянуть импульсное изображение в горизонтальном направлении: если фронт изображения совмещен с левой граничной линией масштабной сетки, то срез изображения должен быть как можно ближе к правой граничной линии (рис. 10.16). Затем измерьте расстояние l на масштабной сетке и умножьте его на число q (произведение чисел, обозначающих установленные положения переключателей “Время/Задержка” и “Множитель”), чтобы получить требуемую длительность импульса 
= lq.
 |
 |
| Рис. 10.15. Для измерения амплитуды импульса | Рис. 10.16. Для измерения длительности импульса (уровень 0,5  ) |
Возможное искажение осциллограмм. В осциллографической практике встречаются несоответствия между наблюдаемой кривой и истинной формой напряжения исследуемого сигнала – искажения осциллограмм.
Основные виды искажений и их причины:
1. на экране появляется перекошенная, несимметричная синусоида (рис. 10.17, а), несмотря на то, что на вход осциллографа было подано напряжение гармонического сигнала. Это искажение связано с тем, что когда длительность напряжения развертки равна периоду испытательного напряжения, длительность обратного хода луча составляет заметную долю времени прямого хода. Если луч затухает во время обратного удара, бледная линия, соединяющая конец кривой с ее началом, не видна на рисунке.
2 В дополнение к основной кривой наблюдается дополнительная кривая пониженной яркости (рис. 10.17, б). Это связано с отсутствием затемнения луча во время обратного хода.
3. изображение от нескольких периодов напряжения неравномерно:
Начальная часть более вытянута, чем конечная (рис. 10.17, в). Причиной этого является нелинейность развертки.
4 Нелинейное искажение наблюдается, когда верхняя часть изображения осциллографической кривой приближается к краю экрана.
Рисунок 10.17: Примеры искажений в осциллограммах
5 Дефокусировка пятна, т.е. увеличение диаметра пятна. Вызвано нестабильным напряжением питания. Это также может быть вызвано несимметричным приложением напряжения к вертикальным отклоняющим пластинам, поскольку в этом случае фокус зависит от величины отклоняющего напряжения.
6 Качество фокусировки по обеим осям неравномерно: хорошее по одной оси и плохое по другой. Это искажение осциллограммы (астигматизм) может быть исправлено соответствующей настройкой.
7 Кривизна огибающей изображения сигнала (рис. 10.17, г). Причиной является низкочастотный фон в усилителе вертикального отклонения.
8. отсутствие фронта импульса (рис. 10.17, е). Это является следствием неправильной синхронизации генератора резервной развертки: фронт импульса достигает вертикально отклоненных пластин ЭЛТ раньше, чем начинается горизонтальная развертка.
Восходящий и нисходящий фронты прямоугольного импульсного изображения слишком плоские и округлые. Изображение представляет собой прямоугольный сигнал, пропущенный через интегрирующую цепь (рис. 10.17, е). Это связано с уменьшением амплитудно-частотной характеристики канала вертикального отклонения на высоких частотах, что приводит к частотным искажениям, сопровождающимся фазовыми искажениями.
10 Плоская часть импульса явно перекошена (рис. 10.17, г). Это искажение вызвано снижением амплитудно-частотной характеристики канала вертикального отклонения в низкочастотном диапазоне и возникает чаще всего при очень большой длительности импульса.
11 Пик импульса имеет волнистую форму (рис. 10.17, h). Это связано с паразитными резонансами в схеме канала вертикального отклонения.
12. Верхняя часть импульсного изображения подозрительно плоская и ровная,
Переходы от передней части к плоской и от последней к срезу заострены (рис. 10.17, i). Это должно вызывать беспокойство, так как может быть связано с ограничением усилителя, а не с высоким качеством импульсов.
13 Изображение выглядит слишком бледным. Это указывает на отсутствие импульсной подсветки или недостаточную частоту повторения импульсов (длительность импульса) для получения хорошей яркости. Это также может указывать на ухудшение качества экрана.
АНАЛИЗ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА
Как известно, сумма гармонических составляющих сигнала образует его спектр. В графическом представлении спектра на.
графическое представление спектра по оси абсцисс – значения частоты, а по оси ординат – значения амплитуды гармоник. Сложная периодическая функция времени полностью описывается амплитудами и фазами своих спектральных составляющих.
Спектральный анализ занимает одно из важных мест в современной науке и технике и находит все большее применение при анализе речевых сигналов, машинных шумов и сейсмических колебаний, т.е. при исследовании процессов, выходящих за рамки классической радиотехники.
Качество любого измерительного прибора оценивается по его основным метрологическим свойствам. В случае анализаторов спектра это разрешение 
, время анализа 
, частотные и амплитудные ошибки 
и амплитуда 
.
Разрешение анализатора спектра определяется как расстояние между частотами, на которых сигнал на дисплее анализатора уменьшается на 3 дБ от своего максимального значения при бесконечно малой скорости изменения частоты. Время анализа – это скорость анализа в заданном диапазоне частот с допустимыми погрешностями и . Основными методами спектрального анализа являются параллельный и последовательный.
Не нашли то, что искали? Используйте поисковую систему google на нашем сайте:
Блог о электронике
▌Аналоговый осциллограф статья
Рано или поздно каждый начинающий электронщик, если он не забросит свои эксперименты, дорастет до схем, в которых необходимо контролировать не только токи и напряжения, но и работу схемы в динамике. Это особенно часто требуется в различных осцилляторах и импульсных устройствах. Без осциллографа здесь ничего нельзя сделать!
Страшное устройство, не так ли? У него много циферблатов и кнопок, экран, и трудно понять, что здесь происходит. Все в порядке. Мы это исправим. Я расскажу вам, как пользоваться осциллографом.
Осциллограф, грубо говоря, это просто вольтметр. Только хитрость заключается в том, чтобы показать изменения формы измеряемого напряжения.
Как всегда, я объясню на абстрактном примере.
Представьте, что вы стоите перед железнодорожной линией, а мимо вас на бешеной скорости мчится бесконечный поезд с совершенно одинаковыми вагонами. Если вы просто встанете и посмотрите на них, вы не увидите ничего, кроме сплошного пятна дерьма.
Теперь поставьте перед собой стену с окном. И начинайте открывать окно только тогда, когда следующий автомобиль окажется в том же положении, что и предыдущий. Поскольку вагоны все одинаковые, вам не нужно видеть один и тот же вагон. В результате перед глазами будут всплывать фотографии разных, но одинаковых автомобилей в одном и том же положении, то есть изображение как бы застывает. Самое главное – синхронизировать открытие окна со скоростью поезда, чтобы положение вагона не менялось при открытии окна. Если скорости не совпадают, автомобили будут “двигаться” либо вперед, либо назад со скоростью, зависящей от степени десинхронизации.
Стробоскоп – устройство, позволяющее видеть быстро движущиеся или вращающиеся предметы, – построен по тому же принципу. Там тоже затвор открывается и закрывается быстро.
То есть, осциллограф – это то же самое, что и стробоскоп, только электронный. И он не показывает троллейбусы, только периодические изменения напряжения. Например, у той же синусоиды каждый последующий период похож на предыдущий, так почему бы не “остановить” ее, показывая по одному периоду за раз.
Проект
Для этого используется пучковая трубка, отклоняющая система и генератор развертки.
В электронно-лучевой трубке электронный луч, ударяющий в экран, вызывает свечение люминофора, но пластины отклоняющей системы позволяют лучу перемещаться по поверхности экрана. Чем сильнее напряжение, приложенное к электродам, тем больше отклоняется луч. Подавая пилообразное напряжение на пластину X, мы создаем развертку. То есть, луч движется слева направо, затем резко возвращается и снова продолжается. И подаем тестируемое напряжение на пластину Y.
Принцип работы
Дальше все просто, если начало периода пилы (луч в крайнем левом углу) и начало периода сигнала совпадают, то одна развертка вытягивает один или несколько периодов измеряемого сигнала и изображение как бы останавливается. Изменяя скорость развертки, можно добиться того, что на экране вообще останется только один период – т.е. один период измеряемого сигнала пройдет за один период пилы. 
Временная развертка осциллографа
Синхронизация
Вы можете либо синхронизировать пилообразный сигнал с сигналом вручную, регулируя скорость с помощью ручки до тех пор, пока синусоида не остановится, либо сделать это с помощью уровня . То есть, вы указываете, при каком уровне входного напряжения должен срабатывать генератор развертки. Как только входное напряжение превысит уровень, генератор развертки немедленно включится и выдаст нам импульс.
В результате генератор развертки излучает пилообразный сигнал только тогда, когда это необходимо. В этом случае синхронизация происходит полностью автоматически. При выборе уровня необходимо учитывать такой фактор, как помехи. Таким образом, если уровень слишком низок, небольшие иголочки помех могут запустить осциллятор, когда это не нужно, а если уровень слишком высок, сигнал может уйти в минус и ничего не произойдет. Но проще самому повернуть ручку и сразу увидеть.
Вы также можете подать сигнал синхронизации от внешнего источника.
К черту теорию, давайте перейдем к практике.
В качестве примера я воспользуюсь своим осциллографом, который я давным-давно украл из КБ оборонного ротора). Это простой осциллограф, не очень умный, но надежный и простой, как кувалда.
Мой надежный осциллограф.
Итак:
Яркость, резкость и выделение шкалы не требуют пояснений. Это настройки интерфейса.
U amp и стрелки вверх и вниз. Этот регулятор позволяет управлять изображением сигнала вверх или вниз. Добавление дополнительного смещения. Почему? Иногда не хватает размера экрана, чтобы уместить весь сигнал. Вы должны опустить его вниз, принимая нижний предел за ноль, а не за средний.
Ниже представлен тумблер, переключающий вход с прямого на емкостной. Этот переключатель в той или иной форме присутствует во всех осциллографах.
Это очень важно! Он позволяет подключить сигнал к усилителю напрямую или через конденсатор. При прямом подключении через него будут проходить как компонент постоянного тока, так и компонент переменного тока. Но через конденсатор проходит только переменный компонент.
Например, нам нужно посмотреть на уровень шума в компьютерном блоке питания. Напряжение там составляет 12 В, а уровень шума может достигать 0,3 В. На фоне 12 В эти жалкие 0,3 В будут совсем незаметны. Конечно, можно увеличить усиление по Y, но тогда график будет выходить за пределы экрана, а смещение по Y будет недостаточным, чтобы увидеть пик. Затем достаточно включить конденсатор, и тогда 12 В постоянного тока осядут на нем, а в осциллограф попадет только переменный сигнал, то есть 0,3 В шума. Которые можно усилить и увидеть в полном объеме.
Далее находится разъем коаксиального зонда. Каждый щуп содержит сигнал и заземление. Заземление обычно располагается на минусовом или общем проводе цепи, а сигнал подключается к цепи. Осциллограф показывает напряжение на щупе относительно общего провода. Чтобы понять, где находятся сигнал и земля, просто прикоснитесь к ним рукой по очереди. Если вы удерживаете нажатой общую кнопку, вы все равно увидите пульс трупа на экране. Если вы коснетесь сигнальной, то увидите на экране много мусора – вы все равно получите сигнал от тела, которое в данный момент выполняет роль антенны. Некоторые пробники, особенно современные осциллографы, имеют встроенный делитель 1:10 или 1:100, что позволяет включать осциллограф в розетку, не сжигая его. Он включается и выключается с помощью тумблера на щупе.
Почти каждый осциллограф имеет калибровочный выход. Вы всегда можете найти прямоугольный сигнал с частотой 1 кГц и напряжением около половины вольта. В зависимости от модели осциллографа. Он используется для проверки самого осциллографа и иногда может использоваться для тестирования 🙂
Два больших регулятора усиления и продолжительности
Усиление используется для масштабирования сигнала по оси Y. Он также показывает, сколько вольт на деление он в итоге покажет.
Например, если у вас 2 вольта на деление и сигнал достигает двух ячеек сетки, амплитуда сигнала составляет 4 вольта.
Длительность определяет частоту развертки. Чем короче интервал, тем более высокочастотный сигнал вы можете увидеть. Клетки здесь уже масштабируются в миллисекундах и микросекундах. Таким образом, по ширине сигнала можно вычислить, сколько клеток он занимает, и, умножив это на масштаб оси X, получить длительность сигнала в секундах. Также можно вычислить длительность одного периода, а зная длительность, легко найти частоту сигнала f=1/t
Верхняя кнопка на циферблатах позволяет плавно менять шкалу. Я обычно держу его на клике, чтобы всегда четко знать, на какой шкале я нахожусь.
Также имеется X-вход, на который можно подать сигнал вместо пилы развертки. Таким образом, осциллограф можно использовать как телевизор или монитор, если построить схему для создания изображения.
Ручка с надписью Scroll и стрелки влево и вправо позволяют прокручивать график влево и вправо по экрану. Иногда полезно сопоставить требуемую площадь с делениями сетки.
Ручка уровня – устанавливает уровень, с которого будет запускаться генератор пилы.
Переключение из внутреннего режима во внешний позволяет подать на вход внешний синхроимпульс.
Переключатель с маркировкой +/- переключает полярность уровня. Это есть не во всех осциллографах.
Ручка стабилизации – позволяет вручную попытаться отрегулировать скорость синхронизации.
Быстрый старт.
Итак, вы включили осциллограф. Первое действие – закоротить сигнальный щуп на его собственный заземляющий крокодил. В результате на экране появится надпись “Corpse Pulse”. Если он не появляется, поверните ручки стабилизации и смещения и уровня – возможно, он просто спрятался за экраном или не запустился из-за недостаточного уровня.
Когда появится полоса пропускания, с помощью ручек смещения установите ее на ноль. Если у вас есть аналоговый осциллограф, особенно древний, дайте ему прогреться. Мой осциллограф плавает в течение примерно пятнадцати минут после включения.
Затем установите предел измерения напряжения. Используйте немного для уменьшения, если необходимо. Теперь, если вы подсоедините заземляющий провод осциллографа к минусу батареи, а сигнальный провод к плюсу, вы увидите, что график подскочит на 1,5 вольта. Кстати, старые осциллографы часто начинают показывать небольшое колебание, поэтому полезно иметь источник опорного напряжения, чтобы проверить, насколько точно осциллограф отображает напряжение.
Выбор осциллографа.
Если вы только начинаете, подойдет любой осциллограф. В идеале это должен быть двухканальный осциллограф. То есть, он будет иметь два датчика и две ручки Gain, для первого и второго каналов, что позволит вам получить два графика одновременно.
Второй по важности критерий для осциллографа – частота. Максимальная частота сигнала, который он может принять. До сих пор мне было достаточно 1 МГц, но я не пробовал подниматься выше. Те осциллографы, которые продаются в магазинах, имеют частоту от 10 МГц и выше. Самый дешевый осциллограф, который я видел, стоит 5 тыс. руб – OSU-10. Двухканальный осциллограф стоит 10 тыс. руб, а я выбрал цифровой RIGOL DS1042CD за 10 тыс. руб. Разные потребности, разные игрушки. Но, опять же, 1 МГц достаточно для начала и хватит надолго. Так что купите себе какой-нибудь осциллограф. Тогда вы увидите, что вам нужно.
83 thoughts on “Использование осциллографа”
Мне интересно про компьютерный осциллограф в книге, не подскажете программу более удобную и простой осциллограф для ввода?
В нашей прошлой статье “Что такое осциллограф и как им пользоваться” мы рассмотрели основы работы этого замечательного прибора. Чтобы научиться пользоваться осциллографом, необходимы практические занятия. В этой статье рассматриваются простые эксперименты с тарнсформаторным источником питания, мостовым выпрямителем и RC-цепями. Материал полезен для тех, кто желает ознакомиться с осциллографом.
Источник питания и мостовой выпрямитель
Начнем с самого простого – это источник питания с силовым трансформатором и выпрямительным мостом. Прежде всего, нам нужен трансформатор, это должен быть китайский “ALG” со вторичной обмоткой на 12В (рис.1). К вторичной обмотке трансформатора подключите вход осциллографа (пусть это будет C1-65) и мультиметр.
Первоначально установите ручку “Время/Деление” осциллографа на “10” и ручку “Деление В/Деление” также на “10”, а переключатель входа установите в положение “Импульсный режим”. Теперь подайте переменное напряжение 220 В (от сети, соблюдая все необходимые правила электробезопасности) на первичную обмотку.
Рисунок 1: Схема эксперимента и изображение на экране осциллографа.
Теперь давайте сравним показания осциллографа и мультиметра. Мультиметр покажет переменное напряжение 12 В (или более), а пик-пик синусоидального сигнала на экране осциллографа будет достигать 34 В. Зная, что амплитудное значение синусоидального напряжения равно половине амплитудного значения и что среднеквадратичное значение в два раза меньше амплитудного, рассчитаем среднеквадратичное значение:
Подключите выпрямительный мост из четырех диодов к вторичной обмотке трансформатора (рис. 2). Подключите осциллограф к выходу выпрямителя.
На экране появится очень интересная картина – нижние полуволны синусоиды инвертированы и выровнены вдоль положительной оси Y. Практически, и частота колебаний увеличилась в два раза, т.е. теперь не 50 Гц, а 100 Гц, и амплитуда уменьшилась вдвое.
То, что вы видите на экране (рис. 2), принято называть пульсирующим напряжением. Но пульсирующее напряжение не подходит для питания электронных схем; это еще не постоянное напряжение.
Для получения постоянного тока необходимо сгладить пульсации с помощью накопительного конденсатора.
На рисунке 3 показана схема с накопительным конденсатором C1 и резистором R1 в качестве нагрузки. Давайте посмотрим, что теперь показывают приборы. Мультиметр показывает около 16,5 В, а осциллограф – изогнутую линию, поднимающуюся вверх на определенную величину (рис. 3, осциллограмма слева).
Рисунок 2: Подключим и исследуем выпрямительный мост из четырех диодов.
На верхних пиках кривизны этой линии он составляет 17 В. Вот как выглядит напряжение, сглаженное пульсациями. Чтобы увидеть величину пульсаций, переключите вход осциллографа на переменный ток “
” и поверните ручку “V/delta” вниз, пока пульсация не станет отчетливо видна. В этом случае его следует установить на 0,5 В/дел. (рис.3, осциллограмма справа). Видно, что разброс пульсаций составляет 1 В.
Таким образом, на выходе нашего выпрямителя имеется постоянное напряжение с пульсацией в 1 В. Величина этой пульсации зависит от емкости сглаживающего конденсатора и нагрузки. Если нагрузка увеличится (сопротивление R1 уменьшится), то пульсации увеличатся.
Рисунок 3: Сглаживающий конденсатор в выпрямителе.
Это можно проверить, заменив R1 переменным конденсатором. И по мере увеличения емкости пульсации уменьшаются. Поэтому если в том же примере (с тем же сопротивлением R1) мы подключим параллельно C1 еще один конденсатор 220 мкФ, пульсации уменьшатся до 0,ЗВ, а с конденсатором 1000 мкФ пульсации будут менее 0,1 В.
Но это при сопротивлении нагрузки 1 кОм, т.е. при токе нагрузки 16 миллиампер. При увеличении тока нагрузки пульсации будут увеличиваться. Поэтому в выпрямителях, рассчитанных на большие нагрузки, используются сглаживающие конденсаторы с очень большой емкостью.
Выше выпрямительный мост был исследован с помощью осциллографа. Но в источнике питания помимо трансформатора и выпрямителя часто имеется регулятор напряжения.
Простейшая параметрическая схема AVR состоит из стабилизатора и токоограничивающего резистора. Главная особенность стабилизатора заключается в том, что он действует как диод, т.е. пропускает ток в прямом направлении, но пропускает и обратный ток, но только если обратное напряжение превышает определенное значение – напряжение стабилизации.
Подключите цепь параметрического стабилизатора к вторичной обмотке трансформатора и, используя осциллограф, посмотрите, каким стало синусоидальное переменное напряжение (рис.4). Установим ручку “Time/Division” осциллографа на “10”, ручку “V/Division” также на “10” и установим переключатель входа в импульсный режим.
Рис. 4 Рассмотрим параметрический стабилизатор.
Стабилитрон, работающий как диодный односторонний выпрямитель, убирает отрицательные полуволны. И как стабилизатор, он прижимает пик положительных полуволн к своему напряжению стабилизации (для D814V это 10 В).
Теперь подключите тот же регулятор к выходу мостового выпрямителя (Рисунок 5). Подайте напряжение на стабилитрон также, отключите его на уровне напряжения стабилизации. И нет никакой разницы, какова амплитуда этих импульсов или полуволн, 17 В или, например, 27 В, СТАБИЛИЗИРУЕТ их при 10 В.
Рисунок 5: Рассмотрим параметрический стабилизатор на выходе моста.
На рисунке 6 показана схема источника питания с параметрическим регулятором на выходе. Мультиметр и осциллограф покажут постоянное напряжение 10 В, а пульсации будут гораздо меньше, чем без стабилизатора.
Рисунок 6: Идеальная схема источника питания с параметрическим регулятором на выходе.
Исследуем RC-цепи с помощью осциллографа
Еще одним практическим упражнением по использованию осциллографа является тестирование RC-цепей с помощью осциллографа. Для этого необходим осциллограф. Многие осциллографы, особенно C1-65, оснащены калибратором. Это генератор постоянного напряжения или прямоугольных импульсов с частотой 1 кГц.
Калибратор предназначен для калибровки, но может успешно использоваться в качестве лабораторного генератора прямоугольных импульсов при настройке и ремонте оборудования.
Но, есть осциллографы без калибраторов, если ваш такой же, то придется взять лабораторный генератор функций или сделать самому простой генератор прямоугольных импульсов с частотой около 1кГц, по схеме, показанной на рис. 1. Это простейший мультивибратор на цифровой схеме. Но это подходит для наших экспериментов.
Далее мы рассмотрим работу с калибратором осциллографа в качестве источника импульсов. Если импульсы берутся с отдельного генератора (например, как на рис.1), то нам нужно будет просто подать их с него на тестируемую RC-цепочку. В то же время не забудьте подключить общую землю питания генератора к клемме “шасси” осциллографа.
Рисунок 1: Схема простого генератора импульсов.
Таким образом, если мы соединим куском провода гнездо “Y” и “Выход калибратора”, мы включим калибратор для генерации импульсов 5 В. Устанавливаем “1” ручкой “В/дельта” и “0.2mS” ручкой “время/дельта”, переключаем вход на переменное напряжение “
“, на экране осциллографа появится более или менее то, что показано на рис. 2. Это означает прямоугольные импульсы.
Рисунок 2: Пульсация на экране осциллографа.
Чтобы поэкспериментировать с RC-цепью, вам понадобится конденсатор емкостью 0,01 мкФ (часто называемый “10p” или “103”) и переменный резистор 100 кОм.
Мы будем экспериментировать с двумя типами цепей, дифференциальной и интегральной.
Сначала мы подключим дифференциальную цепь, состоящую из резистора R1 и конденсатора C1 (рис. 3). Теперь импульсы
Рис. 3. подключение дифференциальной схемы.
от калибратора на вход “Y” осциллографа через цепь R1C1. Установите резистор R1 в положение максимального сопротивления. В этом случае на экране осциллографа появятся импульсы, как на рис.4. Их амплитуда немного увеличится, но будет наблюдаться наклон в сторону уменьшения.
Рис. 4 Пульсация на экране осциллографа.
Если мы начнем вращать ручку переменного резистора R1, его сопротивление уменьшится и амплитуда импульсов увеличится, но при этом увеличится и наклон в сторону уменьшения. Рисунок 5 уже совсем не похож на прямоугольный импульс. Однако амплитуда пиков резко возросла. При дальнейшем вращении R1 амплитуда пиков будет продолжать увеличиваться, а наклоны станут параболическими.
Рисунок 5: Это больше не похоже на прямоугольные импульсы.
Однако при дальнейшем вращении R1 амплитуда начинает уменьшаться, и в самом крайнем положении, когда сопротивление R1 равно нулю, импульсы исчезают (это неудивительно, поскольку R1 в состоянии нулевого сопротивления эффективно закрывает вход осциллографа).
Вывод таков: изменяя прямоугольный импульс, он превращается в острый импульс с увеличенной амплитудой. И чем больше R1, тем больше импульс напоминает прямоугольный импульс.
Это происходит потому, что время зарядки и разрядки конденсатора зависит от сопротивления R1. И чем меньше R1, тем короче это время. Кроме того, когда мы переходим от положительной полуволны к отрицательной (и наоборот), к амплитуде импульса добавляется напряжение, накопленное на конденсаторе.
Поэтому амплитуда напряжения на резисторе R1 в пиках увеличивается тем быстрее, чем быстрее заряжается конденсатор. Но чем меньше R1, тем более узкие пики. Теперь поменяйте местами детали, чтобы получилась схема, показанная на рисунке 6. RC-цепь стала интегральной схемой.
Рисунок 6: Новая схема для эксперимента.
Если переменный резистор R1 находится в положении минимального сопротивления, на экране осциллографа появится изображение, как на рисунке 7. Почти те же прямоугольные импульсы, только фронты и провалы немного сглажены.
Начните вращать ручку переменного резистора R1, – фронты и провалы еще больше сглаживаются и выглядят как на рис. 8. При этом амплитуда значительно уменьшается.
повернуть ручку переменного резистора R1 полностью вниз (в положение максимального сопротивления), – амплитуда импульсов значительно уменьшается и они уже напоминают треугольники (рис.9).
Рис. 7 Изображение на экране осциллографа для эксперимента.
В схеме интегрирования осциллограф показывает напряжение на конденсаторе. На резистор R1 подается импульс, он заряжается и разряжается. Как и в первом случае, скорость заряда-разряда тем больше, чем меньше сопротивление резистора. Но здесь ситуация обратная, т.е. чем меньше R1, тем быстрее C1 будет заряжаться или разряжаться до своего максимального или минимального значения.
Поэтому чем круче края и затухание импульсов в C1. Эти кривые, показанные в форме сигнала на рисунке 7, представляют собой время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора.
И чем быстрее заряжается конденсатор, тем меньше эти эпизоды. Скорость зарядки конденсатора зависит от сопротивления резистора R1, через который на него поступают импульсы.
По мере увеличения сопротивления резистора R1 конденсатор заряжается – разряжается медленнее и плавнее, – кривые, показывающие время зарядки – разрядки, увеличиваются. Поэтому края и распределения сглаживаются и становятся наклонными.
При дальнейшем увеличении сопротивления R1 время, необходимое для зарядки конденсатора до максимального напряжения, увеличивается настолько, что становится больше периода полураспада импульса. Конденсатор просто не успевает зарядиться до своего максимального значения, прежде чем начнет разряжаться.
Рис. 8. Фронты и деки стали еще более гладкими.
Рис. 9. Импульсы представляют собой треугольники на экране осциллографа.
Поэтому амплитуда импульса уменьшается на величину, на которую конденсатор не успел зарядиться. В конце концов, форма импульсов становится все более и более похожей на треугольник.