Определение частоты и фазы с помощью электронного осциллографа

Цель работы: изучить осциллограф и практически ознакомиться с осциллографическим методом измерения частоты и фазы.

Электронный осциллограф – это один из наиболее распространенных в настоящее время электроизмерительных приборов. С его помощью можно измерить токи, напряжения, частоту, мощности, фазовые сдвиги, глубину модуляции, снимать амплитудные и фазовые характеристики радиоустройств, исследовать форму сигналов.

Измерения при помощи осциллографа

1. Определение чувствительности осциллографа. На вход вертикального отклонения Y подается синусоидальное напряжение U от электросети, измеряемое вольтметром. Напряжение развертки выключается. Измеряется длина вертикальной линии, которая будет пропорциональна двойной амплитуде измеряемого напряжения. Таким образом

,

где - чувствительность по вертикали, мм/В; - длина вертикальной линии на экране, мм; - измеряемое напряжение (действующее значение), В.

Если напряжение подается на вход усилителя, то величина подсчитывается для определенных положений ручки регулировки чувствительности. Чувствительность по горизонтали измеряется также, но при подаче напряжения на вход горизонтального отклонения Х.

1. Определение частоты напряжений и сравнение двух частот. Измерение частоты основано на наблюдениях так называемых фигур Лиссажу. Для измерения к одной паре отклоняющих пластин (вход Х)подводится напряжение измеряемой частоты , а к другой (вход Y) – напряжение известной частоты . Напряжение развертки выключается. При подаче на одну пару пластин напряжения , а на другую отклонение луча по горизонтали и вертикали будут пропорциональны этим напряжениям:

,

,

где и - коэффициенты пропорциональности.

Тогда кривая, описываемая лучом на экране, определится уравнением

.

Отношение частот легко определить, исходя из следующих простых соображений: за каждый период колебаний напряжения, поданного на Y, луч дважды пересечет горизонтальную ось; точно также он дважды пересечет вертикальную ось за каждый период колебаний напряжения, приложенного ко входу Х.

Через фигуру Лиссажу, полученную на экране, поводят горизонтальную и вертикальную оси. Посчитав чисто пересечения линий с осями, можно определить отношение частот

,

где n – число точек пересечения с вертикальной осью; m – то же с горизонтальной осью.

1. Определение фазы. Понятие «фаза» связано с определением гармонического колебательного процесса, а именно: фаза характеризует состояние этого процесса в фиксированный момент времени. Фазой гармонического колебания считается . Из понятия фазы вытекает понятие о сдвиге фаз двух гармонических колебаний одной и той же частоты:

.

Если значение и параметры RC – цепочки неизвестны, то сдвиг фаз можно определить методом эллипса. Эллипс получается, если на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подать напряжения и , одной и той же частоты, но сдвинутые по фаз. В результате сложения этих напряжений на экране получается изображение эллипса в виде

,

где A и B - амплитудные, а х,у - мгновенные значения отклонения пятна в горизонтальном и вертикальном направлении.

Из условия х=0 найдем точку пересечения эллипса с осью ординат , а из - с осью абсцисс . В результате получим

.

Если подобрать коэффициенты усиления так, чтобы выполнялось равенство амплитуд , то тогда

.

Таким образом, по величине отрезков, отсекаемых эллипсом на осях координат, и по максимальным отклонениям пятна в направлении осей координат можно определить угол .

.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: