Меню

Осциллограмма переменного тока это



Осциллограмма переменного тока это

Осциллограф для начинающих. Виды осциллограмм

Внизу рисунки 1 и 2. Это японцы так дают осциллограммы, снятые дилерским прибором. На них есть все необходимые данные для того, чтобы повторить это на любом осциллографе, получить похожий сигнал, сравнить его и сделать вывод. Есть значения развертки, и есть пороговое значение, при котором снималась осциллограмма:


Рис.1


Рис.2

Кроме того, на этих двух рисунках приведена и методика проверки. И на верхнем и на нижнем рисунках видно, что проверка проводится в двух режимах работы двигателя: на ХХ и при 2000 об. Исправность датчиков оценивается по амплитуде сигнала и по временным промежуткам (развертка не изменяется). Поэтому, если я провожу проверку тем же осциллографом Посталовского или иным — мне нужно выставить порог и развертку — дальше сравнить с «оригиналом». Если сигнал похож, то все нормально и дальше искать ничего не нужно. Справа вырезка из книги нашего издательства – тоже все написано и показано (рис. 3-справа).

Внизу фото 47 – снято осциллографом. Сравнить и анализировать можно.


Фото№ 47

С книгой особых расхождений нет, если уж самая малость. По осциллограмме фото №47 видна неисправность: машина заведена, должны быть обороты ХХ, а на самом деле их нет: обороты бросает вверх–вниз (временные промежутки работы клапана изменяются. Сравниваем с книгой и видим разницу — рис.3)

Помехи были, есть и будут всегда. Это

* внешние помехи и источники их различны

* это помехи внутри самой системы управления (взаимное влияние электрических цепей, наводки при параллельных пробегах проводов, пр.

* помехи источников питания и работы иных устройств входящих в состав системы управления или ДВС)

От внешних помех система защищена достаточно надежно. От взаимных влияний и наводок тоже (но здесь нужно сделать оговорку: «пока в этих местах не побывали любопытные»,-☺.

А вот третью позицию: «иные устройства входящие в состав…», рассмотрим немного подробнее. Ибо все беды от них. И зачастую с трудом обнаруживается некоторыми диагностами.

Самыми опасными помехами для системы являются помехи по питанию. Эти помехи могут представлять собой достаточно сложные сигналы. Все дело в том, что помимо пульсаций напряжения (тока), в цепях питания могут возникать помехи широкого спектра, например, той же искровой помехи. Если уровень помехи достаточно велик, он окажет влияние на сигналы управления и сигналы датчиков, что приведет к сбою в системе управления.


Фото№ 48

Вот так выглядит помеха в цепи питания, когда двигатель работает. Такая помеха не влияет на работу системы. Хотя ее влияние можно увидеть на всех сигналах датчиков и сигналах управления.

Так выглядит помеха создаваемая стартером при запуске. Виден участок включения реле стартера, прокрутка и начало работы двигателя. Если вы обратили внимание на экран, то осциллограммы №48 и 49 сняты с развязкой по постоянному току (нулевая линия находится рядом с номером канала, и напряжение бортовой сети отсутствует). Это делается для того, чтобы выделить сигнал помехи. Если смотреть сигнал помехи на фоне питающего напряжения, то его будет тяжело выделить, а провести измерение уровня будет крайне неудобно. Наглядно это выглядит так:

Измерение проводится по каналу №2.

Я вырезал интересующий участок, чтобы была видна сетка и значения.

При цене деления 2В на клетку, видно, что амплитуда постоянного напряжения равна бортовой сети (осциллограмма «поднялась вверх от нулевой точки на 6 клеток сетки и две точки). Более точное значение амплитуды мы видим на панели прибора (2кан.). Обратите внимание на масштаб и значение развертки. Если я попытаюсь поставить такие же значения как на фото 49 — я получу почти прямую линию, на которой ничего нельзя будет разобрать. Конечно, можно изменить порог для входного сигнала, но тогда мы получим вот что (фото 51):

Я изменил порог, он стал 0,2В (было 2В), изменил масштаб и развертку. А вот попробуйте провести здесь измерения хоть по сетке, хоть маркерные.

Поэтому, выполняя развязку по постоянному току, мы отсекаем бортовое питание и видим только сигнал помехи.

Зачем такое измерение нужно? Иногда может пригодиться.

Фото №52

Осциллограмма снята с развязкой по постоянному току. Начало — двигатель работает достаточно устойчиво.

Маркер «В» — включается первый потребитель, на который пало подозрение.

Получаем выброс амплитуды помехи более 4В, далее видно как двигатель «провалил» обороты. Маркер «А» — тут же включается второй подозреваемый потребитель, выброс более 7В и двигатель благополучно глохнет.

Неисправность была локализована и устранена. Для справки тем, кого это заинтересовало:

— Уровень помехи менее 3% от амплитуды любого сигнала, влияния на работу системы не окажет. А все те «ежики», которые видны на осциллограмме — это ВЧ помеха, которая возникает просто от искрения тех же щеток генератора или стартера. Если кто захочет, может снять подобную осциллограмму и, используя маркеры посмотреть, из чего они состоят. Там найдете частоты от нескольких ГЦ до сотен кГц. Только уровень этой помехи будет очень мал.

Вот поэтому в прошлом материале я и давал осциллограммы сложного импульса. Потому что некоторые ищут то ВЧ составляющую, то находят что-то в диапазоне инфразвука.

Вот это сложный импульс. И составляющих в нем много. А его частота находится чуть выше нулевой отметки полосы пропускания осциллографа.


Фото№54

Это тоже сложные импульсы, причем высокочастотный модулированный сигнал. Его тоже не стоит снимать и пытаться что-то в нем найти и что-то проанализировать на автомобильном осциллографе (Это осциллограмма не моя, она взята из авторского материала, поэтому все надписи мною на ней обрезаны и на автора не ссылаюсь. Приведена не для критики, а как пример, для понимания.)

Есть рабочий участок у вашего осциллографа в полосе пропускания, вот на нем и надо работать, его вполне достаточно. И точность измерений на нем будет соответствовать. Сигнал можно рассмотреть и проанализировать. Выйдете за этот участок, погрешность будет больше; выйдете за полосу — сможете только видеть: «есть сигнал или нет». А возможность смотреть «есть или нет» сигналы, выходящие за полосу осциллографа, дает возможность та самая АЧХ, которая не обрывается резко в месте, где заявлен конец полосы пропускания, просто ее линейность снижается. И снижается достаточно медленно. Только эти увиденные сигналы уже никакого отношения к нашим измерениям иметь не могут.

МАРКИН Александр Васильевич

г. Белгород

Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б

(4722) 300-709

© 1999 – 2010 Легион-Автодата

Источник

Практикум по электродинамике

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 37

Знакомство с осциллографом и определение параметров переменного тока по осциллограмме

Цели: ознакомиться с устройством и принципом работы осциллографа; изучить осциллограмму переменного тока.

Оборудование: осциллограф ОМШ-3М (или другой малогабаритный лабораторный); руководство по эксплуатации осциллографа; звуковой генератор лабораторный; вольтметр переменного тока (авометр, мультиметр); соединительные провода – 2 шт.

Краткая теория

(Излагается по учебнику в соответствии с программой.– Ред.)

Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 2). Электроны испускаются расположенной в конце узкой части трубки 1 электронной пушкой, которая состоит из нити накала 2 и катода 3. Модулятор 4 регулирует поток летящих к экрану электронов 5. На анод 6 (их может быть два) подаётся фокусирующее и ускоряющее пучок электронов напряжение. Далее расположены вертикально 7 и горизонтально 8 отклоняющие пластины. Внутренняя часть экрана 9 трубки покрыта специальным веществом – люминофором, – способным светиться под действием пучка электронов

Рис. 2. Электронно-лучевая трубка

Количество колебаний, наблюдаемых на экране, зависит от соотношения периодов исследуемого сигнала и пилообразного напряжения развёртки (рис. 5, а, б). При совпадении частот электронный луч на экране вычерчивает один период напряжения сигнала (рис. 5, а). Если же частота генератора развёртки будет в 2, 3 и т.д. раза меньше частоты колебаний исследуемого сигнала, то будут вычерчены два, три и т.д. периода.

Масштабная сетка на экране позволяет определить напряжение входного сигнала при известном положении калибровочного переключателя

Вопросы для самоконтроля по теории

1. Как устроена и работает электронно-лучевая трубка?

2. Напишите уравнение переменного тока и напряжения.

3. Что понимают под амплитудным значением силы тока? напряжения?

4. Что называют периодом колебаний тока?

5. Что называют частотой колебаний тока?

6. Чему равна промышленная частота переменного тока? Что означает это число?

7. От чего зависит количество наблюдаемых на экране электрических колебаний?

Практическая работа

Задание 1: ознакомьтесь с осциллографом

1. Выясните назначение гнёзд, ручек и кнопок управления осциллографа (рис. 7), пользуясь руководством по эксплуатации и предложенной литературой: 1 – «Вход Х»: гнёзда от горизонтально отклоняющих пластин; 2 – «Вход Y»: гнёзда от вертикально отклоняющих пластин; 3 – ручка управления смещением луча по горизонтали; 4 – ручка управления смещением луча по вертикали; 5 – ручка регулировки (фокусировки) размера пятна на экране; 6 – ручка управления яркостью пятна; 7 – экран; сверху наложена масштабная сетка; 8 – кнопки управления уровнем усиления входного сигнала по вертикали; 9 – кнопка управления частотой напряжения развёртки (пилообразного напряжения); 10 – ручка плавного регулирования частотой напряжения развёртки; 11 – кнопка отключения напряжения развёртки; 12 – кнопка выбора режима синхронизации.

Рис. 7. Внешний вид осциллографа ОМШ-3М

2. Включите осциллограф в сеть. Ручки «яркость» и «фокус» поставьте в максимальное положение и дождитесь появления светящейся точки на экране.

3. Регуляторами перемещения луча по вертикали и горизонтали установите светящуюся точку в центре экрана.

4. Регуляторами яркости свечения и фокусировки луча установите удобную для наблюдения форму точки.

5. Подайте постоянное напряжение 4–6 В (например, от «квадратной» батареи) в той или иной полярности на «Вход Х» и следите за перемещением луча влево–вправо. Объясните наблюдаемое явление.

6. Подайте постоянное напряжение 4–6 В в той или иной полярности на «Вход Y» и следите за смещением луча вверх–вниз. Зная цену деления масштабной сетки, в зависимости от нажатой кнопки управления уровнем усиления входного сигнала, определите примерное значение напряжения.

7. Разверните луч по горизонтали, используя кнопки переключателя диапазона частот напряжения развёртки.

8. Повторите опыты пункта 6 при развёрнутом луче. Объясните наблюдаемое явление.

Задание 2: изучите осциллограмму переменного тока

1. Подайте переменное напряжение от звукового генератора на «Вход Y» и « » осциллографа (рис. 8). Кнопками переключателя делителя входного напряжения установите амплитуду колебаний в пределах экрана электронно-лучевой трубки.

Рис. 8. Получение осциллограмм сигналов от звукового генератора

2. Установите на экране неподвижную картину из нескольких периодов колебаний, меняя частоту генератора управления развёрткой.

3. Меняя уровень входного напряжения звукового генератора ручками управления уровня входного сигнала осциллографа, установите амплитуду колебаний в пределах экрана. По масштабной сетке определите примерное значение напряжения сигнала. Убедитесь в правильности измерения, подключив вольтметр переменного тока к выходу звукового генератора.

4. Подайте на «Вход Y» осциллографа переменное напряжение промышленной частоты (50 Гц) в пределах 5–10 В от лабораторного источника питания и по масштабной сетке определите амплитудное значение напряжения.

5. Зная амплитудное напряжение, вычислите его действующее (эффективное) значение.

Задание 3

Отключите напряжение развёртки и установите светящуюся точку в середине экрана. Подайте переменное напряжение (промышленное или от звукового генератора) поочерёдно к входам осциллографа «Y» и «Х» и объясните наблюдаемое явление.

1. Объясните назначение основных узлов осциллографа: блока развёртки; блока синхронизации; блока управления.

2. Объясните назначения ручек и кнопок управления осциллографом.

3. Как с помощью осциллографа определить напряжение и частоту электрических колебаний?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 38

Изучение устройства и принципа работы электромагнитных телефона и микрофона

Цели: ознакомиться с устройством и принципом работы электромагнитного телефона; ознакомиться с принципом работы электромагнитного микрофона.

Оборудование: капсюль от телефона ТОН-2 – 2 шт.; осциллограф лабораторный; звуковой генератор; омметр; камертон на резонаторном ящике с молоточком; источник питания 5–6 В; соединительный провод в изоляции длиной 3 м – 2 шт.

(Излагается по учебнику в соответствии с программой. – Ред.)

1. Как устроен электромагнитный телефон?

2. Объясните принцип работы телефона.

3. Как устроен электромагнитный микрофон?

4. Объясните принцип работы микрофона.

Практическая работа

Задание 1: изучите устройство и принцип работы телефона

1. Отверните крышку телефонного капсюля и ознакомьтесь с его устройством; найдите мембрану, стержень, катушку. Заверните крышку на место.

2. Измерьте омметром сопротивление катушки.

3. Соберите электрическую цепь по рис. 11. Пропустите ток по катушке телефона в разных направлениях и следите за появлением характерных звуков – щелчков.

4. В какие моменты возникают щелчки? Почему?

5. Подключите телефонный капсюль к выходу источника переменного тока – звуковому генератору – и послушайте изменение издаваемого мембраной телефона звука при изменении частоты генератора.

6. Объясните наблюдаемое явление.

Задание 2: изучите принцип работы микрофона

1. Включите выводы микрофона (телефонного капсюля) к вертикальному входу лабораторного осциллографа и наблюдайте осциллограмму звуковых колебаний, преобразованных микрофоном в электрические.

2. Установите микрофон перед резонаторным ящиком камертона и наблюдайте синусоидальные колебания на экране (рис. 12).

3. Выключите напряжение развёртки осциллографа и, подключая микрофон поочерёдно к вертикально отклоняющим пластинам («Вход Y») и к горизонтально отклоняющим пластинам («Вход Х»), наблюдайте колебания электронного луча.

4. Объясните наблюдаемое явление.

1. Соедините согласно рис. 13 два телефонных капсюля двужильным проводом длиной 3–4 м.

2. Если постукивать пальцем по крышке капсюля, принятого за микрофон, то в телефоне слышатся отчётливые звуки. Объясните их происхождение.

Примечание. Любой капсюль можно использовать и как микрофон, и как телефон.

3. Возьмите с товарищем по капсюлю и расположитесь в разных комнатах так, чтобы не слышать голоса друг друга. Переговаривайтесь между собой по принципу «Приём–передача».

Контрольные вопросы и задания

1. Какой частоты звук издаёт телефонный капсюль, если его подключить к источнику переменного сетевого напряжения промышленной частоты? Ответ проверьте экспериментально, подключившись к такому источнику напряжением до 10 В.

2. Если в телефонном капсюле намагниченный подковообразный стержень заменить ненамагниченным, то мембрана при прохождении переменного тока будет колебаться с удвоенной частотой и искажать звук, делая его выше. Почему это происходит?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 39

Сравнение амплитудного и действующего значений переменного напряжения

Цель: найти соотношение между амплитудным и действующим значениями напряжений в цепях переменного тока.

Оборудование: макетная плата; источник переменного тока на 4–10 В; выпрямительный диод КД209; оксидный конденсатор на 500–1000 мкФ; вольтметры постоянного и переменного тока (или авометр); осциллограф; соединительные провода – 8 шт.

Краткая теория

(Излагается по учебнику в соответствии с программой.– Ред.)

Вопросы для самоконтроля по теории

1. Какие параметры характеризуют переменный ток?

2. Что такое действующее (эффективное), мгновенное и амплитудное значения переменного тока и напряжения?

3. Какова связь между действующим и амплитудным значениями силы тока и напряжения?

4. Почему в схеме на рис. 14 вольтметр переменного тока PV1 показывает действующее значение переменного напряжения, а вольтметр постоянного тока PV2 – его амплитудное значение?

Рис. 14. Принципиальная ( а) и монтажная (б) схемы

Задание 1: проверьте соотношение между действующим и амплитудным значением переменного тока

1. Соберите схему по рис. 14.

2. Измерьте действующее значение напряжения U вольтметром переменного тока PV1 и амплитудное значение напряжения Um вольтметром постоянного тока PV2.

3. Найдите отношение амплитудного значения напряжения к действующему и убедитесь, что

Примечание. В работе рекомендуем использовать вольтметр с большим внутренним сопротивлением.

1. Подключайте вход осциллографа «Y» поочерёдно то параллельно конденсатору (т. 4), то параллельно вторичной обмотке трансформатора (т. 1), как показано на рис. 14 пунктиром, и, наблюдая осциллограммы, убедитесь в том, что напряжение на конденсаторе равно амплитудному значению синусоидальных колебаний на выходе трансформатора.

2. Зарисуйте в тетради в одних и тех же масштабах наблюдаемые осциллограммы. Пользуйтесь масштабной сеткой экрана.

Печатается выборочно по учебному пособию: П.П.Головин. Фронтальные лабораторные работы и практикум по электродинамике. – Ульяновск: Корпорация технологий продвижения, 2005), см. также № 2/05. Примерно половина рисунков опущена. – Ред.

Источник

Осциллограмма

При настройке электронного оборудования, мониторинге сигналов в промежуток времени на экране осциллографа отслеживается осциллограмма. Ремонт аудио,- и видеоаппаратуры становится намного легче, если процессы, происходящие в электрической цепи, можно не только измерить, но и увидеть.

Осциллограмма на дисплее прибора

Значение слова осциллограмма

В переводе с греческого языка осциллограмма – это качающееся изображение. Действительно, на экране осциллоскопа можно наблюдать колеблющуюся светящуюся линию. Этот движущийся график способен показать, как изменяется электрический сигнал с течением периода времени.

Определение угла сдвига фаз на осциллограмме

Чтобы измерить угол сдвига фаз на графиках двух сигналов, следует подавать на первый канал максимальное напряжение. Это улучшит синхронизацию картинки на экране. Величина сдвига измеряется не в секундах, а в градусах. Визуально можно проследить расположение двух графиков электрического сигнала относительно друг друга в конкретный период времени. Синусоидальная форма сигнала позволяет фиксировать сдвиг фаз. Для повышения точности результата можно растягивать изображение в длину или установить для сигналов разную амплитуду, чтобы отличать один от другого.

Применение осциллографа

Прибор используют для наблюдения на дисплее графика изменения параметров исследуемого сигнала или сигналов. Что измеряет осциллограф? С его помощью можно одновременно контролировать напряжение, силу тока, частоту и сдвиг фаз. Измерение сигналов, подаваемых на вход осциллоскопа, проводят как в стационарных, так и в полевых условиях.

Принцип функционирования

Общий принцип работы прибора прост. Он регистрирует любое изменение напряжения испытуемого сигнала и выводит его на дисплей. Со времён самописца, придуманного Андре Блондалем, где индуктивная катушка управляла колебаниями маятника, идея претерпела изменения. После изобретения электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) прибор стал полноценным измерителем. Органы управления находятся на передней панели.

Поданный на вход сигнал может иметь разную амплитуду. Расположенный на передней панели регулятор «В/дел», позволяет растягивать или уменьшать получаемую картинку по оси Y. Ручка «длительность» изменяет скорость движения луча по дисплею. Это частота развёртки.

К сведению. Луч постоянно перемещается слева на право, вертикальное отклонение ему задаёт импульс, приходящий на вход. В результате на дисплее получается синусоида или иные колебания.

С помощью частоты развёртки добиваются остановки картинки. Когда она близка или совпадает с частотой сигнала, то картинка замирает и становится статичной. Вот главный принцип работы прибора.

Классификация

Так как осциллоскоп работает с входящими сигналами, то по виду обработки импульсов приборы делятся на:

  • аналоговые;
  • цифровые.

В аналоговых аппаратах применяются ЭЛТ с электростатическим смещением.

Цифровые аппараты оснащены жк-дисплеем. Они имеют память, позволяющую рассматривать уже зафиксированные сигналы, делать их скриншоты. ЖК-цветной монитор способствует улучшению восприятия картинки.

Следующее деление можно провести по числу лучей:

  • однолучевые;
  • двухлучевые;
  • многолучевые.

Важно! N-лучевой прибор показывает сразу n-графиков на дисплее. У него n-входов. Но количество входов (каналов) не всегда равно количеству лучей. Так, двухканальный измеритель может отображать два сигнала одним лучом, но не одновременно.

Цифровой прибор с осциллограммой на жк дисплее

Цифровые осциллографы можно разделить на модели:

  • стробоскопические;
  • запоминающие;
  • люминофорные;
  • виртуальные.

Стробоскопические осциллографы сжимают спектр исследуемого сигнала путём моментального стробирования в определённой точке. С каждым новым появлением сигнала точка смещается по кривой, пока не простробируется сигнал. На дисплей выдаётся преобразованная кривая, повторяющая форму основного сигнала, но состоящая из мгновенных значений.

В запоминающих моделях цифровой формат информации позволяет сохранять результаты измерений в памяти или выводить на печать. У большинства моделей в наличии накопитель, где можно хранить картинки в виде файлов.

Технология «цифрового люминофора» даёт возможность имитировать изменение интенсивности картинки, присущее аналоговым моделям, но уже в цифровом формате. Люминофорные осциллографы выдают на дисплей модулированные сигналы в мельчайших подробностях, как и аналоговые устройства. При этом они обеспечивают измерение, сравнение и хранение, как цифровые запоминающие модели.

Отдельный класс виртуальных осциллографов может быть внешним или внутренним дополнительным гаджетом на базе ISA или PCI карт. ПО любого виртуального осциллоскопа разрешает полностью управлять прибором и предоставляет линейку сервисных опций: цифровая фильтрация, экспорт и импорт данных и иные возможности.

Двухканальный прибор

Модели типа «два канала – один луч» имеют два канала вертикальной развёртки и однолучевую ЭЛТ. Конструктивно это переключаемые электронным переключателем входы Y1 и Y2. Переключатель поочерёдно соединяет выходные сигналы каналов с пластинами вертикального отклонения.

Устройство

Упрощённая блок-схема осциллографа отображает структурное строение аналогового прибора. Это входной делитель, усилитель горизонтальной развёртки и схема синхронизации, усилитель вертикального отклонения, блок питания и электронно-лучевая трубка.

Цифровые измерители осциллограмм имеют в своём составе:

  • входной делитель;
  • нормализующий усилитель;
  • аналого-цифровой преобразователь;
  • блок памяти;
  • устройство управления;
  • устройства отображения.

Устройство отображения представляет собой жидкокристаллическую панель чёрно-белого или цветного отображения картинки.

Экран

Способность изображать изменения исследуемых гармонических колебаний – есть основная задача этого прибора. До появления жк-дисплеев эту роль выполняла ЭЛТ. Это стеклянный конусообразный баллон, дно которого покрыто люминофором. Он издаёт видимое свечение при попадании на него электронного луча. На экран нанесена калибровочная сетка с делениями.

Устройство электронно-лучевой трубки

Сигнальные входы

Количество входов прибора обозначает число его каналов. Наличие 2 и более каналов обозначает многоканальный осциллограф. Входные импульсы от каждого канала подаются на Y-вход и усиливаются собственным усилителем вертикальной развёртки.

Важно! Такой усилитель всегда выполнен по схеме усиления постоянного тока. Значит, нижняя граница частоты – 0 Гц. Это даёт возможность измерить постоянное напряжение, отображать несимметричные сигналы и контролировать постоянную составляющую сигнала.

Управление развёрткой

График, который получится в результате подачи напряжения на вертикально расположенные пластины, напоминает зубья пилы. Разность потенциалов нарастает, потом резко падает. При наблюдении за движением луча видно, что он бегает слева направо. Такие пилообразные движения называются вертикальной и горизонтальной развёрткой. Горизонтальную развёртку ещё зовут строчной. Периодичность повторения пилообразных импульсов определяет частоту развёртки.

Синхронизация развёртки с исследуемым сигналом

Эта функция необходима для того, чтобы картинка луча в циклах развёртки была неподвижной. Значит, что при повторении каждого следующего движения по экрану луч должен проходить свой путь по одной и той же траектории. Этим занимается синхронизация развёртки. Она запускает развёртку с заданной точки. При частоте повторения больше 20 Гц, в результате инерционности человеческого зрения, наблюдается неподвижное изображение.

Информация. Схема синхронизации задерживает запуск развёртки до какого-либо заданного события. Это событие задаёт оператор. Этот импульс может задаваться в режимах внутренней и внешней синхронизации.

Оперируют всегда с двумя настройками:

  • уровень запуска – по напряжению;
  • тип запуска – по фронту или спаду импульса.

Применительно к работе с цифровыми устройствами запуск развёртки происходит при совпадении заданного двоичного кода с кодом на шине микропроцессора.

Применение

Работа с осциллографом позволяет выполнять ряд действий, не связанных с визуализацией:

  • измерение амплитуды сигнала;
  • контроль временных интервалов;
  • настройку каналов звука в радиоаппаратуре;
  • наблюдение фигур Лиссажу;
  • курсорные измерения в современных моделях;
  • математические операции-функции;
  • захват строки телевизионного сигнала.

Это только некоторая часть опций, которые можно выполнить при помощи этого прибора.

Наблюдение фигур Лиссажу

При необходимости подстроить частоту сигнала одного источника под частоту другого применяют этот приём. Для работы используют два генератора частоты и осциллограф с опцией XY-режима. Фигуры Лиссажу – это рисунки, созданные точкой, колеблющейся в одной плоскости, но в двух взаимно-перпендикулярных направлениях.

Интересно. Если подать на каждый канал двухканального прибора сигналы от двух разных генераторов и включить на устройстве режим XY, то на экране получится фигура. Фигуры будут менять свои очертания в зависимости от кратности частот генераторов.

На практике метод используется для определения неизвестной частоты, при сравнении её с известной частотой. Зная, осциллограмма какого сигнала изображена на рисунке, по фигуре, которая получилась, можно определить искомый параметр.

Таблица с фигурами Лиссажу

Курсорные измерения

В аппаратах современного поколения имеется вспомогательный интерфейс в виде курсоров. Это прямые линии, выводимые на экран. Они могут быть расположены и перпендикулярно друг к другу. Курсор можно наводить на любую точку графика сигнала и видеть её координаты. Это уровень напряжения и момент времени по осям X и Y.

Курсорные измерения упрощают считывание характеристик исследуемых сигналов. Отпадает зависимость от подсчёта количества клеток по шкале и умножения на цену деления по обеим осям.

Математические функции

К математическим операциям с функциями, определяемым с помощью осциллографа, относятся:

  • сложение и вычитание;
  • абсолютное значение;
  • преобразования Фурье;
  • интегрирование.

Если остановиться на этих опциях, то сложение и вычитание мгновенных значений исследуемых осциллограмм выполняется быстро, результат выводится на экран в виде сигнала.

Следующая функция определяет абсолютное значение сигнала и отображает его в вольтах.

Определить гармонические частоты (компоненты сигнала) поможет математическая функция преобразование Фурье.

Интеграл исследуемого сигнала можно вычислить с помощью математической функции интегрирования.

Захват строки телевизионного сигнала

В осциллоскопах с ЭЛТ, а также в современных специальных моделях встречается особый режим – телевизионная синхронизация. Одну или несколько телевизионных строк можно отобразить на экране, выбрав их из видеопакета. При помощи таких осциллографов в телестудиях контролируют технические характеристики записывающей и передающей аппаратуры.

Настройка

Перед работой с прибором производят калибровку его входов при помощи встроенного калибратора. Осуществляя калибровку высокочастотных моделей, используют кабель с двумя разъёмами. Разъёмы подключаются к выходу калибратора и входу прибора. Калибруя низкочастотные устройства, нужно кратковременно приставить щуп к выходу калибратора. Далее выполняются следующие шаги:

  • регулятором «вольт/дел» устанавливается сигнал калибратора на 3-4 деления сетки дисплея;
  • канал включается на переменное напряжение, и контролируется появление сигнала;
  • регулятор развёртки выставляется так, чтобы наблюдать 6-7 периодов импульсов;
  • отмечается точное совпадение сигнала по делениям на промежутке полученных периодов (±4 деления от центра);
  • при несовпадении ручкой плавной регулировки развёртки добиваются нужного положения периодов, следя за соответствием амплитуды сигнала значениям, указанным на калибраторе;
  • в случае несоответствия значений амплитуды их приводят к норме регулятором «вольт/дел».

При чувствительности канала в 250 мВ сигнал амплитудой 1В занимает 4 деления шкалы. Если это так, то калибровка устройства произведена.

История

Трудность создания осциллографа заключалась в том, что регистрирующие части первых приборов имели большую инерцию. Смог с этим справиться Ульям Дадделл. В 1897 году он использовал зеркальный измерительный элемент. Так был создан светолучевой прибор. В качестве приёмника использовалась светочувствительная пластина. На неё записывался поданный сигнал. Только изобретение Карлом Брауном кинескопа позволило Йонатану Зеннеку выполнить в нём горизонтальную развертку. Так, в 1899 году появилось устройство, похожее на современные осциллографы. Уже в 30-е годы следующего столетия Владимир Зворыкин совершил прорыв в этой области, создав свой кинескоп, который был надёжнее.

Интересные факты

Катодные лучи, открытые Юлиусом Плюккером в 1859 году, хоть и распространяются линейно, но подвержены действию электромагнитных полей. Это установил Уильям Крукс. Он выявил, что катодные лучи, попадая на некоторые вещества, заставляют их светиться.

Видео

Источник

Однофазные выпрямители: типовые схемы, осциллограммы и моделирование

Выпрямитель используется в цепи переменного тока для его преобразования в постоянный. Наиболее распространенным является выпрямитель, собранный из полупроводниковых диодов. При этом он, может быть собрать из дискретных (отдельных) диодов, либо быть в одном корпусе (диодная сборка).

Давайте рассмотрим, что такое выпрямитель, какими они бывают, а в конце статьи проведем имитационное моделирование в среде Multisim. Моделирование помогает закрепить теорию на практике, без сборки и реальных компонентов просмотреть формы напряжений и токов в цепи.

Схемы выпрямителей переменного напряжения

На изображениях выше представлен внешний вид диодных мостов. Но это не единственная схема выпрямления. Для однофазного напряжения существует три распространенных схемы выпрямления:

1. 1-полупериодная (1ф1п).

2. 2-полупериодная (1ф2п).

3. 2-полупериодная со средней точкой (1ф2п).

Однополупериодная схема выпрямления

Самая простая схема состоит всего лишь из одного диода, даёт на выходе постоянное нестабилизированное пульсирующее напряжение. Диоды подключается в цепь питания на фазный провод, либо на один из выводов обмотки трансформатора, вторым концом к нагрузке, второй полюс нагрузки – к нулевому проводу или второму выводу обмотки трансформатора.

Действующее значение напряжение в нагрузке равняется примерно половине амплитудного. Амплитудное значение напряжения это размах синусоиды питающей сети в общем случае для переменного тока

Uампл = Uдейств * √2.

Для электросетей России действующие напряжение однофазной сети – 220 В, а амплитудное примерно 311

Простыми словами – на выходе мы получаем пульсации длиною в пол периода (20 мс для 50 Гц) от 0 В, до 311 В. В среднем напряжение получается меньше чем 220 вольт, это используют для питания нетребовательных к качеству напряжения потребителей или для включения ламп накаливания в подсобных, хозяйственных помещениях и подъездах. Так снижается потребляемая мощность и возрастает срок службы.

Лирическое отступление:

Долговечность таких светильников колоссальная, я пришел в цех год назад, а лампу установили еще в 2013 году, так она до сих пор светит по 12 часов каждые сутки. Но такой свет нельзя использовать в рабочих помещениях, из-за высоких пульсаций. Осциллограмы входных и выходных напряжений изображены ниже:

Однополупериодная схема отсекает только одну полуволну, что вы и видите на эпюре выше. Из-за такого питания мы получаем большой коэффициент пульсаций.

Стоит сказать, что если немного сменить тему и перейти от сетевых выпрямителей, то однополупериодная схема широко используется в импульсной схемотехнике, выпрямляя напряжение вторичной обмотки импульсного трансформатора.

На маломощных импульсных источниках питания тоже используют эту схему. Именно так, скорее всего, сделано ваше зарядное устройство для мобильного телефона.

Двухполупериодная схема

Для снижения коэффициента пульсаций и ёмкости фильтра используют другую схему – двухполупериодную. Называется она – диодный мост. Переменное напряжение поступает на точку соединения разноименных полюсов диодов, а постоянное по знаку с одноименных. Выходное напряжение такого моста называют выпрямленным пульсирующим (или не стабилизированным). Именно такое включение диодов наиболее распространено во всех сферах электроники.

Двухполупериодная схема

На эпюрах вы видим, что обе вторая полуволна переменного напряжения «переворачивается» и поступает в нагрузку. В первую половину периода ток протекает через диоды VD1-VD4, во вторую через пару VD2-VD3.

Напряжение на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц

Напряжение на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц

Вторая схема используется в источниках питания со средней точкой, по сути это две однополупериодные объединенные со вторичной обмоткой трансформатора со средней точкой. Аноды подсоединяются к крайним концам обмотки, катоды к одному вывод нагрузки (плюсовой), второй вывод нагрузки подсоединяется к отводу от середины обмотки (средней точке).

Вторая двухполупериодная схема

График выходного напряжения аналогичен и мы его рассматривать не будем. Существенное отличие лишь в том, что ток одновременно протекает через один диод, а не через пару как в мосте. Это снижает потери энергии на диодном мосте и лишний нагрев полупроводников.

Уменьшение коэффициента пульсаций

Коэффициент пульсаций – это величина, которая отражает насколько сильно пульсирует выходное напряжение. Или наоборот – насколько стабильно и равномерно ток подаётся в нагрузку.

Чтобы снизить коэффициент пульсаций параллельно нагрузке (выходу диодного моста) устанавливают всевозможные фильтры. Самый простой вариант – установить конденсатор. Чтобы пульсации были как можно меньше, постоянная времени Rнагрузки Cфильтра должна быть на порядок (а лучше несколько) больше периода пульсаций (в нашем случае 10 мс).

Для этого либо нагрузка должна иметь высокое сопротивление и малый ток, либо ёмкость конденсатора достаточно большой.

Расчетное соотношение для подбора конденсатора выглядит так:

Расчетное соотношение для подбора конденсатора

Кп – это требуемый коэффициет пульсаций.

Для улучшения ряда характеристик фильтра могут применяться LC цепи, соединенные по схеме Г или П-фильтра, в отдельных случаях и другие конфигурации. Недостатком использования LC фильтров в радиолюбительской практики является необходимость подбора фильтрующего дросселя. А нужного по номиналу (индуктивности и току) зачастую нет под рукой. Поэтому приходится либо мотать самому, либо выходить из сложившейся ситуации другим образом – выпаяв из подобного по мощности блока питания.

Моделирование однофазных выпрямителей

Давайте закрепим эту информацию на практике и займемся моделированием электроцепей. Я решил, что для создания модели такой простой схемы отлично подойдет пакет Multisim – он наиболее прост в освоении из всех мне известных и меньше всего требует ресуров.

Однако алгоритмы моделирования у него проще чем в Orcad или Simulink (хотя это и математическое моделирование, а не имитационное), поэтому результаты моделирования некоторых схем не являются достоверными. Multisim подходит для изучения основ электроники, режимов работы транзистора, операционных усилителей.

Не стоит недооценивать возможностей этой программы, при должном подходе она способна отобразить работу сложных устройств.

Мы рассмотрим модели первых двух схем, третья схема, по существу аналогична второй, но имеет меньшие потери за счет исключения двух ключей и большую сложность – из-за необходимости применения трансформатора с отводом от середины вторичной обмотки.

Однополупериодная схема

Однополупериодная схема

Схема, по которой происходит моделирование

Источник питания имитирует однофазную бытовую сеть с характеристиками:

220 в действующее напряжение;

В программе я не нашел амперметра и вольтметра, их роль выполняют мультиметры. Позже обратите внимание на обилие их настройки, и возможность выбора рода тока.

В приведенной модели мультиметр XMM1 – измеряет ток в нагрузке, XMM3 – напряжение на выходе выпрямителя, XMM2 – напряжение на входе, XSC2 – осциллограф. Обращайте внимание на подписи элементов – это исключит вопросы при анализе рисунков, которые будут ниже. Кстати в Multisim представлены модели реальных диодов, я выбрал самый распространенный 1n4007.

Осциллограма в Multisim

Красным цветом изображена осциллограмма на входе (канал А) в поле с результатами измерений. Синим цветом – выходное напряжение (канал В). У первого канала цена деления одной клеточки по вертикали – 200 В/дел, а у второго канала – 500. Я нарочно так сделал, чтоб разделить осциллограммы визуально иначе они сливались. Желтая вертикальная линия в левой трети экрана – это измеритель, величина напряжений в точке с максимальной амплитудой описана ниже черного экрана.

Амплитуда входа – 311.128 В, как и было сказано в начале статьи, а на выходе – 310.281 разница почти в один вольт обусловлена падением на диоде. В правой части изображения результаты измерений мультиметров. Названия окон соответствуют названиям мультиметров XMM в схеме.

Из эпюры мы видим, что действительно в нагрузку поступает только одна полуволна напряжения, а среднее его значение – 98 В, что больше чем в двое меньше входного действующего 220 В переменного по знаку.

На следующей схеме мы добавили фильтрующий конденсатор и один мультиметр для измерения тока нагрузки, запомните их подписи, чтобы не запутаться при изучении рисунков.

Резистор перед диодом нужен для измерения тока заряда конденсатор, чтобы узнать ток – разделите число вольт на 1 (сопротивление). Однако в дальнейшем мы заметим, что при больших токах на резисторе падает значительное напряжение, которое может сбить с толку при измерениях, в реальных условиях – это вызвало бы нагрев резистора и потерю КПД.

Схема

На осциллограмме изображено оранжевым входное напряжение, а красным входной ток. Кстати здесь заметен сдвиг тока в сторону опережения напряжения.

Осциллограма

На осциллограмме выходного сигнала мы видим как работает конденсатор – напряжение в нагрузке в то время, когда диод закрыт и проходит одна полуволна, спадает плавно, среднее его значение вырастает, а пульсации снижаются. После, на положительной полуволне, конденсатор подзаряжается и процесс повторяется.

Осциллограмма в Multisim

Увеличив сопротивление нагрузки в 10 раз, мы снизили ток, конденсатор не успевает разряжаться, пульсации стали гораздо меньше, таким образом мы доказали теоретические сведения описанные в предыдущем разделе о пульсациях и влиянии на них тока и ёмкости. Для того чтобы показать это мы могли изменить ёмкость конденсатора.

Осциллограмма в Multisim

Входной сигнал тоже изменился – токи заряда снизились, а их форма осталась прежней.

Осциллограмма в Multisim

Двухполупериодная схема

Давайте рассмотрим, как выглядит в действии схема выпрямления обоих полупериодов. Мы установили на вход диодный мост.

Двухполупериодная схема

На осциллограммах видно, что в нагрузку поступают обе полуволны, но пульсации очень большие.

Осциллограмма в Multisim

На входной осциллограмме появилась нижня часть полуволны у тока (красным цветом).

Осциллограмма в Multisim

Снизим пульсации установив фильтрующий электролитическй конденсатор по входу. На практике желательно параллельно ему установить еще и керамический, чтобы снизить высокочастотные составляющие синусоиды (гармоники).

Двухполупериодная схема

На входной осциллограмме видно, что добавилась обратная полуволна при заряде конденсатора (она становится положительной после моста).

На входной осциллограмме видно, что добавилась обратная полуволна при заряде конденсатора

На выходной осциллограмме видно, что пульсации стали меньше чем в первой схеме с фильтрующим конденсатором, обратите внимание – напряжение стремится к амплитудному, чем меньше пульсаций – тем ближе его среднее значение к амплитуде.

Пульсации стали меньше чем в первой схеме с фильтрующим конденсатором

Если увеличить ток нагрузки в 20 раз, снизив её сопротивление, мы увидим сильные пульсации на выходе.

Если увеличить ток нагрузки в 20 раз, снизив её сопротивление, мы увидим сильные пульсации на выходе

И бОльшие токи зарядов на входе, очень заметно смещение тока фазы. Процесс заряда конденсатора происходит не линейно, а экспоненциально, поэтому мы видим, что напряжение повышается, а ток падает.

Осциллограмма

Заключение

Выпрямители широко используются во всех сферах электроники и электричестве в целом. Выпрямительные цепи устанавливаются везде – от миниатюрных блоков питания и радиоприёмниках до цепей питания мощнейших двигателей постоянного тока в крановом оборудовании.

Моделирование отлично помогает понять процессы протекающих в схемах и изучить, как изменяются токи от изменения параметров цепи. Развитие современных технологий позволяет изучать сложные электрические процессы без наличия дорогого оборудования типа спектральных анализаторов, частотомеров, осциллографов, самописцев и сверхточных вольт-амперметров. Оно позволяет избежать ошибок при проектировании схем перед сборкой.

Источник

Читайте также:  Регуляторы мощности в цепях постоянного тока