Лабораторная работа. Измерение частоты сигнала при помощи электронного осциллографа

Цель работы: ознакомиться с измерением частоты входного сигнала при помощи синусоидальной развертки осциллографа методом сравнения с известной частотой сигнала, воспроизводимого мерой – образцовым генератором.

Общие положения

6.1.1 Измерение частоты при помощи синусоидальной развертки.

Синусоидальная развертка применяется для измерения частоты, фазового сдвига, параметров модулированных колебаний и других величин. Измерение частоты по интерференционным фигурам (Лиссажу) возможен только для сигналов синусоидальной формы. Измеряемый сигнал f_x подают на канал вертикального отклонения (КВО), а сигнал меры известной частоты f_o – на вход канала горизонтального отклонения (КГО) для образования из него развертки (см. рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Схема измерения частоты по фигурам Лиссажу

Медленным изменением частоты меры (образцового генератора) получают на экране простейшую фигуру Лиссажу. При измерениях рекомендуется стремиться к получению простейшей интерференционной фигуры – эллипса, для которой f_x = f_o. Форма и наклон эллипса являются признаками фазового сдвига между отклоняющими напряжениями (см. таблицу 6.1). При этом отношение частот сравниваемых сигналов определяют путем подсчета числа пересечений фигуры, мысленно проведенных горизонтальной и вертикальной линий, не проходящих через узлы фигуры.

Для неподвижного изображения фигуры справедливо соотношение

,

где N_г и N_в - количество пересечений фигуры с горизонтальной и вертикальной линиями, соответственно.

Из проведенного равенства определяется частота измеряемого сигнала

(6.1)

Из (6.1) следует, что точность определения частоты сигнала зависит от погрешности образцового генератора. Примеры фигур Лиссажу приведены в таблице 6.1.

Измерение частоты импульсных сигналов по числу изображений на линейной развертке производят при подаче измеряемого сигнала в КВО. Сигнал образцового генератора при этом подается на вход КГО для образования развертки. Медленным изменением частоты f_o добиваются получения на экране ЭО одного или n изображений импульсных сигналов.

Тогда, частота импульсов будет равна

(6.2)

Таблица 6.1 – Фигуры Лиссажу

6.1.2 Измерение частоты при помощи круговой развертки.

Для измерения частоты и фазового сдвига используется круговая (эллиптическая) развертка, полученная на основе синусоидальной. Для этого на входы осциллографа У и Х подаются гармонические сигналы от образцового генератора, но сдвинутые по фазе на 90^о с помощью RC цепочки. На экране появляется окружность или эллипс – линия круговой развертки (см. рисунок 6.2,а). В течение периода развертывающего напряжения светящееся пятно делает один оборот по окружности, т.е. число оборотов в секунду равно частоте развертывающего напряжения. Входной сигнал подается на модулятор яркости ЭО через канал Z.

Рисунок 6.2 – Схема получения круговой развертки (а) и изображение

на экране при n = 1 и n = 14 (б)

При положительной полуволне входного сигнала изображение круга становится ярким, при отрицательной исчезает. При совпадении частот f_x = f_o на экране появляется только половина круга (см. рисунок 6.2,б). Если частоты не совпадают, то количество штрихов в круге говорит о превышении исследуемой частоты над круговой (образцовой) в n раз.