Б. Иванов - Осциллограф-ваш помощник (как работать с осциллографом)

Теперь, когда вы освоили осциллограф, с его помощью нетрудно провести несколько экспериментов и попытаться «взглянуть» на интересные физические процессы, происходящие в том или ином электронном устройстве. Познакомившись же с методикой измерений в предлагаемых экспериментах, вы, несомненно, обогатите свои познания возможностей осциллографа и сможете использовать ту или иную методику в других аналогичных случаях радиолюбительской практики.

Итак, рассмотрим несколько экспериментов.

Что такое самоиндукция?Если подать постоянное напряжение в цепь с катушкой индуктивности, то номинальный ток в цепи появится не мгновенно, а с некоторым запаздыванием, продолжительность которого зависит от индуктивности катушки. С таким же запаздыванием будет падать ток после выключения питания, словно энергия была запасена оксидным конденсатором большой емкости.

Наглядно убедиться в сказанном поможет электрическая цепь, собранная в соответствии с рис. 72. В ней две параллельные ветви: в первой последовательно включены резисторы R1, R2, а во второй — катушка индуктивности L1 и резистор R3 (к нему и подключается вначале осциллограф).

Питание на цепь поступает с источника постоянного тока GB1 через кнопочный выключатель SB1. Через конденсатор С1 с цепи снимают сигнал включения питания и используют его в качестве сигнала внешней синхронизации осциллографа. Сам осциллограф должен работать в режиме ждущей развертки (кнопка « АВТ.-ЖДУЩ» нажата) с внешней синхронизацией (кнопка « ВНУТР.-ВНЕШН.» нажата), с открытым входом.

Но вначале нужно установить на осциллографе автоматический режим работы развертки, сместить линию на нижнее деление масштабной сетки, а затем, нажав кнопку SB1, установить входным аттенюатором такую чувствительность осциллографа, чтобы линия развертки оказалась отклоненной от первоначального положения на 3…4 деления. Конечно, при переключении кнопок аттенюатора будет изменяться положение исходной линии, поэтому не забывайте корректировать его ручкой смещения луча по вертикали. Но начало развертки должно быть в нижнем левом углу (конечно, при отключенном питании цепи).

Катушку L1 желательно использовать с возможно большей индуктивностью.

Хорошие результаты получаются, например, с первичной обмоткой трансформатора ТВК-110ЛМ. Тогда с батареей питания напряжением 4,5 В удастся получить отклонение линии развертки на три деления при чувствительности осциллографа 0,05 В/дел.

Такого же результата по отклонению линии развертки нужно добиться при подключении входного щупа («земляной» остается на месте) осциллографа к точке соединений резисторов R1 и R2. Но в этом случае пользуются лишь подстроечным резистором R1, регулирующим ток в ветви, а значит, падение напряжения на резисторе R2.

Вот теперь кнопку SB1 отпускают, устанавливают ждущий режим и подбирают уровень синхронизации и полярность сигнала (ручка « СИНХР.») такими, чтобы при нажатии кнопки запускалась развертка осциллографа, т. е. луч «пробегал» по экрану один (!) раз. Длительность развертки устанавливают равной 50 мс/дел. (если индуктивность катушки небольшая, можно ставить 20 мс/дел. и даже 10 мс/дел.).

Подключив входной щуп осциллографа к резистору R3, нажмите кнопку и просмотрите на экране кривую нарастания напряжения — она будет похожа на приведенную на рис. 73, а . Как только экран погаснет (генератор развертки будет «ждать» очередного запускающего сигнала), отпустите кнопку — теперь луч осциллографа очертит линию, показанную на рис. 73, б .

Для сравнения подключите осциллограф к ветви, в которой нет индуктивности, — к резистору R2 и вновь нажмите, а затем отпустите кнопку. На экране увидите практически мгновенно нарастающее (рис. 73, в ) или спадающее (рис. 73, г ) напряжение. Как видите, характер изменения одинакового напряжения на одинаковых нагрузочных резисторах R2 и R3 различен — в ветви с индуктивностью из-за явления самоиндукции он более пологий.

Конечно, по длительности нарастания или спада напряжения можно судить об индуктивности испытываемой катушки, но этот вопрос не входит в планы данного рассказа.

Рис. 73

Петля гистерезиса — какая она?Надеемся, что многие из вас встречали ее изображение на страницах популярной литературы, характеризующее зависимость индукции (В) в сердечнике от напряженности (Н) магнитного поля. Знание такой зависимости позволяет судить, скажем, о максимально возможном токе через первичную обмотку выходного трансформатора, при котором не будет искажаться форма передаваемого (трансформируемого) сигнала или будет соблюдаться заданный коэффициент трансформации. Если же ток превысить, сердечник трансформатора (его магнитопровод) войдет в насыщение, коэффициент трансформации упадет, а форма синусоидального сигнала окажется весьма искаженной.

Для просмотра кривой гистерезиса на экране осциллографа нужно собрать установку по схеме, приведенной на рис. 74. В качестве трансформатора Т1 использован известный вам ТВК-100ЛМ. Его вторичную обмотку включают как сетевую и подают на нее переменное напряжение с автотрансформатора (скажем, ЛАТРа), обеспечивающего в данном случае регулировку напряжения в пределах 15…60 В.

Рис. 74

В цепь первичной обмотки включают цепочку из параллельно соединенных постоянного резистора R1 и переменного R2 — падающее на ней переменное напряжение, характеризующее ток первичной обмотки, а значит, напряженность магнитного поля, подают на вход горизонтальной развертки осциллографа. Ко вторичной обмотке подключают интегрирующую цепочку R3C1 (конденсатор обязательно бумажный с номинальным напряжением не менее 300 В), сигнал с которой поступает на вход вертикальной развертки осциллографа. Этот сигнал будет пропорционален величине магнитной индукции в сердечнике.

В итоге на экране осциллографа можно наблюдать кривую взаимозависимости двух магнитных величин — магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Но сначала подготовим для таких наблюдений сам осциллограф.

Начнем с горизонтальной развертки. Кнопка « РАЗВ. -ВХ. Х» должна быть нажата (развертка от внешнего сигнала), остальные ручки управления разверткой могут находиться в любом положении. Вход осциллографа закрытый, чувствительность минимальная (50 В/дел.), входной щуп пока не подключают. С автотрансформатора подают напряжение около 15 В и переменным резистором устанавливают длину линии развертки, например равную четырем делениям (рис. 75, а ). Если она не получается такой даже при крайнем левом по схеме положении движка переменного резистора R2, немного увеличивают напряжение с автотрансформатора.