підключення осцилографа
Оскільки напруга вимірюється між двома точками, то вхід осцилографа має дві клеми. Причому вони не рівнозначні. Одна клема, звана «фаза», підключена до входу підсилювача вертикального відхилення променя. Друга клема - «земля» або «корпус». Вона називається так тому, що електрично з'єднана з корпусом приладу (це загальна точка всіх його електронних схем). Осцилограф показує напругу фази по відношенню до землі.
Дуже важливо знати, який з вхідних провідників є фазою. В імпортних приладах зазвичай використовуються спеціалізовані щупи, земля яких має затиск типу «крокодил» так як часто підключається до корпусу досліджуваного пристрою, а фаза закінчується або «голкою», якій можна зручно і надійно «застромитися» навіть в контакт маленького розміру, або затискачем ( рис. 6). В цьому випадку переплутати фазу і корпус в принципі неможливо.
Мал. 6. Щуп імпортного осцилографа, зліва «голка», праворуч затиск.
Осцилографи вітчизняного виробництва найчастіше комплектуються шнурами, що мають стандартні дляУкаіни 4-мм штекери (до них іноді застосовується назва «банан», яке прийшло з аудіотехніки), рис. 7. У цьому випадку обидва штекера однакові, і для того, щоб їх розрізняти використовуються додаткові ознаки. Цих ознак кілька, і вони можуть зустрічатися в будь-якому поєднанні:
-земляний дріт довше;
-земляний провід має коричневий (стандарт) або чорний колір;
-на корпусі штекера земляного дроти нанесені умовні позначення «корпус»
Однак, на жаль, ці правила виконуються не завжди. Особливо це відноситься до кабелів, які пройшли ремонт: туди можуть поставити будь-який провідник, який є в наявності і перший-ліпший штекер. Тому є ще один спосіб визначення фази і корпусу, що дає стовідсоткову гарантію.
Для визначення який з провідників є фазою, а який корпусом, треба при нікуди не підключеному осциллографе взятися рукою за контакт одного з вхідних провідників, при цьому іншою рукою ні до чого не торкатися. Якщо цей провідник - корпус, то на екрані буде тільки лише горизонтальна лінія розгортки. Якщо цей провідник - фаза, то на екрані виникнуть досить значні перешкоди, що представляють собою сильно викривлену синусоїду частотою 50 Гц (рис. 8).
Мал. 8. Перешкоди на екрані осцилографа при торканні рукою фази вхідного кабелю.
Ці перешкоди виникають через те, що існує ємність між тілом людини і проводами мережі, прокладеної в приміщенні. І виникає струм, що протікає по такому ланцюгу: фаза освітлювальної мережі змінного струму 220 В 50 Гц - ємність між проводами мережі і тілом людини - рука людини - вхід підсилювача (фаза вхідного кабелю) - електронна схема підсилювача - корпус осцилографа - ємність між корпусом і Землею - нейтральний провід мережі (він завжди заземлений). Ланцюг замкнутий, струм тече. Величина цього струму становить 10 ^ -8 ... 10 ^ -6 ампера, але вхід осцилографа має дуже високий опір (порядку 10 ^ 6 Ом), тому на ньому виникає досить велика напруга. Синусоїда виглядає спотвореною тому, що ємнісний опір ділянки мережу - тіло людини залежить від частоти: чим частота вище, тим опір менше. Тому високочастотні складові (гармоніки мережі і проникли в неї перешкоди) створюють більший струм і більшу напругу на вході осцилографа.
Визначивши фазу і корпус вхідного кабелю, можна підключати осцилограф до досліджуваної ланцюга. Якщо в ній немає чітко вираженого загального проводу, то корпус підключається до будь-якої з точок, напруга між якими потрібно досліджувати. Якщо в ланцюзі присутня загальний провід - точка, умовно приймається за нульовий потенціал, поєднана з корпусом пристрою або реально заземлена, то корпус осцилографа краще підключати до цієї точки. Невиконання цього правила може призвести до значних похибок вимірювань (іноді настільки великим, що вимірам і зовсім не можна довіряти).
За своєю суттю осцилограф є вольтметром, що показує графік напруги. Однак з його допомогою можна спостерігати і форму струму. Для цього послідовно з досліджуваної ланцюгом включають резистор Rт (тут індекс «т» означає струмовий), рис. 9. Опір резистора Rт вибирають набагато меншим, ніж опір ланцюга, тоді резистор не впливає на її роботу і його включення не призводить до змін режиму роботи ланцюга. На резисторі за законом Ома виникає напруга:
Ця напруга і вимірюється осцилографом. А знаючи величину Rт можна перевести напруга, що показується осциллографом в струм.
Мал. 9. Вимірювання струму осциллографом.
Двоканальний (і двопроменевий) осцилограф може показувати осцилограми двох сигналів одночасно. Для цього у нього є два входи (каналу), зазвичай позначаються I і II. Слід пам'ятати, що одна з вхідних клем кожного каналу з'єднана з корпусом осцилографа, отже, клеми «корпус» обох каналів з'єднані між собою. Тому ці клеми повинні підключатися до однієї і тієї ж точки ланцюга, інакше в ланцюзі відбудеться замикання (рис. 10).
Мал. 10. Підключення двоканального осцилографа. «Землі» входів можуть створити замикання в ланцюзі.
Можливість спостерігати не будь-які два напруги, а тільки мають спільну точку, є недоліком, але невеликим - в електроніці один з полюсів джерела живлення завжди є загальним проводом, і все напруги вимірюються щодо нього.
Використовуючи двоканальний осцилограф можна одночасно спостерігати і напруга, і струм в ланцюзі. І таким чином вимірювати зсув фаз між струмом і напругою. Схема підключення осцилографа в цьому випадку показана на рис. 11.
Мал. 11. Підключення осцилографа для вимірювання зсуву фаз.
Канал I вимірює напругу, а канал II вимірює струм. Таке включення найбільш оптимально, тому що напруга, падаюче на резисторі Rт і подається в канал II, в 30 ... 100 разів менше, ніж в каналі I, отже, воно більше схильне до погіршення якості і синхронізація від низької напруги не така хороша. Крім того, конструкція більшості осцилографів кілька «несиметрична» - синхронізація від сигналу каналу I зазвичай більш якісна і стабільна. Таким чином, підключення каналу I до напруги забезпечує більш стабільне зображення осцилограми.
Помилка підключення на рис. 11б полягає в тому, що клеми корпусу обох входів пов'язані в одній точці. В результаті резистор Rт виявляється замкнутий накоротко через корпус осцилографа. Найнеприємніше, що при цьому напруга на резисторі Rт не дорівнює нулю - через те, що опір проводів вхідних кабелів (через які цей резистор замикається) не нульовий. Тому при такому підключенні можна не помітити цю помилку (адже осцилограф щось показує), а результат вимірювання струму при цьому буде невірним.
Включення, показане на рис. 11в невдало тим, що канал I осцилографа вимірюється не напруга в досліджуваній ланцюга, а суму напружень в ланцюзі і на резисторі Rт (напруга вимірюється не на навантаженні, а на джерелі). Напруга на Rт хоч і невелике за величиною, але все одно вносить похибка в вимір напруги.
Підключення осцилографа, показане на рис. 11а не тільки забезпечує найбільшу точність вимірів, але і дозволяє в ряді випадків використовувати резистор Rт з досить великим опором. Це важливо при вимірюванні малих струмів: якщо і струм в ланцюзі і опір Rт малі, то виникає на Rт напруга може бути настільки маленьким, що чутливості осцилографа не вистачить для його відображення.