Тестирование частоты сигналов в схемах переменного тока

Имея осциллограф, можно легко определить частоту практически любого сигнала переменного тока. Ну, и хотя, конечно, достаточно просто воткнуть щупы осциллографа в самую обычную настенную электрическую розетку, чтобы воочию увидеть тот самый переменный сигнал 50 Герц, НИКОГДА НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО! Такая беспечность запросто может стоить жизни. Лучше провести тест частоты бытовой электросети более безопасным способом — удаленно.

Для этой цели понадобится фототранзистор (не фотодиод или фоторезистор, а именно фототранзистор, т.е. транзистор, чувствительный к свету) и резистор номиналом 10к (если срочно требуется освежить память по названиям и предназначению электронных компонентов, вернитесь к главам 4 и 5). Подключите транзистор и резистор последовательно к 9-вольтовой батарее, как показано на рис. 10.12. Затем возьмите настольную лампу с обычной лампой накаливания и приготовьтесь начать эксперимент!

1. Настройте и откалибруйте осциллограф, следуя процедурам, подробно описанным в подразделе "Настройка и предварительное тестирование".

2. Установите ручку "Вольт/деление" в положение 1 В/дел.

3. Установите ручку "Время/деление" в положение 10 мс/дел.

4. Подсоедините земляной зажим осциллографа к отрицательному выводу батареи.

5. Подсоедините тестовый щуп осциллографа к точке между транзистором и резистором.

6. Включите лампу и внимательно посмотрите на экран осциллографа.

Дрожащий сигнал, который будет виден на экране осциллографа, представляет собой не что иное, как переменный ток, пульсирующий по нити накала лампы. Для получения более наглядного результата поверните лампу чуть в сторону, чтобы ее свет не попадал прямо на фототранзистор: прямое излучение может оказаться чрезмерно большим для транзистора и полностью засветить его (перевести в режим насыщения – Прим. ред.), что, в свою очередь, сделает невозможным отображение на экране изменений сигнала. Поворачивайте плафон лампы до тех пор, пока не добьетесь на осциллографе четкого синусоидального сигнала. Ручкой "Вольт/деление" отрегулируйте амплитуду отображаемого сигнала так, чтобы получить удобную для наблюдения картину.

Даже если смотреть на лампу, не отрываясь от нее, заметить невооруженным глазом изменения яркости нити накаливания не удастся. В частности, это вызвано инерционностью человеческого зрительного аппарата. Однако фототранзистор гораздо более быстр, чем глаз, поэтому он легко реагирует на малейшие изменения света.

Осциллограф отображает на экране временную развертку, т.е. период сигнала переменного тока, а не его частоту. Для преобразования одной физической величины в другую нужно немного посчитать. Так, сигнал с частотой 50 Гц имеет период 0,02 с, как это можно определить из простейшей формулы:

1 / Частота = Период (с.)

Аналогично, чтобы узнать частоту, зная период, нужно всего-навсего поменять местами неизвестные:

1 / Период = Частота (Гц).

А теперь давайте забудем о том, что мы уже знаем частоту переменного тока, и о том, что при помощи эксперимента с фототранзистором она была определена равной 50 Гц. Чтобы определить частоту по сигналу на экране осциллографа, нужно измерить расстояние между ближайшими максимумами или минимумами сигнала. (То есть период— минимальный интервал времени между ближайшими повторяющимися точками периодического сигнала) Затем берем приведенную выше формулу и подставляем известный период. Если предположить, что ручка временной развертки была установлена в положение 10 мс/дел., то каждый период сигнала будет занимать примерно 2 клетки на экране:

1 / 2 клетки = 0,5

Так как ручка "Время/деление" стояла на отметке 10 мс, то нужно разделить полученное число на 0,01 (10 мс). В результате как раз и получим искомую частоту сигнала 50 Гц.

Однако постойте! При измерении частоты переменного тока в эксперименте с фототранзистором тот же самый сигнал с выхода транзистора занимал всего лишь 1 клетку! Что же изменилось? Дело в том, что фототранзистор фиксирует целых 100 вспышек света в секунду, поскольку считает за вспышку не только положительные пики сигнала, но и отрицательные. В этом случае вследствие непрямого измерения частоты нужно делить результат еще надвое:

1 / 1 (измеренный период, с) = 1

Разделив 1 сначала на 0,01 (10 мс/дел.), а затем на 2 (см. выше), как раз и получим все те же 50 Герц.

Возможно, кто-то обратил внимание на то, что с помощью осциллографа можно узнать частоту сигнала только приблизительно. Если же необходимо получить эти данные с большей точностью, не остается ничего другого, как использовать частотомер. Этот прибор измеряет частоту сигналов с точностью до тысячных долей процента и выводит ее на экран в цифровом виде. Немного подробнее о частотомерах будет рассказано в главе 16.

Оглавление>>







© 2008 Электроника для начинающих | Programming V.Lasto | Povered by Nano-CMS | Designer S.Gordi