|
|
Генерации последовательности одиночных импульсов,12 Внешней синхронизации осциллографа (по СИ генератора)
2.2.3. Режимы внутреннего запуска генератора, 1. Установить на генераторе режим формирования парных импульсов. 2. Зарисовать осциллограммы (рис. 2.7). 3. Меняя значение временного сдвига на генераторе, наблюдать изменения на осциллограмме и сделать вывод, как влияет регулируемый
Рис. 2.7. Режимы внутреннего запуска генератора, генерации последовательности парных импульсов, внешней
2.2.4. Измерение длительности фронта импульса 1. Установить на генераторе последовательность одиночных импульсов с периодом 1 мкс, длительностью импульса 0,5 мкс, минимально возможным временным сдвигом. 2. На осциллографе установить минимальное значение цены деления шкалы по оси Х. 3. Зарисовать осциллограмму в масштабе в декартовой системе координат (рис. 2.8). По осциллограмме определить длительность фронта.
Рис. 2.8. Измерение длительности фронта импульса
Отчет должен содержать: 1) описание цели работы; 2) структурную схему генератора импульсов; 3) полученные осциллограммы; 4) осциллограмму измерения фронта импульса, результат измерения его длительности.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Как определяются метрологические параметры импульса прямоугольной формы? 2. Какими параметрами характеризуется последовательность парных импульсов? 3. Какое назначение имеет устройство временного сдвига? 4. Как создать многоканальный генератор из одноканальных?
Лабораторная работа № 3 Цель работы: 1) изучить принципы построения схем электронных вольтметров; 2) научиться измерять напряжения синусоидальной и импульсной форм и определять погрешности приборов.
Приборы: измерительный стенд, осциллограф С1-55, вольтметр В3-38, генератор импульсов Г5-56.
Содержание работы: 1) изучить способы оценки переменного напряжения; 2) ознакомиться с принципами построения аналоговых электронных вольтметров; 3) освоить порядок проведения измерений электронными приборами; 4) выполнить измерение напряжения синусоидальной и импульсной форм с использованием вольтметров с различными детекторами; 5) рассчитать параметры переменного напряжения и погрешности приборов.
3.1. Теоретическая часть 3.1.1. Классификация электронных вольтметров В соответствии с ГОСТ 15094-86 «Приборы электронные радиоизмерительные. Классификация, наименования и обозначения» электронные вольтметры подразделяются на группы: В1 – установки или приборы для поверки вольтметров. Могут использоваться как источники калиброванных напряжений для градуировки вольтметров, усилителей, генераторов, осциллографов и др.; В2 – вольтметры постоянного тока; В3 – вольтметры переменного тока. Наиболее часто используются для измерения напряжений переменного тока различной формы в диапазоне частот от единиц герца (Гц) до единиц гигагерца (ГГц); В4 – вольтметры импульсного тока. Предназначены для измерений импульсных напряжений видеоимпульсов и радиоимпульсов. Шкалы приборов проградуированы в пиковых значениях импульсных напряжений; В5 – вольтметры фазочувствительные (вектометры). Предназначены для измерения величин комплексных составляющих напряжения на выходе исследуемого четырехполюсника по отношению к опорному напряжению; В6 – вольтметры селективные. Предназначены для избирательного измерения уровней спектральных составляющих сигналов в известной полосе частот, диапазон и положение которой можно изменять; В7 – вольтметры универсальные. Комбинированные приборы, позволяющие измерять значения различных физических величин (силу тока, напряжение постоянного или переменного тока, сопротивление постоянному току и др.); В8 – измерители отношения напряжений. Применяются при определении нестабильности уровней, регулировке аппаратуры по коэффициенту передачи; В9 – преобразователи напряжения. Предназначены для преобразования напряжения в другую электрическую величину.
3.1.2. Простейшие сигналы автоматики, В устройствах автоматики, телемеханики и связи передача информации осуществляется сигналами различной формы. Наиболее часто применяются сигналы синусоидальной и импульсной форм (табл. 3.1).
Таблица 3.1 Простейшие сигналы
Окончание табл. 3.1
Период Т сигнала – длительность полного цикла изменения сигнала, измеряется в единицах времени: секундах (с), миллисекундах (мкс), микросекундах (мкс) и т. д. Частота f сигнала – число периодов сигнала в единицу времени, измеряется в герцах (Гц) и кратных ей единицах килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) и т. д. Для правильного функционирования устройств и обеспечения качества связи необходимо уметь правильно измерять напряжения сигналов.
3.1.3. Параметры переменного напряжения Переменное напряжение можно выразить через следующие параметры:
Для сигналов одной полярности среднее значение и среднее выпрямленное значение напряжения равны. Параметры напряжения синусоидальной формы показаны на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Параметры напряжения синусоидальной формы
Связь между величинами
Прямое измерение интересующего параметра переменного напряжения возможно только при наличии в приборе преобразователя соответствующего типа (детектора).
3.1.4. Основные принципы построения схем Аналоговые электронные вольтметры выполняются в основном по двум схемам: детектор-усилитель постоянного напряжения (рис. 3.2) и усилитель переменного напряжения-детектор (рис. 3.3).
Рис. 3.2. Вольтметр «детектор-усилитель постоянного напряжения»
Вольтметры первого типа предназначаются для измерения переменного
Рис. 3.3. Вольтметр «усилитель переменного напряжения–детектор»
Вольтметры второго типа используются для измерения малых напряжений переменного тока – от единиц микровольт до единиц вольт. Их частотный диапазон обычно не превышает десятков мегагерц. Входное устройство (ВУ) обеспечивает расширение пределов измеряемых напряжений в сторону больших значений. Пределы измерения расширяются с помощью резисторных делителей напряжения (рис. 3.4, а). При напряжениях, достигающих нескольких киловольт, применяются внешние емкостные делители (рис. 3.4, б). Там же показаны формулы для вычисления коэффициентов деления напряжения.
Рис. 3.4. Делители напряжения
Кроме того, входное устройство обеспечивает требуемое входное сопротивление и малое значение входной емкости. Входное сопротивление электронного вольтметра велико. Активная составляющая лежит в пределах от 0,1 до 100 Мом, входная емкость 1–30 пФ. Усилители переменного напряжения, используемые в электронных вольтметрах, должны иметь заданный и высокостабильный коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот и температур, малые нелинейные искажения и быть нечувствительными к колебаниям напряжения питания. Усилители постоянного напряжения работают обычно в режиме усилителя мощности и, по существу, являются усилителями постоянного тока. Детекторы служат для преобразования измеряемого переменного напряжения в постоянное или пульсирующее, которое измеряется магнитоэлектрическим прибором МЭ,реагирующим на постоянную составляющую (среднее значение) этого напряжения. В зависимости от закона преобразования среднее значение напряжения на выходе детектора может быть пропорционально амплитудному Шкала вольтметра с детектором действующих значений проградуирована в действующих значениях напряжения и справедлива при любой форме измеряемого напряжения, что является основным преимуществом данного вольтметра перед другими. Градуировка большинства вольтметров (за исключением импульсных и в некоторых случаях амплитудных) производится в действующих значениях синусоидального напряжения, поэтому все эти приборы дают одинаковые показания, соответствующие действующему значению только при измерениях синусоидального напряжения. Для того чтобы правильно оценивать показания приборов при измерениях несинусоидальных периодических напряжений, необходимо знать тип детекторов и градуировку шкал. Различают детекторы (вольтметры) с "открытым" и "закрытым" для постоянной составляющей напряжения входами. В последнем случае после входной потенциальной клеммы включается разделительный конденсатор (рис. 3.5), который не пропускает постоянную составляющую сигнала.
Рис. 3.6. Сигнал с постоянной (а) и без постоянной (б) составляющей напряжения
В вольтметрах переменного напряжения применяют преимущественно детекторы с закрытым входом, реагирующие только на переменную составляющую напряжения. В табл. 3.2 приведены формулы, позволяющие вычислить или пересчитать показания вольтметров, имеющих различные детекторы, открытый или закрытый входы, различную градуировку шкал. Таблица 3.2 Формулы для вычисления показаний вольтметров
Формулы справедливы только для сигнала в виде последовательности однополярных импульсов. Также приведены результаты расчетов для сигнала, показанного на рис. 3.6, а и имеющего амплитудное значение 1 В и скважность 4.
3.1.5. Назначение и характеристики Функциональный генератор (рис. 3.7), расположен на измерительном стенде и служит для формирования сигналов различной формы и напряжения. Средства измерения напряжения (рис. 3.7) расположены на измерительном стенде. Это вольтметр, имеющий три типа детекторов. Он предназначен для измерения амплитудного, средневыпрямленного и действующего значений напряжения. Номинальное значение измеряемого напряжения составляет 4,5 В и соответствует отсчетному значению шкалы, равному 45.
Рис. 3.7. Лицевая панель блоков измерительного стенда
Осциллограф С1-55 (см. рис. 1.3) в данной работе предназначен для наблюдения формы исследуемого напряжения, измерения размаха напряжения, амплитудного значения напряжения. Милливольтметр В3-38 (рис. 3.8) – электронный прибор, имеющий закрытый вход, детектор средневыпрямленных значений. Две верхние шкалы проградуированы в действующих значениях синусоидального напряжения.
Рис. 3.8. Лицевая панель милливольтметра В8-38
Верхняя шкала используется, когда переключатель 3 установлен в положение, кратное 10. Риска переключателя указывает на номинальное (максимальное) значение шкалы, выраженное в вольтах (V) или милливольтах (mV) и соответствующее цифре 10 на шкале. Вторая сверху шкала используется, когда переключатель установлен в положение, кратное 3. Номинальное значение шкалы будет соответствовать отсчетному значению шкалы, равному 30. Нижняя шкала проградуирована в децибелах (dB).
3.2. Порядок выполнения работы 3.2.1. Предварительная подготовка Для измерения синусоидального напряжения и снятия осциллограмм к выходу 6 функционального генератора при помощи кабелей подключить вход 2 средства измерения напряжения и тока, вход блока УСИЛИТЕЛЬ YI осциллографа, вход 2 милливольтметра В3-38. Для измерения параметров напряжения импульсной формы вместо функционального генератора использовать генератор импульсов Г5-56. Остальные соединения аналогичны как для синусоидального напряжения. На кабелях с двухпроводным окончанием длинный провод является «общим». Его необходимо подключать к клемме, обозначенной Включить питание приборов тумблерами 1.
3.2.2. Измерение напряжения синусоидальной формы
2. Измерить значение напряжения милливольтметром В3-38 и записать его в табл. 3.4 в графу 3. Выбирая поочередно тип детектора кнопками 3 на блоке «средства измерения напряжения и тока» измерительного стенда, измерить полученные значения напряжения и записать их соответственно в графы
3.2.3. Измерение напряжения импульсной формы 1. Собрать схему измерения в соответствии с п. 3.2.1. Установить параметры последовательности одиночных импульсов положительной полярности в соответствии с вариантом по табл. 3.3. Скважность С определяется как отношение периода следования импульсов к длительности импульса. Параметры развертки осциллографа выбрать таким образом, чтобы на экране наблюдался один полный период сигнала. 2. Выполнить измерения напряжения различными приборами (см. подподразд. 3.2.2, п. 3) и записать их значения в табл. 3.4 для импульсной последовательности.
Таблица 3.4 Результаты измерений и расчетов (вариант №____, С =____)
3.2.4. Обработка результатов измерений Используя формулы табл. 3.2, произвести оценку показаний приборов, определив амплитудные, средневыпрямленные, средние, действующие значения напряжений и коэффициенты Ка и Кф. Определить погрешность измерительных приборов. Вольтметр ВЗ-38 имеет детектор средневыпрямленных значений. Шкала ВЗ-38 проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения. Вход вольтметра закрытый. Погрешность прибора определяется по формуле
где Важно! Оба значения При расчете погрешности для напряжения синусоидальной формы в качестве образцового прибора принять милливольтметр В3-38 импульсной формы – вольтметр измерительного стенда с амплитудным детектором.
Отчет должен содержать: 1) описание цели работы; 2) графики измеренных напряжений; 3) таблицу измерений и расчеты.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какими параметрами характеризуется переменное напряжение? 2. Поясните назначение блоков электронных вольтметров. 3. Как сравнить показания вольтметров разных типов? 4. Поясните понятия действующего, амплитудного, средневыпрямленного напряжений и связь между ними. 5. Для сигнала какой формы амплитудное, средневыпрямленное и действующее значения напряжения будут равны? 6. При каких параметрах двухполярной последовательности импульсов будут равны средневыпрямленное и действующее значения напряжения?
Лабораторная работа № 4 Цель работы: 1) изучить метод дискретного счета при измерении частоты и интервалов времени; 2) научиться выполнять измерения цифровым частотомером; 3) научиться рассчитывать погрешности измерений.
Приборы: электронно-счетный частотомер Ч3-33, генератор импульсов Г5-56, генератор синусоидальных сигналов Г3-118.
Содержание работы: 1) изучить принцип работы цифрового частотомера в режимах измерения частоты, периода, временных интервалов, отношения частот; 2) ознакомиться с органами управления частотомера Ч3-33; 3) освоить порядок проведения измерений частотомером Ч3-33; 4) выполнить измерения частотных и временных параметров сигналов синусоидальной и импульсной формы; 5) выполнить расчет погрешности измерений; 6) сделать вывод о связи параметров частотомера, параметров исследуемого сигнала и величины погрешностей измерений.
4.1. Теоретическая часть 4.1.1. Общие сведения об измерениях частоты Частота (период) является одним из важнейших параметров периодически изменяющегося напряжения или тока (в общем случае сигнала). Она характеризует число повторяющихся циклов сигнала в единице времени и может быть определена как величина, обратная длительности периода повторения сигнала Гармонический сигнал, являясь простейшим периодическим колебанием, характеризуется угловой частотой Непостоянство значения частоты во времени оценивается ее относительной нестабильностью, определяемой отношением изменения частоты за интервал времени
Подобным соотношением можно оценить относительную погрешность формирования (или установки) частоты, а также погрешность измерения частоты, при этом значение В настоящее время широко используют осциллографические методы измерения частоты и метод дискретного счета. Осциллографические методы рассмотрены при выполнении лабораторной работы № 1 «Изучение осциллографа». Метод дискретного счета широко используется в цифровых измерительных приборах частоты, времени, напряжения и др.
4.1.2. Метод дискретного счета В основу метода дискретного счета заложено определение (подсчет) числа циклов периодического сигнала в течение некоторого счетного устанавливаемого интервала времени. Этот метод позволяет решить и обратную задачу, т. е. измерение временных интервалов путем определения числа специально сформированных счетных импульсов на измеряемом интервале времени. Допустим, имеется интервал времени Соответствие между этими параметрами можно записать в виде выражения
По значению
Рис. 4.1. Метод дискретного счета
Использующие метод дискретного счета цифровые частотомеры в первую очередь выполняют измерение частоты периодических колебаний, также интервалов времени между характерными мгновенными значениями повторяющихся сигналов. Кроме того, они позволяют измерять отношение двух сравниваемых частот, могут выполнять роль счетчиков импульсов, применяться в качестве делителей частоты, служить источником напряжений высокостабильной частоты.
4.1.3. Режим измерения частоты При измерении частоты неизвестным параметром будет частота
Рис. 4.2. Структурная схема измерения частоты
Измеряемый сигнал (допустим синусоидальной формы, рис. 4.3, а) подается на вход А и через регулируемый аттенюатор АT поступает на вход формирователя Фа. На его выходе образуется последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной измеряемой частоте
Рис. 4.3. Временная диаграмма измерения частоты
Прошедшие за время счета через временной селектор
и полученное значение отображается на блоке индикации. Так как числа Приведенное соотношение определяет не только режим измерения частоты, оно лежит в основе измерения периода повторения сигналов, измерения временных интервалов, а также отношения двух частот сравниваемых периодических сигналов. Пример 1. Определить частоту сигнала, приведенного на рис. 4.3, а, при следующих параметрах частотомера: частота кварцевого генератора
4.1.4. Режим измерения периода При измерении периода неизвестным параметром, формируемым из входного сигнала, будет период
Рис. 4.4. Структурная схема измерения периода
Путем умножения или деления частоты опорного кварцевого генератора КГ (рис. 4.5, г) в базе времени БВ образуется последовательность коротких счетных импульсов с периодом Прошедшие за время счета
Рис. 4.5. Временная диаграмма измерения периода
Если переключатель на входе блока автоматики установить в положение ТБ ´10, то в процессе измерения периода может осуществляться 
12 Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
Рекомендуемый библиографический список: [2, 7].
,
где 
– круговая частота; 
– частота сигнала; Т – период сигнала; 
– начальная фаза.
, 
, 
t – длительность импульса; Т – период следования импульсов; 
– скважность; Ка = Кф = 
, 
– мгновенное значение напряжения. Его измерение осуществляется осциллографами в i-й момент времени;
– пиковое (амплитудное) значение напряжения – максимальное значение напряжения за время измерения или период колебания. Если сигнал имеет разные пиковые значения напряжения положительной и отрицательной полярности, то они указываются отдельно соответственно как 
, 
;
– среднее значение напряжения (постоянная составляющая). Для напряжения синусоидальной формы, симметричного относительно оси времени, среднее значение равно нулю;
– среднее выпрямленное значение напряжения; 
– действующее значение напряжения. 
, 
определяется коэффициентами: амплитуды 
; формы 
; усреднения 
. Как видно, 
и 
. Значения коэффициентов для сигналов синусоидальной формы и последовательности импульсов положительной полярности приведены в табл. 3.1.
и постоянного 
напряжений от десятых долей вольта до нескольких сотен вольт в широком диапазоне частот – от десятков герц до 1000 МГц.
Графики напряжений до и после конденсатора на примере периодической последовательности импульсов положительной полярности приведены на рис. 3.6. Значение постоянной составляющей данного сигнала:
.
, 
– показания вольтметра
– показания вольтметра
. В случае проводов одинаковой длины «общим» является провод с более «холодным» цветом. На кабелях с круглым разъемом типа СР50 (коаксиальный) корпус разъема соединен с «общим» проводом. Разветвление кабелей с разъемами СР50 осуществляется при помощи тройниковых разъемов.
1. На функциональном генераторе (см. рис. 3.7) кнопкой 2 выбрать синусоидальную форму генерируемого напряжения. Получить осциллограмму измеряемого напряжения на экране осциллографа. Ручкой 4 функционального генератора установить амплитудное значение напряжения в соответствии с вариантом, заданным преподавателем (табл. 3.3). Отсчет значения напряжения производить при помощи осциллографа. Размах напряжения должен занимать максимум шкалы экрана. Надо помнить, что размах синусоидального напряжения при отсутствии постоянной составляющей равен удвоенному значению амплитуды. Полученное значение заносится в табл. 2.4 в графу 
осциллографа для синусоидального напряжения.
, 
, 
вольтметра измерительного стенда.
,%
,
– напряжение, измеренное данным прибором; 
– действительное значение измеряемого напряжения, принимаются показания 
. Единицей частоты служит герц (Гц). Она соответствует частоте такого сигнала, у которого период повторения равен одной секунде.
, связанной с частотой 
соотношением 
.
к некоторому мгновенному ее значению, выбранному на этом интервале:
.
будет отражать отклонение установленного или измеренного значения частоты от действительного ее значения.
(рис. 4.1, а), последовательность коротких импульсов с периодом следования 
или частотой 
(рис. 4.1, б). Эти импульсы называют заполняющими, а частоту – частотой заполнения 
. Число импульсов, попавших во временной интервал, равно 
(рис. 4.1, в).
.
», вторая – должна быть известна и определяться параметрами частотомера. Ее будем обозначать с индексом « 
».
, известным – 
. Структурная схема измерения частоты приведена на рис. 4.2, временная диаграмма – на рис. 4.3.
(рис. 4.3, б). Эта последовательность импульсов поступает на один из входов временного селектора ВС. На другой его вход через блок автоматики БА поступает последовательность прямоугольных управляющих импульсов, длительность которых определяет счетный интервал времени 
в делителе частоты ДЧ (рис. 4.3, г). При коэффициенте деления 
значение счетного интервала 
. Обычно счетный интервал определяют через период, равный 1 мс, и множитель 
с. 
импульсов (рис. 4.3, е) отсчитываются счетчиком импульсов Сч. В блоке индикации БИ определяется измеряемая частота
,
кратны 10, то операция деления 
на 
сводится к сдвигу запятой на индикаторе.
= 1 МГц (рис. 4.3, в), значение делителя частоты 
. Тогда длительность счетного интервала составит 
с (рис. 4.3, д). На счетчике зафиксировано N = 3 импульса. Измеряемое значение частоты составляет 
= 300 кГц.
известным, задаваемым органами управления параметрами частотомера, – заполняющие импульсы 
. Структурная схема измерения периода приведена на рис. 4.4, временная диаграмма – на рис. 4.5. Сигнал (рис. 4,5, а) со входа Б через аттенюатор АТ подается на формирователь ФБ, где формируется последовательность импульсов 
(частотой 
).
через временной селектор 
счетных импульсов (рис. 4.5, е)пересчитываются в значение измеряемого периода 
, и результат отображается в отсчетном устройстве. Значение периода счетных импульсов (меток времени) может устанавливаться соответствующим дискретным переключателем.
раз (рис. 4.5, ж, и). Тогда при отсчитанном числе счетных импульсов 
(рис. 4.5, к) и периоде 
значение измеряемого периода будет 
.