Электрорадиоизмерительная практика: Методические указания по проведению практических работ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Методические указания для студентов по проведению практических работ

для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» по «Электрорадиоизмерительной практике»

Уфа 2004

Методические указания для студентов по проведению практических работ для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» по электрорадиоизмерительной практике.

Составитель:

Муратшина А.Н. (Фамилия И.О.)

Рецензенты:

Ганеева А.Г.

Преподаватель УГКР (Занимаемая должность и место работы)

Преподаватель УГКР

(Фамилия И.О.)

(Занимаемая должность и место работы)

Рюков Д.И. (Фамилия И.О.)

Доцент УГАТУ, к.т.н. (Занимаемая должность и место работы)

Предисловие.

Содержание. Предисловие Правила выполнения практических работ Практическая работа №1 «Кратные и дольные единицы» Практическая работа №2 «Расчет уровней передач и определение абсолютных уровней по показаниям вольтметра» Практическая работа №3 «Расчет выходного напряжения делителя напряжения» Практическая работа №4 «Измерение параметров импульсов с помощью осциллографа» Практическая работа №5 «Измерение коэффициента амплитудной модуляции» Практическая работа №6 «Измерение коэффициента нелинейных искажений методом подавления основной гармоники» Практическая работа №7 «Измерение сопротивлений приборами различного типа» Практическая работа №8 «Измерение добротности катушки резонансным методом» Практическая работа №9 «Измерение параметров электрических сигналов с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2» Практическая работа №10 «Проверка работы электронного устройства с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2» Практическая работа №11 «Определение коэффициента нелинейных искажений и коэффициента гармоник с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2».

3 4 5 9 14 17 20 25 28 32 36 44 52

1. Назначение методических указаний. Данные методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений по программе «Электрорадиоизмерительной практики» для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» В сборнике содержится методические указания по выполнению следующих практических работ: №1 «Кратные и дольные единицы» №2 «Расчет уровней передач и определение абсолютных уровней по показаниям вольтметра» №3 «Расчет выходного напряжения делителя напряжения» №4 «Измерение параметров импульсов с помощью осциллографа» №5 «Измерение коэффициента амплитудной модуляции» №6 «Измерение коэффициента нелинейных искажений методом подавления основной гармоники» №7 «Измерение сопротивлений приборами различного типа» №8 «Измерение добротности катушки резонансным методом» №9 «Измерение параметров электрических сигналов с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2» №10 «Проверка работы электронного устройства с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2» №11 «Определение коэффициента нелинейных искажений и коэффициента гармоник с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2».

2. Требования к знаниям и умениям при выполнении практических работ. При выполнении практических работ студент должен: знать: - методы измерения различных параметров - приборы для измерения различных параметров - технические характеристики приборов уметь: - подобрать необходимые для измерения приборы - выбрать метод измерения - определять результат измерений и сделать вывод из полученных результатов измерений 62

3

Правила выполнения практических работ. Список литературы 1.

Студент должен придти на практическое занятие подготовленным к выполнению практической работы. 2. Каждый студент после проведения работы должен представить отчет о проделанной работе с анализом полученных результатов и выводом по работе. 3. Отчет о проделанной работе следует выполнять в журнале практических работ на листах формата А4 с одной стороны листа. Содержание отчета указано в описании практической работы. 4. Таблицы и рисунки следует выполнять с помощью чертежных инструментов ( линейки, циркуля, и.т.д.) карандашом с соблюдением ЕСКД. 5. В заголовках граф таблиц обязательно приводить буквенные обозначения в соответствии с ЕСКД. 6. Расчет следует проводить с точностью до двух значащих цифр. 7. Исправления проводить на обратной стороне листа. При мелких исправлениях неправильное слово ( буква, число и т.п.) аккуратно зачеркивается и над ним пишут правильное пропущенное слово ( букву, число и т.п.). 8. Вспомогательные расчеты можно выполнять на отдельных листах, а при необходимости на листах отчета. 9. Если студент не выполнит практическую работу или часть работы, то он выполнит ее во внеурочное время, согласованное с преподавателем. 10. Оценку по практической работе студент получает с учетом срока выполнения работы, если; - расчеты выполнены правильно и в полном объеме; - сделан анализ проделанной работы и вывод по результатам работы; - студент может пояснить выполнение любого этапа работы; - отчет выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы. Зачет по практическим работам студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой работ после сдачи отчётов по работам при удовлетворительных оценках за ответы на контрольные вопросы во время практических работ или при получении зачёта.

4

1. Нефедов В.И. Метрология и электрорадиоизмерения, - М.; Высшая школа, 2001 – 383 с. 2 Патрик Гёлль. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс, - М.; ДМК, 1999 – 135 с. 3. Инструкция пользователя многофункционального ПК измерительного прибораHandyprobe HP2.

61

4.2.4

Результаты измерений занести в таблицу 1.

Практическая работа № 1

Таблица 1. № варианта

Кратные и дольные единицы измерения. Частота, кГц

1

1

2

1,5

3

2

4

4

5

6

U1

U2

U3

U4

Кг

1

Цель работы.

1.1 Научиться определять кратные и дольные единицы измерения.

2 Пояснения к работе. 2.1 Краткие теоретические сведения. Кратная единица физической величины – единица большая в целое число раз 3

системной, например, килогерц ( 10 Гц). Дольная единицы физической величины – единица меньшая в целое число раз системной, например, −6

микрогенри ( 10 Гн). Кратные и дольные единицы измерения образуются умножением или делением их на степень числа 10. Наименования получаются прибавлением приставок к основным и производным единицам. Таблица 2.1 Обозначения кратных и дольных единиц.

4.2. 5 Пользование помощью. Вызов справочной системы осуществляется с помощью кнопки меню «Помощь», расположенной в верхней части главного окна

5. Содержание отчёта. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы; 5.2 Цель работы; 5.3 Задание; 5.4 Формулы расчёта; 5.5 Таблицы результатов расчёта; 5.6 Необходимые расчёты: 5.7 Анализ результатов расчётов; 5.8.Вывод по работе; 5.9 Ответы на контрольные вопросы. 5.9.1 Как определить коэффициенты нелинейных искажений и коэффициент гармоник. '

5.9.2 По какой формуле определяется K 2 . 60

Приставка Тера

Сокращенное изображение (русское) Т

Множитель 10 12

Гига

Г

10 9

Мега

М

10 6

Кило

к

10 3

Гекто

г

10 2

Дека

да

10 1

Деци

д

10 –1

Санти

с

10 –2

Милли

м

10 –3

Микро

мк

10 –6

Нано

н

10 –9

Пико

п

10 –12

Фемто

ф

10 –15

Атто

а

10 -18 5

3

Рис.8

Задание.

3.1 Выразить предлагаемые значения величин, используя кратные и дольные приставки. 3.2 Исходные данные для расчетов взять из таблицы 3.1 Таблица 3.1 № по списку 1 1.

2.

3.

Исходная величина

Выразить в следующих единицах

2

3

N1 = 17 пФ N2 = 56 мА N3 = 48 мкОм N4 = 34 кГц N5 = 71 нФ N6 = 41 МГц N7 = 40 мкОм N8 = 78 мкФ N9 = 52 мкОм

Ф, мкФ, нФ кА, мкА, А ТОм, МОм, Ом ТГц, МГц, Гц Ф, мкФ, пФ ТГц, кГц, Гц ТОм, МОм, Ом Ф, пФ, нФ ГОм, МОм, Ом

N1 = 13 нФ N2 = 35 кГц N3 = 4 ГОм N4 = 81 пФ N5 = 50 Ом N6 = 3 мА N7 = 8 Гц N8 = 18 мкФ N9 = 28 мкА N1 = 71 пФ N2 = 56 мА N3 = 41 МГц N4 = 4 МОм N5 = 16 кГц N6 = 64 нФ N7 = 81 мкФ N8 = 99 ГОм N9 = 6 А

Ф, мкФ, пФ ТГц, МГц, Гц кОм, МОм, Ом Ф, мкФ, нФ ГОм, МОм, кОм, кА, мкА, А МГц, кГц, ГГц Ф, пФ, нф А, мА, кА Ф, мкФ, нФ А, мкА, кА ТГц, кГц, Гц ТОм, кОм, Ом ТГц, МГц, Гц Ф, мкФ, пФ Ф, нФ, пФ кОм, МОм, Ом мА, мкА, кА

6

С помощью кнопки «С», расположенной в верхней части окна «Анализатор спектра вывод данных с курсора» вызвать меню и определить вышеназванные параметры. 4.1.6

Пользование помощью. Вызов справочной системы осуществляется с помощью кнопки меню «Помощь», расположенной в верхней части главного окна 4.2 Измерение параметров электрических сигналов с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe HP2. 4.2.1 Запуск рабочей программы Handyprobe HP2 v2.42 осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск». 4.2.2 Запуск главного окна виртуального спектрального анализатора осуществляется путём нажатия кнопки «Spectrum». При правильно подключенном приборе в главном окне спектрального анализатора должен наблюдаться сигнал флуктуации. 4.2.3 Измерить значения напряжений первой, второй, третьей, четвёртой гармоник на заданных частотах и рассчитать коэффициенты гармоник, следует помнить, что щуп «крокодил» является общим.

59

4.1.8 Использование курсоров. Установка курсоров осуществляется кнопкой меню «Курсоры», расположенной в верхней части главного окна. Поочерёдно воспользоваться функциями «Большие курсоры», «Малые курсоры» (рис.7).

1 4.

Рис.7

5.

6.

7.

Следует обратить внимание, что подобная функция срабатывает, также при нажатии правой кнопки мыши на осциллограмме. При выборе курсоров на экране появляется активное окно «Анализатор спектра вывод данных с курсора», с указанием значений напряжения и частоты сигнала (рис.8).

58

8.

2

3

N1 = 56 мА N2 = 50 мкОм N3 = 78 пФ N4 = 17 нФ N5 = 16 кГц N6 = 28 мкА N7 = 4 МОм N8 = 8 Гц N9 = 5 А N1 = 81 нФ N2 = 56 кГц N3 = 41 МГц N4 = 61 мкА N5 = 3 пФ N6 = 4 А N7 = 81 мкФ N8 = 35 кГц N9 = 46 МОм N1 = 17 мА N2 = 48 мкФ N3 = 56 пФ N4 = 52 нФ N5 = 40 Ом N6 = 46 кОм N7 = 34 кГц N8 = 48 МГц N9 = 71 кГц N1 = 56 А N2 = 50 кГц N3 = 78 МОм N4 = 17 мкА N5 = 16 Гц N6 = 28 пФ N7 = 4 нФ N8 = 8 МОм N9 = 5 мА N1 = 28 нФ N2 = 5 кГц N3 = 18 ГОм N4 = 18 пФ N5 = 4 Ом N6 = 8 мА N7 = 3Гц N8 = 36 мкФ N9 = 81 мкА

кА, мкА, А ГОм, МОм, Ом Ф, мкФ, нФ Ф, мкФ, пФ ТГц, МГц, Гц кА, А, мА ТОм, кОм, Ом МГц, кГц, ГГц кА, мкА, мА Ф, мкФ, пФ ТГЦ, МГц, Гц Гц, кГц, ГГц А, мА, кА Ф, мкФ, нФ кА, мкА, мА Ф, пФ, нФ ТГц, МГц, Гц ТОм, кОм, Ом А, мкА, кА мА, А, кА Ф, мкФ, нФ Ф, мкФ, пФ ТОм, кОм, МОм ТОм, Ом, МОм ГГц, Гц, МГц Гц, кГц, ГГц ГГц, МГц, Гц кА, мкА, мА Гц, МГц, ГГц ТОм, кОм, Ом А, мА, кА ГГц, МГц, кГц Ф, нФ, мкФ Ф, пФ, мкФ ТОм, кОм, Ом А, мкА, кА Ф, мкФ, пФ ГГц, МГц, Гц кОм, МОм, Ом Ф, мкФ, нФ ГОм, МОм, кОм кА, мкА, А МГц, кГц, ГГц Ф, пФ, нФ А, мА, кА 7

1 9.

2

3

N1 = 7 Ф N2 = 16 мА N3 = 42 МГц N4 = 5 МОм N5 = 36 кГц N6 = 4 пФ N7 = 8 нФ N8 = 42 ГОм N9 = 26 А N1 = 7 кОм N2 = 36 мА N3 = 18 пФ N4 = 22 кГц N5 = 99 нФ N6 = 81 А N7 = 60 кОм N8 = 18 МГц N9 = 35 мОм

10.

мкФ, нФ, пФ кА, мкА, А ТГц, кГц, Гц ТОм, кОм, Ом ГГц, МГц, Гц Ф, мкФ, нФ Ф, мкФ, пФ кОм, МОм, Ом мА, мкА, нА ТОм, МОм, кОм кА, мкА, А Ф, мкФ, нФ ГГц, МГц, Гц Ф, мкФ, пФ мА, мкА, кА ТОм, МОм, Ом ГГц, кГц, Гц ГОм, кОм, Ом

4.1.7

Определение коэффициента гармоник. Определение коэффициента гармоник осуществляется с помощью кнопки «ОГИ» (Общее гармоническое искажение), расположенной на панели инструментов (рис. 5). Рис.5

В полученном окне отображаются основная частота сигнала, общее гармоническое искажение и амплитуды гармоник с 1 по n (рис.6) Рис.6

3.3. Результаты расчетов занести в таблицу 3.2 Таблица 3.2 № по списку Исходные величины N1

Величина, выраженная в требуемых единицах измерения 1 2 3

N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8

.

N9 8

57

Изменение чувствительности спектрального анализатора осуществляется из пункта «Чувствительность», имеющего подпункт с указанием возможных параметров напряжения в диапазоне от 500,00 мВольт до 400,00 вольт. Следует обратить внимание на изменение градуировки шкалы оси –Y и на возможность тонкой настройки чувствитель-ности с помощью мыши, непосредственно на оси –Y (правая кнопка мыши). 4.1.8

Настройка частоты. Путём экспериментального подбора найти наиболее подходящую для удобства работы частоту. Изменение частоты осуществляется и с помощью кнопки меню Частота», расположенной в верхней части главного окна (рис 4).

4.

Содержание отчета.

Отчёт должен содержать 5.1 Название работы. 5.2 Цель работы. 5.3 Задание. 5.4 Исходные данные. 5.5 Таблица результатов расчетов. 5.6 Ответы на контрольные вопросы. 5.6.1 ТОм – это …? 5.6.2 Благодаря чему образуются кратные и дольные единицы? 5.6.3 пФ – это …?

Рис.4

Список литературы. 1. 2.

Хромой Б.П, Моисеев Г.Я.; Радиосвязь, 1985. Электрорадиоизмерения. Под редакцией А.С.Сигова М.; ФОРУМ – ИНФРА – М, 2004

Практическая работа № 2 Расчет уровней передач и определение абсолютных уровней по показаниям вольтметра 1 Цель работы. 1.1 Научиться определять уровни передач по данным значениям тока, напряжения, мощности 1.2 Научиться определять абсолютные уровни по напряжению по показаниям вольтметра

2 Изменение частоты выборок измерений спектрального анализатора осуществляется из пункта «Частота», имеющего подпункт с указанием возможных параметров частоты выборок в диапазоне от 25,00 Гц до 10,00 МГц. Также имеется возможность независимой установки собственного значения. 56

Пояснения к работе.

2.1 Краткие теоретические сведения Уровни передач бывают абсолютные, относительные и измерительные. Абсолютным уровнем по напряжению, току, мощности называются логарифмические отношения U, I, P в какой либо точке цепи к абсолютному нулевому уровню по U, I, P для данного вида цепи. 9

U Pu = 20 lg ---, где Uo Pu – абсолютный уровень по напряжению, дБ; U – измеряемое напряжение; Uo – абсолютный нулевой уровень по напряжению. I Pi = 20lg ---, где Io Pi – абсолютный уровень по току, дБ; I – измеряемый ток; Io – абсолютный уровень по току. P Pm = 10lg ---, где Po Pm – абсолютный уровень по мощности, дБ; Р – измеряемая мощность; Ро – абсолютный нулевой уровень по мощности; Относительным уровнем по напряжению, току, мощности называются логарифмические отношения U, I, P в какой либо точке цепи к U, I, P в точке цепи, принятой за исходную. Относительные уровни по напряжению могут определять затухание (a) или усиление (S) цепи. Uвх а = 20lg --- , где Uвых

Рис.2

4.1.5 Настройка чувствительности. Поменять чувствительность спектрального анализатора с помощью кнопки меню «Кн1», расположенной в верхней части главного окна (рис.3) Рис.3

а – затухание,дБ; Uвх – входное напряжение; Uвых – выходное напряжение. Uвых S = 20lg --- , где Uвх S – усиление, дБ.

3

Задание

3.1 Определить абсолютные уровни по U, I, P для указанного вида цепи 3.2 Определить относительные уровни по напряжению, затухания и усиления звеньев для указанной цепи и абсолютные уровни в точках 1, 2, 3, 4. 10

55

или другое, совместимое с Windows; порт USB, CD-ROM - накопитель. Программное обеспечение под Windows.

3. Задание 3.1 Изучить демонстрационную версию программы Handyprobe HP2 demo v2.42 3.2 Измерить параметры электрических сигналов с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe

Рис 3.1 Структурная схема воздушной цепи из трех звеньев. 3.3 Определить абсолютные уровни по напряжению и значения напряжений по абсолютным уровням по показаниям вольтметра В3 – 38 Исходные данные для расчетов взять из таблицы 3.1

4. Работа в лаборатории

Таблица 3.1 4.1 Изучение демонстрационной версии программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 4.1.1 Запуск демонстрационной версии программы Handyprobe HP2 demo v2.42 осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск». 4.1.2 Получить на экране монитора стартовое меню (рис.1) Рис.1

4.1.3

Запуск главного окна спектрального анализатора осуществляется путём нажатия кнопки «Spectrum». 4.1.4 Получить на экране главное окно спектрального анализатора с уже ото-бражённым и обработанным в режиме автонастройки сигналом (демоверсия) (рис.2)

54

№ п о с п и с к у 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5

Цепь воздушная

Задание 3.1 Цепь кабельная

U, B

Задание 3.2 Цепь коаксиальная U, I, Р, B м Вт А

U 1,4 В

U 2В

U 3В

I, мА

Р, пВт

U, мВ

I, мкА

P, мВт

1 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 20

0,5 0,9 1,2 1,5 1,8 2 3 3,5 4 4,5

4 8 10 12 15 18 20 50 100 200

3,2 4,8 5,6 7,2 8,4 9,6 10,2 12,4 14,6 16,8

0,3 0,3 0,6 0,9 1 1,2 0,5 0,3 0,2 0,4

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

2,8 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

0,1 5 2 10 2 4 10 5 1 2

4 3 4 8 4 6 3 4 0,5 3

0,3 10 3 6 8 10 7 2 4 8

3,2

13

30

5

300

18

0,1

24

7,5

4

3

6

3,4

14

40

5,5

400

20

0,3

26

8

5

2

1

3,6

15

50

6

500

22

0,5

28

8,5

6

3

4

5,8

16

60

6,5

600

25

0,05

30

9

7

8

2

4

17

70

7

700

28

0,2

32

9,5

9

10

5

11

Исходные данные для определения абсолютных уровней по показаниям вольтметра взять из таблицы 3.2

- коэффициент гармоник, для второй гармоники, по отношению к основной частоте

Таблица 3.2 № по списку 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

K '2 = Показание шкалы вольтметра, В 0,025 300 0,002 30 0,06 220 0,2 5 0,05 12 0,8 250 0,048 65 0,85 2 0,9 45 0,036 68 0,45 180 0,018 120 0,065 95 0,245 80 0,076 100

Абсолютный уровень по напряжению, дБ -5 2 42 56 -22 -18 62 98 -3 -72 34 100 82 56 9

-

U2 2

2

U3

'

K3 =

2

K4 =

Цепь кабельная

U, B

U, мВ

I, мА

Р, пВт

I, мкА

Исходны е данные Расчетны е данные

P, мВт

Цепь коаксиальная U, I, Р, B мА Вт

2

2

2

2

• 100% -

U4 • 100% U1

U4

'

K4 =

2

U 21 + U 2 + U 3 + U 4 + U 5

Таблица 3.3 Результаты расчетов Цепь воздушная

U3 • 100% U1

коэффициент гармоник, для третьей гармоники, по отношению к основной частоте и т.д.

1.1 Результаты расчетов внести в таблицу 3.3, 3.4, 3.5

№ по списку

• 100% -

2

коэффициент гармоник по отношению ко всему сигналу

K3 = -

2

U1 +U 2 +U 3 +U 4 +U 5

2

2

U1 +U 2 +U 3 +U 4 +U 5

2

• 100% -

2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Генератор сигналов универсальный 2.2.2 Аналого-цифровой преобразователь Handyprobe HP (производитель компанияTiePie engineering). 2.2.3.IBM PC совместимый компьютер с процессором не ниже 486DX266; операционная система Windows 9X ; не менее 8 Мбайт оперативной памяти; не менее 4 Мбайт свободного пространства на жестком диске; видеосистема, совместимая с VGA; указательное устройство типа мышь 53

12

Практическая работа № 11 Определение коэффициента нелинейных искажений и коэффициента гармоник с помощью ПК и АЦП Handyprobe HP2

Таблица 3.4 Результаты расчетов № по спис ку

Исходные данные U1, U2; U3; U4;B B B

Pн1

Pн2

Расчетные данные Pн3 Pн1 a1 (s)

а2 (s)

а3 (s)

1. Цель работы. Таблица 3.5 Результаты показаний вольтметра 1.1 Ознакомиться с демонстрационной версией программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 1.2 Научиться определять коэффициент нелинейных искажений и коэффициенты гармоник с помощью аналого-цифрового преобразователя Handyprobe HP2.

2. Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения Коэффициенты нелинейных искажений и коэффициенты гармоник можно определить, если измерить избирательным вольтметром сигналы разных частот U1, U2, U3, U4, U5, и т.д. и весь сигнал. Тогда

K=

U 22 + U 23 + U24 + U 25 • 100% ; U1

- коэффициенты нелинейных искажений по отношению к основной частоте.

K1 =

2

2

2

2

Исходные данные U,B Рн, дБ

Результаты показаний вольтметра Рн, дБ U,B

4. Содержание отчета 4.1 Название работы. 4.2 Цель работы. 4.3 Задание. 4.4 Формулы для расчета уровней. 4.5 Таблицы результатов расчета. 4.6 Вывод. 4.7 Ответы на контрольные вопросы. 4.7.1 Дать определение абсолютного уровня 4.7.2 Назвать величины абсолютных нулевых уровней для воздушной цепи 4.7.3 Выразить относительный уровень через абсолютные уровни 4.7.4 Дать формулу, определяющую затухание цепи

Список литературы

2

U 2 +U 23 +U 24 +U 2

№ по списку

5

U1 +U 2 +U 3 + U 4 +U 5

2

• 100% -

1. Нефедов В.И. Измерения в технике связи. М.: Связь, 2001 г. 2. Шумилин Н.П. Измерения в технике связи. М.: Связь, 1980 г.

- коэффициенты нелинейных искажений по отношению ко всему сигналу,

K2 =

U2 • 100% U1 13 52

Таблица 1.

Практическая работа № 3 Расчет выходного напряжения делителя напряжения 1. Цель работы: 1.1 Научиться рассчитывать выходное напряжение делителя напряжения.

№ или наимено вание каскада

Форма выходного напряжения (соответствие заданной)

Амплитуда выходного напряжения, В задано

Длительность выход ного импульса, мкс

измерено

задано

измерен о

2. Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения: Делители напряжения дают возможность непосредственного отсчета отношения напряжения U2, снимаемого с делителя, к напряжению U1, поданному на него.

m=

U1 = U2

R2 ∗ Z Н R2 + Z Н R2 ∗ Z Н R2 + Z Н

R1 +

5. Содержание отчёта.

где m-коэффициент деления; U1, U2- напряжения делителя; R1, R2-сопротивления делителя; ZН- сопротивление нагрузки. Тогда:

U ВЫХ . Д . = U 2 = U 1 m ; m =

где

U1 = U2

R2 ∗ Z Н R2 + Z Н R2 ∗ Z Н R2 + Z Н

R1 +

U ВЫХ . Д . -действительное выходное напряжение.

Без учета нагрузки коэффициент деления (действительный) равен:

m Д = U 1 U 2 = ( R1 + R2 ) / R2 14

Отчёт должен содержать: 5.1 Название работы; 5.1 Цель работы; 5.2 Задание; 5.3 Перечень используемого оборудования; 5.4 Результаты измерений в виде таблицы 1; 5.5 Ответы на контрольные вопросы: 1) Что представляют собой компьютерно – измерительные системы (КИС)? 2) В чём заключается роль интерфейсных устройств? 3)Дать краткую характеристику аналого – цифрового преобразователя Handyprobe HP2. 5.6 Вывод по работе.

Список литературы 1. Нефедов В.И. Метрология и электрорадиоизмерения, - М.; Высшая школа, 2001 – 383 с. 2. Патрик Гёлль. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс, - М.; ДМК, 1999 – 135 с. 3. Инструкция пользователя многофункционального ПК измерительного прибора Handyprobe HP2. 51

С помощью кнопки «С», расположенной в верхней части окна «Осциллоскоп вывод данных с курсора» вызвать меню и определить вышеназванные параметры. Также требуется подтвердить правильность показаний расчётными значениями измеренных параметров. Вычислить среднеквадратичное значение U = Um

2

где mД -коэффициент деления. Тогда:

U ВЫХ . Д . = U 2 = U 1 m Д = U 1 * R2 / R1 + R2 где

где Um – амплитудное значение (1/2 величины напряжения между пиками)

U ВЫХ . Д . -значение выходного напряжения.

3. Задание: 1) Определить коэффициент деления делителя и влияние нагрузки на коэффициент деления. Исходные данные для расчета взять из таблицы 2. 2) Рисунок для расчета.

4.1.8 Пользование помощью. Вызов справочной системы осуществляется с помощью кнопки меню «Помощь», расположенной в верхней части главного окна

R

4.2 Проверка работы электронного устройства с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe HP2.

Uвх

4.2.1 Запуск рабочей программы Handyprobe HP2 v2.42 осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск».

PU

R2

4.2.2 Запуск главного окна виртуального осциллографа осуществляется путём нажатия кнопки «Scope». Таблица 1- исходные данные для расчетов

4.2.3.При правильно подключенном приборе в главном окне осциллографа должен наблюдаться сигнал флуктуации. 4.2.4.Произвести покаскадную проверку электронного устройства и измеритьпараметры напряжений Усили тель

4.2.5

Триггер Шмидта

Дифферен цирующая цепь

Ограни читель

Результаты измерений занести в таблицу 1.

50

Мульти Вибра тор

Эммитер ный повтори тель

№ по списку 1 1

R1,кОм

R2,кОм

Uвх,В

3 15

Rвх.PU, кОм 4 200

2 10

2

10

10

200

20

3

10

20

200

15

4

15

10

200

10

5 6

15 15

15 20

200 200

20 15

7

10

10

200

30

8

10

15

200

30

9

10

20

200

30

15

5 10

1 10

2 15

3 10

4 200

5 30

11

15

20

200

30

12

5

10

100

20

13

5

15

100

20

14

5

20

100

20

15

10

5

100

20

16

10

10

100

20

17

10

15

100

20

18

10

20

100

30

19

15

5

100

30

20

15

10

100

30

21

15

15

100

30

22

15

20

100

30

23

15

25

300

30

24

15

5

300

30

25

15

10

300

30

26

20

15

300

40

27

20

20

300

40

28

20

25

300

40

29

20

10

300

40

4.1.7 Использование курсоров. Измерение частоты, амплитудного (1/2 между пи-ками,) среднеквадратического значений напряжения Установка курсоров осуществляется кнопкой меню «Курсоры», расположенной в верхней части главного окна. Поочерёдно воспользоваться функциями «Большие курсоры», «Малые курсоры» (рис.5). Рис.5

Результаты расчетов свести в таблицу 2. Таблица 2. № по списку

R1, кОм

R2, кОм

Rвх.PU, кОм

Uвх, В

Uвых.д., В

Uвых.расч., В

Y, %

Следует обратить внимание, что подобная функция срабатывает, также при нажатии правой кнопки мыши на осциллограмме. При выборе курсоров на экране появляется активное окно «Осциллоскоп вывод данных с курсора», с указанием значений времени выборки, разности времени выборки, напряжения, разности напряжения (рис.6). Рис.6

4. Содержание отчёта Отчет должен содержать: 4.1 Название работы; 4.2 Цель работы; 4.3 Задание; 4.4 Формулы для расчета; 4.5 Таблицу результатов расчетов; 16

49

Изменение чувствительности осциллографа осуществляется из пункта «Чувствительность», имеющего подпункт с указанием возможных параметров напряжения в диапазоне от 200,00 мВольт до 80,00 вольт. Поэкспериментировать со значениями и выставить наиболее оптимальный для работы параметр чувствительности осциллографа. Следует обратить внимание на изменение градуировки шкалы оси –Y и на возможность тонкой настройки чувствительности с помощью мыши, непосредственно на оси –Y.

4.6 Вывод; 4.7 Ответы на контрольные вопросы. 4.7.1 Назначение делителей напряжения? 4.7.2 Как влияет нагрузка на выходное напряжение делителя?

Список литературы 1) Хромой Б.П., Моисеев Г.Я. Электрорадиоизмерения. – М.: Радио и связь, 1985 2) Нефедов В.И. Измерения в технике связи.- М.: Связь, 2001;

4.1.9 Настройка развёртки. Путём экспериментального подбора найти наиболее подходящее для удобства работы число выборок. Изменение частоты выборок осуществляется и с помощью кнопки меню «Развёртка», расположенной в верхней части главного окна (рис 4).

Практическая работа № 4

Рис.4

Измерение параметров импульсов с помощью осциллографа.

Изменение частоты выборок измерений осциллографа осуществляется из пункта «Развёртка», имеющего подпункт с указанием возможных параметров частоты вы – борок в диапазоне от 100,00 Мвыб/сек до 25,00 выб/сек. Также имеется возможность независимой установки собственного значения. 48

1

Цель работы.

1.1

Научиться измерять значения амплитуды и длительности импульсов в различных импульсных схемах и на выходе генератора промышленного типа.

2

Пояснения к работе.

2.1

Краткие теоретические сведения.

Для измерения параметров сигналов на экране осциллографа имеется сеткашкала с вертикальными и горизонтальными линиями, образующими отсчетные деления. Площадь, занимаемая шкалой на экране, определяет рабочую площадь экрана ЭЛТ, т. е. площадь в пределах которой гарантированы технические параметры приборов. С помощью шкалы используя значения масштабных коэффициентов по вертикали и горизонтали можно измерять временные и амплитудные параметры сигнала. Масштабным коэффициентом при измерении интервалов времени является коэффициент развертки, который имеет фиксированные значения, точность которых определяет класс точности осциллографа. При измерении временного интервала определяют соответствующее число делений на экране, приходящееся на измеряемый интервал по горизонтали (n) и коэффициент время/дел, установленный при измерении (q). Результат измерения получается перемножением этих двух величин: 17

Tx = n ∗ q

Рис.2

При измерении амплитуды определяют соответствующее число делений на экране по вертикали (m) и коэффициент В/дел, установленный при измерении (p). Результат измерения получается перемножением этих двух величин. Uy = m ∗ p Для достижения минимальных погрешностей при измерении необходимо устанавливать коэффициент развертки таким образом, чтобы изображение измеряемой величины занимало более 30% шкалы и находилось в центральной части шкалы, в которой гарантирована наиболее высокая точность измерения. 2.2 Перечень используемого оборудования. 2.2.1 Генератор импульсов Г5-54. 2.2.2 Осциллограф С1-65. 2.2.3 Макет импульсной схемы. 2.2.4 Источник питания.

3

Задание.

3.1

3.3 3.4

Установить на выходе генератора импульсы с указанной амплитудой и измерить с помощью осциллографа. Установить на выходе генератора импульсы с указанной длительностью и измерить с помощью осциллографа. Полученные данные записать в таблицу. Рассчитать погрешности измерений и сделать выводы.

4

Работа в лаборатории.

4.1

Измерить амплитуду импульсов на выходе генератора и импульсной схеме. Полученные данные занести в таблицу 4.1 Измерить длительность импульсов на выходе генератора и импульсной схемы. Полученные данные занести в таблицу 4.2. Рассчитать погрешности измерений и сделать выводы.

3.2

4.2 4.3

18

4.1.5 Настройка чувствительности. Поменять чувствительность осциллографа с помощью кнопки меню «Кн1», расположенной в верхней части главного окна (рис.3) Рис.3

47

2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Генератор сигналов универсальный 2.2.2 Аналого-цифровой преобразователь Handyprobe HP (производитель компанияTiePie engineering). 2.2.3 IBM PC совместимый компьютер с процессором не ниже 486DX266; операционная система Windows 9X ; не менее 8 Мбайт оперативной памяти; не менее 4 Мбайт свободного пространства на жестком диске; видеосистема, совместимая с VGA; указательное устройство типа мышь или другое, совместимое с Windows; порт USB, CD-ROM - накопитель. Программное обеспечение под Windows.

№ ва ри ан та

Установленная амплитуда напряжения, В

Количество делений m

Число по шкале переключа теля, В/дел

Измерен ное напряже ние, В

Относи тельная погреш ность измере ния, %

Количество делений, n

Число по Измерен шкале ная переключа длитель теля, ность, В/дел мкс

Относи тельная погреш ность измере ния, %

1 2 3 4 5

3. Задание 3.1 Изучить демонстрационную версию программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 3.2 Проверить работу электронного устройства с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe HP2.

1. Работа в лаборатории 4.1 Изучение демонстрационной версии программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 4.1.1 Запуск демонстрационной версии программы TiePieSCOPE HS801 demo осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск». 4.1.2 Получить на экране монитора стартовое меню (рис.1) Рис.1

4.1.4

Запуск главного окна виртуального осциллографа осуществляется путём Нажатия кнопки «Scope». 4.1.5

Таблица 4.1

Получить на экране главное окно осциллографа с уже отображённым и обработанным в режиме автонастройки сигналом (демо-версия) (рис.2) 46

Таблица 4.2 № ва ри ан та

Установленная длительность, мкс

1 2 3 4 5

5. Содержание отчета. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3

Цель работы. Перечень используемого оборудования. Таблицы измерений. Выводы. Ответы на контрольные вопросы. В чем заключается принцип измерения амплитуды сигнала? В чем заключается принцип измерения длительности сигнала? Указать диапазоны измеряемых величин амплитуды и длительности выбранным осциллографом

19

Список литературы 1. 2. 3. 4.

Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения - М.: Радио и связь. 1985. Мирский. Электронные измерения Г5-54. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Осциллограф С1-65. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Практическая работа № 5 Измерение коэффициента амплитудной модуляции. 1.Цель работы 1.1 Изучить методику измерения коэффициента амплитудной модуляции осциллографическим и цифровым методами

2. Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения. Модуляция – воздействие какой-либо величины на параметры сигнала u(t)=Umsin (ωt+φ) В зависимости от того, какой параметр сигнала u(t) (٧,ω или φ) изменяется при модуляции, она может быть амплитудной, частотной или фазовой. Наиболее широкое применение получили амплитудная и частотная модуляции. Амплитудная модуляция – это воздействие сигнала низкой частоты на высокочастотный сигнал. Одним из основных параметров амплитудномодулированных колебаний является коэффициент модуляции. Коэффициент модуляции представляет собой отношение наибольшего абсолютного приращения амплитуды модулированных колебаний высокой частоты (тока или напряжения) относительно среднего его значения к среднему значению этой амплитуды.

20

2. Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения В настоящее время сформировалось новое направление в метрологии и в электро радиоизмерительной технике – компьютерно-измерительные системы (КИС), и их разновидность, или направление развития – виртуальные (виртуальный – кажущийся) измерительные приборы (проще, виртуальные приборы). Компьютерно – измерительная система обязательно включает в себя компьютер, работающий в режиме реального масштаба времени или в режиме on – line. Измерение физических параметров, таких как напряжение, ток, температура или давление , предполагает точную оценку аналоговых величин. Компьютер же работает исключительно с дискретными величинами. Следовательно процесс превращения ПК в виртуальный измерительный прибор предполагает подключение аналого – цифрового преобразователя. Существует множество способов для преобразование аналогового сигнала – электрического напряжения или тока, изменяющегося плавно и непрерывно, - в поток цифровыхданных, представляющий собой дискретную кодированную последовательность импульсов. На практике чаще всего используется аналого– цифровое преобразование с помощью импульснокодовой модуляции(ИКМ). В этом случае процесс начинается с представления непрерывного сигнала в виде последовательности отсчётов, которые берутся через определённый промежуток времени (иначе говоря, с определённой частотой дискретизации). Эту функцию выполняет схема, называемая устройством выборки – хранения. Запоминая мгновенное значение входного сигнала (чаще всего на конденсаторе), это устройство обеспечивает сохранение величины взятого отсчёта на время процесса оцифровки, который состоит в представлении амплитуды каждого отсчёта в форме двоичного кодового слова с определённым количеством разрядов. Способ, используемый для выполнения такой оцифровки, и определяет возможности и сложность аналого – цифрового преобразователя. Handyprobe HP2 –одноканальный восьмиразрядный измерительный прибор с частотой дискретизации двадцать мегагерц, который подключается к портативному компьютеру без внешнего источника питания или батареи. Handyprobe HP2 снабжён необходимым программным обеспечением и может быть использован как осциллограф, анализатор спектра, цифровой вольтметр. Handyprobe HP2 является прибором, подключаемым по принципу «Plug ‘n’ play» , («Подключай и измеряй»), и не требует дополнительной установки кроме установки программного обеспечения. 45

5.7 Цель работы; 5.8 Задание; 5.9 Перечень используемого оборудования; 5.10 Результаты измерений в виде таблицы 1; 5.11 Ответы на контрольные вопросы: 1) Что представляют собой компьютерно – измерительные системы (КИС)? 2) В чём заключается роль интерфейсных устройств? 3) Дать краткую характеристику аналого – цифрового преобразователя Handyprobe HP2. 5.12 Вывод по работе.

∆U0

Umax

U

0

Umin

Список литературы 2.

Нефедов В.И. Метрология и электрорадиоизмерения, - М.; Высшая школа, 2001 – 383 с. 3. Патрик Гёлль. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс, - М.; ДМК, 1999 – 135 с. 4. Инструкция пользователя многофункционального измерительного прибора Handyprobe HP2.

Практическая работа № 10

Umax - U = U 0

М

0

∆U0

U

0

Где Umax – максимальное значение амплитуды высокочастотного сигнала, U0 - среднее значение амплитуды. Обычно М измеряется в процентах. Измерение М с помощью осциллографа может быть произведено двумя методами: 1. Метод непрерывной развертки. Этот метод заключается в том, что к вертикально-отклоняющим пластинам осциллографа подводится исследуемое напряжение АМ колебаний, а на горизонтально-отклоняющие пластины поступает напряжение непрерывной линейной развертки. При этом на экране ЭЛТ получается осциллограмма амплитудно-модулированных колебаний.

Проверка работы электронного устройства с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe HP2.

B

A

1. Цель работы. 1.1 Ознакомиться с демонстрационной версией программы Handyprobe HP2 demo v2.42. . 1.2 Научиться производить проверку работы электронного устройства с помощью аналого-цифрового преобразователя Handyprobe HP2. 44

Измерив расстояния A и B по осциллограмме, определяют М:

21

Таблица 1.

A-B M=

A+B

* 100% №

Где A= 2(U0+∆U0) B=2(U0-∆U0)

Вид сигнала

Частота Гц (устано вленное значение)

Измеренное значение частоты, Гц

2. Метод синусоидальной развертки (метод трапеции) К «Y» пластинам осциллографа подводится Ам сигнал, к «X» пластинам – синусоидальное напряжение с частотой, равной модулирующей частоте: При этом в зависимости от фазового сдвига между модулирующим напряжением и напря-жением развертки на экране осциллографа получается трапеция или цилиндр.

1

1

A A

B

2

Биполяр ный прямо угольной Формы

М=

A−B • 100% A+ B

4

5

500 1000 1500 2000

2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8

2

Трапецеи дальной Формы

3

Треуголь ной формы

500 1000 1500 2000 500 1000 1500 2000

Синусо идальный

500 1000 1500 2000

2 4 6 8

500 1000 1500

2 4 6

2000

8

4

Определив A и B по осциллограмме, вычисляют:

3

Амплитудное значение В (установле нное)

5

Пилообра зный

5. Содержание отчёта. Отчёт должен содержать: 5.13 Название работы;

22

43

Изме рен-ное амплитуд ное значение В

Среднеквадратическое значение В (расчёт ное)

6

7

Изме ренное среднеквадрат ическое значени е В 8

С помощью кнопки «С», расположенной в верхней части окна «Осциллоскоп вывод данных с курсора» вызвать меню и определить вышеназванные параметры. Также требуется подтвердить правильность показаний расчётными значениями измеренных параметров. Вычислить среднеквадратичное значение U = Um

2

где Um – амплитудное значение (1/2 величины напряжения между пиками) 4.1.9 Пользование помощью. Вызов справочной системы осуществляется с помощью кнопки меню «Помощь», расположенной в верхней части главного окна 4.2 Измерение параметров электрических сигналов с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe HP2. 4.2.1 Запуск рабочей программы Handyprobe HP2 v2.42 осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск». 4.2.2 Запуск главного окна виртуального осциллографа осуществляется путём нажатия кнопки «Scope». 4.2.3

При правильно подключенном приборе в главном окне осциллографа должен наблюдаться сигнал флуктуации. 4.2.4

Измерить напряжение и частоту электрических сигналов с выхода генератора. следует помнить, что щуп «крокодил» является общим. 4.2.5

Результаты измерений занести в таблицу 1.

42

Измерение М цифровым прибором С2-23 основано на методе двух вольтметров, один из которых заменен автоматической системой стабилизации среднего уровня напряжения промежуточной частоты. В качестве отсчетного прибора (второй вольтметр) используется цифровой индикатор.

2.2

Перечень используемого оборудования.

2.2.1 2.2.2 2.2.3

Генератор ГЧ – 107. Осциллограф С1- 65. Измеритель коэффициента АМ С2 – 23.

3. Задание. 3.1 Изучить технические характеристики приборов. 3.2 Измерить коэффициент амплитудной модуляции методом непрерывной развертки. 3.3 Измерить коэффициент амплитудной модуляции синусоидальной развертки. 3.4 Измерить коэффициент амплитудной модуляции цифровым методом 3.5 Рассчитать погрешности измерения

4 Работа в лаборатории. 4.1 Пользуясь техническими описаниями приборов подготовить их к работе. 4.2 Установить на выходе генератора в режиме внутренней амплитудной модуляции параметры по заданию преподавателя. 4.3 Собрать схему. «Y» «Х» ГВЧ

ОСЦ

ГНЧ

4.4 Измерить коэффициент амплитудной модуляции методом непрерывной и синусоидальной развертки, осуществляя необходимые регулировки осциллографа. Данные измерений занести в табл.4.1 4.5 Измерить коэффициент амплитудной модуляции цифровым методом. Данные измерений занести в табл.4.1 4.6 Сравнить значения коэффициента модуляции, установленные на выходе измерительного генератора с измеренными значениями. Определить погрешность измерения: При осциллографическом методе измерения 23

γм =

М Д −МО МД

• 100% =

Рис.5

ΔМ • 100% МД

При цифовом методе

γМ =

МД −МП МД

• 100% =

ΔM • 100% MД

Мд – значение глубины модуляции, установленного на принимаемое за действительное значение измеряемой величины; М0 – измеренное осциллографическим методом значение; Мn – измеренное измерителем АМ значение.

генераторе,

Таблица 4.1 М генер, %

Метод непрерывной развёртки Вид М0 γм осцилло граммы

Метод синусоидальной развёртки Вид М0 γм осцилло граммы

Цифровой метод Мп γм

40% 50% 60%

Следует обратить внимание, что подобная функция срабатывает, также при нажатии правой кнопки мыши на осциллограмме. При выборе курсоров на экране появляется активное окно «Осциллоскоп вывод данных с курсора», с указанием значений времени выборки, разности времени выборки, напряжения, разности напряжения (рис.6).

70%

Рис.6

80%

5.

Содержание отчета.

5.1 Название работы. Цель работы. 5.2 Перечень используемого оборудования. 5.3 Краткие теоретические сведения. 5.4 Схемы и таблицы измерений. 5.5 Выводы. 5.6 Ответы на контрольные вопросы 5.6.1 Дать определение коэффициента амплитудной модуляции. 5.6.2 В чем заключается метод измерения амплитудной модуляции с помощью непрерывной развертки? 24

41

Рис.4

5.6.3

Как получить на экране осциллограмму вида

Список литературы. 1. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. «Электрорадиоизмерения» М. «Радио и связь» 1985г. 2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации прибора С2-23.

Практическая работа № 6 Изменение частоты выборок измерений осциллографа осуществляется из пункта «Развёртка», имеющего подпункт с указанием возможных параметров частоты выборок в диапазоне от 100,00 Мвыб/сек до 25,00 выб/сек. Также имеется возможность независимой установки собственного значения.

Измерение коэффициента нелинейных искажений методом подавления основной гармоники.

4.1.7 Использование курсоров. Измерение частоты, амплитудного (1/2 между пи-ками,) среднеквадратического значений напряжения Установка курсоров осуществляется кнопкой меню «Курсоры», расположенной в верхней части главного окна. Поочерёдно воспользоваться функциями «Большие курсоры», «Малые курсоры» (рис.5).

1.1. Изучить технические данные измерителя нелинейных искажений С6-7. 1.2. Знать назначение органов управления измерителя. 1.3. Приобрести навыки работы с измерителем нелинейных искажений.

1. Цель работы.

2. Пояснения к работе. 2.1 Краткие теоретические сведения Нелинейные искажения возникают в цепях с нелинейной амплитудной характеристикой. При прохождении по таким цепям синусоидальные колебания теряют свою форму (искажаются) и в их спектре появляются высшие гармоники. Известны несколько количественных показателей уровня нелинейных искажений. Наибольшее распространение получил такой показатель, как коэффициент

40

25

нелинейных искажений, представляющий собой отношение действующего значения высших гармоник U2, U3, ... Un напряжения к действующему значению всего сигнала. Измерители такого коэффициента нелинейных искажений основаны на принципе подавления основной частоты. Полное подавление гармоники U1 будет при минимальном показании прибора.

2.2.

Рис.3

Перечень используемого оборудования. 2.2.1. Генератор Г3-102. 2.2.2. Измеритель нелинейных искажений С6-7.

3. Задание. 3.1. Ознакомиться с техническим описанием измерителя нелинейных искажений. 3.2. Изучить назначение органов управления измерителя. 3.3. Измерить коэффициент нелинейных искажений сигналов на выходе генератора. 3.4. Результаты измерений занести в таблицы. 3.5. По результатам измерений сделать вывод.

4. Работа в лаборатории. 4.1. Измерить коэффициент нелинейных искажений сигналов на выходе генератора для разных частот генератора. Схема измерения представлена на рис. 1

Рисунок 1. Схема измерения. Изменяя частоту на выходе генератора во всем диапазоне частот, измерить коэффициент нелинейных искажений. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.1.

26

Изменение чувствительности осциллографа осуществляется из пункта «Чувствительность», имеющего подпункт с указанием возможных параметров напряжения в диапазоне от 200,00 мВольт до 80,00 вольт. Поэкспериментировать со значениями и выставить наиболее оптимальный для работы параметр чувствительности осциллографа. Следует обратить внимание на изменение градуировки шкалы оси –Y и на возможность тонкой настройки чувствительности с помощью мыши, непосредственно на оси –Y. 4.1.10 Настройка развёртки. Путём экспериментального подбора найти наиболее подходящее для удобства работы число выборок. Изменение частоты выборок осуществляется и с помощью кнопки меню «Развёртка», расположенной в верхней части главного окна (рис 4).

39

Рис.1

Таблица 4.1.1. Результаты измерений. Частота сигнала на выходе генератора fг, кГц Кн.и.%

4.1.6

Запуск главного окна виртуального осциллографа осуществляется путём Нажатия кнопки «Scope». 4.1.4 Получить на экране главное окно осциллографа с уже отображённым и обработанным в режиме автонастройки сигналом (демоверсия) (рис.2) Рис.2

Кн.и. по ТУ

По ТУ для генератора ГЗ-102 коэффициент нелинейных искажений не превышает: 0,1% в диапазоне частот от 20 до 70 Гц; 0,05% в диапазоне от 70 до 200 Гц; 0,02% в диапазоне частот от 200Гц до 2 кГц; 0,05% в диапазоне от 2 до 20 кГц; Измерить коэффициент нелинейных искажений при различных напряжениях на выходе генератора при постоянной частоте. Результаты измерений занести в таблицу 4.2.1. Таблица 4.2.1. Результаты измерений. fг,

Напряжение на выходе генератора Uг,В

кГц Кн.и. %

5. Содержание отчета.

4.1.5 Настройка чувствительности. Поменять чувствительность осциллографа с помощью кнопки меню «Кн1», расположенной в верхней части главного окна (рис.3)

Отчет должен содержать: 5.1. Цель работы. 5.2. Задание. 5.3. Схему поведения измерений. 5.4. Перечень приборов и оборудования. 5.5. Таблицы измерений. 5.6. Ответы на контрольные вопросы:

38 27

- дать определение коэффициента нелинейных искажений; - сущность метода подавления основной частоты; - порядок измерения коэффициента нелинейных искажений.

Список литературы 1. 2. 3. 4.

Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. «Электрорадиоизмерения» М. «Радио связь» 1985г. Электрорадиоизмерения. Под редакцией А.С.Сигова М.; ФОРУМ ИНФРА – М, 2004 Измеритель нелинейных искажений С6-7. Техническое описание инструкция по эксплуатации. Генератор сигналов низкочастотный Г3-102. Техническое описание инструкция по эксплуатации.

и – и и

Практическая работа № 7. Измерение сопротивлений приборами различного типа. 1. Цель работы. 1.1. Изучить технические данные приборов для измерения сопротивлений. 1.2. Знать назначения органов управления измерителей сопротивления. 1.3. Приобрести навыки работы с измерителями сопротивлений.

2. Пояснения к работе.

состоит в представлении амплитуды каждого отсчёта в форме двоичного кодового слова с определённым количеством разрядов. Способ, используемый для выполнения такой оцифровки, и определяет возможности и сложность аналого – цифрового преобразователя. Handyprobe HP2 –одноканальный восьмиразрядный измерительный прибор с частотой дискретизации двадцать мегагерц, который подключается к персональному компьютеру без внешнего источника питания или батареи. Handyprobe HP2 снабжён необходимым программным обеспечением и может быть использован как сциллограф, анализатор спектра, цифровой вольтметр. Handyprobe HP2 является прибором, подключаемым по принципу «Plug ‘n’ play» , («Подключай и измеряй»), и не требует дополнительной установки кроме установки программного обеспечения.

2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Генератор сигналов универсальный 2.2.3 Аналого-цифровой преобразователь Handyprobe HP (производитель компанияTiePie engineering). 2.2.3 IBM PC совместимый компьютер с процессором не ниже 486DX266; операционная система Windows 9X ; не менее 8 Мбайт оперативной памяти; не менее 4 Мбайт свободного пространства на жестком диске; видеосистема, совместимая с VGA; указательное устройство типа мышь или другое, совместимое с Windows; порт USB, CD-ROM - накопитель. Программное обеспечение под Windows.

3. Задание 3.1 Изучить демонстрационную версию программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 3.3 Измерить параметры электрических сигналов с помощью аналогоцифрового преобразователя Handyprobe HP2

2.1. Краткие теоретические сведения. 4. Работа в лаборатории Величину активного сопротивления можно измерять различными методами: - методы, основанные на использовании одного универсального вольтметра; - логометрические методы; - мостовые методы (аналоговые и цифровые). 28

4.1 Изучение демонстрационной версии программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 4.1.1 Запуск демонстрационной версии программы Handyprobe HP2 demo v2.42. осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск». 4.1.2 Получить на экране монитора стартовое меню (рис.1) 37

Практическая работа № 9 Определение параметров электрических сигналов с помощью аналого-цифрового преобразователя Handyprobe HP2. 1. Цель работы. 1.1 Ознакомиться с демонстрационной версией программы Handyprobe HP2 demo v2.42. 1.2 Научиться измерять параметры электрических сигналов с помощью аналого-цифрового преобразователя Handyprobe HP2.

2. Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения В настоящее время сформировалось новое направление в метрологии и в электрорадиоизмерительной технике – компьютерно-измерительные системы (КИС), и их разновидность, или направление развития – виртуальные (виртуальный – кажущийся) измерительные приборы (проще, виртуальные приборы). Компьютерно – измерительная система обязательно включает в себя компьютер, работающий в режиме реального масштаба времени или в режиме on – line. Измерение физических параметров, таких как напряжение, ток, температура или давление , предполагает точную оценку аналоговых величин. Компьютер же работает исключительно с дискретными величинами.Следовательно процесс превращения ПК в виртуаль- ный измерительный прибор предполагает подключение аналого – цифрового преобразователя. Существует множество способов для преобразование аналогового сигнала – электрического напряжения или тока, изменяющегося плавно и непрерывно, - в поток цифровых данных, представляющий собой дискретную кодированную последовательность импульсов. На практике чаще всего используется аналого– цифровое преобразование с помощью импульсно-кодовой модуляции(ИКМ). В этом случае процесс начинается с представления непрерывного сигнала в виде последовательности отсчётов, которые берутся через определённый промежуток времени (иначе говоря, с определённой частотой дискретизации). Эту функцию выполняет схема, называемая устройством выборки – хранения. Запоминая мгновенное значение входного сигнала (чаще всего на конденсаторе), это устройство обеспечивает сохранение величины взятого отсчёта на время процесса оцифровки, который 36

В первом методе отклонение стрелки универсального вольтметра (В7-26) пропорционально измеряемому сопротивлению. Основными методами измерения сопротивления является мостовой метод. Если в одно плечо моста включить неизвестное сопротивление, то при равновесии моста (ток в индикаторной диагонали равен нулю) можно определить неизвестное сопротивление из условия: произведения сопротивлений противоположных плечей моста равны. Цифровые мосты постоянного или переменного тока основаны на преобразовании сопротивления в напряжение или частоту.

2.2. Перечень используемого оборудования. 2.2.1 Универсальный вольтметр В7-26. 2.2.2.Мост универсальный Е7-4. 2.2.3.Измеритель R,C,L цифровой Е7-8. 2.2.4.Магазин сопротивлений Р33.

3. Задание. 3.1. Ознакомиться с техническими описаниями приборов В7-26, Е7-4, Е7-8. 3.2. Изучить назначение органов управления. 3.3. Измерить 5-7 значений сопротивлений, установленных на магазине сопротивлений. 3.4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу. 3.5. По результатам измерений и вычислений сделать вывод.

4. Работа в лаборатории. 4.1.

Измерить сопротивления, установленные на магазине сопротивлений Р33 (5-7 различных сопротивлений) приборами В7-26, Е7-4, Е7-8.

29

Схема проведения измерений приведена на рис. 1.

Прибор В726

Магазин сопротивлений

Прибор Е7-4

Qкон – конечное значение рабочей шкалы, по которой производится отсчет добротности. Q – измеренное значение добротности

1. Содержание отчета Отчет должен содержать: 5.1 Цель работы. 5.2 Задание. 5.3 Основные характеристики прибора и его электрическая схема 5.4 Таблица измерений 5.5 Ответы на контрольные вопросы: 1. Что называется добротностью катушки индуктивности? 2. Что называется добротностью колебательного контура? 3. На каком методе измерения основан принцип действия измерителя добротности? 5.6 Выводы по работе

Список литературы

Прибор Е7-8

1. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. – Электрорадиоизмерения. М., Радио и связь, 1985. 2. Электрорадиоизмерения. Под редакцией А.С.Сигова М.; ФОРУМ – ИНФРА – М, 2004 3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации прибора ВМ-560.

Рисунок 1. Схема проведения измерений. Результаты измерений и расчетов внести в таблицу 4.1.1. Таблица 4.1.1. Результаты измерений и расчетов. № п/п

Rуст, кОм

Rизм, кОм В7-26

γ В7-26

Rизм, кОм Е7-4

γ% Е7-8

Rизм, кОм Е7-8

γ% Е7-8

1 2 3 4 5 6 7 30

35

5.2. Подключить измеряемый объект (например, катушку индуктивности) к клеммам «Lx»; Поставьте переключатель «ПРЕДЕЛЫ Q» в положение, соответствующее предполагаемому значению добротности измеряемого объекта; Настройте контур в резонанс. Грубая настройка в резонанс осуществляется нажатием кнопки включения электрического привода ручки измерительного конденсатора. Точная настройка производится ручкой «ЕМКОСТЬ pF». Момент настройки измеряемого объекта в резонанс соответствует максимальному показанию стрелки измерительного прибора. Если стрелка измерительного прибора находится в пределе 1/3 шкалы, то перейдите на более чувствительную шкалу переключателя «ПРЕДЕЛЫ Q». Отсчитайте добротность Q по шкале измерительного прибора. Результаты измерений внести в таблицу 4.1.

γ=((Rуст – Rизм)/Rуст)*100% где: γ- относительная действительная погрешность; Rуст – установленная на магазине сопротивлений сопротивления; Rизм – измеренное значение сопротивления.

5.Содержание отчета. Отчет должен содержать: 5.1. Цель работы. 5.2. Задание. 5.3. Схема проведения измерений. 5.4. Перечень приборов и оборудования. 5.5. Таблицы измерений и результатов расчетов. 5.6. Ответы на контрольные вопросы:

Таблица 4.1 № катушки

величина

f0 частота генератора

С0 емкость образцового конденсатора

QL добротность катушки

δ

- методы измерения сопротивлений; - условие равновесия моста постоянного тока; - оцените измерительные приборы, используемые сопротивлений с точки зрения погрешности измерения.

для

измерения

Список литературы Погрешность измерения добротности определяется в зависимости от частоты измерения по таблице 4.2 Таблица 4.2 Пределы измеряемой добротности

Частота измерения (МГц) от 0,05 до 25

Свыше 25 до 35

5-30

± (3+Qкон)/Q %

± (6+Qкон)/Q %

30-100

± (3+Qкон)/Q %

± (6+Qкон)/Q %

100-300

± (3+Qкон)/Q %

± (6+Qкон)/Q %

300-1000

± (3+Qкон)/Q %

± (6+Qкон)/Q % 34

1. 2. 3. 4.

Метрология и электрорадиоизмерения. Под ред. В.И. Нефедова. – М.: «Высшая школа», 2001 Универсальный вольтметр В7-26.Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Мост универсальный Е7-4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Измеритель R,C,L цифровой Е7-8. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

31

Практическая работа № 8 Измерение добротности катушки резонансным методом. 2. Цель работы. 2.1 Изучить функциональную схему измерителя добротности ВМ-560 2.2 Знать назначение органов управления измерителя добротности ВМ-560 2.3 Приобрести навыки работы с прибором

3. Пояснения к работе 3.1 Краткие теоретические сведения Добротностью катушки называется отношение ее индуктивного сопротивления на данной частоте к ее активному сопротивлению на той же частоте: QL = wL/R Величина добротности колебательного контура определяется по формуле: Q = wL/R = 1/wCR Добротность контура – параметр, характеризующий его резонансные свойства. Чем выше добротность контура, тем острее его резонансная кривая, тем выше его селективные (избирательные) свойства и тем уже полоса пропускания частотного спектра сложного сигнала. На практике удобно производить измерения добротности контура или катушки индуктивности при помощи специального прибора, называемого куметром. На рисунке приведена упрощенная схема куметра, поясняющая принцип его работы.

Схема куметра содержит 3 основных компонента: генератор высокой частоты, измерительный контур и индикатор резонанса. Исследуемая катушка индуктивности Lx, Rx включается в измерительный контур последовательно с опорным конденсатором переменной емкости С0. От ГВЧ в контур вводится опорное напряжение U1 требуемой высокой частоты. Возникающий в контуре ток создает ток падения напряжения Uc на конденсаторе C0, которое измеряется высокочастотным вольтметром pV2. Входное сопротивление pV2 в пределах рабочих частот куметра должно быть очень велико. Изменением емкости конденсатора C0 измерительный контур настраивается в резонанс с частотой генератора f по максимальным показаниям вольтметра pV2. При резонансе в контуре будет протекать ток Ip=U1/Rx, создающий на конденсаторе падение напряжения Uc=Ip/wC0=U1/wC0Rx Учитывая, что при резонансе wLx=1/WC0, получим Uc=U1wLx/Rx=U1Q Т. к. Uc=U2, то показания вольтметра pV2 пропорциональны величине добротности катушки. При фиксированном U1 (которое контролирует по шкале прибора) шкалу вольтметра pV2 можно линейно градуировать в значениях добротности Q.

3.2 Перечень используемого оборудования 3.2.1 3.2.2

Измеритель добротности ВМ-560 Комплект катушек индуктивности

4. Задание 2.1. Изучить основные методы измерения добротности. 2.2. Изучить основные технические данные прибора. 2.3. Изучить принцип работы прибора и инструкцию по его эксплуатации. 2.4. Измерить добротность катушек индуктивности. 2.5. Определить погрешность измерения. 2.6. Сделать выводы по работе.

5. Работа в лаборатории 5.1 32

Произведите калибровку прибора, пользуясь техническим описанием прибора; 33