Ю.Р. Никитин

Методические указания к лабораторной работе № 4

"Осциллографы"

по дисциплине

«Электро-радиоизмерения в мехатронике»

Ижевск 2013

1 Теоретические сведения

Ознакомьтесь с работой осциллографа, подав на него от имеющегося генератора синусоидальные колебания с частотой 1000 Гц (1 кГц, 1000 цикл/с) и рассмотрев их на экране осциллографа. Изучите работа развертки осциллографа и схемы запуска. Настройте генератор на выдачу прямоугольных импульсов и используйте осциллограф для измерения "времени нарастания". Что приходит на осциллограф с разъема генератора ВНЕШНЯЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ? Что можно сказать о ручке КАЛИБРАТОР на осциллографе? Дайте сигналу "сдвиг", если это позволяет ваш функциональный генератор, и посмотрите на действие переключателя ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК / ПОСТОЯННЫЙ ТОК, расположенного около входа осциллографа. Попробуйте рассмотреть, например, импульсы длительностью 1 мкс при частоте 10 кГц. Установите генератор на какую-нибудь среднюю частоту его диапазона, а потом попробуйте провести точное измерения частоты с помощью осциллографа.

1.1 Описание цифрового генератора сигналов PCG10/8016

Цифровой генератор сигналов представляет собой источник электрических колебаний.

Основные технические характеристики цифрового генератора сигналов:

- диапазон частот в пределах от 0,01 Гц до 1 МГц;

- максимальное выходное напряжение 10 В;

- форма выходного сигнала: синусоидальная, прямоугольная, треугольная и задаваемая билиотекой функций.

1.2 Описание цифрового осциллографа PCS500

Цифровой осциллограф является универсальным измерительным прибором широкого назначения, в том числе для исследования электрических процессов. Его можно использовать для измерения напряжения, частоты, фазового сдвига, временных интервалов.

Основные технические характеристики цифрового осциллографа:

- двухлучевой, 2 канала: CH1, CH2;

- диапазон частот в пределах до 50 МГц.

Для работы цифрового генератора сигналов PCG10/8016 и цифрового осциллографа PCS500 необходимо запустить программу Pc-Lab 2000.

Для работы с цифровым генератором сигналов необходимо нажать на кнопку Function Generator с помощью мыши. Затем выбрать форму сигнала, его частоту, амплитуду и смещение относительно нуля. Есть возможность задавать сигналы любой формы с помощью библиотеки специальных функций.

Для работы с цифровым осциллографом необходимо нажать на кнопку Oscilloscope с помощью мыши. Затем выбрать канал CH1, CH2, начать измерения, нажав кнопку Trigger OFF, RUN. Для выбора автоматического режима определения чувствительности и временной развертки необходимо нажать кнопку AVTOSET. Есть возможность ручной настройки чувствительности и временной развертки с помощью кнопок Volts/Div, Time/Div.

1.3 Описание фильтров низких и высоких частот на базе RC-цепей

Для исследования с помощью осциллографа АЧХ фильтров низких и высоких частот на базе RC-цепей нужно помнить, что сопротивление конденсатора переменному току определяется как отношение напряжения к току и выражается в омах (Ом). Оно обратно пропорционально емкости и частоте переменного тока.

,

где X_С – сопротивление, Ом; ¦ – частота, Гц; C – емкость, Ф.

а) б)

Рисунок 1 – Зависимость сопротивления от частоты (а);
фазовый сдвиг напряжения и тока в идеальном конденсаторе (б)

На рисунке 2 показана сглаживающая RC- цепочка, которая при определенных условиях может выполнять роль интегрирующего звена. На рисунке 3 приведена RC- цепь, которая в зависимости от своих параметров может выполнять функции разделительного звена, укорачивающей или дифференцирующей цепочки.

Эффективность рассматриваемых цепочек зависит от соотношения между постоянной времени t = RC и периодом входного сигнала t.

Рисунок 2 – Интегрирующая RC- цепь Рисунок 3 – Дифференцирующая RC- цепь

Рисунок 4 – Форма импульсов напряжения (для рисунка 2)

Рисунок 5 – Форма импульсов напряжения (для рисунка 3)

Например, функция интегрирования выполняется тем лучше, чем сильнее выражено неравенство t >> t. При этом автоматически выполняется соотношение U _ВЫХ << U _ВХ.. Функция дифференцирования цепочкой, показанной на рис. 6, выполняется тем лучше, чем сильнее выражено неравенство t << t. При этом опять U _ВЫХ << U _ВХ. На рисунке 5 нужно обратить внимание на положение нулевой линии на кривых выходного сигнала U _ВЫХ, который является чисто переменной величиной, так как конденсатор C постоянную составляющую напряжения не пропускает.

2 Ход работы

2.1 Спаять фильтр низких частот.

2.2 Подать на вход фильтра низких частот (ФНЧ) переменное напряжение (синусоидальное) амплитудой 10 В, изменяя частоту от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.3 Измерить напряжение с помощью осциллографа и сохранить его как копию экрана или сфотографировать изображение сигнала на выходе фильтра низких частот при изменении частоты от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.4 Построить амплитудно-частотную характеристику фильтра низких частот.

2.1 Спаять фильтр высоких частот.

2.2 Подать на вход фильтра высоких частот (ФВЧ) переменное напряжение (синусоидальное) амплитудой 10 В, изменяя частоту от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.3 Измерить напряжение на выходе фильтра высоких частот при изменении частоты от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.4 Построить амплитудно-частотную характеристику фильтра высоких частот.

2.1 Спаять интегрирующую цепь.

2.2 Подать на вход интегрирующей цепи (ИЦ) импульсы тока амплитудой 10 В, частотой от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.3 Измерить напряжение на выходе ИЦ при изменении частоты от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.4 Построить амплитудно-частотную характеристику ИЦ.

2.1 Спаять дифференцирующую цепь.

2.2 Подать на вход дифференцирующей цепи (ДЦ) импульсы тока амплитудой 10 В, частотой от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.3 Измерить напряжение на выходе ДЦ при изменении частоты от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе.

2.4 Построить амплитудно-частотную характеристику ДЦ.

3 Требования к отчету:

- титульный лист;

- цель работы;

- схемы и графики измерений напряжений на входе и выходе фильтров низких и высоких частот, интегрирующей и дифференцирующей цепей, оформленные в соответствии с ЕСКД;

- выводы.

4 Контрольные вопросы

1. Осциллограф с электронно-лучевой трубкой.

2. Цифровой осциллограф.

3. Фильтр низких частот на базе RC-цепей

4. Фильтр высоких частот на базе RC-цепей

5. Интегрирующая RC-цепь

6. Дифференцирующая RC-цепь

Литература

1. Боридько С.И. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах. (Гриф УМО МО РФ).– М.: Горячая линия – Телеком, 2007. ISBN 5-93517-338-7.

2. Дивин А.Г. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: учебное пособие [Электронный ресурс]. В 5 ч. / А.Г. Дивин, С.В. Пономарев. - Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. - Ч. 1. - 104 с. ISBN/ISSN:978-5-8265-0987-6. // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL:http://window.edu.ru/resource/460/76460/files/divin1-a.pdf (дата обращения: 23.09.2013).

3. Зайдель А.Н. Ошибки измерения физических величин. 3-е изд.,стер. – М.: Лань, 2009. – 112 с. ISBN 978-5-8114-0643-2.

4. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. – 671 с.

5. Муханин Л.Г. Схемотехника измерительных устройств. 2-е изд.,стер. – СПб.: Лань, 2011. – 272 с. ISBN 978-5-8114-0843-6.

6. Никифоров А.Д., Бакиев Т.А. Метрология, стандартизация и сертификация: Учеб. пособие. – 2-е изд. испр. – М.: Высш. шк., 2010. – 432 с.

7. Радкевич Я.М. Метрология, стандартизация, сертификация: Учеб. пособие для вузов /Я.М. Радкевич, А.Г. Схиртладзе, Б.И. Лактионов. – М.: Высш. шк., 2010. – 792 с.

8. Резистор [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт]. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Резистор (дата обращения: 03.09.13).

9. Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация, сертификация: Учеб. пособие. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Логос, 2010. – 560 с.

10. Ткалич В.Л., Лабковская Р.Я. Обработка результатов технических измерений: Учебное пособие [Электронный ресурс]. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011. - 72 с. // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL:http://window.edu.ru/resource/243/73243/files/itmo527.pdf (дата обращения: 23.09.2013).

11. Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов схем [Электронный ресурс] // Паяльник: [сайт]. URL: http://cxem.net/beginner/beginner9.php (дата обращения: 03.09.13).

12. Условные графические обозначения элементов электрических схем [Электронный ресурс] // [сайт]. URL: http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/NACHGEOM/ING_GRAF/METOD/U_POS/frame/2.htm#_Toc297196899 (дата обращения: 03.09.13).