Измерение параметров периодической последовательности импульсных сигналов

Состав оборудования: осциллограф, генератор Г5-54, 2 кабеля.

Не включая генератор, установить на нем параметры импульсного сигнала, рассчитав их по формулам: длительность импульса τ_u = (2·№_бр + 2) мкс, время задержки t_з = (0,1·№_бр + 1) мкс, частота генератора , выбрав период повторения импульсов Т =(3….4) τ_u.

Включить генератор, установить амплитуду выходного сигнала U_m = (0,2·№_бр + 2) В и положительную полярность. Выходной сигнал 2-го канала генератора подать на «вход Y» осциллографа. Установить переключатель П2 в положение «Внутр.», переключатель П4 в положение «+», переключатель П1 в положение «~», переключатель «Вольт/дел.» в положение, при котором изображение по вертикали будет на весь экран. Ручками «Уровень» и «Стабильность» добиться устойчивого изображения на экране. Изменяя положение переключателя «Время/дел.» и регулировки «Уровень», получить на экране изображение фронта сигнала (рис. 1.18 а). Выполнить измерение фронта .

Поставить переключатель П4 в положение «-» и изменяя «Уровень» получить изображение заднего фронта сигнала (рис. 1.18 б). Выполнить измерение длительности фронта .

Поставить переключатель П4 в положение «+», изменяя «Уровень» и положение переключателя «Время/дел.», получить изображение импульса (рис. 1.18 в). Измерить амплитуду импульса U_m и длительность .

Изменить положение переключателя «Время/дел.» так, чтобы на экране получить изображение одного периода колебаний (рис. 1.18 г). Измерить период T и определить частоту f. Измерить постоянную составляющую U₀. Для этого переключатель П1 поставить в положение «~». Смещение сигнала на экране при переключении П1 из положения «~» в положение «~» определяет значение U₀. Для получения больших значений l_x (рис. 1.18 д) необходимо уменьшить значение К_у переключателем «Вольт/дел.».

При измерении времени задержки t_з переключатель П2 поставить в положение «Внешн.». Выходной сигнал 1-го канала (канал синхроимпульсов) генератора Г5-54 подать на вход осциллографа в гнездо «Внешн.». Переключатель П4 поставить в положение «+». Вращением ручки «Уровень» добиться появления на экране линии развертки. (При снятии сигнала внешней синхронизации изображение линии развертки должно пропадать).

Сигнал 2-го канала генератора (исследуемый импульсный сигнал) подать на «Вход Y». Переключатель «Время/дел.» установить в такое положение, чтобы на экране получить изображение (рис. 1.18 е).

Измерить время задержки τ_з сигнала второго канала генератора по отношению к сигналу 1-го канала генератора.

 

Рисунок 1.18 – Изображения осциллограмм при измерении параметров периодического импульсного сигнала

По результатам выполнения лабораторной работы студент оформляет протокол, содержащий рисунки осциллограмм, по которым проводились измерения, результаты измерений с указанием измеренных параметров на осциллограммах, положение переключателей при снятии каждой осциллограммы (режим синхронизации, полярность синхронизации, вход открыт или закрыт, значения К_у и К_х),а также схематическое изображение передней панели управления с указанием органов управления осциллографом.

Студент должен знать функциональную и метрологическую схему осциллографа, назначение органов регулировки и управления, уметь выбрать необходимый режим работы и практически проводить измерения амплитудных и временных параметров сигналов.

1.7. Содержание отчета:

1. Цель работы.

2. Схема измерения.

3. Таблицы и графики результатов измерения.

4. Результаты обработки эксперимента.

5. Выводы и замечания по работе.

1.8. Контрольные вопросы:

1. Какие основные физические процессы используются в работе электронно-лучевой трубки?

2. Как определяется чувствительность отклоняющих пластин?

3. Принцип формирования осциллограмм в осциллографической трубке.

4. От чего зависит яркость изображения?

5. Перечислите параметры гармонического и импульсного сигналов.

6. В чем суть калибровки каналов осциллографа?

7. Зачем нужна и как осуществляется внутренняя (внешняя) синхронизация?

8. Какие метрологические преобразования осуществляются в осциллографе по каналам вертикального и горизонтального отклонения?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2
ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СИЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Цель работы: ознакомиться с измерительными приборами, изучить методику измерений постоянных напряжений и токов, определения погрешностей и обработки результатов эксперимента.

Теоретические сведения

Виды измерительных приборов

Измерительные приборы разнообразны по назначению, принципу действия, метрологическим и эксплуатационным характеристикам. По форме представления измерительной информации их подразделяют на аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы бывают электромеханическими и электронными. Электромеханический прибор состоит из измерительной цепи 1, измерительного механизма 2 и отсчетного устройства 3. Измерительная цепь 1 служит для преобразования измеряемой физической величины Х (напряжения, силы тока, мощности и т.п.) в некоторую промежуточную электрическую величину Х ₁ (ток или напряжение), функционально связанную с величиной Х и непосредственно воздействующую на измерительный механизм 2 (делитель напряжения, шунт). Отсчетное устройство 3 содержит шкалу с делениями и указатель (механический – стрелка или световой – пятно). Обобщенная структурная схема такого прибора показана на рис. 2.1.

 

 

 

Рисунок 2.1 – Структурная схема электромеханического прибора

В целях повышения чувствительности прибора, расширения диапазона измерений величин в сторону малых значений измерительная цепь содержит электронные узлы. Такие приборы, в отличие от обычных аналоговых приборов прямого преобразования, называют электронными.

Цифровым называется прибор, у которого выходной сигнал является цифровым, т.е. содержит информацию о значении измеряемой величины, закодированную в цифровом коде. Структура цифрового прибора во входной части подобна структуре электронного аналогового прибора. Необходимым элементом каждого цифрового измерительного прибора является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП – это измерительное устройство, которое осуществляет автоматическое преобразование размера выходной величины (преимущественно напряжения) входного преобразователя в её цифровое (численное) значение. На выходе цифрового прибора используется цифровое отсчетное устройство, с помощью которого через дешифратор результат измерения представляется в виде цифр и других знаков.

При измерении часто используются приборы, называемые мультиметрами, предназначенные для измерений в различных диапазонах нескольких электрических величин: постоянных и переменных тока и напряжения, электрического сопротивления и т.д.

Вольтметры

Аналоговые вольтметры постоянного и переменного периодического напряжения строят на базе измерительных механизмов различных типов. Измерительный механизм (ИМ) имеет следующие характеристики: R_м – сопротивление механизма, І_м – ток полного отклонения механизма и следовательно, напряжение полного отклонения стрелки механизма.

.

Если измеряемое постоянное напряжение превышает U_м (U_x>U_м), то включают масштабный преобразователь (делитель) измеряемого напряжения (рис. 2.2). Тогда конечное значение шкалы вольтметра будет U_к = U_{м ∙}К_мп.

Недостатками вольтметра постоянного напряжения будут малое сопротивление между зажимами вольтметра R_v и недостаточная чувствительность.

 

Рис. 2.2 – Электромеханический вольтметр постоянного напряжения

Электронный аналоговый вольтметр имеет большее R_v и большую чувствительность за счет включения электронного масштабного преобразователя с К_мп ≥ 1 (рис. 2.3).

 

 

 

 

Рисунок 2.3 – Электронный вольтметр постоянного напряжения

Амперметры

Электрический ток в цепи может быть измерен прямыми или косвенными методами. При прямом измерении постоянного тока используется измерительный механизм, имеющий ток полного отклонения I_м и сопротивление R_м. Расширение шкалы (рис. 2.4) до значения I_х производится за счет включения шунта, сопротивление которого выбирают из условия:

 

.

Рисунок 2.4 – Расширение шкалы амперметра

При косвенном методе измерения значение тока с помощью измерительного преобразователя преобразуют в другую физическую величину, значение которой измеряют. Так, при преобразовании значения измеряемого тока в напряжение используют вольтметр, шкала которого градуируется в единицах тока.

 

При R_ш << R_v измеряемое

значение тока определится

.

Рисунок 2.5 – Косвенное измерение тока

Виды измерений

Измерение тока и напряжения в электрической цепи проводят в диапазоне частот от 0 Гц до 1 ГГц. На более высоких частотах эти величины теряют свою однозначность в линии передачи и в её поперечном сечении. По этим причинам на сверхвысоких частотах предпочитают измерять мощность, а не ток и напряжение.

С точки зрения получения значения измеряемой величины по результатам первичных измерений различают прямые и непрямые (косвенные) измерения.

Прямое измерение – это измерение, при котором значение величины Х получают непосредственно по показанию соответствующего прибора Х _п без дополнительных расчетов Х = Х _п.

Примеры прямых измерений: измерение силы тока – амперметром, напряжения – вольтметром и т.д. При непрямом (косвенном) методе измерения величину Х определяют по результатам прямых измерений величин у ₁, у ₂, … у _п, которые связаны с нею определенной функциональной зависимостью

Х = f (у ₁, у ₂ ,… у _п).