Измерения формы и спектра сигнала

Задача 3.1 Импульсный сигнал прямоугольной формы имеет параметры: U_m=100 мВ, длительность импульса t= 12 мкс, частоту следования F=10 кГц.

Определите необходимые характеристики осциллографа: коэффициент отклонения К_y, коэффициент развертки К _х для наблюдения изображения импульса с размерами 2 см по осям Х и Y, минимальную частоту развертки F _p, минимальное время развертки t _р.

 

Задача 3.2 У ниверсальныйосциллограф подгруппы С1 имеет коэффициент отклонения К_у =25 мВ/cм, коэффициент развертки К_х =5 мкс/cм, частоту развертки F_р=15 кГц, время развертки t_р=10 мкс.

Нарисуйте наблюдаемое изображение сигнала в виде квазипрямоуголь­ного импульса с параметрами: U_m=75мВ, частотой следования F=25 кГц, длительностью импульса t=20 мкс, длительностью фронтов t_ф=2.5 мкс (влиянием частотной полосы осциллографа можно пренебречь).

 

Задача 3.3 Осциллограф имеет следующие режимы работы:

1. Внешнюю и внутреннюю линейную развертки с периодом развертки Т_р, временем развертки t_р.

2. Внешнюю и внутреннюю синхронизации.

3. Коэффициент отклонения К_у от 0.5 до 0.005 В/cм.

4. Коэффициент развертки К_р от0.01 до 10 мкс/см.

5. Открытый и закрытый вход.

Укажите, какие режимы работы из указанных, надо установить для наблюдения следующих параметров сигнала:

1. Максимального значения напряжения U_m=0.1 В.

2. Периода сигнала Т =10мкс,

3. Длительности импульса t =0.5мкс,

4 Длительности переднего фронта импульса t_ф = 0.05мкс.

(Размеры наблюдаемых величин по осям Х и Y должны быть 2 см.)

 

Задача 3.4 Покажите графически к какому искажению изображения сигнала U(t)=U_msin(wt) приведут следующие дефекты осциллографа:

1. Нелинейность развертки, при которой скорость ее в первой половине сигнала больше,чем во второй.

2. Коэффициент отклонения К_у зависит от величины U, в частности при

U<-0.7 U_m он составляет 0 от номинального значения.

3. Период непрерывной развертки Т_р=1.1 ×2p/w (показать на примере двух импульсов развертки).

 

Задача 3.5а Универсальный осциллограф имеет полосу пропускания частот канала Y П от 50 Гц до 50 МГц, период непрерывной развертки 2мкс. Оцените с какими абсолютной D и относительной d погрешностями будут наблюдаться длительности переднего и заднего фронтов импулса,если истинное значение их t=0.01мкс.

Задача 3.5б Решить задачу 3.5а со следующими данными: П от 20Гц.

до 100 МГц, t=0.005мкс.

Задача 3.5в Решить задачу 3.5а со следующими данными: П от 50Гц.

до 10 МГц, t=0.01мкс.

 

Задача 3.6а Какой минимальной верхней частотой F _min полосы пропускания канала Y должен обладать осциллограф для измерения дли- тельности фронта импульса прядка t­_ф=0.005 мкс с погрешностью d £ 2%?

Задача 3.6б Решить задачу 3.6а с t­_ф = 0.002 мкс.

Задача 3.6в Решить задачу 3.6а с t­_ф = 0.01 мкс.

 

Задача 3.7 Осциллограф работает в режиме развертки луча внешним сигналом синусоидальной формы с частотой 5 кГц. при равенстве коэффициентов отклонения и развертки.

Какая фигура будет наблюдаться на экране, если на вход подать гармонический сигнал с частотой 10 кГц?

 

Задача 3.8 Имеются три импульсных сигнала с параметрами:

1. Максимальное значение напряжения U_m=5мВ, частота следования

импульсов F =0.1Гц, длительность импульса t =10 мс.

2. U_m =5мкВ, F =10 МГц,t =0.5 нс.

3. U_m =5мВ, F =50 МГц,t =1.5 мкс.

Укажите, каким видом осциллографа из: С1, С7, С8 следует наблюдать каждый из указанных сигналов.

 

Задача 3.9 За счет чего при стробоскопическом методе осциллографирования быстро протекающего процесса решаются следующие задачи: 1-снижние требуемой скорости развертки, 2- сокращение требуемой реальной частотной полосы канала Y?

 

Задача 3.10 Выполнение какого условия обеспечивает цепь синхронизации осциллографа? Что произойдет, если будет нарушена ее робота? Для какой цели служит линия задержки в канале Y? Покажите изображение импульсного сигнала с ней и без нее.

 

Задача 3.11 Автоматический измеритель амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) цепей имеет следующие основные блоки: 1-генератор линейно нарастающего напряжения, 2- генератор качающейся частоты f_г(t), 3- детектор, 4,5 усилители каналов Y и Х осциллографической части прибора.

Составьте структурную схему прибора с включенным исследуемым полосовым фильтром.

Изобразите сигнал генератора качающейся частоты в виде U­_г(t), этот же сигнал после фильтра, после детектора и его изображение на экране.

Укажите к каким искажениям изображения АЧХ может привести недостаточно высокая верхняя граница частотной полосы усилителя канала Y.

 

Задача 3.12 Требуется с помощью анализатора спектра (АС) наблюдать спектр амплитудно-модулированого сигнала

U(t)=U₀ cos2pft +U₁cos2p(f-F)t+ U₁cos2p(f+F)t, где f=10 MГц,F=10 кГц.

Нарисовать структурную схему гетеродинного АС с одним преобразованием частоты, кратко пояснить принцип работы.

Рассчитать необходимые характеристики АС: минимально допустимую частоту усилителя промежуточной частоты (УПЧ)- f_пр, минимальную девиацию частоты гетеродина ±d(f_г), центральную частоту гетеродина f_г , требование к частотной полосе УПЧ П.

 

Задача 3.13 Выполнить задания задачи 3.12 для частотно-модулиро-модулированного сигнала U(t)=Ucos[2pf+d(f)cos2pFt]t, где f=3 ГГц, F=10 МГц, d(f)=25 МГц. Требуется наблюдать по две гармоники в обе стороны от f.

 

Задача 3.14 Выполнить задания задачи 3.12 для импульсно-модулированного сигнала с параметрами: частотой заполнения f=1ГГц, частотой следования импульсов F=100кГц, длительностью импульсов t=1мкс.

Требуется наблюдать гармоники в трех лепестках спектра по обе стороны от f.

 

Задача 3.15 Гетеродинным анализатором спектра измеряется

коэффициент гармоник квази гармонического сигнала частотой f=150кГц.

Выполнить задания задачи 3.12 при условии, что требуется учесть 6 низших гармоник.

 

Задача 3.16 Гетеродинный анализатор спектра работает режиме:

средняя частота гетеродина 2 МГц,частотная полоса обзора ±1 МГц, время анализа (развертки) 0.1с,частотная полоса усилителя промежуточной частоты П=±5 кГц,.

Наблюдается спектр видео импульса с длительностью импульса t=1мкс,частотой F=1 кГц.

Изобразите наблюдаемую на экране часть спектра, укажите количество линий в ней, чем отличается она от действительной?

 

Задача 3.17 Гетеродинным анализатором спектра наблюдается спектр АМ сигнала

U(t)=U₀ cos2pft +U₁cos2p(f-F)t+ U₁cos2p(f+F)t, где f=1 MГц, F=20 кГц.

Какое изображение будет наблюдаться на экране АС, если не

выполнено требование на f_пр – промежуточную частоту УПЧ, в частности f_пр =15 кГц, при девиации частоты гетеродина d(f_г)=20 кГц, средней частоте f_г =985 кГц?

 

Задача 3.18 Гетеродинным анализатором спектра наблюдается

радиоимпульсы с параметрами: частотой заполнения f=10 ГГц, частотой следования импульсов F=20 кГц, длительностью импульсов t=1мкс.

Изобразите графически, что будет наблюдаться на экране АС, если

он имеет: промежуточную частоту УПЧ f_пр=30 МГц,частотную полосу УПЧ П=±5 кГц, девиацию частоты гетеродина d(f_г)= ±3 МГц, время анализа Т_р=0.1с.

Задача 3.19 Решить задачу 3.17, если F=1 кГц.

 

Задача 3.20 Решить задачу 3.17, если f_пр =5 МГц.

 

Задача 3.21 Разрешающая способность гетеродинного анализатора спектра (АС) зависит от частотной полосы УПЧ – П, девиации частоты гетеродина - F_д и времени развертки (анализа) - Т_р.

Поясните влияние этих характеристик на разрешающую способность АС.

 

Задача 3.22 Чем отличаются требования к частотной полосе П канала Y осциллографа и гетеродинного АС при наблюдении соответственно формы и частотного спектра сигнала в виде радиоимпульса с f=10 МГц, t =0.5мкс, F=10 кГц?

 

Задача 3.23 Какое физическое явление используется в дисперсионном АС, в чем преимущества и недостатки таких АС по сравнению с гетеродинными?

 

Задача 3.24 Какой специализированный прибор предназначен для измерения параметров АМ сигналов? Приведите его структурную схему, поясните назначения ее элементов.

 

Задача 3.25 Какой специализированный прибор предназначен для измерения коэффициента нелинейных искажений реальных синусоидальных сигналов. Приведите структурную схему прибора, поясните функциональное назначение его блоков.

 

Задача 3.26 Параметры какого сигнала измеряются девиометром? Приведите функциональную схему прибора с частотным детектором, поясните его работу.