- •Методические указания
- •Порядок выполнения работы
- •1. Измерение индуктивности катушки резонансным методом
- •1.1 Измерение индуктивности катушки без учета собственной емкости Ск
- •1.2 Измерение индуктивности катушки с учетом собственной емкости Ск
- •Порядок выполнения работы
- •2. Определение амплитудной погрешности генератора г3-102 в заданном диапазоне частот
- •Где: u1–напряжение на частоте 1кГц,
- •3. Проверка коэффициента деления «к» выходного аттенюатора генератора
- •1.1 Проверка плавного делителя напряжения.
- •4. Определение амплитудной погрешности генератора г3-102 в заданном диапазоне частот
- •Где: u1–напряжение на частоте 1кГц,
- •5. Проверка коэффициента деления «к» выходного аттенюатора
- •Рассчитать действительные значение коэффициентов деления Кд по формуле:
- •Методические указания
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Порядок выполнения работы
1. Измерение индуктивности катушки резонансным методом
1.1 Измерение индуктивности катушки без учета собственной емкости Ск
Включить прибор в сеть и прогреть его в течение 5-10 минут. Изучить назначение органов управления прибором, вынесенных на его переднюю панель (ручки переключения частотных диапазонов, плавной перестройки частоты внутри диапазона, режимов: установки нуля индикаторов, калибровки, измерения, перестройки емкости «С» эталонного конденсатора, индикаторов добротности «Q», уровня входной мощности и др.) и расположение клемм подключения конденсаторов «Сх» и катушек «Lх».
Перед измерениями прибор откалибровать, для чего:
- в режиме «УСТ. НУЛЯ» ручками «НУЛЬ Q» и «НУЛЬ УРОВНЯ» выставить нули на шкалах стрелочных приборов;
- в режиме «КАЛИБРОВКА» ручкой «УРОВЕНЬ» выставить стрелку прибора «УРОВЕНЬ» на красную риску шкалы;
- перевести прибор в режим «ИЗМЕРЕНИЕ».
Подключить катушку к соответствующим клеммам прибора. По табличке на его передней панели найти значение резонансной частоты fрез1, входящей в рабочий диапазон частот катушки, и установить её. Перестраивая емкость эталонного конденсатора Сэ, настроить контур в резонанс по максимальному отклонению стрелки индикатора добротности «Q». Считать значение индуктивности по шкале «L», находящейся на одном лимбе со шкалой «Сэ» и располагающейся ниже. Считанное со шкалы значение «L» умножить на коэффициент из таблички частот на приборе. Занести в таблицу 1 полученные значения fрез1, Сэ1, L1.
Полученное значение L1 индуктивности катушки несет в себе методическую погрешность, т.к. при измерениях не была учтена собственная емкость катушки Ск.
1.2 Измерение индуктивности катушки с учетом собственной емкости Ск
Предварительно необходимо измерить собственную емкость катушки Ск, например, методом изменения в «К» раз значения резонансной частоты: fрез2 = Кfрез1.
Взяв определенное значение К (например, К=1,41), установить на приборе частоту fрез2 = Кfрез1. Перестраивая емкость эталонного конденсатора куметра, настроить контур в резонанс на частоте fрез2. Зафиксировать новое значение емкости эталонного конденсатора Сэ2. Собственная емкость катушки вычисляется по формуле:
Ск = (Сэ1 – К 2Сэ2) / (К2 – 1)
Индуктивность катушки L0 с учетом её собственной емкости Ск будет равна:
L0= 1 /4π2 fрез12(Сэ1+Ск).
Относительная погрешность измерения индуктивности за счет собственной емкости катушки Ск, рассчитывается по формуле:
δ (%)= 100 (L1 – L0) / L0.
Занести в таблицу 1 результаты измерений fрез2, L0, Ск.
Таблица 1
Час-тота, f |
Емкость этал. конд. Сэ пФ |
Собств. емк. Ск пФ |
Добротность Q |
Индукт. L (мкГн) |
Погрешн. γ (%) |
|
без учета Ск |
с учетом Ск |
|||||
fрез1 |
|
|
|
|
|
|
fрез2 |
|
|
|
|
|
|
2. Измерение добротности катушки.
Ручкой «Уст.уровня» установить стрелку прибора «Уровень» на красную риску, что фиксирует величину напряжения генератора (Uг = const), подаваемого на контур.
С помощью эталонного конденсатор настроить контур в резонанс на частоте fрез1 в соответствии с п.1.1. Произвести отсчет добротности Q по максимальному показанию стрелочного прибора «Q» (градуируется в отношении напряжения на реактивном элементе контура ULC к напряжению Uг генератора: Q = ULC / Uг). Результаты измерений занести в таблицу 1.
3. Измерение емкости С и угла диэлектрических потерь tgδ конденсатора
3.1 Измерение малых емкостей
Емкости до 430пФ измеряются при параллельном подключении исследуемого конденсатора Сх к эталонному конденсатору Сэ куметра. Последовательность измерения следующая.
К клеммам «Lх» подключить катушку. Установить емкость конденсатора куметра Сэ1 = 450пФ. Изменением частоты генератора настроить контур в резонанс по максимальному показанию прибора «Q». Контролируя положение стрелки прибора «Уровень» на красной риске, зафиксировать значения Q1. Затем к клеммам «Сх» подключить исследуемый конденсатор. Снова настроить контур в резонанс, но только с помощью конденсатора куметра Сэ и записать новые полученные значения Сэ2 и Q2. Расчетные значения Сх и tgδ определяются по формулам:
Сх = Сэ1 – Сэ2 , tgδ = Сэ1 (Q1- Q2) / (Сэ1 – Сэ2)Q1Q2.
Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.
Таблица 2
Выполняемый пункт |
Сэ1, пФ |
Сэ2, пФ |
Сх, пФ |
Q1 |
Q2 |
tgδ |
3.1 |
450 |
|
|
|
|
|
3.2 |
250 |
|
|
|
|
|
3.2 Измерение больших емкостей.
Ёмкости более 430пФ измеряются при последовательном
подключении исследуемого конденсатора к контуру куметра.
Методика измерения следующая. Катушку подключить к клеммам «Lх». Эталонный конденсатор куметра установить на значении Сэ1=250пФ. Изменением частоты генератора контур настроить в резонанс, замерить и занести в таблицу 2 значение добротности Q1.
Используя специальное приспособление исследуемый конденсатор Сх подключить последовательно с катушкой. Не перестраивая частоту генератора, а с помощью эталонного конденсатора Сэ повторно настроить контур в резонанс записать новые значения Сэ2, Q2.
Расчетные значения Сх и tgδ определяются по формулам:
Сх = Сэ1*Сэ2 / (Сэ2 – Сэ1),
tgδ = (Сэ1*Q1 – Сэ2*Q2) / (Сэ2 – Сэ1)Q1Q2.
Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.
Контрольные вопросы
1. Какие цепи считаются цепями с сосредоточенными параметрами, с распределенными параметрами?
2. Что такое резонанс? В чем его проявление?
3. Нарисовать упрощенную схему куметра и объяснить принцип его действия.
4. Какие параметры цепей можно измерить куметром?
5. В чем особенности измерений «больших» и «малых» емкостей? Что определяет границу разделения методов измерения?
6. Какие погрешности устраняются при предварительной калибровке куметра?
Лабораторная работа №2
Осциллографические методы измерения параметров сигнала
Цель работы: 1. Изучить назначение органов управления двухканального осциллографа.
2. Приобрести практические навыки использования осциллографических методов измерения параметров сигналов.
Комплект оборудования рабочего места
1. Двухканальный электронный осциллограф С1-55
2. Электронный вольтметр В3-13 (В7-16А)
3. Генераторы сигналов Г3-102, Г5-15
4.Частотомер Ч3-33
Порядок выполнения работы
1. Изучение органов управления осциллографа
Заземлить приборы, подать силовое питание и прогреть их в течение 5-10 минут.
На передней панели осциллографа определить зоны расположения и назначение органов управления (кроме зоны калибратора):
- каналом «I» («яркость», «фокус», «усиление», «↨» и др.) и аналогичные - каналом «II»;
- скоростью разверток (переключатели «РАЗВЕРТКА» и др.);
-каналом синхронизации запуска разверток (переключатель «ВНУТР»- «ВНЕШН», ручки «УРОВЕНЬ», «СТАБ» и др.);
- ручек горизонтального смещения разверток «↔».
Ручкой «СТАБ» добиться появления на экране двух линий разверток и опробовать влияние на них всех органов управления (кроме зоны калибратора). Освоив использование ручек «↔» и «↨», вывести развертки в центр экрана и отрегулировать их яркость и четкость.
Ступенчатые переключатели «УСИЛЕНИЕ» обоих каналов установить в положение К =5 В/дел, а их центральные ручки плавной регулировки – по часовой стрелке до упора.
2. Измерение величины напряжения сигнала.
На генераторе Г3-102 включить внутреннюю нагрузку и
установить частоту fг=2,5кГц. Выходной сигнал генератора подать на электронный вольтметр и установить напряжение 8В. Подать сигнал на вход канала «I» осциллографа. Режим синхронизации осциллографа – «ВНУТР I ». Ручкой «УРОВЕНЬ» канала синхронизации добиться устойчивого изображения сигнала на экране.
Меняя значение «К» (В/дел) ступенчатого переключателя «УСИЛЕНИЕ», добиться наибольшего вертикального размера
изображения сигнала и определить его размер «М» в делениях шкалы экрана. Тогда амплитуда входного сигнала будет равна Uа = МК/2, а его действующее значение Uд=Uа/ √2.
Принимая показание электронного вольтметра Uэ=8В за эталонное, найти погрешность измерения напряжения осциллографическим методом:
δ (%)= 100(Uд – Uэ) /Uэ.
Значение погрешности измерений, выраженное в процентах, перевести в децибелы, учитывая, что 1дБ соответствует изменению напряжения на 12,2%.
Полученные результаты занести в таблицу 1 и повторить измерения для напряжений сигнала 2,5В, 80мВ.
Таблица 1
Задаваемое эталонное напряжение Uэ |
8,0 В |
2,5 В |
80 мВ |
Положение переключателя «УСИЛЕНИЕ» К |
|
|
|
Размеры изображения на экране М |
|
|
|
Измеренное значение напряжения Uд |
|
|
|
Погрешность измерения δ (%) |
|
|
|
Погрешность измерения δ (дБ) |
|
|
|
3. Измерение периода (частоты) сигнала
Установить частоту генератора Г3-102 fх=2,5кГц, выходное напряжение 8В. Подать сигнал от генератора на вход канала «I» осциллографа.
Меняя значение «К» (мс/дел) ступенчатого переключателя «РАЗВЕРТКА», добиться, чтобы в пределах экрана укладывалось около 2-х периодов сигнала Тх. Определить длительность одного (n=1) периода Тх в делениях шкалы экрана «L» и рассчитать значения Тх и fх по формулам:
Тх = LК/n , fх = 1/Тх = n/LК.
Измерить частоту сигнала fх частотомером Ч3-33. Принимая замеренное частотомером значение частоты fчм за эталонное, найти погрешность измерения частоты осциллографическим методом:
δ (%)= 100(fх – fчм) /fчм.
При прежнем значении «К» (мс/дел), изменением частоты генератора fх, добиться получения на экране осциллографа изображение 10 периодов Тх сигнала (т.е. n=10) в пределах 10 клеток масштабной сетки (т.е. L=10). Рассчитать по приведенным ранее формулам значения Тх и fх и результаты занести в таблицу 2.
Таблица 2
Частота fх, кГц |
Кол-во период. «n» |
Цена делен. «К» мс/дел |
Кол-во делен. «L» |
Рассчит. значен. fх, кГц |
Показ. Ч3-33 fчм, кГц |
Погрешность δ, % |
2,5 |
1 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
10 |
|
|
|
4.Измерение длительности импульса
Подать на вход «I» канала осциллографа сигнал с гнезда «ИМПУЛЬС СИНХРОНИЗАЦИИ» генератора Г5-15. Переключатель режима синхронизации осциллографа установить в положении «ВНУТР I». Ручкой «УРОВЕНЬ» канала синхронизации добиться устойчивого изображения на экране двух разверток.
Установить на основном выходе генератора Г5-15:
-амплитуду импульсов Uа=15В (выставить по его шкале 15В и ручкой «АМПЛИТУДА» добиться момента срабатывания индикаторной лампочки);
-частоту повторения импульсов F= 2кГц;
- длительность импульса τи = 10мкс.
Подать сигнал с основного выхода генератора на вход канала «II» осциллографа.
Максимально используя площадь экрана, измерить длительность импульса τизм =KL,
где: L – линейные размеры импульса по горизонтали в делениях шкалы экрана,
К - положение переключателя «РАЗВЕРТКА».
Найти относительную погрешность измерения длительности импульса по формуле: δ (%)= 100(τи– τизм) /τизм.
Повторить измерения при τи=0,8мкс.
5. Измерение времени задержки импульса
Переключателями генератора «ВРЕМЕННОЙ СДВИГ» набрать величину задержки основного импульса относительно синхронизирующего Δtзад = 5мкс. Измерить значение задержки Δt с помощью осциллографа, как разницу по времени между передними фронтами импульсов «I» и «II» каналов, и найти относительную погрешность установки на генераторе величины задержки: δ (%)= 100(Δtзад – Δt) /Δt.
Повторить измерения для Δtзад = 35мкс, 0,7мс. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.
Таблица 3
Выставленное значение задержки Δtзад |
5 мкс |
35 мкс |
0,7 мс |
Замеренное значение задержки Δt |
|
|
|
Погрешность установки задержки (δ%) |
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Основные разновидности осциллографов.
2. Типовые функциональные блоки универсального осциллографа.
3. Основные узлы электронно-лучевой трубки. Параметры и характеристики ЭЛТ.
4. В чем различия принципов построения и функциональных возможностей двухканального и двухлучевого осциллографов?
5. Режимы работы генератора развертки в осциллографе.
6. Какие из параметров сигнала можно измерить с помощью осциллографа?
7. Какой принцип обеспечивает в осциллографе наблюдение переднего фронта импульсного сигнала?
8. Принцип измерения временных интервалов с помощью осциллографа.
Лабораторная работа №3
Исследование измерительного генератора низкой частоты
Цель работы: 1. Проверить параметры выходного сигнала измерительного генератора.
2. Научиться использовать измерительный генератор для контроля параметров радиоэлектронных устройств.
Комплект оборудования рабочего места
1. Измерительный генератор низкой частоты Г3-102
2.Электронный вольтметр В7-16А (В3-13)
3.Электронный осциллограф С1-65 (С1-55)
4.Генератор низких частот Г3-33