Лабораторная работа / 2- 1_Лабораторная_Измерительная техника
.docФедеральное Агентство по образованию РФ
Томский Межвузовский Центр дистанционного образования
Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
Лабораторная работа №2
По дисциплине: «Измерительная техника и датчики»
Тема: «Осциллографические методы измерения параметров электрических сигналов»
(Учебные пособия: «Измерительная техника и датчики»
авторы: В.Ф.Отчалко, Ю.К.Сидоров, В.Е.Эрастов Томск 2004
авторы: В.Ф.Отчалко, Ю.К.Сидоров, В.Е.Эрастов Томск 1999)
Вариант V=(20*05)div100=1
Выполнил:
Студент ТМЦДО
Гр.
Специальность: 210106(200400)
Ф.И.О.
логин
******05
23 марта 2008г.
Н-ск 2007
Цель работы: изучение осциллографических методов измерения параметров электрических сигналов на примере двухканального универсального осциллографа из комплекта приборов «Electronics’Workbench».
-
Измерение параметров синусоидального сигнала.
а). Из библиотеки Electronics’Workbench используем схему WIENOSCL.CA4. Отключим от осциллографа сигнал с вых.2.
Установим в соответствии с вариантом значения R = 20 кОм.. С = 10 нФ.
- активируем схему;
- после достижения установившегося режима работы, подберём коэффициенты отклонения, и коэффициенты развёртки такими, чтобы один период сигнала составлял 0,7..0,9 величины экрана осциллографа. Полученное изображение, выглядит так:
lx = 134 мм. ly = 66 мм. Um = 6,21 В. Т = 1,26 мс.
Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения сигнала:
- для периода
- для амплитуды
б) уменьшим ёмкость С в десять раз значение R оставим неизменным, повторим измерения и определим погрешности:
lx = 99 мм., ly = 51 мм.,
- для периода
- для амплитуды
-
Измерение параметров импульсного сигнала.
а). Из библиотеки Electronics’Workbench используем схему 555-2.СА4. Установим согласно варианту: R = 620 Ом., С = 350 нФ., Rи = 10 кОм., Си = 1 нФ.
Um = 5 В. τи = 200 мкс. τф.осц = 22 мкс.
2 В/дел
5 мкс/дел.
Вид осциллограммы:
Результаты измерений и расчёт:
б) Уменьшим в 10 раз сопротивление Rи и С, оставив неизменными R и Си , повторим измерения и расчёты:
2 В/дел
0,5 мкс/дел.
Результаты измерений и расчёт:
-
Измерение частоты сигнала методом калиброванной (линейной) развёртки.
В схеме из предыдущего задания, установим параметры из ящика компонентов согласно варианту.
- активируем работу схемы;
- измерим период импульсного сигнала, рассчитаем частоту сигнала и оценим точность измерения, используя закон накопления погрешностей при косвенных измерениях:
-
Измерение частоты методом интерференционных фигур (фигур Лиссажу).
а). измерение частоты синусоидального сигнала:
Из библиотеки Electronics’Workbench используем схему: LISSAJOU.CA4.
Установим согласно варианту: fs =1 кГц., fобр = 12 кГц.
поскольку соотношение: выполняется, мы убедились в справедливости метода.
б). измерение частоты импульсного сигнала:
Из библиотеки Electronics’Workbench используем схему: 555-2.СА4.
Установим параметры элементов схемы из задания 2.а., исключив Rи и Си. В качестве генератора используем функциональный генератор в режиме синусоидального сигнала, осциллограф в режиме А/В.
полученная осциллограмма:
5 В/дел
5 В/дел
В ходе эксперимента мы выяснили fu = fs = 999 Гц., в данном случае погрешность измерения определяется, погрешностью задания образцовой частоты (стоимость единицы младшего разряда) fs = 1 Гц.
-
Измерение фазового сдвига методом линейной развёртки.
Используя пакет Electronics’Workbench реализуем следующую схему:
а) установим согласно варианту частоту fs1 = 1 кГц., синусоидального сигнала функционального генератора, R = 1 кОм., С = 68 нФ.
Измерим величины Т и Т, а также линейные размеры a и b, рассчитаем величину фазового сдвига, и абсолютную случайную визуальную погрешность:
б). изменим частоту fs1 на fs2 = 6 кГц. повторим эксперимент и расчёты:
в). заменим интегрирующую RC – цепочку на дифференцирующую с теми же параметрами элементов, установим частоту fs1, повторим выполнение пункта а.:
г). выполним предыдущий пункт, установив частоту fs2,:
-
Измерение фазового сдвига сигнала методом эллипса.
а). соберём схему с параметрами из п. 5.а, переведём осциллограф в режим А/В :
Произведём расчёт фазового сдвига и абсолютную визуальную погрешность измерения:
б). изменим частоту fs1 на fs2 и повторим измерения и расчёты:
в). заменим интегрирующую RC – цепочку, на дифференцирующую с теми же параметрами, и установим частоту fs1. Повторим измерения и расчёты:
г). повторим выполнение предыдущего пункта, установив частоту fs2:
д). Рассчитаем теоретические значения фазового сдвига, вносимые дифференцирующей и интегрирующей RC – цепями на частотах fs1 и fs2 при заданных параметрах R и C:
е). Результаты измерений фазовых сдвигов, занесём в таблицу 1:
Таблица 1
Частота, Гц. |
Метод линейной развёртки |
Метод эллипса |
Теоретические данные |
||
Инт. цепь |
Дифф. цепь |
Инт. цепь |
Дифф. цепь |
||
fs1= 1000 |
23,41,1º |
66,61,7º |
22,40,5º |
660,5º |
φинт=23,14 |
φдифф=66,87 |
|||||
fs2= 6000 |
691,3º |
23,60,2º |
67,60,6º |
20,90,5º |
φинт=68,69 |
φдифф=23,31 |
-
Измерение коэффициента амплитудной модуляции сигнала методом линейной развёртки.
Из библиотеки Electronics’Workbench используем схему: AM-MOD.CA4, на экране увидим схему приведённую ниже:
а). Установим частоту несущей fнес = 2 кГц, величину несущей Uнес = 2 В., частоту модулирующего сигнала fмод = 100 Гц., величину модулирующего сигнала Uмод1 = 3 В. В результате получим следующее изображение:
Измерим отрезки А (максимальный размах сигнала) и В (минимальный размах сигнала), рассчитаем величину коэффициента модуляции и оценим точность измерения:
б). изменим величину модулирующего сигнала на Uмод2 = 1,5 В., оставив другие параметры схемы неизменными, и повторим выполнение предыдущего пункта:
-
Анализ результатов работы
При калиброванной развертке период сигнала измеряемой частоты сравнивается с периодом напряжения развертки, или периодом меток времени калибратора длительности. У данного метода низкая точность измерений 5-10 %. Достоинства возможность исследования сигналов любой формы. Более точные результаты получаются при использовании метода интерференционных фигур. Метод фигур применяется при относительно небольшой кратности частот (до 10).
При использовании метода калиброванной развёртки и метода эллипса, в целом погрешность измерений лежит в пределах 5-10%. При относительно малых инструментальных погрешностях, решающее значение в погрешности измерения фазового сдвига осциллографическими методами имеет погрешность определения длины на экране осциллографа.
Погрешность измерения фазового сдвига методом эллипса при близких к 90 и 270 градусов велика. С другой стороны, метод эллипса, точнее метода калиброванной развертки при измерении малых или близких к 180 градусам углов фазового сдвига.
Точность измерения коэффициента амплитудной модуляции, в суммарной погрешности практически одинакова независимо от коэффициента, хотя случайная и систематическая погрешности с уменьшением коэффициента модуляции – увеличиваются.