Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторная работа / 2-Лабораторная_Измерительная техника_2

.doc
Скачиваний:
59
Добавлен:
22.06.2014
Размер:
545.79 Кб
Скачать

Министерство образования

Российской Федерации

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники

Лабораторная работа по дисциплине

«Измерительная техника и датчики»

2.

Цель работы: изучение осциллографических методов измерения параметров электрических сигналов на примере двухканального универсального осциллографа из комплекта приборов «Electronics Workbench».

1.А. Измерение напряжения и временных параметров синусоидального сигнала.

Установим значения элементов схемы R=20 кОм, С=10 нФ.

В данной схеме с помощью измерительных линий осциллографа измерим амплитуду

и период

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения амплитуды синусоидального сигнала

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения периода синусоидального сигнала

1.Б. В той же схеме установить R=20 кОм, С=1 нФ. Повторить измерения.

Измерим амплитуду с помощью измерительных линий осциллографа

и период

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения амплитуды синусоидального сигнала

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения периода синусоидального сигнала

2. Измерение напряжения и временных параметров импульсного сигнала.

А.) На данной схеме установим значения элементов R=620 Ом, С=350 нФ, Rи=10 кОм,

Си=1 нФ.

Измерим амплитуду Um

Измерим длительность импульса (на уровне 0,5 Um)

Измерим длительность фронта ( от 0,1Um до 0,9Um) импульсного сигнала.

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения амплитуды синусоидального сигнала

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения периода синусоидального сигнала

Оценим величину относительной систематической погрешности измерения длительности фронта импульса за счет влияния времени нарастания импульса

Б.) В схеме рисунка установим , , , . Повторим измерения.

Измерим амплитуду Um

Измерим длительность импульса (на уровне 0,5 Um)

Измерим длительность фронта ( от 0,1Um до 0,9Um) импульсного сигнала.

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения амплитуды синусоидального сигнала

Оценим величину относительной визуальной погрешности измерения периода синусоидального сигнала

Оценим величину относительной систематической погрешности измерения длительности фронта импульса за счет влияния времени нарастания импульса

3. Измерение частоты сигналов методом калиброванной (линейной) развертки.

Установим значения элементов R=620 Ом, С=35нФ.

Измерим период импульсного сигнала

Рассчитаем частоту сигнала

4. Измерение частоты методом интерференционных фигур (фигур Лиссажу).

А.)

Установим частоту генератора

Установим частоту генератора образцового сигнала

Инициируем схему.

Зарисуем полученную фигуру Лиссажу.

Проверим выполнение соотношения

Б.) Измерение частоты импульсного сигнала.

Установим в схеме R=620 Ом, С=350 нФ

Инициируем схему

Установим режим работы осциллографа В/А.

Пошаговым подбором частоты генератора установим на экране следующее изображение.

При этом частота импульсного синала fи равна частоте синусоидального сигнала fS. Погрешность измерения определяется погрешностью задания образцовой частоты fS.

Оценим погрешность измерения fи

5. Измерение фазового сдвига сигналов методом линейной развертки.

А.)

  • Установить частоту синусоидального сигнала на выходе генератора .

  • Собрать в качестве RC-цепи интегрирующую цепь с параметрами , .

  • Инициировать схему.

  • Измерить временные отрезки и , рассчитать фазовый сдвиг, вносимый RC-цепью

  • Измерить линейные размеры и отрезков и соответственно. Рассчитать абсолютную случайную визуальную погрешность измерения фазового сдвига сигналов по формуле , где q – ширина луча осциллографа в мм.

, .

.

, , .

.

Б) Установить в схеме частоту синусоидального сигнала . Повторить измерения.

, .

.

, , .

.

В) В качестве RC-цепи собрать дифференцирующую цепочку. Установить , . Для частот синусоидального сигнала генератора и произвести измерения фазового сдвига, вносимого дифференцирующей цепью в соответствии с методикой п. 5.а.

При частоте :

, .

.

, , .

.

При частоте :

, .

.

, , .

.

6. Измерение фазового сдвига сигналов методом эллипса.

В качестве RC-цепи собрать интегрирующую цепочку.

Установить R=1 кОм, С=0,068 мкФ.

Установить частоту синусоидального сигнала генератора ГS fS=1кГц.

Осциллограф переключить в режим А/В.

Измерить отрезки А и В, рассчитать фазовый сдвиг по формуле: .

Рассчитать абсолютную визуальную погрешность измерения фазового сдвига .

, , .

Фазовый сдвиг:

Абсолютная визуальная погрешность: .

Б) В схеме эксперимента установить частоту сигнала . Повторить измерения.

, , .

Фазовый сдвиг:

Абсолютная визуальная погрешность: .

В) В качестве RC-цепи собрать дифференцирующую цепочку.

  • Установить , .

  • Для частот синусоидального сигнала генератора и произвести измерения фазового сдвига, вносимого дифференцирующей цепочкой в соответствии с методикой п. 6 а.

Полученные данные при частоте .

, , .

Фазовый сдвиг:

Абсолютная визуальная погрешность: .

Полученные данные при частоте .

, , .

Фазовый сдвиг:

Абсолютная визуальная погрешность: .

Теоретический расчет:

Рассчитаем в MathCAD:

Фазовый сдвиг на частоте сигнала

Метод линейной развертки

Метод эллипса

Теоретические данные

Дифф. цепь

Инт. цепь

Дифф. цепь

Инт. цепь

69

23,4

66,219

22,885

Фазовый сдвиг на частоте сигнала

Метод линейной развертки

Метод эллипса

Теоретические данные

Дифф. цепь

Инт. цепь

Дифф. цепь

Инт. цепь

21,56

68,04

21,279

66,808

7. Измерение коэффициента амплитудной модуляции сигнала методом линейной развертки.

Установить частоту несущей , величину несущей .

Установить частоту модулирующего сигнала , величину модулирующего сигнала .

Измерить отрезки А – максимальный размах сигнала и В – минимальный размах сигнала, рассчитать величину коэффициента модуляции по формуле .

Оценить точность измерения коэффициента модуляции.

Максимальный размах сигнала: А=53,5282 В.

Минимальный размах сигнала: В=7,5847 В.

Рассчитаем в MathCAD:

В В

- Максимальный размах сигнала

- Минимальный размах сигнала

- Величина коэффициента модуляции

Случайная погрешность:

Систематическая абсолютная погрешность:

Суммарная погрешность измерений:

Б) В схеме п. 7. А. Установить , , , . Повторить измерения.

Максимальный размах сигнала: А=40,1462 В.

Минимальный размах сигнала: В=5,6885 В.

Рассчитаем в MathCAD:

В В

- Максимальный размах сигнала

- Минимальный размах сигнала

- Величина коэффициента модуляции

Случайная погрешность:

Систематическая абсолютная погрешность:

Суммарная погрешность измерений:

  1. Анализ результатов работы.

В соответствии с полученными результатами произвести сравнительный анализ:

Точности измерения частоты сигналов методом калиброванной развертки и методом интерференционных фигур;

При калиброванной развертке период сигнала измеряемой частоты сравнивается с периодом напряжения развертки, либор 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).

Точности измерения фазового сдвига сигналов методом калиброванной развертки и методом эллипса при малых и больших значениях измеряемого фазового сдвига;

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 определяется по правилам нахождения погрешности при косвенных измерениях. Для метода линейной развертки: . Для метода эллипса: .

Видно, что 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.

Точности измерения коэффициента амплитудной модуляции при малых и больших значениях коэффициента.

В обоих случаях коэффициент модуляции получился одинаков. Систематическая абсолютная погрешность в обоих случаях имеет одинаковое значение. Случайная погрешность во втором случае имеет большее значение, чем в первом. Однако суммарная погрешность в обоих случаях одинакова.