Лабораторная работа 8 Исследование фазо-частотных характеристик пассивного четырехполюсника
1 Цель работы
1.1 Изучить:
методы измерения разности фаз периодических напряжений.
1.2 Получить навыки:
измерения разности фаз электронным осциллографом;
измерения разности фаз цифровым методом;
обработки результатов измерений.
2 Программа лабораторной работы
2.1 Изучение метрологических характеристик и правил эксплуатации используемых приборов.
2.2 Измерение разности фаз периодических сигналов ЭО в режиме линейной развертки.
2.3 Измерение разности фаз синусоидальных напряжений ЭО в режиме синусоидальной развертки.
2.4 Измерение разности фаз периодических сигналов цифровым фазометром.
3 Перечень лабораторного оборудования
электронный осциллограф;
анализатор фазового сдвига;
функциональный генератор.
4 Подготовка к работе
4.1 Изучите теоретический материал по теме «Измерение разности фаз».
4.2 Подготовьтесь к коллоквиуму по следующим вопросам:
определения разности фаз сигналов одинаковой частоты;
формула расчета разности фаз синусоидальных колебаний;
порядок измерения разности фаз ЭО в режиме линейной развертки, причины погрешности измерения в данном режиме;
порядок измерения разности фаз ЭО в режиме синусоидальной развертки, причины погрешности измерения в данном режиме;
принцип измерения разности фаз методом прямого счета, причины погрешности измерения.
4.3 Решите задачу. Рассчитайте фазовый сдвиг и погрешность его измерения, если на экране двухканального электронного осциллографа получено изображение, приведенное в таблице 8.1.
Таблица 8.1 - Исходные данные для решения задачи 4.3.1
Вариант |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Изображение на экране |
|
|
|
|
|
|||||
Кр мс/дел |
1 |
0,2 |
0,5 |
0,01 |
10 |
0,05 |
20 |
0,5 |
0,1 |
0,2 |
δКр, % |
4 |
8 |
4 |
8 |
4 |
8 |
4 |
8 |
4 |
8 |
5 Методические указания по выполнению работы
5.1 Выполните измерение фазо-частотной характеристики четырех-полюсника двухлучевым электронным осциллографом в режиме линейной развертки.
5.1.1 Соберите схему измерения, рисунок 8.1.
Рисунок 8.1 - Схема измерения фазового сдвига 4х-полюсника ЭО в режиме линейной развертки
5
.1.2
В режиме линейной развертки получите
на экране устойчивое изображение двух
сигналов.
Фазовый сдвиг
вычислите по формуле:
или
Выполните измерение на нескольких
частотах.
5.1.3 Приведите вывод формулы и рассчитайте основную погрешность измерения фазового сдвига электронным осциллографом в режиме линейной развертки. δΔφ% =
Результаты измерения и расчетов занесите в таблицу 8.2.
Таблица 8.2 –Измерение фазового сдвига в режиме линейной развертки
Частота F |
Временной сдвиг начальных фаз |
Размер периода |
Фазовый сдвиг φ |
Погрешность измерения ∆φ |
кГц |
дел |
дел |
град |
град |
F1= |
|
|
|
|
F2= |
|
|
|
|
F3= |
|
|
|
|
F4= |
|
|
|
|
F5= |
|
|
|
|
5.1.4 Постройте график зависимости фазового сдвига от частоты.
5.2 Выполните измерения фазо-частотной характеристики четырех-полюсника электронным осциллографом в режиме синусоидальной развертки.
5.2.1 Схема измерения приведена на рисунке 8.2,а.
а) б)
Рисунок 8.2 - Измерение фазового сдвига 4х-полюсника ЭО в режиме синусоидальной развертки
5.2.2 Отключите внутренний генератор развертки. Получите на экране устойчивое изображение, подобное приведенному на рисунке 8.2,б.
Фазовый сдвиг
вычислите по формуле:
, если большая ось эллипса проходит
через первый и третий квадрант или
, если большая ось эллипса проходит
через второй и четвертый квадрант.
Измерения проведите на частотах, выбранных в пункте 5.1.2.
5.2.3 Приведите вывод формулы и рассчитайте основную погрешность измерения фазового сдвига электронным осциллографом в режиме синусоидальной развертки.
δ∆φ%=
Результаты измерения и расчетов занесите в таблицу 8.3.
Таблица 8.3 - Измерение фазового сдвига в режиме синусоидальной развертки
Частота F, кГц |
Х1 |
Х2 |
У1 |
У2 |
∆φ |
δφ% |
F1= |
|
|
|
|
|
|
F2= |
|
|
|
|
|
|
F3= |
|
|
|
|
|
|
F4= |
|
|
|
|
|
|
F5= |
|
|
|
|
|
|
Постройте график зависимости фазового сдвига от частоты на тех же осях.
5.3 Выполните измерения фазо-частотной характеристики четырех-полюсника с помощью анализатора ФЧХ - Bode Analyzer оборудования NI ELVIS .
5.3.1 Схема измерения приведена на рисунке 8.3.
Рисунок 8.3 - Измерение фазового сдвига 4х-полюсника на рабочей станции NI ELVIS
5.3.2 Задайте необходимый диапазон частот, количество точек в каждой декаде графика, амплитуду напряжения исследуемого сигнала.
Получите график ФЧХ, зарисуйте его. В таблицу 8.4 занесите значения фазового сдвига на частотах, для которых выполнялось измерение в п.п. 5.1 и 5.2.
Таблица 8.4- Измерение фазового сдвига Bode Analyzer NI ELVIS .
Частота F, кГц |
∆φ |
δφ% |
F1= |
|
|
F2= |
|
|
F3= |
|
|
F4= |
|
|
F5= |
|
|
Сравните полученные результаты с ранее полученными результатами.
5.4 Рассчитайте групповое время запаздывания сигнала в четырех-полюснике.
Многочастотный широкополосный сигнал, проходя по тракту передачи, искажается, если различные частотные составляющие запаздывают на разное время. Такое искажение называется фазочастотным. Для количественной оценки фазовых искажений введено понятие группового времени запаздывания (ГВЗ). Четырехполюсник не вносит искажений, если ГВЗ сохраняется постоянным во всем диапазоне частот.
При практических измерениях ГВЗ используют конечные значения приращения, то есть рассчитывают относительное ГВЗ:
,
где Δφ – изменение фазового сдвига в
диапазоне Δf.
5.5 Сравните результаты измерения фазового сдвига используемыми методами. Предложите способы уменьшения погрешности.