5 Методические указания по выполнению работы
5.1 Изучите метрологические характеристики приборов, используемых в данной работе, и занесите их в таблицу 9.2.
Таблица 9.2 – Метрологические характеристики используемых измерительных приборов
Метрологические характеристики |
Численное значение метрологических характеристик |
Измерительный генератор |
|
Тип (марка) прибора |
|
Рабочий диапазон частот |
|
Рабочий диапазон напряжения (уровня) |
|
Внутреннее сопротивление |
|
Точность установки частоты |
|
Точность установки напряжения (уровня) |
|
Точность выходного сопротивления |
|
Квадратичный вольтметр |
|
Тип (марка) прибора |
|
Рабочий диапазон частот |
|
Диапазон измерения напряжения |
|
Входное сопротивление |
|
Точность измерения напряжения |
|
Магазин затуханий |
|
Диапазон изменения вносимого затухания |
|
Минимальный шаг изменения вносимого затухания |
|
Точность установки величины затухания |
|
Магазин сопротивлений |
|
Диапазон изменения вносимого сопротивления |
|
Минимальный шаг изменения вносимого сопротивления |
|
Точность установки величины сопротивления |
|
5.2 Выполните измерение модуля характеристического сопротивления четырехполюсника методом сравнения. Схема измерения приведена на рисунке 9.2.
Рисунок 9.2 - Схема измерения модуля входного сопротивления 4-хп
Модуль входного сопротивления измеряется методом сравнения. При заданных параметрах ИГ сравниваются напряжения на входе четырехполюсника и на магазине сопротивлений.
Проводник 2 подключают сначала ко входу 4-хп, запоминают его показание - Uвх, затем переключают к магазину сопротивлений и измеряют Uмс. Подбирают Rмс таким образом, чтобы напряжение Uмс было близко по значению Uвх.
Поскольку при изменении Rмс величина тока в цепи изменяется, необходимо снова измерить Uвх и повторить процедуру подбора Rмс. Подбор Rмс производят до тех пор пока не достигается равенство данных напряжений Uмс = Uвх.
Поскольку через магазин сопротивлений и четырехполюсник протекает один и тот же ток, можно использовать следующие выражения:
Uмс = I× Rмс;
Uвх = I×│Zвх│;
При равенстве напряжений Rмс = │Zвх│. Результат измерения модуля входного сопротивления четырехполюсника смотрим на магазине сопротивлений.
Из теории четырехполюсников известно, что характеристическое сопротивление можно определить, как среднегеометрическое сопротивлений холостого входа и короткого замыкания.
,
где │Zхх│ - модуль входного
сопротивления четырехполюсника в режиме
холостого хода, а │Zкз│
- модуль входного сопротивления
четырехполюсника в режиме короткого
замыкания.
Проведите соответствующие измерения и рассчитайте характеристические сопротивления четырехполюсника со стороны входа Zс1 и выхода Zc2. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 9.3.
Таблица 9.3 – Результаты измерения модуля входного сопротивления четырехполюсника
|
Zхх1 |
Zкз1 |
Zс1 |
Zхх2 |
Zкз2 |
Zс2 |
F1= |
|
|
|
|
|
|
F2= |
|
|
|
|
|
|
F3= |
|
|
|
|
|
|
5.3 Выполните измерение рабочего затухания четырехполюсника в заданном диапазоне частот.
5.3.1 Выберите параметры измерительного генератора и нагрузки таким образом, чтобы создать четырехполюснику рабочий режим в соответствии с его рабочей схемой.
Рисунок 9.3 – Рабочая схема объекта измерения
5.3.2 Подготовьте генератор к работе, установите выбранные параметры.
При регулировке напряжения необходимо учитывать, что напряжение на выходе измерительного генератора градуируется в значениях Е/2 (то есть напряжение, которое создается на согласованной нагрузке).
Если необходимое сопротивление источника сигнала стандартное, измерение выполняется методом известного генератора по схеме 9.4.
Если сопротивление источника сигнала нестандартное, измерение выполняется методом Z, схема 9.5.
Соберите схему измерения.
Выполните измерение рабочего затухания 4-хп в заданном диапазоне частот. Параметры измерительных приборов, результаты измерения и расчетов занесите в таблицу 9.4.
Таблица 9.4 – Результаты измерения рабочего затухания четырехполюсника
Параметры генератора |
Параметры нагрузки |
Показание вольтметра |
Расчет затухания |
||||
Fиг |
Uиг |
Rиг |
Rн |
U1 |
U2 |
Араб |
ΔАраб |
кГц |
В |
Ом |
Ом |
В |
В |
дБ |
дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.3.2.1 Измерение рабочего затухания методом известного генератора. Соберите схему измерения в соответствии с рисунком 9.4.
а)
б)
Рисунок 9.4 –Схема измерения затухания 4-хп методом разности уровней
Процесс измерения.
На заданной частоте:
нагружаем генератор согласованно, измеряем напряжение U1 = Е/2;
подключаем генератор к четырехполюснику, нагружаем 4-хп на сопротивление, равное нагрузке рабочей цепи; измеряем напряжение на нагрузке четырехполюсника в рабочем режиме – U2=Uн;
значение затухания рассчитываем по формуле:
где Rиг=│Zист│ - сопротивление генератора (модуль сопротивления источника рабочего сигнала);
Rн – сопротивление нагрузки рабочей цепи.
5.3.2.2 Измерение рабочего затухания методом Z. Схема измерения приведена на рисунке 9.5.
Если выходное сопротивление измерительного генератора Zиг не равно сопротивлению источника рабочей цепи Zист, используется метод Z. Методом Z можно выполнять измерение при помощи генератора с любым внутренним сопротивлением, в том числе неизвестным.
Роль необходимого внутреннего сопротивления измерительного генератора выполняет магазин сопротивлений. При этом Zмс = Zист, а U1 = Еист /2 при согласованной нагрузке (рисунок 9.5,а).
Процесс измерения.
Готовим измерительный генератор к работе – устанавливаем частоту, подключаем магазин сопротивлений.
На заданной частоте:
нагружаем генератор согласованно, измеряем напряжение на согласованной нагрузке генератора – U1 = Е/2; при необходимости регулируем напряжение генератора таким образом, чтобы создать 4-хп рабочий режим; записываем это напряжение;
подключаем 4-хп, нагружаем его на сопротивление, равное нагрузке рабочей цепи; измеряем напряжение на нагрузке четырехполюсника в рабочем режиме – U2;
рабочее затухание рассчитывается по формуле:
.
а)
б)
Рисунок 9.5 - Схема измерения рабочего затухания
четырехполюсника методом Z
5.3.3 Постройте график частотной характеристики затухания.
Используя паспортные данные измерительных приборов, оцените погрешность прямых измерений ∆U1, ∆U2, ∆Rиг и ∆Rн.
Выведите формулу для расчета погрешности измерения рабочего затухания и рассчитайте ∆Ар.
Результат измерения рабочего затухания запишите в стандартной форме согласно требованиям МИ 1317-2004.
Ар =
5.4 Выполните измерение рабочего затухания четырехполюсника с исполь-зованием анализатора АЧХ - Bode Analyzer NI ELVIS.
Используя описание Bode Analyzer NI ELVIS, соберите схему измерения, приведенную на рисунке 9.6. Данный прибор позволяет получить частотную зависимость коэффициента передачи 4-хп - Gain (приращение) в логарифмическом или линейном масштабе.
Установите параметры источника сигнала и анализатора в соответствии с рабочими параметрами 4-хп (пункт 5.3.1).
Снимите характеристику АЧХ, результаты измерения занесите в таблицу 9.5, график характеристики постройте на тех же осях.
Рисунок 9.6 – Схема измерения АЧХ с помощью Bode Analyzer NI ELVIS
Таблица 9.5 – Результаты измерения АЧХ
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gain |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сравните результаты, полученные в п.п. 5.3 и 5.4.