Изучение основных измерительных приборов и измерение основных параметров сигналов и цепей (стр. 4 )

3. Измерить с помощью вольтметра амплитуду гармонического сигнала.

Для этого измерить вольтметром действующее значение гармонического сигнала и записать его показания в отчет U=_____.

Измерение амплитуды для гармонического сигнала сводится к пересчету действующего значения напряжения по формуле

Um = U » U /0.707= 1.41U.

Записать результат измерения амплитуды в отчет Um=______.

4. Измерить параметры гармонического сигнала с помощью осциллографа.

4.1. Нарисовать в отчет временную диаграмму гармонического сигнала в соответствии с изображением сигнала на экране осциллографа, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду и период сигнала (рис.5).

4.2. Измерить осциллографом амплитуду Um гармонического сигнала.

Для этого:

- измерьте размах сигнала в делениях шкалы по вертикали Н (рис.2.2);

- рассчитайте значение размаха в вольтах по формуле: 2Um = H.Kх,

где Kх, - масштабный множитель осциллографа по (кан. 1), индицируется на дисплее осциллографа в левом нижнем углу – CH1 (рис.2.3).

- найдите амплитуду гармонического сигнала (Um=2Um/2).

Результаты записать в отчет.

Рис.2.2. Временная диаграмма Рис. 2.3. Индикатор осциллографа

5. Рассчитать действующее значение амплитуды U= Um/»0.707.Um и сравнить с значением вольтметра. Результаты измерений записать в отчет.

Пример (рис.2.2 и 2.3): Н= 5,4 дел., масштабный множитель по оси Kх=0,2 В/дел,

Размах сигнала:- 2Um = H.Kх= 5,4 [дел.] х 0,2 [В/дел.] = 1,2 В;

Амплитуда сигнала: Um= 2Um/2=0.6 В.

Действующее значение: UД= Um/ »0.707 Um=0.42 В.

6. Измерить с помощью осциллографа период и вычислить частоту исследуемого сигнала.

Измеряемый временной интервал Т (период) определяется из соотношения

Т=КТ. L ,

где L [дел.] - длины измеряемого интервала по оси Х в делениях шкалы (Рис.2.2.); КТ - масштабный множитель [Время/Дел] канала развертки, который отображается на индикаторе осциллографа (рис.2.3) в верхнем левом углу (TIME).

Частоту сигнала рассчитать по формуле f=1/Т и сравнить ее с показаниями частотомера осциллографа.

Результаты измерений периода и частоты записать в отчет.

Пример (рис.2.2 и 2.3):L= 4 дел., масштабный множитель по оси - КТ K=0,2 мС/дел,

Период - Т=КХ. L = 4 [дел.] х 0,2 [мС /дел.] = 0,8мС;

Частота f=1/Т= 1/(0.8 х 10-3)= 1250 Гц= 1.25 кГц. Частотомер - f=1.25кГц.

Задание 2. Измерить параметры прямоугольных импульсов

2.1. Собрать схему измерения (см. рис.2.1).

2.2. Установить на выходе генератора сигнал в виде последовательности прямоугольных однополярных импульсов с амплитудой Um, частотой f согласно номеру варианта (табл. 2.1) и длительностью импульса tu=100мксек.

Для этого контролируя осциллографом:

1. Генератор установить в режим формирования прямоугольных импульсов;

2. Установить частоту выходного сигнала - контролировать частотомером;

3. Установить размах выходного сигнала равный заданной амплитуде - контролировать осциллографом;

4. Установить смещение равное заданной амплитуде, т. е. U0= Um.

5. Регулировкой коэффициента заполнения установить длительностью импульса tu - контролировать осциллографом.

Получить на экране осциллографа устойчивое, неограниченное сверху, по оси Y, изображение 2 – 3 периодов сигнала в пределах всего экрана по оси х.

Нарисовать в отчет временную диаграмму сигнала, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду, период и длительность импульса

2.3. Измерить с помощью осциллографа основные параметры сигнала (Um, Т, tu, Q) на выходе генератора. Результаты записать в отчет и сравнить с параметрами на выходе генератора.

2.4. Поставить осциллограф по входу в режим наблюдения переменного сигнала (режим АС). Зарисовать временную диаграмму, объяснить ее характер.

Задание 3. Измерить с помощью двухканального осциллографа коэффициента передачи цепи по напряжению

1. Собрать схему, приведенную на рис.2.4 (R=2 кОм, С= 10 нФ).

На выходе генератора установить гармонический сигнал с амплитудой U1m=1В и частотой f=5кГц.

2. Установите осциллограф в двухканальный режим работы поставив переключатель РЕЖИМ (14) в положение ДВОЙН. На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение (рис. 2.5) обоих сигналов, измерить их амплитуды U2m ,U1m и рассчитать коэффициент передачи Ku=U2m/U1m.

Рис. 2.4. Схема подключения измерительных приборов и стенда (задания 3 и 4).

3. Анализ RC-цепи показывает, что ее коэффициент передачи определяется выражением Ku=(1+(wRC)2)-1/2, где w - угловая частота входного сигнала цепи (w=2πf , где f – циклическая частота входного сигнала цепи). Рассчитать по нему коэффициент передачи и сравнить с экспериментальным.

Задание 4. Измерить с помощью двухканального осциллографа фазовый сдвиг двух гармонических сигналов в простейших RC- цепях

1. Собрать схему приведенную на рис.2.4. На выходе генератора установить гармонические колебания с амплитудой U1m=1В и частотой f=5кГц.

2. Установите осциллограф в двухканальный режим работы поставив переключатель РЕЖИМ (14) в положение ДВОЙН. На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение двух сигналов (см. рис.2.5), измерить период сигнала T и временной сдвиг между сигналами Tφ.

Фазовый сдвиг рассчитывается по формуле j =φ2 - j1 =360о (Tj/T), где T – период сигнала (рис. 2.5.), а Tφ – временной сдвиг между сигналами (рис.9). Результаты измерений занести в отчет.

Рис. 2.5. Временные диаграммы сигналов на входе и выходе линейной цепи.

Выходной сигнал может отставать по фазе от входного сигнала и тогда он располагается справа от входного. Фазовый сдвиг в этом случае берется со знаком минус. В случае опережения выходного сигнала (он располагается слева от входного) фазовый сдвиг берется положительным.

Например, на рис. 9, T=500 мс, |Tφ|=67 мс, тогда j =j2 - j1 = –360о (Tj/T) примерно равняется –48o. Выходной сигнал отстает по фазе от входного на 48о.

Задание 5. Исследовать зависимость мощности и напряжения на нагрузке от величины сопротивления нагрузки.

1. Собрать схему исследования (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Схема подключения измерительных приборов и стенда (задание 5).

2. Установить на выходе генератора гармонический сигнал с частотой 1 кГц и действующим напряжением UГ=1В (напряжение контролировать вольтметром) в режиме холостого хода (RН = ¥).

3. Включая различные резисторы в качестве сопротивления нагрузки RН генератора, измерить вольтметром действующее значение напряжения на резисторе RН , результаты измерений занести в табл. 2.

Таблица2

RН,Ом	10	20	51	100	200	470	1000	¥
UН, В
PН=UН2/RН

4. Рассчитать активную мощность нагрузки PН, используя результаты эксперимента и записать ее значении в табл.2.

5. Построить зависимости UН (RН) и PН (RН), определить сопротивление нагрузки RН и сделать выводы относительно условий получения на нагрузке максимальной амплитуды напряжения (условие согласования по напряжению) и максимальной активной мощности выделяемой в нагрузке (условие согласования по мощности).

3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (EWB, MULTISIM)

Лабораторная работа выполняется на рабочем поле виртуальной лаборатории с использованием программы схемотехнического моделирования EWB, MULTISIM.

Лабораторные задания выполнять в соответствии с вариантом указанным преподавателем (табл. 1.1.).

Таблица.3.1.

№ Варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Um ,(В)	2	1	4	1	1	1	4	4	2	2	6	6	8	8	8	8
f, (кГц)	1	2	4	5	1	4	5	2	5	2	4	5	5	4	2	1
tи, (мкс)	100