1. Генератор сигналов типа г3-33.

Измерительные генераторы служат для получения напряжения синусоидальной формы калиброванного как по амплитуде, так и по частоте. Генераторы обладают следующими свойствами:

-Широкий диапазон генерируемых частот.

-Возможность в больших пределах изменять выходное напряжение (аттенюация).

-Стабильность частоты.

-Низкое значение выходного сопротивления.

Чем меньше выходное сопротивление измерительного генератора, тем меньше влияние оказывает исследуемая схема на его градуировку, как по частоте, так и по амплитуде.

Блок-схема генератора.

Задающий

генератор

Выходной

усилитель

Аттенюа-

тор

Выходное

устройство

Встроенный

вольтметр

выход

Внешний ламповый

вольтметр для

проверки

Основной элемент, – задающий генератор, работающий по схеме RC.

Диапазон генерируемых частот: 20…200000 Гц

поддиапазон х1 20…200 Гц

поддиапазон х10 200…2000 Гц

поддиапазон х1000 2000…20000 Гц

поддиапазон х10000 20000…200000 Гц

Переключение диапазона осуществляется ручкой “множитель”. Плавное изменение частоты осуществляется ручкой “частота Hz”.

Ручка “Рег. Выхода” – плавное регулирование амплитуды напряжения.

Ручка “Пределы шкал”, “ослабление” – обеспечивает общее ослабление выходного сигнала на 100 ДБ. Ступенями через каждые 10 ДБ. К – относительное ослабление, выраженное в ДБ.

К=20 lg Uвых

Uвх

Стрелочный миливольтметр В3-38 является многодиапазонным прибором и предназначен для измерения среднеквадратического значения переменного напряжения (или, как иногда говорят, действующего или эффективного напряжения). Переключение с одного диапазона на другой производится поворотом ручки с указателем выбранного диапазона.

Диапазон, позволяющий измерить максимально возможное напряжение, является наиболее грубым и для вольтметра В3-38 составляет – 300 вольт. На этом диапазоне целесообразно измерять напряжения от 100 до 300 вольт. Для измерения напряжения менее 100В необходимо переключиться на более чувствительный диапазон. Так при включенном диапазоне 100В целесообразно измерять напряжения от 30В до 100В. При включенном диапазоне 30В измеряют напряжения от10В до 30В.

Таким образом, если в процессе измерения стрелка находится в первой трети шкалы, то необходимо переключиться на более чувствительный диапазон. При этом ни в коем случае нельзя допускать зашкаливания т.е. ухода стрелки за последнее деление до упора. В том случае, если в процессе измерений произойдет зашкаливание, то надо немедленно переключиться на более грубый диапазон, повернув ручку переключателя диапазонов по часовой стрелке.

Если порядок измеряемого напряжения заранее неизвестен, то сначала включают наиболее грубый диапазон – 300В и только после этого подключают два штекера измерительного кабеля к нужным точкам схемы. Штекер с более длинным концом провода, как правило, соединяется с корпусом прибора, поэтому его можно подключать только к заземленным точкам схемы. Нарушение этого правила приводит к тяжелым последствиям!

Второй, более короткий конец измерительного кабеля является сигнальным и может подключаться к любым точкам проверяемой схемы. Для проверки того, действительно ли короткий конец – сигнальный, а длинный – корпус прибора, необходимо включить диапазон – 10В и, не касаясь заземленных предметов, дотронуться одной рукой сначала до наконечника штекера с коротким концом. В этом случае стрелка должна отклониться от нуля. После этого, не касаясь заземленных предметов, дотронуться одной рукой до наконечника штекера с длинным концом. В этом случае стрелка должна оставаться на нуле.

Прибор В3-38 имеет три шкалы. Верхняя шкала имеет деления от 0 до 10 и используется для снятия показаний при включении диапазонов кратных 10, а именно 1, 10, и 100. Средняя шкала имеет деления от 0 до 30 (если точнее то до 31,6). Эта шкала используется для снятия показаний при включении диапазонов кратных 3, а именно 3, 30, и 300.

Запомните: Цифра на переключателе выбранного диапазона соответствует такому напряжению, которое вызывает отклонение стрелки на полную шкалу.

Если включен диапазон 1В, то показания по шкале 0 – 10 надо уменьшать в 10 раз. Если включен диапазон 100В, то показания по шкале 0 – 10 надо увеличивать в 10 раз.

Если включен диапазон 3В, то показания по шкале 0 – 30 надо уменьшать в 10 раз.

Если включен диапазон 300В, то показания по шкале 0 – 30 надо увеличивать в 10 раз.

Порядок выполнения работы.

Экспериментальная часть.

Опыт 1. Измерение среднеквадратического значения напряжения на выходе генератора ГЗ-33 ламповым милливольтметром ВЗ-38 и определение ошибки.

рис. 5 Схема подключения вольтметра.

1. Подключить милливольтметр к генератору согласно схеме на рисунке 5. Особое внимание обратить на то, чтобы выходная клемма "земля" генератора, помеченная значком -L- была обязательно подключена к "земляному" штекеру измерительного кабеля вольтметра. Обычно это более длинный провод или на нем может стоять знак заземления "L".

2. Для того, чтобы согласовать выходное сопротивления генератора с входным сопротивлением нагрузки включите тумблер "внутр. нагрузка" и поставьте переключатель в положение 600 Ом.

3. Установить на генераторе частоту 1000 Гц. Для этого установить множитель на деление 10, а ручку «Частота - Hz» в положение - 100.

4. Каждый студент устанавливает на выходе генератора по встроенному вольтметру пять величии напряжения в милливольтах, которые определяются по формуле:

U = 10 • N + 10 • i + 15 • n,

где N - номер группы, a i - порядковый номер по списку, n - порядковый номер опыта. Так, например, студент из третьей группы с 11 порядковым номером по списку должен установить в первом случае напряжение:

U = 10 • 3 + 10 • 18 + 15 • 1 = 225 мВ

Во втором U = 210 + 15 • 2 = 240 мВ

В пятом случае U = 210 + 15 • 5 = 285 мВ

5. Измерить в каждом случае выходное напряжение генератора ламповым вольтметром, а результат записать в таблицу 1.

Измерения всегда начинайте с более "грубого" диапазона, когда стрелка находится в первой трети шкалы, затем переходите на более чувствительный диапазон. При "зашкаливании" немедленно переключайтесь на предыдущий, более грубый диапазон.

6. Посчитайте относительную ошибку каждого измерения по формуле:

 = (( U_ген – U_вольт) / U_ген) • 100%

результаты записать в таблицу 1.

7. Повторить пункты 4, 5 и 6 выключив тумблер "внутр. Нагрузка" и включая последовательно выходное сопротивление равное 5 Ом, 50 Ом, 600 Ом (и 5000 Ом у генератора ГЗ-54) Результаты записать в таблицу I.

Пример заполнения таблицы 1:

Состояние тумблера «внутр. нагрузка»	Выходное сопротивл., Ом	Задание по встроенному вольтметру генератора
		300 mV	315 mV	330 mV	345 mV	360 mV
Вкл	600 Ом
	погрешность
Выкл	5 Ом
	погрешность
	50 0м
	погрешность
	600 0м
	погрешность

Примечание: В таблице значения исходных напряжений - произвольные.

Опыт 2. Определение стабильности выходного напряжения генератора при изменении частоты от минимальной до максимальной.

1. Схема включения как в опыте 1.

2. Переключатель выходного сопротивления установите в положении 600 Ом, а тумблер "внутренняя нагрузка 600 Ом" в положение «Вкл».

3. Установите на выходе генератора напряжение, которое было в предыдущем опыте. В приводимом примере было 225 mV.

4. Изменяя частоту от 20 Гц до 200000 Гц, с фиксированными значениями, указанными в таблице 2 заполняйте графы, указывая положение переключателя «Множитель» и положение переключателя «Частота (Гц)».

5. Установив нужное значение частоты, уточните напряжение встроенного в генератор вольтметра и, если необходимо, подкорректируйте его, так, чтобы оно соответствовало вашему заданию.

6. Измеряйте выходное напряжение ламповым милливольтметром ВЗ-38 и результаты заносите в таблицу.

7. Определите среднее значение выходного напряжения по формуле:

U_ср = (U₁ + ... + U_n) / n

где U₁, ..., U_n результаты измерений ламповым милливольтметром ВЗ-38, а n - количество измерений. Определите максимальную абсолютную погрешность:

U= U_max - U_min,

Определите относительную погрешность:

 = ( U / U_cp ) • 100%

Ттаблица 2.

Заданное значение частоты, Hz	Положение переключателя «Множитель»	«Частота (Гц)»	измеренное вольтметром, В
20
50
100
200
500
1000
2000
5000.
10000
20000
50000
100000
200000

Опыт 3. Измерение синусоидальных сигналов осциллографом.

рис. 6 Схема подключения осциллографа.

1. Подключите осциллограф к генератору согласно схеме на рис. 6. На генераторе должно быть установлено выходное сопротивление Rвых = 600 Ом, включена внутренняя нагрузка -600 Oм.

Проверьте правильность подключения проводов. При проверке проводов измерительного кабеля осциллографа ручка "вольт/делен" должна находится в положении IV. При касании "заземленного" провода на экране видна прямая линия, а при касании сигнального провода -гармонический сигнал сложной формы.

2. Порядок настройки осциллографа смотрите в разделе "Описание структурной схемы осциллографа и принцип работы". Диапазон время/дел надо выбрать так, чтобы на экране было видно 2-3 периода сигнала.

3. Установите на выходе генератора напряжение, которое было последним в первом опыте. В приводимом примере это - 285 мВ.

4. Установите на выходе генератора частоту, которая определяется по формуле:

f = 1000 • N + 50 • i + 1000 •n,

где N - номер группы, i - порядковый номер по списку, n - порядковый номер опыта. Так, например, студент из третьей группы с ,18 порядковым номером по списку должен установить в первом случае:

f = 1000 • 3 + 50 • 18 + 1000 = 4900 Гц.

5. Определите период сигнала Т. Сначала на осциллографе определите период в делениях, а потом в секундах или миллисекундах. Для определения периода картинку можно немного сдвигать вверх-вниз ручкой ↕ или вправо-влево ручкой ↔. Результаты занесите в таблицу 3.

6. Определите частоту сигнала. Рассчитайте частоту f= 1/T. Если Т в миллисекундах, получаем f в килогерцах. Определите ошибку f = f_ген - f_осц.

Заданная частота	Кол-во периодов на экране	Число делений в 1 периоде	Время деления (t1)	Период Т	Частота f
5000Гц	2	4	50мкс	200 мкс	5 кГц

7. Определить сначала размах сигнала в клетках. Рассчитайте амплитудное значение сигнала в клетках как половину размаха, а потом в вольтах или милливольтах U_m. Рассчитайте среднеквадратическое значение по формуле U = 0,707 Um. Определить абсолютную ошибку измерения:

U= U_ген – U_осц,

Размах сигнала	Усилитель Y Вольт/дел	Амплитудное напряжение um	Средне­квадратичное напряжние U	Ошибка измерения U
6	0,5	1.5 В	1,065В

Литература.

1. Вольтметр ВЗ-38. Паспорт.

2. Генератор ГЗ-56/1. Паспорт.

3. Осциллограф С1-68. Паспорт.

4. Харитонов В.И. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Промышленная электроника " №75.

3. Контрольные вопросы.

1. Каким требованиям должны удовлетворять приборы, используемые при исследовании схем промышленной электроники?

2. Назначение и принцип работы электронного осциллографа.

3. Пояснить предназначение ручек управления, смонтированных на передней панели осциллографа.

4. Каковы назначение и принцип работы лампового вольтметра?

5. Пояснить предназначение ручек управления, смонтированных на передней панели вольтметра.

6. Каковы назначение и принцип работы генератора сигналов?

7. Пояснить предназначение ручек управления, смонтированных на передней панели генератора.