Включение лабораторной станции и запуск виртуальных приборов

С разрешения преподавателя в начале занятия выполните или проверьте выполнение следующих действий:

– включите лабораторную станцию NI ELVIS, нажав клавишу на ее задней стенке. При этом должен начать светиться индикатор «SYSTEM POWER» на передней панели станции. Включите также макетную плату выключателем «PROTOTYPING BOARD POWER»;

– запустите программную среду NI ELVIS. Для этого выполните следующие операции на рабочем столе (экране монитора):

Пуск (Start) > Programs > National Instruments > NI ELVIS 2.0 > NI ELVIS.

После этого на экране монитора возникнут меню загрузчика виртуальных приборов NI ELVIS Instrument Launcher и табло Initializing, на котором бегущей строкой отражается ход процесса инициализации.

Дождитесь окончания инициализации загрузчика.

Установите или проверьте установку соединителя гнезд макетной платы. Разъем соединителя с пятью рядами штырьков (короткий) должен располагаться с левой стороны макетной платы над соединительной панелью Р2. При этом он должен занимать ряды (строки) панели Р2, начиная со строки АСH0+.

Разъем соединителя с пятнадцатью рядами штырьков (длинный) должен быть установлен над соединительной панелью Р1, начиная со строки гнезд FUNC OUT до строки GROUND включительно.

Последовательность выполнения работы

Упражнение 1. Получение частотных характеристик реактивного

фильтра низких частот (ФНЧ)

1.1. Подключите вход лабораторного макета к станции NI ELVIS.

Присоедините байонетный разъем коаксиального кабеля к гнезду BNC1, находящемуся на макетной плате станции. Штырьки другого конца этого кабеля подключите к гнездам «Вх.» лабораторного макета.

ВНИМАНИЕ! «Земляной» вывод кабеля должен быть присоединен к тому из гнезд лабораторного макета, что выделено знаком «┴». При подключении кабеля придерживайте макетную плату, чтобы она не вышла из своего разъема!

С помощью этих операций функциональный генератор лабораторной станции FGEN подключается ко входу исследуемой цепи, собранной на лабораторном макете, и к анализатору АЧХ и ФЧХ.

1.2. Подключите выход ФНЧ к станции NI ELVIS.

Присоедините байонетный разъем коаксиального кабеля к гнезду BNC2, которое находиться на макетной плате станции рядом с гнездом BNC1. Штырьки другого конца этого кабеля присоедините к гнездам «С1» лабораторного макета. Этими действиями обеспечивается связь выхода ФНЧ, т.е. выводов конденсатора С1, через макетную плату с компьютером.

Включите макетную плату клавишей «Prototyping Board Power» на передней панели лабораторной станции. При этом должен начать светиться расположенный рядом с клавишей индикатор.

1.3. Соберите на лабораторном макете цепь реактивного ФНЧ. Переведите переключатель «СХЕМА» макета в положение «L₁C₁». Поставьте тумблер «R_i» в положение «600 Ом», а переключатель «R_н» – в положение «0,5 кОм».

Выставьте значение емкости настраиваемого конденсатора С₁ равным 0,2n нФ, где n – номер макета (задания).

Проверьте положение ручек функционального генератора на передней панели рабочей станции. Клавиша «MANUAL» должна быть в нижнем положении, т.е. генератор должен находиться в режиме программного управления. Световой индикатор рядом с клавишей «MANUAL» при установке этого режима не горит. Клавиша вида генерируемых сигналов должна быть в положении « », т.е. соответствовать генерации гармонических колебаний.

1.4. Загрузите виртуальный анализатор амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик (анализатор Боде).

Выберите в меню загрузчика виртуальных приборов Instrument Launcher позицию Bode Analyser. После щелчка мышью на этой позиции на экране монитора должна появиться лицевая панель анализатора.

Установите кнопками счетчиков «Start» и «Stop», находящимися на субпанели «Settings» («Установки»), начальное значение диапазона циклических частот 10 Гц и конечное значение 35 кГц соответственно. Кроме того, установите шаг отсчета – 10 значений на декаду – кнопкой «Steps».

Переведите клавишу выбора полярности входного сигнала «Op-Amp-Signal-Polarity» в положение «Normal». Значение амплитуды сигнала генератора FGEN, подключенного ко входу цепи, выберите в счетчике «Peak Amplitude» равным 2В.

Для запуска анализатора АЧХ и ФЧХ нажмите кнопку «Run» на его лицевой панели. При этом на экранах этой панели должны появиться графики.

Подождите пока графики АЧХ и ФЧХ полностью установятся.

1.5. Выберите формы представления АЧХ иФЧХ.

В выпадающем меню «Y Scale» субпанели «Display» анализатора выберите щелчком мыши позиции «Auto». Тем самым Вы перейдете в режим автоматического выбора диапазона шкалы (логарифмической шкалы значений АЧХ в дБ и шкалы ФЧХ в градусах).

При необходимости подкорректируйте границы просматриваемого частотного диапазона счетчиками «Start» и «Stop».

Включите курсоры, нажав на кнопку «OFF», находящуюся на субпанели «Display». При переходе клавиши в положение «ON» появятся линии курсоров, выделенные красным цветом.

1.6. Оцените параметры полученных частотных характеристик.

Выделите вертикальным курсором значение частоты, соответствующее частоте среза, полученной при расчете. Наведите горизонтальный курсор на уровень АЧХ и считайте значение, соответствующее расчетной частоте среза. Таким же образом определите значение ФЧХ на этой частоте. Запишите полученные результаты на бланк отчета.

По этой же методике выделите курсорами максимальное значение АЧХ. Считайте значения максимума АЧХ H_m, частоты максимума f_m и значение ФЧХ на частоте максимума Ψ_m. Запишите эти значения и сравните с расчетными.

Найдите крутизну среза АЧХ S_ср в полосе задержания в децибелах на декаду и в децибелах на октаву.

Найдите к время задержки сигнала t_з в полосе пропускания цепи как крутизну ФЧХ в миллисекундах. Занесите результаты в табл. 4.3.

Зарегистрируйте графики, нажав клавишу «Log» на лицевой панели.

1.7. Повторите измерения для значений сопротивления R_н 1 кОм и 2,5 кОм.

1.8. Выключите виртуальный анализатор Боде, щелкнув мышью на значке « » его лицевой панели.

Упражнение 2. Исследование переходной характеристики реактивного ФНЧ

2.1. Загрузите виртуальный функциональный генератор FGEN. Для этого выберите в меню Instrument Launcher и выделите щелчком мыши позицию Functional Generator. При этом на экран монитора выйдет лицевая панель генератора.

Проверьте, что генератор FGEN находится в режиме программного управления. При этом ручка переключателя «MANUAL» на передней панели станции в нижнем положении. Световой индикатор «MANUAL» погашен.

2.2. Установите необходимые параметры сигнала, вырабатываемого генератором.

Переведите ручку трехпозиционного переключателя вида сигналов «Waveforms», изображенную на экране монитора, в положение « », соответствующее выработке периодического прямоугольного сигнала «меандра».

Ручкой и кнопками «Peak Amplitude» выберите амплитуду сигнала генератора, равную 0,5 В. Частоту сигнала подберите ручкой и кнопками на подпанели «Frequency» с тем, чтобы период меандра стал в 3…5 раз больше расчетной циклической частоты свободных колебаний цепи f_св.

Ручками и кнопками «DC Offset» («Смещение») установите добавочное постоянное положительное напряжение смещения с уровнем 0,5 В. В результате сложения меандра с амплитудой 0,5 В и постоянного напряжения положительной полярности с амплитудой в 1 В, получится последовательность прямоугольных импульсов.

Запустите генератор кнопкой «ON» на его лицевой панели. При этом на его индикаторе появится значение частоты вырабатываемых колебаний в герцах.

2.3. Загрузите виртуальный осциллоскоп OSC. Для этого щелкните мышкой по соответствующей позиции меню загрузчика Instrument Launcher.

Нажмите кнопку «Display» субпанели «CHANNEL A» , чтобы на ней появилось обозначение «ON». Тем самым будет подключен канал А осциллоскопа. То же сделайте на субпанели «CHANNEL В».

Выберите в выпадающем меню «Source» субпанели «CHANNEL A» вариант «ACHО». При этом канал А будет подключен к выходу фильтра. Кроме того, в выпадающем меню «Source» субпанели «CHANNEL В» вберите вариант «FGEN FUNC OUT». Тем самым канал В осциллоскопа станет подключен к выходу функционального генератора FGEN. На экране осциллоскопа появится осциллограмма импульсов.

Установите режим внешней синхронизации осциллоскопа от сигнала генератора FGEN. Для этого в выпадающем меню «Source» субпанели»TRIGGER» выделите значение «SYNC OUT». В меню выбора типа синхронизации «Type» установите значение «Digital».

Нажмите кнопку «Run» на лицевой панели осциллоскопа. Ручками «Position» разведите по вертикали линии развертки каналов с тем, чтобы линия развертки канала А (зеленая) оказалась выше линии развертки канала В (синяя).

2.4. Ручками управления осциллоскопом отрегулируйте вертикальные размеры осциллограмм. Добейтесь, чтобы изображения входного сигнала и реакции фильтра не пересекались и занимали как можно больше места на экране осциллоскопа.

Отрегулируйте периоды разверток так, чтобы на экране осциллоскопа наблюдался не более, чем один период выходного сигнала и не более чем один период реакции на этот сигнал.

2.5. Проведите измерение периода и декремента колебаний выходного сигнала фильтра.

Включите курсоры переводом клавиши субпанели «CURSORS» в положение «ON». Установите на субпанели «CURSORS» кнопками «C1» и «С2» значения «СН А».

Захватывая курсоры мышью (при нажатой левой клавише), установите штриховые линии курсоров на расстояние, равное периоду реакции Т_св. Запишите выделенные курсорами и отмеченные под экраном осциллоскопа расстояние между курсорами dT, а также амплитуды сигнала через его период А₁ и А₂ в табл. 4.4.

2.6. Повторите измерения для сопротивления R_н, равного 1 кОм и 0,5 кОм. Запишите полученные результаты в табл. 4.4.

2.7. Зарегистрируйте наблюдаемые осциллограммы. Для этого зафиксируйте изображения нажатием кнопки «Run» и, затем, нажмите кнопку «Log». Тогда осциллограммы будут записаны в файл с расширением txt для дальнейшей обработки и распечатки графиков. Для записи нужно указать имя файла в соответствующем окошке и нажать кнопку «OK».

Упражнение 3. Исследование переходной характеристики реактивного фильтра высоких частот (ФВЧ)

3.1. Соберите на лабораторном макете фильтр высоких частот. Для этого переведите переключатель «СХЕМА» макета в положение «10.4» (ручка переключателя вниз). Переключатель «R_н» верните в положение «0,5 кОм».

Концы коаксиального кабеля, подключенного к разъему BNC2, переставьте в гнезда лабораторного макета «L₁».

3.2. Повторите операции, изложенные в упражнении 2, начиная с п.2.4.

Упражнение 4. Получение частотных характеристик реактивного

фильтра высоких частот

4.1. Повторите операции, изложенные в упражнении 1, начиная с п. 1.4.