3.2. Измерения параметров выходных сигналов генератора сигналов специальной (произвольной) формы
Цель работы: приобретение практических навыков работы с осциллографом, вольтметром и генератором специальных (произвольных) сигналов.
Лабораторное задание
1. Изучите краткое описание генератора и назначение основных ручек управления (см. стр. 35-37). Подготовьте генератор к работе, следуя указаниям, приведенным на стр. 37-38.
2. Установка частоты выходного немодулированного сигнала генератора
Установите частоту выходного немодулированного сигнала генератора f = 20,75 кГц. Для этого на генераторе выберете тип сигнала “синусоидальный”, нажав на кнопку Sine. При этом нажатая кнопка должна подсветиться, что означает переход генератора в режим работы с синусоидальными сигналами. На дисплее генератора отобразится эскиз выходного сигнала с указанием параметров.
Активируйте выход первого канала CH1. Для этого следует нажать на клавишу Output. Работа первого канала отображается подсветкой кнопки CH1. Рядом с кнопкой расположен непосредственно сам разъем первого канала. К нему следует подключать высокочастотный кабель генератора.
Далее нужно нажать на кнопку расположенную напротив надписи Freq дисплея (см. рис. 3.2). Повторные нажатия на данную кнопку будут переключать генератор в режим настройки частоты Freq или периода Period. Выбранный режим настройки выделяется курсором на дисплее генератора. При выборе режима настройки частоты, на дисплее генератора отображается численное значение ранее установленной частоты. Используя клавишный джойстик (14) и ручку (13) (см. рис. 2.23), выставьте частоту f = 20,75 кГц. Запишите в отчет установленное значение частоты f .
3. Измерение параметров гармонического напряжения генератора
Вставьте в осциллограф флеш-память. Только после того как флеш-память вставлена, включите осциллограф. Подайте на вход осциллографа напряжение с генератора и засинхронизируйте это напряжение (см. стр. 23-25). Для того, чтобы изменить значение амплитуды выходного сигнала на генераторе, необходимо нажать на кнопку напротив надписи Ampl дисплея. Повторные нажатия на данную кнопку будут переключать генератор в режим настройки амплитуды Ampl или высокого уровня HLevel. Выбранный режим настройки выделяется курсором на дисплее генератора. При выборе режима настройки амплитуды, на дисплее генератора отображается численное значение ранее установленной амплитуды. Используя клавишный джойстик и ручку, изменяйте значение амплитуды выходного сигнала, осуществляя контроль напряжения на выходе генератора милливольтметром В3-38. Используя милливольтметр, установите действующее значение напряжения uд = 0,35 В. Сохраните осциллограмму на внешнюю флеш-память3 (см. стр. 26-27).
По осциллограмме определите параметры гармонического сигнала: амплитуду Um, период повторения Т, частоту f. Используйте автоматический режим измерений осциллографа (см. стр. 30-32). Сравните найденное по осциллографу значение частоты f со значением, установленным на генераторе в п. 2.
Результаты измерений, а также значение uд, занесите в строку таблицы 3.3 при коэффициенте модуляции М = 0.
4. Измерение параметров амплитудно-модулированного сигнала
Получите на выходе генератора АМ-сигнал с частотой модуляции F = 1000 Гц, несущей частотой f0 = 20,75 кГц и коэффициентом модуляции М = 0,9. Для этого необходимо выполнить следующие действия:
1) активируйте режим модуляций генератора, нажав на кнопку Mod, работа режима модуляций отображается подсвеченной клавишей Mod;
2) выберете вид модуляции “АМ”, нажав на кнопку Type, переключение видов модуляции осуществляется последовательным нажатием на кнопку Type (см рис. 3.3);
3) установите частоту модуляции F = 1000 Гц: для этого нажмите на кнопку AM Freq, клавишным джойстиком и ручкой выставьте нужное значение;
4) выберете форму амплитудной модуляции Sine, для чего следует нажать на кнопку Shape; переключение форм модуляции осуществляется последовательным нажатием на кнопку Shape; наблюдайте изменения на осциллограмме при переключении между формами модуляции;
5) нажмите на кнопку AM Depth, с помощью курсоров и ручки установите значение коэффициента модуляции 90%;
6) нажав на кнопку Source, выберите внутренний Internal модуляционный генератор.
Рис. 3.2. Дисплей генератора AWG-4110 в режиме настройки параметровсигнала |
Рис. 3.3. Дисплей генератора AWG-4110 в режиме настройки параметров модуляции сигналов |
Получите на экране осциллографа неподвижное, устойчивое изображение. Для этого можно воспользоваться кнопками RUN/STOP или Single. Сохраните осциллограмму на внешнюю флеш-память.
Измерьте следующие параметры АМ-сигнала с помощью осциллографа и милливольтметра: коэффициент модуляции М, среднее значение амплитуды Um, действующее значение uд, период Т0 и частоту f0 несущего колебания, период T и частоту F огибающей сигнала. При этом используйте как автоматический, так и курсорный (см. стр. 27-29) режимы измерений. Результаты измерений занесите в таблицу 3.3 .
Таблица 3.3
M |
Um |
uд |
T0 |
f0 |
T |
F |
0 |
|
|
|
|
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Установите коэффициент модуляции М = 0,5. Сохраните осциллограмму на внешнюю флеш-память. Проведите измерение параметров АМ-сигнала с помощью осциллографа. Результаты измерений занесите в таблицу 3.3.
Сравните определенные по осциллографу параметры АМ-сигнала с установками генератора.
Сравните действующие значения напряжения uд, измеренные при различных значениях коэффициента модуляции М. Сделайте вывод о влиянии коэффициента модуляции на действующее значение напряжения.
5. Изучение спектров сигналов генератора
Исследуйте спектр АМ-сигнала при M = 0,5. Для этого с помощью курсорных измерений в режиме FFT (см. стр. 29-30) определите амплитуды и частоты основной гармоники (U0, f0) и верхней и нижней боковых составляющих АМ-сигнала (Uн.б., fн.б., Uв.б., fв.б.). Результаты занесите в таблицу 3.3. Сохраните изображение спектра на внешнюю флеш-память.
Проведите теоретический расчет амплитуд и частот составляющих АМ-сигнала (стр. 8). Результаты занесите в таблицу 3.4. Сравните с результатами измерений.
Таблица 3.4
|
U0 |
f0 |
Uн.б. |
fн.б. |
Uв.б. |
fв.б. |
Измерение |
|
|
|
|
|
|
Расчет |
|
|
|
|
|
|
Измените вид модуляции генератора на внешнюю External. Исследуйте спектр немодулированного гармонического сигнала. Сохраните изображение спектра на внешнюю флеш-память.
6. Покажите отчет преподавателю.
7. Выключите измерительные приборы.
Контрольные вопросы
1. Что собой представляет выходной немодулированный сигнал генератора стандартных сигналов?
2. Как определить цену деления шкалы верньера установки частоты? Зависит ли она от выбранного частотного диапазона?
3. Какие сигналы называются амплитудно-модулированными? Какими параметрами характеризуются данные сигналы?
4. Как осуществляется установка заданного значения частоты сигнала на выходе ГСС с использованием верньера?
5. Как осуществляется установка заданного значения напряжения гармонического сигнала на выходе ГСС?
6. Что такое коэффициент модуляции АМ-сигнала? Как можно его измерить?
7. Как осуществляется калибровка осциллографа?
8. На вход вольтметра подано напряжение АМ-сигнала. Как зависят показания вольтметра от коэффициента модуляции?
9. В каких пределах можно изменять значение коэффициента модуляции АМ-сигнала на выходе ГСС? Как меняется при этом осциллограмма сигнала? Почему в ГСС не предусмотрена установка коэффициента модуляции М > 1?
10. В чем отличие режимов внутренней и внешней модуляции сигнала ГСС? При каком виде модуляции (внутренней или внешней) возможности изменения параметров выходного АМ-сигнала ГСС более ограничены, и каковы эти ограничения?
11. Как выглядит спектр гармонического сигнала?
12. Что собой представляет спектр однотонального АМ-сигнала?
13. Как зависят частоты боковых составляющих спектра однотонального АМ-сигнала от значения частоты высокочастотного заполнения? От частоты модулирующего колебания?
14. Как зависят амплитуды боковых составляющих спектра однотонального АМ-сигнала от коэффициента модуляции?