Контрольные вопросы

1. Приведите структурную схему осциллографа и объясните назначение отдельных его блоков.

2. Перечислите основные технические характеристики осциллографов и возможности С1-93, в частности: частотный диапазон входных сигналов, диапазон амплитуд входных сигналов, основные допускаемые погрешности.

Рекомендуемая литература

Основная

1. Голуб О.В. Стандартизация, метрология и сертификация: учебное пособие / Голуб О.В., Сурков И.В., Позняковский В.М.— С.: Вузовское образование, 2014. 334— c.

2. Бисерова В.А. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие / Бисерова В.А., Демидова Н.В., Якорева А.С.— С.: Научная книга, 2012. 159— c.

3. Димов Ю. Метрология, стандартизация и сертификация.- Питер.-2014

Дополнительная

1. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1978. – 360 с.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации осциллографа С1-93.

3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации частотомера Ч3-35.

4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации вольтметра В3-56.

Лабораторная работа №2 изучение измерительных генераторов

Цель работы: ознакомление с принципом действия, устройством, техническими характеристиками, возможностями и ограничениями генераторов, а также приобретение практических навыков работы с генераторами

Задача: определить частотные зависимости относительной погрешности установки частоты, сравнить с паспортными данными

Приборы: генератор низкой частоты Г3-112, генератор высокой частоты Г4-158, вольтметр В3-56.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить техническое описание и инструкцию по эксплуатации генератора. Обратить особое внимание на: назначение, технические данные, устройство и принцип действия, подготовку к работе и назначение органов управления, порядок работы.

2. Получить допуск у преподавателя, ответив на вопросы касающиеся цели, задач и хода работы, предполагаемых выходных результатов и способов их обработки, а также технических характеристик и приемов работы с измерительными приборами

3. Выполнить работу, согласно хода работы.

Краткие теоретические сведения При испытаниях, исследованиях, измерениях режимов различных радиоэлектронных схем необходимы источники испытательных сигналов. С помощью таких сигналов снимаются характеристики различных устройств, например амплитудно-частотные и переходные характеристики, коэффициент шума и др.; измеряют ряд параметров сигналов методом сравнения (частоту колебаний, частоту следования импульсов); градуируют измерительные приборы, в частности вольтметры.

Подобные источники сигналов получили название измерительных генераторов (ИГ). Они отличаются от обычных генераторов возможностью точной установки и регулировки выходных параметров (частоты, формы и величины напряжения, мощности) в широких пределах, хорошей стабильностью и наличием измерительных приборов, контролирующих определенные параметры сигналов.

В общем случае различают инфранизкочастотные измерительные генераторы, низкочастотные, высокочастотные, генераторы СВЧ, а также импульсные.

Измерительные инфранизкочастотные генераторы служат для создания гармонических колебаний с частотой 0,01-100 Гц. Некоторые вырабатывают также напряжения несинусоидальной формы: прямоугольной, треугольной, пилообразной. В наиболее распространенных приборах этого типа задающий генератор представляет собой схему электронной модели колебательного процесса без затухания, т.е. устройство для интегрирования дифференциального уравнения

, (1)

где - частота собственных колебаний.

Выходной параметр x модели (напряжение на выходных зажимах)

x=A·sin( ), (2)

являющийся решением уравнения (1) и есть гармоническое колебания инфранизкой частоты .

Схемы электронных моделей выполняют из электронных линейных звеньев: усилительного, интегрирующего, суммирующего, инерционного, которые построены на основе усилителя постоянного тока с глубокой отрицательной связью. Схемы также имеют ограничители амплитуды.

Наиболее общая функциональная схема НЧ генератора приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Общая функциональная схема НЧ генератора

Тип задающего генератора является основным признаком классификации, и в зависимости от его схемы различают три типа ИГ: LC-генераторы, генераторы на биениях, RC-генераторы.

LC – генераторы. Их задающий генератор представляет собой самовозбуждающуюся схему с колебательным контуром. Подобные генераторы применяются как источники модулирующего напряжения с фиксированными частотами колебаний. Однако, из формулы , определяющей частоту колебаний F, для получения низкочастотного колебания требуются большие величины емкости и индуктивности. Поэтому такие генераторы громоздки и частота их трудно регулируема.

Генераторы на биениях. В них НЧ колебания получаются путем смешения двух близких по частоте высокочастотных колебаний с последующим выделением напряжения разностной частоты – биение.

Рисунок 2 Задающий генератор на биениях

RC-генераторы. Это наиболее распространенный тип генератора. Построен на RC-схеме. Задающий генератор представляет собой двухкаскадный усилитель на сопротивлениях с положительной обратной связью (рисунок 2). Последняя осуществляется за счет применения делителя, состоящего из двух комплексных сопротивлений: Z1 – последовательно соединенных активного сопротивления R и емкости С; Z2 – параллельно соединенных аналогичных элементов.

Рисунок 3 Структурная схема задающего генератора RC-типа

Функциональная схема высокочастотных измерительных генераторов приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 Общая функциональная схема высокочастотного измерительного генератора

Задающий генератор, служащий для создания синусоидальных колебаний в заданном диапазоне частот. Переход от одного поддиапазона частот к другому осуществляется переключением контурных катушек индуктивности. Внутри поддиапазона частоту плавно перестраивают конденсатором переменной емкости. К колебаниям задающего генератора предъявляются следующие требования: стабильность по частоте; практическая независимость работы генератора от нагрузки, синусоидальная форма и мало изменяющаяся во всем частотном диапазоне амплитуда колебаний.

Усилитель-модулятор выполняет несколько функций: увеличивает амплитуду колебаний задающего генератора; служит буферным каскадом, практически устраняющим влияние внешней нагрузки на работу генератора; служит модулятором. Предусматривается внутренняя модуляцию и модуляция от внешнего источника.

Выходное устройство состоит из потенциометра плавной регулировки уровня выходного сигнала, калиброванного аттенюатора, уменьшающего напряжение в целое число раз (кратное 10) и выходных гнезд.

Контрольными приборами служат электронный вольтметр и измеритель коэффициента модуляции.

Сверхвысокочастотные генераторы применяются для измерения чувствительности радиоприемников диапазона СВЧ, питание высокочастотной энергией антенн, измерительных линий, рефлектометров, и др. измерительных схем; кроме того, они служат источниками колебаний при испытании ламп бегущей волны, при исследовании характеристик сред и веществ и т.д.

СВЧ генераторы подразделяются по задающим генераторам на: клистронные задающие генераторы, задающие генераторы на триодах и задающий генератор на лампе с обратной волной.

Импульсные генераторы используются в качестве задающих генераторов разнообразных импульсных схемах, служат импульсными модуляторами маломощных высокочастотных и сверхвысокочастотных гетеродинов и сигнал-генераторов, а также применяются коммутации устройств. Различают ИГ импульсных сигналов прямоугольной формы, треугольной, пилообразной и др.

Ход работы

1. Проверить точность установки частоты генератора Г3-112 на разных частотных диапазонах на рисках 10,20, 30, 60 и 100 (т.е. на частотах близких к четвертям декад) при напряжении на выходе 1В.

1.1. Установить на генераторе частоту 10 Гц. Подключить генератор к вольтметру и установить плавным регулятором уровень выходного напряжения ≈1 В при положении ступенчатого регулятора -20 или -10 дБ.

1.2. Подключить генератор к частотомеру и измерить частоту выходного сигнала генератора. Занести результат измерения частоты в таблицу, пример таблица.

Таблица

Fген, Гц	10·100	20·100	30·100	60·100	100·100	…	30·105	60·105	100·105
Fчаст, Гц
∆, Гц
γ, %

1.3. Переключить частотный диапазон и повторить измерения пункта 1.2.

1.4. Повторить измерения пунктов 1.1, 1.2 и 1.3. для всех положение ступенчатого регулятора частоты. Результаты измерений занести в таблицу.

1.5 По результатам измерений рассчитать погрешность установки частоты по отношению к показаниям частотомера где абсолютная погрешность определяется , а относительная погрешность определяется .

1.6 Построить графики зависимости относительной погрешности от положений визира для разных частотных диапазонов, пример на рисунке 6

Рисунок 5 График зависимости γ=f(F)

1.7 Сравнить результаты с приведенными в техническом описании на генератор. Сделать выводы.

2. Проверить точность установки частоты генератора до значения 8,8888 МГц.

2.1. Подключить генератор Г4-158 к частотомеру, установить частоту 10,000кГц. Ручка РАССТР.0-0,01% в положении на риске (см. техн. описание).

2.2. Измерить частоту, отсчитывая 6 старших разрядов измеряемой частоты. Занести в таблицу, аналогичную приведенной на рисунке 5.

2.3. Повторить пункты 2.1 и 2.2. для частот 100,00кГц, 1,0000МГц, 1.1111МГц, 2,2222МГц, 4,4444МГц, 8,8888МГц. Результаты в таблицу.

2.4. По результатам измерений рассчитать погрешность установки частоты по отношению к показаниям частотомера, где абсолютная погрешность определяется , а относительная погрешность определяется .

2.5. Построить график зависимости относительной погрешности от частоты.

2.6 Сравнить результаты с указанными в техническом описании, сделать выводы.