АиУ (Минаев) / 5 лаба / 5 Лаба

Лабораторная работа N 5

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СЕЛЕКТИВНЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ

Цель работы: ознакомление с одним из типов селективных вольтметров, его характеристиками и приобретение навыков работы с приборами такого класс

Методические указания к работе

Селективный микровольтметр В6-1 предназначен для измерения синусоидальных напряжений в диапазоне частот от 0,15 до 35 мГц, а также может быть использован для исследования спектра периодических сигналов и спектральных плотностей шумов. Избирательные свойства вольтметра обеспечиваются избирательным усилителем с фиксированной полосой пропускания и постоянным значением частоты резонанса. Изменение частоты настройки вольтметра достигается трансформацией спектра сигнала в преобразователе частоты (гетеродин-смеситель).

U

ВУ

УВЧ

См1

УПЧ1

См2

вх

fГ1 fГ2

ГКН

Г1

Г2

ДН

>

Калибр fГ1=40,15÷75мГц fГ2=39,535 мГц

г

мкА

В

У

УПЧ2

Ф1

нездо

П 1 полоса 1

Д 2 частот ∆f 2

Ф2

Ф3

УМ

Д

Рис. 1

Структурная схема В6-1 приведена на рисунке, где ВУ-входное устройство, предназначенное для повышения входного сопротивления и уменьшения входной емкости; УВЧ-широкополосный усилитель высокой частоты; Г1-гетеродин, вспомогательный генератор с регулируемой (ступенчато и плавно) частотой; См1-смеситель, элемент с нелинейной функцией преобразования; УПЧ1-усилитель первой промежуточной частоты, избирательный усилитель с фиксированной настройкой fп1 и полосой пропускания; Г1, См1, УПЧ1-составляют первый преобразователь частоты, работа его рассмотрена ниже; Г2-гетеродин с фиксированным значением частоты; Г2, См2, УПЧ2-составляют второй преобразователь частоты; Ф1 и Ф2-фильтры, формирующие полосы пропускания вольтметра f1 и f2; ДН-ступенчато регулируемый делитель напряжения (переключатель пределов измерения); У-усилитель с большим коэффициентом усиления; В-выпрямитель; А-магнитоэлектрический микроамперметр; ДН, У, В, А –составляют электронный многопредельный вольтметр, работающий в узкой полосе частот.

Измеряемое напряжение подводиться к пробнику. Переключателями “Шкала” и “Диапазоны частот” устанавливают ориентировочно предел измеряемого напряжения и частотный диапазон. Ручкой “Настройка” настраивают прибор на измеряемую частоту, добиваясь максимального отклонения указателя, по которому производят отсчет. Определение частотной характеристики рекомендуется производить на частотах, для которых цена деления шкалы генератора не более 2 кГц. Напряжение генератора синусоидальных сигналов 0,5-5,0 мВ подводиться к пробнику и измеряется селективным вольтметром. Меняя частоту генератора на ±10 кГц через 2 кГц при неизменной настройке селективного вольтметра записывают его показания. Опытное значение полосы пропускания определяется на уровне 0,707 Uмакс.

Следует помнить, что значение частоты по шкалам генератора и вольтметра могут расходиться вследствие погрешности обоих приборов.

Известно, что выходное напряжение генератора не является идеально синусоидальным. Из-за нелинейности электронных узлов генератора его выходной сигнал содержит высшие гармонические составляющие. Степень искажения синусоидального сигнала принято оценивать коэффициентом гармоник КГ или коэффициентом нелинейных искажений КНИ .

КГ = ; КНИ =

Здесь U1, U2, U3 … действующие значения напряжений 1,2,3 и т.д. гармоник. Для определения указанных коэффициентов следует измерить селективным вольтметром напряжения значимых гармоник. Выходное напряжение генератора должно составлять 0,5-5,0 мВ. Так как в исследуемой области частот возможно воздействие помех, в том числе за счет работающих радиостанций следует при появлении в процессе измерения “лишних гармоник” (сигналов отличных по частоте от ожидаемых) производить проверку принадлежности их исследуемому сигналу. Для этого необходимо произвести некоторую расстройку генератора и, если при этом показания прибора не изменяться, то имеем дело с помехой. Изменение показаний вольтметра говорит о принадлежности индуцируемой гармоники спектру исследуемого сигнала.

Для формирования последовательности импульсов заданной формы служит формирователь импульсов, оформленный в виде отдельного блока с питанием от сети ~ 220В. Подключив пробник селективного вольтметра к выходу формирователя, следует последовательно измерить напряжения 12-15 гармоник исследуемого сигнала. При возникновении сомнений в принадлежности индицируемой частоты анализируемому спектру произвести проверку указанным выше способом.

Экспериментальные данные

1. Настроить селективный вольтметр согласно приведенной инструкции.

2. Определение значения частоты основной гармоники заданного частотного диапазона. Экспериментально получается F1=54 кГц. При определении значения частоты основной гармоники заданного частотного диапазона плавно изменяется частота внешнего генератора и при необходимости изменяются пределы измерения напряжения селективного вольтметра.

3. Определение координат точек для амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) селективного вольтметра. АЧХ селективного вольтметра имеет вид характеристики с резко выраженным максимумом. Диапазон частот для снятия АЧХ определяется полученным значением частоты основной гармоники и лежит в пределах от 10 кГц до 162 кГц. Следует обратить внимание на выбор диапазонов измерения напряжения селективным вольтметром. При выборе диапазона следует пользоваться правилом измерения напряжения с минимальной относительной погрешностью. Известно, что минимальная относительная погрешность измерения находится в правой части шкалы, поэтому необходимо выбирать диапазон измерения так, чтобы указатель находился как можно ближе к концу шкалы. Полученные опытные значения частоты и напряжения заносятся в таблицу 1.

Таблица 1.

F (кГц)	54	40	30	20	10	60	70	80	90	108	162
V (мВ)	10	4,5	0.95	0,35	0,10	4,8	0,50	0,25	0,20	0,05	0,015

Обработка результатов:

F (кГц)	10	20	30	40	54	60	70	80	90	108	162
V (мВ)	0,1	0,35	0.95	4,5	10	4,8	0,50	0,25	0,20	0,05	0,015

КГ = коэф. Гармоник

КНИ =

Спектр импульсов

F	54	108	164
U	10	0,5	0,15

Вывод: Из приведенных графиков видно, что АЧХ селективного вольтметра имеет явно выраженный максимум на частоте 54 Гц. Полоса пропускания, исходя из графика, составляет Δf = 44 ÷ 58 Гц. Из спектра выходного сигнала явно видно, что гармоники с частотой, лежащей в полосе пропускания частот, проходят через вольтметр без амплитудных искажений, в то время как гармоники с частотой, выходящей за полосу пропускания частот подавляются. Коэффициент гармоники и коэф. нелинейных искажений приблизительно равны 0,0052