6.1.2. Задание второе

Изучить методы измерения амплитудно-частотных ха­рактеристик четырехполюсников

Методические указания ко второму заданию

Данный вопрос следует изучить по учебному пособию [1, с. 270-271 ], при этом можно ограничиться следующим ма­териалом.

Многие радиотехнические устройства можно представить в виде избирательного четырехполюсника с коэффициентом передачи K(f) зависящем от частоты. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) U_вых=F(f) при U_вх=const дает полное представление о полосе пропускания, неравномерно­сти коэффициента передачи и других свойствах четырехполюсника. Амплитудно-частотные характеристики могут быть измерены по точкам с помощью измерительного генератора и измерителя выходного напряжения. Для наблюдения формы АЧХ применяют панорамные измерители, состоящие из ге­нератора качающейся частоты (свип-генератора) и осциллографичеекого индикатора. Промышленность выпускает не­сколько типов панорамных измерителей АЧХ на диапазон от 20Гц до 1,5ГГц.

6.1.3. Задание третье

Рассчитать и построить амплитудно-частотную и фазо-частотные характеристики интегрирующей и дифференци­рующей цепей, имеющих следующие параметры: R_и= 1,8 кОм; С_и=0,1 мкФ; R_д= 1,8 кОм; С_д=0,01 мкФ; С’=0,001 мкФ.

Методические указания к третьему заданию

Реальная интегрирующая RС-цепочка описывается пе­редаточной функцией

где р - оператор преобразования Лапласа; Т - постоянная времени цепи. Подставляя в передаточную функцию р = jω, получа­ем комплексную частотную характеристику, из которой на­ходим амплитудно-частотную

и фазочастотную характеристики

Как следует из выражений амплитудной и фазовой ха­рактеристик на частоте ω-1/Т:

Реальная дифференцирующая цепь описывается пере­даточной функцией:

из которой следует, что

6.1.4. Задание четвертое

Изучить методы измерения длительной и кратковре­менной нестабильности частоты

Методические указания к четвертому заданию

Данный вопрос следует изучить по учебному пособию [1 с.111-113] либо [2 с.198-200], при этом можно ограничить­ся следующим материалом.

Как указывалось выше (лабораторная работа №4), зна­чение частоты, полученное в результате измерения любым методом, является усредненной величиной, так как единич­ное измерение выполняется в конечном интервале времени, который называется интервалом усреднения. Середина ин­тервала усреднения определяет момент измерения. Результат единичного измерения частоты следует записывать в виде ω(t,τ) и читать так: значение частоты в момент времени t при интервале усреднения τ. При точных измерениях нельзя ог­раничиться единичным (одноразовым) измерением, его необ­ходимо повторить N раз и за результат принять среднее зна­чение. Число N выбирают по заданной погрешности измере­ний (лабораторная работа № 2).

Долговременная нестабильность частоты определяется как разность двух усредненных значений частоты, получен­ных в результате измерений в начале и конце интервала на­блюдения Т_н,

Результат такого единичного измерения

где τ - интервал усреднения; производится N измерений в интервале наблюдения (N+1)Т_н и долговременная нестабиль­ность за время, равное интервалу наблюдения T_н, определя­ется как среднее арифметическое значение этих измерений:

Это выражение долговременной нестабильности за интервал времени наблюдения Т_и при усреднении каждого измерения в интервале τ.

Кратковременная нестабильность частоты определяется аналогично единичному измерению долговременной неста­бильности с тем отличием, что интервалы времени наблюде­ния и усреднения соответственно меньше, а за результат из­мерения, как обычно для случайных величин, принимается среднеквадратическое значение а_пр N измерений, вычислен­ное для интервала Т_н

Обычно и долговременную и кратковременную нестабиль­ность выражают в относительных единицах, для чего необ­ходимо отнести результаты соответствующих измерений к номинальному значению частоты.

Измерение нестабильности частоты значительно упро­щается при использовании метода дискретного счета, так как показания электронно-счетного частотомера дают значение частоты, усредненное за интервал времени счета, являющееся одновременно и интервалом времени усреднения.

6.1.5. Вопросы к домашнему заданию

1. Какие параметры элементов цепей приходится измерять в радиотехнической практике?

2. Какие методы используются для измерения добротности катушек и контуров?

3. К какому классу следует отнести измерения в первом (измерение добротности катушек) и во втором случае (изме­рение добротности контуров)?

4. Какими факторами определяется погрешность измерения добротности резонансным методом?

5. Какие известны методы измерения амплитудно-частотных характеристик?

6. Какой метод измерения фазочастотных характеристик реальных цепей целесообразно использовать при наличии имеющегося комплекта приборов?

7. Какими параметрами характеризуются исследуемые ин­тегрирующие и дифференцирующие цепи?

8. Как измеряются долговременная и кратковременная не­стабильность частоты?

9. Какой метод измерения предпочтителен при измерении нестабильности частоты? Почему?

6.2. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

6.2.1. Задание первое

Произвести измерение добротности катушки индуктив­ности. Для измерения добротности использовать генератор импульсных сигналов, осциллограф, лабораторный макет. Вычислить значения добротности, определить собст­венную частоту контура.

Методические указания к первому заданию

Для измерения добротности использовать схему в соот­ветствии с рис. 6.1.

При воздействии на контур прямоугольных импульсов в нем возникают колебания собственной частоты. Эти коле­бания являются затухающими, а скорость затухания колеба­ний определяет добротность контура (см. рис. 6.2).

Для определения добротности необходимо произвести измерения двух соседних амплитуд A₁ и А₂, а результат вы­числить по формуле

А₁ и А₂ определить по осциллографу в малых делениях мас­штабной сетки ЭЛТ.

Рис. 6.1. Схема для измерения добротности: 1 - генератор импульсных сигналов, 2 - осциллограф, С_ко - собственная емкость катушки

Рис. 6.2. Форма колебаний на экране осциллографа

Таблица 6.1

A1
А2
Q
f0 Гц

Используя осциллограф, измерить собственную частоту f₀ колебательного контура. Результаты измерений и вычисле­ний занести в табл. 6.1. Запись результатов оформить в соответствии с ГОСТ 8.011-72.

6.2.2. Задание второе

Определить выходное сопротивление генератора

Методические указания ко второму заданию

Для проведения измерений собрать схему рис. 6.3.

Рис. 6.3. Схема измерений: 1 - низкочастотный генератор, 2 - милливольтметр

Первоначально установить полное отклонение стрелки по шкале вольтметра U₁, после чего к клеммам А-Z_А подклю­чить образцовый резистор R₀ и записать показания вольтмет­ра U₂. Искомое значение выходного сопротивления опреде­лить по формуле

6.2.3. Задание третье

Произвести измерение и исследовать амплитудно-частотную характеристику вертикального канала осциллографа.

Методические указания к третьему заданию

В качестве источников сигналов использовать на посто­янном токе блок питания, на переменном - низкочастотный и высокочастотный генераторы.

Для контроля напряжения на постоянном токе исполь­зовать электронный вольтметр, на переменном - милливольтметр. Для проведения экспериментов использовать схему рис.6.4 или рис.6.5. Амплитудно-частотную характеристику снять для ко­эффициента отклонения «1 вольт/деление» в диапазоне час­тот 0-15 МГц.

Рис 6.4. Схема измерений АЧХ осциллографа: 1 - низко-частотный генератор, 2 милливольтметр, 3 - осциллограф

Рис. 6.5. Схема измерений АЧХ осциллографа: 1 - высоко­частотный генератор, 2 - милливольтметр, 3 - осциллограф

По результатам экспериментов построить график ам­плитудно-частотной характеристики для диапазона частот, указанного преподавателем.

Для снятия амплитудно-частотной характеристики ос­циллографа в диапазоне 20 Гц – 200 кГц необходимо исполь­зовать низкочастотный генератор и электронный милли­вольтметр. Для проведения измерений необходимо устано­вить размер изображения на экране осциллографа равный 5 делениям, с помощью милливольтметра измерить выходное напряжение и поддерживать его постоянным при задании следующих частот: 20, 50, 200 Гц; 1, 10, 50 и 200 кГц. Ампли­туду изображения сигнала необходимо считывать с экрана в делениях. При снятии частотной характеристики в диапазоне 200 кГц – 15 МГц измерения производить с помощью высоко­частотного генератора.

Согласование измерений производится на частоте 200 кГц. Процесс согласования заключается в том, что под­ключают высокочастотный генератор и милливольтметр, ус­танавливают частоту 200 кГц и затем с помощью ручки регу­лировки уровня выхода высокочастотного генератора доби­ваются размера изображения сигнала на экране, равного изо­бражению сигнала, которое было получено на частоте 200 кГц при использовании низкочастотного генератора. Затем, под­держивая выходное напряжение высокочастотного генерато­ра постоянным (контроль по милливольтметру), устанавли­вают следующие значения частот: 02; 1,0; 5,0; 8,0; 10,0; 12,0; 14,0; 15,0 МГц и для каждой частоты измеряют амплитуду сигнала в деления масштабной сетки экрана ЭЛТ. Результаты всех измерений сводятся в табл. 6.2.

Таблица 6.2

f кГц
lg f
п

Построить график п=F(lg f) определить частоту среза на уровне 0,7 и оценить неравномерность амплитудно-частотной характеристики в диапазоне 1-8 МГц.