Все файлы / Метрология / Лабораторные работы / Лабораторная работа №3

Осциллограф предназначен для исследования формы электрических сигналов путём их наблюдения и измерения мгновенных значений периодических напряже-

ний и зависимости их от времени на интервале времени равном периоду.

Осциллограф имеет следующие технические характеристики:

4.5.4.1 Рабочая часть экрана осциллографа:

-по горизонтали (X) 80 мм (10 больших делений)

-по вертикали (Y) 64 мм (8 больших делений)

4.5.4.2Диапазон амплитудно-частотной характеристики тракта Y в пределах от 0 до 106 Гц.

4.5.4.3Время нарастания переходной характеристики (длительность фронта)

не более 8·10-9 с (8 нс).

4.5.4.4 Диапазон изменений коэффициента отклонения КY от 0,005 V/дел до

10 V/дел. К устанавливается ступенями при помощи переключателя V/дел со зна-

чениями 0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10 В/дел. КY регулируется плавно в пределах одной ступени.

4.5.4.5 Диапазон значений коэффициента развёртки КX от 10-5 с/дел (0,01

мс/дел) до 5·10-2 с/дел (50 мс/дел) устанавливается 215 ступенями при помощи пе-

реключателя время/дел со значениями:

(0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50) ·10-6 с/дел (мкс/дел);

(0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50) ·10-3 с/дел (мс/дел).

4.5.5 Генератор Г3-102.

Генератор Г3-102 предназначен для получения синусоидальных электриче-

ских напряжений низких частот. Генератор предназначен для постройки, регули-

ровки и контроля радиоаппаратуры.

Генератор имеет следующие технические характеристики. 4.5.5.1 Диапазон частот от 20 Гц до 2·105 Гц.

Значение частоты устанавливается ступенями кнопочным переключателем

«множитель частоты» в поддиапазонах:

От 20 до 200 Гц, от 200 Гц до 2 ·103 Гц (2 кГц), от 2 кГц до 20 кГц, от 20 кГц до 200 кГц.

21

Частота плавно в пределах поддиапазона устанавливается ручкой «Hz».

Отсчёт значения установленной частоты производится по вращающейся шкале от 20 до 200 делений.

4.5.5.2 Значение выходного напряжения (СКЗ) устанавливается ступенями кнопочным переключателем в пределах 7 диапазонов:

(0 - 0,01)В; (0 - 0,03)В; (0 - 0,1)В; (0 - 0,3)В; (0 - 1)В; (0 - 3)В; (0-10)В.

Плавная установка напряжения в пределах каждого диапазона производится ручкой «рег. вых».

Измерение напряжения производится по прибору «V».

22

Лабораторные задания

Лабораторное задание №1

1.1 Измерительная задача

Определить разность значений относительной систематической погрешности вольтметра В3-38, зависящей от частоты, между двумя частотами синусоидального напряжения для одного значения напряжения xИЗМ. Значения двух частот и амплитуда определяются по Таблице №1.

Метод: прямые измерения вольтметром В3-38 напряжения на выходе генератора Г4-102. Предполагается, что напряжение на выходе генератора от частоты не зависит и его значение принимается за xДЕЙСТВ.

1.2 Процедура измерений

1.2.1 Установить на генераторе Г4-102 ступенчатым переключателем «выход» и плавным регулятором напряжение по варианту и частоту fН – меньшую из двух заданных при выключенном тумблере "выход мкВ" и пределе измерений 100 мВ на вольтметре В3-38. Варианты заданий приведены в таблице 1.

1.2.2 Включить тумблер «выход мкВ» и измерить напряжение на выходе генератора UГ(Н). За результат принять показания вольтметра UИЗМ(Н).

Выключить напряжение на выходе генератора.

1.2.3 Установить частоту fВ, большую из двух. Включить выходное напряжение генератора и измерить UГ(В). За результат принять показания вольтметра

UИЗМ(В).

1.2.4. Определить относительную погрешность для обеих частот по формуле:

Определить разность U ( f ) U В(В) U В(Н) .

23

Лабораторное задание №2

2.1 Измерительная задача

Определить значение амплитуды напряжения при помощи осциллографа

С1-65.

2.1.1На проходной нагрузке 50 Ом, подключённой к выходу генератора

Г4-102.

2.1.2Непосредственно на выходе генератора Г4-102, отключив нагрузку.

2.1.3Обьяснить разницу (домашнее задание). Объяснение подтвердить расчё-

том.

2.2 Процедура измерений

Варианты амплитуд и частот – по Таблице 1.

2.2.1 Установить на осциллографе ступенчатым переключателем вре-

мя/деление такую длительность (коэффициент) развёртки, при которой на экране в

8 горизонтальных делений разместится 1,5Т, где Т – период синусоиды в соответ-

ствии с заданием.

Период Т и положение переключателя «время/дел» должно быть определено при домашней подготовке.

2.2.2 Установить ступенчатым переключателем V/дел такой коэффициент от-

клонения КY вольт/деление, при котором удвоенная амплитуда заданного напря-

жения составит 6-8 делений.

2.2.3 Установить ступенчатым переключателем «выход мкВ» генератора Г4-102 заданное значение напряжения (среднее квадратическое значение). Генера-

тор Г4-102 подключить к осциллографу через проходную нагрузку 50 Ом.

Тумблером «выход мкВ» включить напряжение.

Ручкой «уровень» осциллографа получить устойчивое изображение.

2.2.4 Отсчитать значение удвоенной амплитуды в мелких делениях и рассчи-

тать его в крупных делениях.

2.2.5 Отключить нагрузку 50 Ом и определить напряжение на выходе генера-

тора непосредственно.

Внести данные в протокол.

24

Лабораторное задание №3

3.1 Измерительная задача

Измерить при помощи осциллографа С1-65 при назначенных (Табл.1) часто-

тах и амплитудах.

3.1.1 Период в делениях шкалы по оси X с указанием КX с/дел. Рассчитать частоту через полученные значения периода. Определить разность xИЗМ – xДЕЙСТВ, принимая за xДЕЙСТВ значение частоты, установленное на генераторе Г4-102.

3.1.2 Амплитуду в делениях по оси Y.

Указать КY, при котором проведено измерение.

3.1.3 Среднее квадратическое значение при помощи вольтметра В3-38.

3.1.4 Рассчитать коэффициент амплитуды КА = UА / UСКЗ (домашнее задание).

3.2 Процедура измерений

3.2.1Установить на генераторе напряжение и нижнюю из двух частот fН.

3.2.2Переключателем V/дел установить такой коэффициент отклонения KY,

при котором удвоенное значение амплитуды составляет 6-8 больших делений.

3.2.3 Переключатель время/дел установить в положение, когда на экране ото-

бражаются не менее n=4 полных периодов синусоиды.

Ручкой "Уровень" добейтесь устойчивого изображения.

3.2.4 Выключите мощность генератора, отключите и внесите в протокол зна-

чения расстояния в делениях по вертикали, расстояние в делениях шкалы (мелких),

соответствующее удвоенной амплитуде напряжения.

Плавная ручка регулятора V/дел должна быть в крайнем положении по часо-

вой стрелке "до упора".

Для удобства отсчёта показаний совмещаются ручками верхний и ниж-

ний экстремумы синусоиды с вертикальной линией с делениями.

3.2.5 Отсчитайте и внесите в протокол значения длительности n периодов си-

нусоиды в мелких делениях горизонтальной шкалы время/дел.

3.2.6 Отсчитайте показания в значениях СКЗ напряжения по вольтметру В3-38.

25

3.2.7 Рассчитайте коэффициент амплитуды KА= UA/UСКЗ, где UA – амплитуда, измеренная в пункте 3.2.4, UСКЗ – значение напряжения, полученное в пункте 3.2.6.

Лабораторное задание №4

Лабораторное задание №4 – индивидуальное для каждого исполнителя. Вариант задания определяют по Таблицам 2-5. В итоге номер задания состоит из четырёх цифр (например, 4.1.5.3). Здесь первые две цифры (4.1.) - это номер раздела Методических указаний, третья цифра – измерительная задача, которую предстоит решить (т.е. 4.1.5), а четвёртая цифра – вариант этой измерительной задачи. Поступают следующим образом.

1 Определяют по Таблице 2, какую измерительную задачу индивидуального задания предстоит сделать конкретному исполнителю и какой вариант при этом выбрать.

2 Если выпадают задачи 1-4, пользуются Таблицей 3.

3 Если выпадают задачи 5, 6, 8 или 9, пользуются Таблицей 4.

4 Если выпадает задача 7, пользуются Таблицами 4 и 5.

4.1 Измерительные задачи

4.1.1 Определить полосу частот вольтметра В3-38.

Определить fВЕРХ и fНИЖН как частоту, при которой показания вольтметра изменяются на 3 дБ. Измерения проводить через 100 кГц при f > 100 кГц и через 5 кГц при f < 100 кГц. Напряжение на выходе генератора Г4-102 в соответствии с таблицей 3.

4.1.2 Определить наклон логарифмической амплитудной характеристики вольтметра В3-38 в диапазоне частот от 2 МГц до 30 МГц при частотах 1, 2, 4, 16, 24, 32 МГц.

Построить график. Выразить наклон в значениях дБ/октаву, то есть определить наклон между частотами 1, 2, 4, 8, 16, 32 МГц.

Напряжение на выходе генератора Г4-102 в соответствии с таблицей 3.

26

4.1.3Определить амплитудно–частотную характеристику осциллографа С1-65

вдиапазоне от 0,1 МГц до 50 МГц при помощи генератора Г4-102. Считать, что напряжение на выходе генератора не зависит от частоты.

а) непосредственно на выходе генератора с коротким кабелем.

б) непосредственно на выходе генератора с удлинённым кабелем.

Измерения проводить при частотах: 0,1; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 24; 32; 40; 48 МГц.

Длины кабелей отразить в протоколе.

Напряжение, установленное на выходе Г4-102, в соответствии с таблицей 3.

4.1.4Определить полосу частот осциллографа, то есть fВ и fН при двух длинах кабеля между выходом генератора Г4-102 и входом С1-65. За fВ и fН принимаются значения частот, при которых коэффициент отклонения КУ(f) (по вертикали)

уменьшается на 3дБ относительно КУ(1МГц).

Рассчитать время нарастания для С1-65 по формуле τФ (нс) = 0,35/ fВ (ГГц).

Длины кабелей отразить в протоколе.

Напряжение на выходе генератора Г4-102 в соответствии с таблицей 3.

4.1.5 Определить длительность фронта τФ (нс) импульсов генератора Г5-54:

-при скважности Q = 20, Q = 10, Q = 8, 6, 4, 2;

-с коротким и с удлинённым кабелем.

Рассчитать требуемую длительность τИ.

Рассчитать верхнюю частоту полосы пропускания С1-65 по формуле fВ (ГГц) = 0,35/ τФ (нс).

Длины кабелей отразить в протоколе.

Амплитуды импульсов в соответствии с таблицей 4.

4.1.6 Измерить при помощи С1-65 амплитуду импульсов генератора Г5-54,

при длительностях τИ = 5∙10-6, 1∙10-5, 2∙10-5, 5∙10-5с, при частотах соответствующих скважности Q = 2, 5, 10, 15, 20. Частоты рассчитать при домашней подготовке для каждого значения τИ.

Амплитуды импульсов в соответствии с таблицей 4. 27

4.1.7 Определить при помощи С1-65 и вольтметра В3-38зависимость коэффи-

циента амплитуды КА = UА/UСКЗ импульсной последовательности при Q = 10, 5, 2

от напряжения приUА = 20, 10, 5, 2, 1, 0.5[В]. Значение UСКЗ определять измерени-

ем при помощи вольтметра В3-38. Длительности импульсов τИ в соответствии с таблицей 5. Частоту рассчитать при домашней подготовке. Амплитуда импульсов в соответствии с таблицей 4.

4.1.8 Определить при помощи В3-38 и С1-65 коэффициент формы КФ напря-

жения импульсной последовательности КФ = UСКЗ / UСВ при Q = 2, 4, 10, 20 для f = 103 Гц.

Требуемые длительности импульсов τИ рассчитать при домашней подготов-

ке.

Q устанавливается изменением τИ.

UСКЗ измерить при помощи В3-38.

UСВ рассчитать в соответствии с его определением.

UА – амплитуда импульсов в соответствии с таблицей 4.

4.1.9 Определить КФ (см. 4.1.8) при τИ = 10-4 с для скважности Q = 2, 4, 10, 20.

Скважность устанавливается изменением частоты.

Рассчитать требуемые значения частоты при домашней подготовке.

Амплитуда импульсов в соответствии с таблицей 4.

28

Варианты заданий

Таблица 1 – Варианты амплитуд и частот для выполнения лабораторных зада-

ний №№1–3

В клетках таблицы – номер исполнителя

29

Таблица 3 – Варианты значений действующего напряжения по заданиям

4.1.1.*, 4.1.2.*, 4.1.3* и 4.1.4.*

* в Таблицах 3 – 5 цифра соответствует последней цифре варианта по Таблице 2.

30