laba_fedorov
.pdfМИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
Факультет «Институт магистратуры»
Кафедра «Телевидения и метрологии»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
по дисциплине:
Метрологическое обеспечение и подтверждение соответствия систем инфокоммуникаций
на тему:
Исследование цифрового осциллографа
Выполнили
студенты группы ФП-42м:
Кот И.И. Муравьев Г.
Принял преподаватель: Федоров С.Л.
Санкт-Петербург
2024
Цель работы:
1.Изучить принцип действия и структурную схему цифрового осциллографа, методику подготовки осциллографа к работе.
2.Ознакомиться с основными метрологическими характеристиками исследуемого осциллографа. Получить навыки использования осциллографа для исследования формы электрических сигналов и измерения их параметров.
Исследуемый прибор:
Цифровой осциллограф АКИП-4115/2А.
Вспомогательные приборы и устройства:
Пробник осциллографа АКИП-4115/2А; Генератор сигналов специальной формы АКИП 3407/4А; Комплект коаксиальных кабелей BNC-BNC.
Ход работы:
Таблица 1
Основные метрологические и технические характеристики осциллографа АКИП-4115/2А
|
Параметр |
|
Значение |
Число каналов вертикального |
|
2 |
|
отклонения (Y) |
|
|
|
Ширина полосы пропускания каналов |
|
40; при «ОГР. ПП.» - 20 |
|
Y1 и Y2, МГц |
|
|
|
Время нарастания переходной |
|
8.8 |
|
характеристики каналов Y1 и Y2, нс |
|
|
|
Диапазон коэффициента отклонения |
|
2-10 |
|
( |
), В/дел |
|
|
Входное сопротивление каналов Y1 Y2, |
|
12 |
|
|
МОм |
|
|
Входная емкость каналов Y1 и Y2, пФ |
|
не более 13 |
|
Пределы допускаемой абсолютной |
|
|
|
погрешности измерения постоянного |
( |
) |
|
напряжения (U) при фиксированных |
|
где |
|
коэффициентах отклонения, мВ |
|
|
|
Диапазон установки коэффициента |
|
10нс - 50с |
|
развертки, с/дел |
|
|
|
Пределы допускаемой относительной |
|
не более ±0,01 |
|
погрешности коэффициента развертки, %
1.Опробование осциллографа и компенсация пробника
При подключении пробника осциллографа ко встроенному в него генератору меандра частотой 1 кГц был зафиксирован сигнал, изображенный на рисунке 1.
Рис. 1 Форма сигнала калибратора осциллографа на выходе пробника
2.Измерение параметров сигнала синусоидальной формы
Осциллограф был подключен к генератору сигналов, согласно рисунку
Рис. 2 Схема подключения приборов
Измерения и расчеты сигнала проводились при частоте 5 кГц, размахом 1 Вольт. Требуемые согласно методическим указаниям значения вышеописанного сигнала зафиксированы ниже:
Среднеквадратическое значение сигнала ( ) – 0.707 В; Период (Т) - 200 мкс.
3. Определение амплитудно-частотной характеристики и ширины полосы пропускания каналов вертикального отклонения Y1 и Y2 осциллографа
Схема подключения приборов остается прежней, с предыдущего пункта. В настройках осциллографа была включена функция ограничения полосы пропускания для каждого из каналов. Измеренные значения амплитуды сигнала при изменении его частоты представлены на таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Результаты измерения для определения АЧХ канала У1
f, кГц |
|
0.05 |
0.1 |
50 |
1000 |
5000 |
10000 |
15000 |
20000 |
25000 |
30000 |
35000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,98 |
4,21 |
4,11 |
4,16 |
3,87 |
3,23 |
3,11 |
2,12 |
2,65 |
2,42 |
2,31 |
(размах) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
) |
-0,412 |
0,311 |
0,002 |
0,113 |
-0,521 |
-1,832 |
-2,221 |
-3,111 |
-4,412 |
-5,031 |
-5,313 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3
Результаты измерения для определения АЧХ канала У2
f, кГц |
|
0.05 |
0.1 |
50 |
1000 |
5000 |
10000 |
15000 |
20000 |
25000 |
30000 |
35000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(размах) |
|
4,08 |
3,92 |
4,12 |
4,28 |
3,96 |
3,4 |
3,01 |
2,12 |
2,11 |
2,15 |
1,91 |
|
( |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-0,061 |
-0,331 |
0 |
0,31 |
-0,321 |
-1,654 |
-2,511 |
-3,412 |
-4,621 |
-5,601 |
-6,611 |
По результатам измерений были составлены амплитудно-частотные характеристики для каналов Y1 и Y2 осциллографа, представленные на рисунке 3.
|
1 |
|
|
|
|
|
, дБ |
0 |
|
|
|
|
|
-1 |
0.05 |
0.1 |
50 |
1 000 |
5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 |
|
) |
|
|
|
|
|
|
1/ 2 |
-2 |
|
|
|
|
|
-4 |
|
|
|
|
канал Y2 |
|
|
-3 |
|
|
|
|
канал Y1 |
lg( |
-5 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-7 |
|
|
|
|
|
f, кГц
Рис. 3 Амплитудно-частотная характеристика осциллографа для двух каналов
Граничная частота для канала Y1 17,5 МГц, для канала Y2
19 МГц. Время нарастания переходной характеристики для каналов рассчитывается согласно формуле ниже:
для канала Y1 – 20 нс, для канала Y2 – 18,42 нс.
4.Измерение параметров сигнала прямоугольной формы
Вданном пункте проводится вычисление максимальной частоты гармоники поданного меандра, которую может воспринять канал Y1 осциллографа – граничной частоты.
Измерения параметров сигнала проводились путѐм подачи сигнала прямоугольной формы частотой 1 МГц, скважностью 0,5 и размахом 5 Вольт.
Исходя из рисунка 4, мгновенное значение напряжения данного сигнала при 90% от максимального составляет 2 В, при 10% - (-2В), при 50% - 0 В.
Рис. 4. К определению параметров прямоугольного импульса, где
-длительность фронта;
-длительность импульса;
-длительность спада
Согласно проведенным измерениям, значение длительности фронта
составило (36-4) = |
32 нс; длительности импульса – (518-17) = 501 нс; |
длительности спада |
– (550-500) = 50 нс. |
Однако, полученные выше значения подвержены влиянию |
|
систематической |
погрешности. Для еѐ исключения целесообразно |
использовать формулы, приведѐнные ниже:
√ |
|
√( |
) |
( |
) |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
√( |
) |
( |
) |
||
|
||||||
где - действительная длительность фронта, нс;
-длительность фронта, нс;
-измеренная действительная длительность спада, нс;
-измеренная длительность спада, нс;
-время нарастания (найденное в п. 3) переходной характеристики - 20 нс.
Максимальная частотная составляющая измеряемого сигнала рассчитывается по формуле:
при относительной погрешности измерений порядка 20%.
5.Измерение разности фаз синусоидальных сигналов
Два канала генератора синусоидальных сигналов частотами 10 кГц и размахом 4 В были подключены, соответственно, к каналам Y1 и Y2 осциллографа.
Полученные значения разности фаз путем проведения косвенных измерений в режиме курсорных измерений ( ) и прямых в режиме
автоматических измерений ( |
) определялись при различных параметрах |
начальной фазы сигнала ( |
) с канала B. Исходя из предположения, что |
генератор формирует действительное значение начальной фазы сигнала, были рассчитаны абсолютные погрешности измерений ( и ).
Значения погрешностей и фазового сдвига рассчитывались согласно приведенным ниже формулам:
| |
| |
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
Результаты измерений разности фаз |
|
||
|
|
Курсорные измерения |
Автоматические измерения |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
30 |
8,4 |
0,084 |
2.7 |
25.1 |
4.8 |
50 |
13,6 |
0,136 |
3.8 |
46.1 |
3.4 |
100 |
28 |
0,28 |
6.56 |
97.11 |
0.8 |
148 |
41,2 |
0,412 |
3.12 |
143.1 |
4.7 |
6. Использование математических операций для сигналов на осциллографе
В данном пункте анализировалась функция вычитания и сложения двух поданных на осциллограф сигналов. На таблице 4 представлены результаты сложения двух синусоидальных сигналов частотой 10 кГц и размахом 1 В при ступенчатом изменении фазы сигнала .
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
Результаты измерения размаха результирующего сигнала |
||||||
|
30 |
45 |
90 |
120 |
180 |
|
, мВ |
560 |
810 |
1420 |
1780 |
2000 |
|
Рис. 5. Изображение сложения двух поданных на осциллограф сигналов
Также были рассмотрены осциллограммы разности синусоидального частотой 30 кГц, размахом 2 В и прямоугольного сигнала частотой 5 кГц, размахом 3 В.
Вывод:
В ходе выполнения лабораторной работы были приобретены навыки работы с генератором сигналов и цифровым осциллографом.