metodichka_2796

РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципов построения, основных характеристик и особен- ностей электронных вольтметров; выяснение возможностей их примене- ния в различных условиях.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Ознакомиться с функциональными схемами электронных вольтмет- ров, изучить основы резонансного метода измерения параметров цепей [6-8], сделать заготовку отчета, изучить контрольные вопросы.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

1.Снять частотную и амплитудную характеристики выпрямительно- го вольтметра.

2.Измерить Rвх, Cвх вольтметров типа В3-38 и В7-17.

3.Снять частотную характеристику вольтметра типа В3-38.

4.Снять амплитудную и частотную характеристики пикового детек-

тора.

5.Исследовать временные диаграммы напряжений на элементах пи- кового детектора при синусоидальном и импульсном входных сигналах (по указанию преподавателя). Рассчитать постоянную разряда конденсатора.

6.Исследовать осциллограммы напряжений на элементах детектора размаха при различных входных сигналах (по указанию преподавателя).

7.Снять амплитудную характеристику квадратичного детектора.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

1. Снятие частотной и амплитудной характеристик выпрямительного вольтметра

Для исследования частотной и амплитудной характеристик выпрями- тельного вольтметра собрать схему, изображенную на рис. 1.

Выпрямительный вольтметр представляет собой двухполупериодный выпрямитель, собранный на диодах VD1 ÷ VD4 по мостовой схеме, доба- вочный резистор R1 и измерительный прибор ИП магнитоэлектрической системы. В качестве последнего используется ампервольтомметр типа Ц-20 (в режиме миллиамперметра постоянного тока на пределе 3 мА).

31

2

Рис. 1. Схема для снятия частотной и амплитудной характеристик

выпрямительного вольтметра

Источником синусоидальных сигналов служит низкочастотный гене- ратор типа GAG-810. В качестве образцового используют электронный вольтметр типа В3-38, с помощью которого при снятии частотной характе- ристики необходимо поддерживать амплитуду напряжения генератора, яв- ляющегося входным (Uвх) для исследуемого вольтметра, неизменной и равной Uвх = 4 В = const. Частотную характеристику снимают дважды:

а) при отключенной корректирующей емкости Ск (клеммы “1” и “6” разомкнуты) - выпрямительный вольтметр без частотной коррекции;

б) при включенной корректирующей емкости Ск (клеммы “1” и “6” замкнуты), образующей вместе с резистором R1 корректирующую RC- цепочку, - выпрямительный вольтметр с частотной коррекцией.

Результаты измерений выходного напряжения U= выпрямительного преобразователя для различных частот занести в табл. 1.

Таблица 1

(Uвх = 4 В = const)

Амплитудную характеристику выпрямительного вольтметра снимают для различных значений входного напряжения Uвх при фиксированном значении частоты F = 1000 Гц (корректирующая емкость Ск отключена, т.е. клеммы “1” и “6” разомкнуты). Результаты измерений занести в табл. 2.

32

Таблица 2

(F = 1000 Гц = const)

2. Измерение входного сопротивления Rвх и входной емкости Cвх электронного вольтметра типа В7-17 (или типа В3-38)

2.1. Измерение входной емкости электронных вольтметров произво- дится по схеме, изображенной на рис. 2.

Рис. 2. Схема для измерения входной емкости электронного вольтметра

На схеме обозначено: L0 = 12 мкГн - образцовая индуктивность; С0 = (24...700) пФ - образцовая переменная емкость, расположенная на макете к работам № 7 и 8. Для измерения настраивают генератор типа GRG-450B в резонанс с частотой контура, состоящего из элементов L0 и Ск (суммарная емкость контура), что фиксируется по максимальному по- казанию вольтметра. При этом частота генератора f1 (примерно 2...7 МГц) будет равна:

где С0 устанавливается вблизи своего минимального значения (50...100 пФ); Сп - паразитная емкость монтажа; Свх1 и Свх2 - входные емкости вольтметров В7-17 и В3-38 соответственно.

Затем один из вольтметров, входная емкость которого измеряется, например В3-38, отключается. При этом контур расстраивается, поскольку емкость контура станет равной: Ск = С0 + Сп + Свх1 . После этого генера- тор вновь настраивают в резонанс с частотой контура, которая будет равна

Аналогично находят входную емкость другого вольтметра.

33

2.2. Измерение входного сопротивления Rвх электронного вольтметра осуществляют по схеме на рис. 3 в следующем порядке.

Рис. 3. Схема для измерения входного сопротивления электронного вольтметра

К контуру, состоящему из элементов L0 и С0 , подключают образцо- вый вольтметр (в данном случае В7-17) и при закороченных клеммах “1” и “2” настраивают генератор в резонанс с частотой контура и фиксируют значение напряжения U1 на емкости Ск контура:

где e - э.д.с., наводимая в контуре, постоянная по амплитуде при постоян- ном значении Uвых генератора GRG-450B; rк - сопротивление потерь кон- тура.

Затем размыкают клеммы “1” и “2”, при этом в контур включается малое сопротивление Rx = 40 Ом, расположенное на макете к работам № 7 и 8, что вызывает увеличение сопротивления потерь rк + Rx и неко- торую расстройку контура. После настройки резонанса (изменением час- тоты генератора или емкости С0) показание вольтметра В7-17 станет рав- ным:

Далее необходимо вновь закоротить клеммы “1” и “2” и подклю- чить к контуру входное сопротивление Rвx исследуемого вольтметра (на- пример, В3-38), как это показано на рис. 3. После настройки контура в ре- зонанс получают следующее значение напряжения на контуре, которое не- обходимо зафиксировать:

где rЭВ - вносимое в контур исследуемым вольтметром сопротивление по- терь, значение которого определяют по формуле:

34

По найденному значению rЭВ можно рассчитать входное сопротив- ление исследуемого вольтметра:

частоте контура.

Для определения входного сопротивления вольтметра В7-17 проде- лывают все те же операции, считая при этом В3-38 образцовым прибором.

3. Снятие частотной характеристики вольтметра типа В3-38

Частотную характеристику электронного вольтметра типа В3-38 снимают по схеме рис. 4.

Рис. 4. Схема для снятия частотной характеристики вольтметра типа В3-38

Вольтметр типа В7-17 используется в качестве образцового, с помо-

щью которого поддерживается постоянное значение амплитуды входного напряжения. Значения частот и соответствующие им показания исследуе- мого вольтметра В3-38 (Ux) занести в табл. 3 и построить АЧХ.

35

4. Снятие частотной и амплитудной характеристик пикового детектора

Снятие частотной и амплитудной характеристик пикового детектора с открытым (или с закрытым) входом производится по схеме, изображен- ной на рис. 5.

Рис. 5. Схема для снятия частотной и амплитудной

характеристик пикового детектора

Частотная характеристика снимается в диапазоне частот (20...2·105) Гц (генератор типа GAG-810). Амплитуда входного напряжения Uвх пико- вого детектора поддерживается постоянной и равной Uвх = 4 В с помощью вольтметра типа В3-38. Выходное напряжение детектора Uвых измеряется с помощью электронного вольтметра постоянного напряжения ЭВПН (на стенде - ламповый вольтметр). Результаты эксперимента занести в табл. 4.

Амплитудную характеристику снимают для трех фиксированных частот 102, 103 и 104 Гц. Результаты экспериментов занести в табл. 5. Построить частотную и амплитудные характеристики пикового детектора.

Таблица 5

F = const (F1 = 100 Гц; F2 = 103 Гц; F3 = 104 Гц)

36

5. Исследование временных диаграмм напряжений на элементах пикового детектора. Расчет постоянной разряда τразр конденсатора

Получить и зарисовать осциллограммы напряжений на элементах пикового детектора, используя схему на рис. 5 (частоту и форму входного сигнала выбрать по указанию преподавателя). По осциллограммам рас- считать постоянную времени разряда конденсатора τразр , пользуясь моде- лью, изображенной на рис. 6, и выражением:

получить на экране осцилло- графа четкое изображение пульсаций, как это показано на рис. 6, б.

6. Исследование осциллограмм напряжений на элементах детектора размаха при различных входных сигналах

Изучение форм сигналов на элементах детектора размаха при раз- личных входных сигналах производят с помощью схемы согласно рис. 7.

Рис. 7. Схема для исследования детектора размаха

Детектор размаха состоит из двух последовательно соединенных пи- ковых детекторов: C1,VD1 (с закрытым входом) и VD2,C2 (с открытым

37

входом). Для изучения детектора размаха получить и зарисовать осцилло- граммы в точках “1”, “3”, “5”.

7. Снятие амплитудной характеристики квадратичного детектора

Для снятия амплитудной характеристики квадратичного детектора собрать схему, изображенную на рис. 8.

Рис. 8. Схема для исследования квадратичного детектора

Собственно квадратичный детектор состоит из резисторов R1, R2 и диодной цепочки, диоды VD1 ÷ VD4 которой питаются через резистивные

делители R3-R7, R4-R8, R5-R9, R6-R10 от источника напряжения 0...15 В блока питания БП лабораторного стенда.

Входное переменное напряжение Uвх (в частности, синусоидальное напряжение от генератора типа GAG-810), которое измеряется электрон- ным вольтметром типа В3-38, подается на двухполупериодный выпрями- тель. Выпрямленное напряжение поступает на вход квадратичного детек- тора (клеммы “1” и “2”) и на вход “Х” осциллографа С1-72. Выходное напряжение Uвых квадратичного детектора, снимаемое с резистора R1 (клеммы “3” и “4”), подается на вход “Y” осциллографа и на электронный вольтметр постоянного напряжения ЭВПН лабораторного стенда.

Подбирая параметры входного напряжения Uвх и чувствительность по входу “Y” осциллографа, получаем на экране изображение амплитуд- ной характеристики квадратичного детектора, имеющей несколько (три - четыре) изломов, как это показано на рис. 9. Показаниями электронного вольтметра В3-38 зафиксировать напряжения изломов.

Задавая значения входного напряжения (частота F = = 1000 Гц), из- мерить соответствующие им значения выходного напряжения. Данные экс- периментов занести в табл. 6. По данным таблицы построить амплитудную

характеристику квадратичного детектора и сравнить ее с полученной на осциллографе.

38

Uвых

Рис. 9. Вид амплитудной характеристики

квадратичного детектора

Таблица 6

F = 1000 Гц

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие вам известны схемные решения выпрямительных вольтмет-

ров ?

2.Чем определяется нелинейность выпрямительных приборов ?

3.От чего зависит частотная погрешность выпрямительного вольтмет- ра? Как расширить полосу пропускания выпрямительного прибора ?

4.Какие вам известны структурные схемы электронных вольтметров ?

5.На что влияют значения входных параметров вольтметров ?

6.Почему входное сопротивление у вольтметра В7-17 больше, чем у

В3-38 ?

7.Почему у вольтметра В7-17 при использовании высокочастотного пробника входная емкость существенно меньше, чем при подключении со- единительными проводниками ?

8.В чем отличие пикового детектора с открытым входом от детектора с закрытым входом ? В каких вольтметрах и для измерения каких параметров используются эти детекторы ?

9.Чем определяется погрешность измерения при использовании пико- вого детектора?

10.В чем проявляются особенности работы детектора размаха ? Какое практическое применение детектора размаха ?

11.Поясните принцип работы квадратичного детектора на диодной це-

почке.

12.Какой параметр переменного напряжения измеряют с помощью квадратичного детектора? Чем определяются погрешности вольтметра с квадратичным детектором на диодной цепочке?

39

Работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение электронного осциллографа, его структурной схемы, на- значения основных функциональных блоков, исследование основных ха- рактеристик и способов применения осциллографа для измерения ампли- тудных, частотных и временных параметров электрических сигналов.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Изучить принцип построения электронного осциллографа, обобщен- ную структурную схему, ознакомиться с устройством и принципом дейст- вия основных узлов осциллографа и их взаимодействием во времени [2, 6, 8], сделать заготовку отчета, изучить контрольные вопросы.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ 1. Поверка коэффициента отклонения на постоянном токе.

1.1.В качестве поверяемого прибора использовать универсальный осциллограф типа С1-72.

1.2.В качестве образцового прибора использовать цифровой вольт- метр типа В7-38.

1.3.Поверку производить для значений коэффициентов отклонений, указанных преподавателем.

1.4.В качестве источника постоянного напряжения использовать блок питания лабораторного стенда.

1.5.По данным эксперимента вычислить значение коэффициента от- клонения и относительную погрешность.

2. Измерение и исследование амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) вертикального канала.

2.1.В качестве исследуемого прибора использовать универсальный осциллограф типа С1-72.

2.2.В качестве источника сигналов использовать высокочастотный генератор синусоидальных колебаний типа GRG-450B.

2.3.Для контроля входного напряжения использовать электронный вольтметр типа В7-17.

2.4.АЧХ снять для значений частот и коэффициентов отклонений, указанных преподавателем. Рекомендуемый коэффициент отклонения -

1В/дел., диапазон частот - 100 кГц ...15 МГц.

2.5.По результатам эксперимента построить график АЧХ, опреде- лить частоту среза на уровне 0,707 и неравномерность АЧХ для диапазона

40