2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
Все схемы собираются на наборном поле стенде моноблока «Электрические цепи и основы электроники».
Задание 1. Исследовать временную диаграмму и спектр гармонического колебания.
1.1. Исследовать теоретически гармонический сигнал.
1. Записать аналитически гармонический сигнал считая что частота сигнала равна F=N кГц, где N номер Вашего варианта, амплитуда сигнала равна N вольт, а начальная фаза равна нулю.
2. Зарисовать в отчет временную диаграмму гармонического сигнала и его амплитудный спектр (в масштабе по осям).
1.2. Экспериментально исследовать временную диаграмму (осциллограмму) гармонического сигнала.
1. Собрать на наборном поле стенда схему исследования (см. Рис.2.1).
2. От генератора на резистивную нагрузку (Rн=1кОм) подать гармонический с параметрами своего варианта. На генераторе частоту исследуемого сигнала установить F=N кГц, амплитуду сигнала установить равной N вольт, где N – номер варианта по указанию преподавателя.
|
|
|
Рис. 2.1. Схема исследования периодических сигналов |
3. Получить на экране осциллографа устойчивую временную диаграмму сигнала, зарисовать ее в отчет и измерить амплитуду и частоту.
1.3. Экспериментально исследовать спектр гармонического сигнала.
1. Получить спектр исследуемого сигнала. Для этого после получения на экране осциллографа временной диаграммы сигнала осциллограф перевести в режим измерения спектров сигнала (процедура использования функции Фурье (FFT)). Для этого:
1. Нажмите кнопку MATH.
2. Нажмите функциональную кнопку Advanced Function для выбора функции FFT (функция Фурье преобразования).
3. Выберите источник сигнала - канал осциллографа, например, кан.1.
4. Выберите тип окна для преобразования Фурье (например, выбрать – прямоугольный).
5. Для остановки нажмите кнопку MENU.
Замечание: Вертикальная ось при отображении спектра Фурье имеет масштаб дБ /Вдейств., где дБ отсчитывается от 1Вдейств. (0дБ = 1Вдейств.)
2. Зарисовать (распечатать) амплитудный спектр исследуемого сигнала.
Указать масштабы по осям. Определить частоту первой гармоники и амплитуду исследуемого сигнала.
Задание 2. Исследовать последовательность положительных прямоугольных импульсов
1. Собрать схему исследования, приведенную на рис.2.1.
2. На выходе генератора установить сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов с параметрами (устанавливаемые параметры контролировать осциллографом):
2.1. Частота следования импульсов в последовательности равна F = NкГц.
2.2. Амплитуда сигнала равна N вольт.
2.3. Параметр смещение (Offset = N-вольт).
2.4. Длительность прямоугольного импульса в генераторе установить равной (Т/(1+N))100% от длительности периода Т. (Установить коэффициент заполнения сигнала – Duty cycle = Т/(Т/(1+N)).
Параметры сигналу на выходе генератора контролировать осциллографом.
3. Получить на экране осциллографа требуемый сигнал, зарисовать его в отчет. По осциллограмме измерить амплитуду, частоту, скважность и постоянную составляющую сигнала и записать в отчет.
4. Исследовать спектр последовательность положительных прямоугольных импульсов.
Получить спектр исследуемого сигнала. Задание выполняется аналогично заданию №1.3 (см. задание 1.).
4.1. Зарисовать спектр в отчет.
4.2. По спектру определить частоту первой гармоники, расстояние между спектральными линиями и номер гармоники, амплитуда которой обращается в ноль и сравнить ее со скважностью.
Задание 3. Исследовать зависимость спектра последовательности положительных прямоугольных импульсов от частоты и длительности прямоугольных импульсов.
1. Собрать схему исследования приведенную на рис.2.1.
На выходе генератора установить сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов с параметрами аналогичными предыдущему заданию.
2. Увеличить частоту сигнала в два раза F =2 NкГц.
2.1. Получить на экране осциллографа сигнал, зарисовать его в отчет. По осциллограмме измерить амплитуду, частоту, скважность и постоянную составляющую сигнала и записать в отчет.
2.2. Провести компьютерное моделирование спектра последовательность положительных прямоугольных импульсов.
1. Получить спектр исследуемого сигнала. Задание выполняется аналогично заданию №1.3 (см. задание 1.).
2. Зарисовать спектр в отчет.
3. По спектру определить частоту первой гармоники, расстояние между спектральными линиями и номер гармоники, амплитуда которой обращается в ноль и сравнить ее со скважностью.
4. Сделать вывод о влиянии частоты на параметры спектра ( частота первой гармоники, расстояние между спектральными линиями, номер гармоники, амплитуда которой обращается в ноль).
3. Уменьшить длительность импульсов в два раза по сравнению с заданием 2. Для этого установить: частота следования F = NкГц, амплитуда сигнала равна N вольт, коэффициент заполнения сигнала - Duty cycle = Т/2(Т/(1+N)).
Повторить выполнение пунктов 2.1 и 2.2 настоящего задания.
Задание 4. Исследование последовательности положительных треугольных симметричных импульсов
Методика выполнения заданий аналогична заданию 2. Установить на выходе генератора сигнал треугольный с амплитудой N вольт, частотой равна F = NкГц смещение (Offset = N-вольт) и коэффициент заполнения сигнала -Duty cycle =50.
Параметры сигналу на выходе генератора контролировать осциллографом.
Зарисовать временную диаграмму в отчет, измерить амплитуду, частоту и коэффициент заполнения.
Получить спектр исследуемого сигнала. Задание выполняется аналогично заданию №1.3 (см. задание 1.).
Зарисовать спектр в отчет. По спектру определить частоту первой гармоники, расстояние между спектральными линиями и номер гармоники, амплитуда которой обращается в ноль.
Вид амплитудного спектра, исследуемого сигнала имеет вид приведенный на рис.2.2.
Рис.2.2.
Задание 5. Исследование последовательности положительных треугольных (пилообразных) импульсов
Методика выполнения заданий аналогична заданию 4. Установить на выходе генератора сигнал треугольный с амплитудой N вольт, частотой равна F = NкГц смещение (Offset = N-вольт) и коэффициент заполнения сигнала -Duty cycle = 99).
Параметры сигналу на выходе генератора контролировать осциллографом.
Получить спектр исследуемого сигнала. Зарисовать спектр в отчет.
Амплитудный спектр исследуемого сигнала приведен на рис.2.3.
Рис.2.3