Описание характериографа х1-47

Характериограф Х1-47 предназначен для снятия и анализа АЧХ активных и пассивных четырехполюсников. АЧХ – зависимость модуля коэффициента преобразования от частоты.

Процессы снятия и построения являются трудоемкими по затратам времени. Поэтому в характериографах процесс снятия АЧХ и процесс построения АЧХ автоматизированы.

Автоматизация процесса снятия АЧХ производится за счет использования ГКЧ (генератора качающейся частоты), т.е. генератора, частота которого меняется под воздействием управляющего напряжения, поэтому другое название генератора ГУН – генератор управляющего напряжения.

Автоматизация построения АЧХ производится за счет узлов электрического осциллографа. АЧХ в характериографе получают в виде осциллограммы на экране электролучевой трубки в координатах Кп, f (горизонтальная ось – ось частоты, а вертикальная ось – коэффициент преобразования Кп).

Обеспечить постоянство K_f трудно, поэтому без принятия специальных мер, погрешность изменения частоты может составлять 10 % и больше. Для уменьшения этой погрешности применяют схемотехническое решения ГКЧ и вводят канал частотных меток.

Частотные метки получаются за счет нулевых биений между сигналом или частотой ГКЧ и частотой генератора частотных меток f_m. Нулевые биения получаются с помощью ПЧ или смесителя.

Так как частота ГКЧ меняется, то нулевые биения будут получаться при условии: f_Г = K  f_m, К=1,2,3 – номера гармоник генерируемой частоты меток.

Т.е. сигнал меток будет появляться через промежутки по частоте равные частоте генератора меток, то есть через промежутки f_m. Сигнал нулевых биений с выхода ПЧ (смесителя), а формирователем импульсов формируются импульс требуемой формы и амплитуды в появления нулевых биений (рис. 6.2).

Рисунок 6.2

Применение канала частотных меток позволяет по оси частот измерить частоту с погрешностью 2 – 4 %. В характериографе предусмот-рена возможность выбора средней частоты качания полосы ГКЧ и возможность регулировки ширины полосы обзора.

Лабораторный макет представляет собой автономное устройство, содержащее два вида четырехполюсников: активный, выполненный на базе резонансного полосового фильтра (рис. 6.3).

а) на базе резонансного полосового фильтра

б) обозначение на схеме лабораторного макета

Рисунок 6.3 – Активный четырехполюсник

Группу пассивных четырехполюсников, построенных на базе последовательных и параллельных RLC контуров, а также фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), выполненного на базе последовательно включенных, параллельных LC контуров с индуктивно-емкостной связью (рис. 6.4).

Рисунок 6.4 – Пассивный четырехполюсник

Опыт 1. Определения АЧХ с помощью Х1-47

1. Собрать схему (рис. 6.5). Включить характериограф и питание макета. Ручки на характериографе без необходимости не вращать.

Рисунок 6.5 – Определение АЧХ активного четырехполюсника

2. Установить ручки: период  0,02; полоса – крайнее правое положение; метки – 1+10; Y – крайнее левое положение; dB – 0. Ручка «визир» в крайнем левом положении, шкала визира находится между «8» и «9» горизонталью шкалы ЭЛТ.

3. Ручками «полоса» на шкале визира установить расстояние между метками с ценой деления 1 МГц 0,5 горизонтальной клетки, тогда первая метка с ценой деления 10 МГц будет находиться на пятой клетке горизонтальной шкалы.

4. Ввести затухание 3dB, вращением ручки Y медленно вправо добиться, чтобы вершина кривой АЧХ коснулась сплошной горизонтальной линии шкалы визира.

5. На экране осциллографического индикатора Х1-47 наблюдается симметрическая кривая АЧХ, расположенная зеркально по обе стороны между разрывом меток шкалы визира. В дальнейшем будем пользоваться только одной, допустим правой, ее частью (рис. 6.6).

Рисунок 6.6

6. Наблюдать «качественно» АЧХ четырехполюсника, заметить между какими метками шкалы визира находится ее вершина.

7. Ручками «полоса» и «частота» грубо и плавно растянуть масштаб меток шкалы визира в горизонтальном направлении таким образом, чтобы «разрез» метки достоинством 1 МГц находился на первой вертикали экрана ЭЛТ, а аналогичный «разрез» метки шкалы визира достоинством 2 МГц находился на десятой вертикали. В этом случае цена большого деления сетки шкалы ЭЛТ будет равна 100 кГц. По касанию характеристики с линией визирования определить резонансную частоту f₀ четырехполюсника, записать значение в рабочий журнал (рис. 6.7).

Рисунок 6.7

8. Вывести затухание 3dB. По пересечению характеристики с линией визирования определить значения f_B (верхней) и f_H (нижней) границ полосы пропускания АЧХ. Записать в рабочий журнал.

9. Собрать схему (рис. 6.8). Аналогично методике, изложенной выше, измерить АЧХ пассивного четырехполюсника. Номер схемы пассивного четырехполюсника задает преподаватель

Рисунок 6.8 – Определение АЧХ пассивного четырехполюсника

Опыт 2. Определение АЧХ с помощью генератора и вольтметра

1. Собрать схему по рис. 6.9.

2. Установить на шкале генератора значение резонансной частоты f₀ етырехполюсника (взять из предыдущего опыта). Уровень выходного сигнала 300 mV предел измерения вольтметра 300 mV.

Рисунок 6.9 – Схема подключения генератора и вольтметра

3. Ручкой изменять частоту генератора «плавно», добиться резонанса на частоте f₀ (показание вольтметра максимально). Проверить соответствие значений резонансных частот f₀ четырехполюсника, снятое при помощи Х1-47 и при помощи генератора и вольтметра. Значение этих частот может отличаться.

4. Плавным вращением ручки изменять частоты генератора сначала вправо от резонансной частоты, а затем влево, ориентируясь на табулированные значения выходного напряжения четырехполюсника, снимать соответствующие им значения частот.

5. Заполнить таблицу 6.1.

Таблица 6.1 – Данные опыта для активного четырехполюсника

,
,	200	210	220	230	240	250	260	270	280	290	300
,	300	290	280	270	260	250	240	230	220	210	200
,

6. Собрать схему (рис. 6.10) и руководствуясь методикой, указанной в опыте 2, снять показания частот для АЧХ пассивного четырехполюсника (выбранного в предыдущем опыте). Данные занести в табл. 6.2.

Рисунок 6.10 – Схема снятия АЧХ пассивного четырехполюсника

Таблица 6.2 – Данные опыта для пассивного четырехполюсника

,
,	200	210	220	230	240	250	260	270	280	290	300
,	300	290	280	270	260	250	240	230	220	210	200
,

По данным таблиц 6.1 и 6.2 построить графики АЧХ соответственно активного и пассивного четырехполюсника. Определить полосу пропускания на уровне 0,708. Определить частоту, соответствующую вершине .

Рассчитать добротность по формуле

, (6.1)

где .

Оформление отчета

В отчете должны быть приведена схема характериографа (рис. 6.1); таблицы экспериментальных данных (табл. 6.1, 6.2); графики АЧХ, построенные по табл. 6.1, 6.2. Сравнить значения добротностей, рассчитанные по реперным точкам для активного и пассивного четырехполюсников.

Контрольные вопросы

1.Характеристики методов исследования АЧХ.

2.Устройство и принцип действия анализатора Х1-47.

3. Определение добротности контуров по АЧХ.

4. Физический смысл добротности контура.

Список литературы

1.  Бишард Е.Г. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы: Учебн. пособие.– М.: Высшая школа, 1991

2.  Измерения в промышленности. Справочник. Книга 1 / Под ред. Д.И. Агейкина. – М.: Металлургия, 1990

3.  Комлик В.В. Радиотехника и радиоизмерения. – Киев: Вища школа, 1978

4.  Кушнир Ф.В., Савенко В.Г. Электрорадиоизмерения – Л.: Энергия, 1975