Лаба №3 Цифровые вольтметры / fam's / лаба3

Государственный комитет РФ по высшему образованию

Санкт-петербургский Государственный Электротехнический Университет “Лэти”

«Цифровые вольтметры»

Отчет по лабораторной работе №3

Студенты группы 2211 Захаров Д. В.

Тимофеев Ю.В.

Балканов К. М.

Санкт-Петербург

2004 год

Лабораторная работа 3

Цифровые вольтметры

Цель работы: изучение свойств и принципа действия времяимпульсного цифрового вольтметра (ВИЦВ).

Задание: Ознакомиться со структурной схемой и принципом действия ВИЦВ, с расположением на лабораторном макете его узлов, а также с возможностями изменения характеристик этих узлов.

Выполнение:

1. Наблюдать с помощью осциллографа выходные сигналы узлов ВИЦВ при номинальных характеристиках узлов. По результатам наблюдений построить временную диаграмму работы ВИЦВ.

2. Наблюдать изменения во временной диаграмме при поочередном изменении:

• входного напряжения U_x;

• коэффициента наклона К линейно изменяющегося напряжения (ЛИН);

• частоты на генераторе импульсов стабильной частоты (ГИСЧ);

• порога срабатывания U_c сравнивающего устройства (СУ).

1. Измерить осциллографом измененные (отличающиеся от номинальных) значения коэффициента К' и частоты f₀', рассчитать относительное изменение этих характеристик.

4. Определить зависимость погрешности квантования ΔU ВИЦВ от входного напряжения U_x, изменяя последнее в указанном преподавателем диапазоне. Построить в этом диапазоне график U_п =f₁(U_x) зависимости показаний U_n ВИЦВ от входного напряжения U_x (ступенчатая функция), график аналогичной зависимости для "идеального" (без квантования) вольтметра U_{п. и} = f₂ (U_x) (прямая линия) и график погрешности квантования ΔU = f₁(U_x) - f₂(U_x) = f₃(U_x). Определить номинальный порог срабатывания U_{с. н} СУ.

5. Повторить п. 4, изменив порог срабатывания СУ. Определить измененный порог U_c и значение изменения ΔU_С = U_c - U_{c. н}.

6. Определить абсолютную и относительную погрешности результатов измерений для заданных преподавателем показаний ВИЦВ при следующих условиях:

• характеристики всех узлов номинальные;

• изменен коэффициент наклона ЛИН;

• изменена частота ГИСЧ;

• изменен порог срабатывания СУ.

Определить дополнительные погрешности из-за изменения характеристик узлов, сделать выводы о влиянии этих изменений на характер и значения дополнительных погрешностей.

Описание и порядок выполнения работы: Основными узлами ВИЦВ (рисунок) являются пусковое устройство ПУ, триггер Т, генератор линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, сравнивающее устройство СУ, генератор импульсов стабильной частоты ГИСЧ, ключ К, пересчетная схема ПС и отсчетное устройство ОУ.

С помощью первых четырех узлов (ПУ, Т, ГЛИН, СУ) осуществляется преобразование измеряемого (входного) напряжения U_x в пропорциональный ему интервал времени t_x, остальные узлы (ГИСЧ, К, ПС, ОУ) служат для преобразования длительности этого интервала в показание U_n ВИЦВ [см. лит.].

В макете ВИЦВ предусмотрено изменение (с помощью переключателей) следующих параметров:

• коэффициента наклона ЛИН;

• линейности ЛИН;

• частоты импульсов ГИСЧ;

• порога срабатывания СУ.

Влияние нелинейности компенсирующего напряжения U_K (ЛИН) в данной лабораторной работе не исследуемся, поэтому положение переключателя "Линейность" на всех этапах работы должно соответствовать номинальному.

В макет встроен источник регулируемого напряжения (ИРН), который позволяет воспроизводить входное напряжение U_x с двумя диапазонами изменения напряжения 0...1 В и 0...10 В. Для наблюдения выходных сигналов узлов ВИЦВ и для измерения наклона ЛИН и частоты ГИСЧ необходимо предварительно ознакомиться с осциллографом, имеющимся в составе лабораторной установки. При проведении экспериментов на входе ВИЦВ устанавливается напряжение U_x, равное приблизительно половине диапазона измерений. Для получения устойчивых изображений на экране осциллографа следует использовать внешнюю синхронизацию запуска развертки от импульса "Пуск". При изменении частоты ГИСЧ внешняя синхронизация осуществляется от самих импульсов ГИСЧ либо используется ждущая развертка осциллографа. На временной диаграмме необходимо отобразить сигналы выходов ПУ, Т, ГЛИН, СУ, ГИСЧ, К.

Коэффициент наклона К ЛИН определяется по формуле К' = U_K'/t_x', где U_K ' -напряжение на выходе ГЛИНа в момент совпадения U_x = U_K'; t_x' — интервал времени от начала цикла измерения до момента указанного совпадения.

Частота f₀' ГИСЧ, интервал t_x' и напряжение U_K' измеряются осциллографом с использованием его калибраторов по длительности и амплитуде.

Относительные изменения коэффициента наклона ЛИН и частоты ГИСЧ рассчитываются по формулам δ_К = 100 % (К' - К_Н)/К_Н , δ_f= 100 % (f₀' -f_{0. н}) /f_{0. н}, где номинальные значения К_н и f_{0. н} известны и указаны на макете ВИЦВ.

При определении погрешности квантования данного ВИЦВ входное напряжение U_x изменяется в диапазоне, соответствующем 7-8 единицам младшего разряда показаний ВИЦВ. Фиксируются значения U_x, при которых происходит смена показаний.

Пороги срабатывания СУ U_{c. н} и U_c определяются как разность между показанием ВИЦВ и значением U_x при смене показаний ВИЦВ.

Погрешности результатов измерений в п. 6 определяются следующим образом. На входе ВИЦВ устанавливается такое напряжение U_x', при котором на отсчетном устройстве начинает появляться заданное показание U_n. Далее входное напряжение плавно увеличивается до значения U_x'', при котором показание ВИЦВ начинает увеличиваться на единицу младшего разряда. За действительное значение измеряемого напряжения принимается среднее значение U_XC=(U_X '+ U_x'')/2.

Абсолютные и относительные погрешности результатов испытаний по п. 6 вычисляются по формулам А = U_n - U_xc и 8 = 100 % Δ/U_п.

Все на номинале
Uп	Uх
1	1
2	2
3	3
4	4
5	5
6	6
7	7
8	8
9	9

гисц
Uп	Uх
1	0,8
2	1,6
3	2,4
4	3,3
5	4,1
6	4,9
7	5,7

СУ порог
Uп	Uх
1	0,8
2	1,6
3	2,4
4	3,2
5	4,1
6	4,9
7	5,6

Лин
Uп	Uх
1	1
2	2,1
3	3,3
4	4,6
5	6
6	7,6
7	9,3

Наклон
Uп	Uх
1	1,1
2	2,3
3	3,3
4	4,6
5	5,8
6	7
7	8,2

Uп	Uид,	Ux	dU	Ux при су	dU при су
0,2	0,2	0,18	-0,02	0,165	-0,035
0,3	0,3	0,18	-0,12	0,165	-0,135
0,3	0,3	0,285	-0,015	0,25	-0,05
0,4	0,4	0,285	-0,115	0,25	-0,15
0,4	0,4	0,38	-0,02	0,345	-0,055
0,5	0,5	0,38	-0,12	0,345	-0,155
0,5	0,5	0,48	-0,02	0,45	-0,05

Погрешности ΔU=Uп-Ux
Просто	Линейность	Наклон	Частота
0	0	-0,1	0,2
0	-0,1	-0,3	0,4
0	-0,3	-0,3	0,6
0	-0,6	-0,6	0,7
0	-1	-0,8	0,9
0	-1,6	-1	1,1
0	-2,3	-1,2	1,3

8