6. Задайте тривалість імпульсу сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до першого R входу тригера у двічі більшу за тривалість паузи. (стрічка Param:ONEWIDTH= у меню генератора).

7. Приєднайте до S тригера елемент логічного «НЕ» (елемент Inverter з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – Inverters).

8. Приєднайте до входу елемент логічного «НЕ» генератор тактових імпульсів (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

9. Задайте тривалість паузи сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до входу елемент логічного «НЕ» рівною тривалості імпульсу генератора тактових імпульсів, що під’єднаний до R входу тригера.

10. Задайте тривалість імпульсу сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до входу елемент логічного «НЕ» рівною тривалості паузи генератора тактових імпульсів, що під’єднаний до R входу тригера.

11. Розмістіть на робочому полі два двійковиих лічильника (елемент 74HC93 з вкладок Digital Library – 74xx42 – 93-).

12. З’єднайте вихід Q1 другого двійкового лічильника з MR1 та MR2 входами першого двійкового лічильника.

13. Приєднайте до Q виходу тригера елемент логічного «НЕ» (елемент Inverter з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – Inverters).

14. Приєднайте вихід елемент логічного «НЕ» до першого входу першого елемент логічного «І» з 2 входами (елемент And2 з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – And Gates).

15. До другого входу першого елементу логічного «І» з 2 входами приєднайте вихід генератора тактових імпульсів (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

16. Задайте період імпульсу сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний другого входу першого елементу логічного «І» з 2 входами у 10 разів менший за тривалість паузи сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до першого R входу тригера.

17. Приєднайте до P0BAR входу першого двійкового лічильника вихід першого елементу логічного «І» з 2 входами.

18. З’єднати у обох двійкових лічильниках вихід Q0 з входом P1BAR.

19. З’єднати вхід P0BAR другого двійкового лічильника з виходом елементу логічного «НЕ», що під’єднаний до Q виходу тригера.

20. Приєднайте до виходів першого двійкового лічильника елемент інверсного логічного «І» з 4 входами (елемент Nand4 з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – Nand Gates).

21. Приєднайте вихід елемент інверсного логічного «І» з 4 входами до першого входу другого елементу логічного «І» з 2 входами.

22. Приєднайте до другого входу другого елементу логічного «І» з 2 входами вихід Q1 другого двійкового лічильника.

23. Приєднайте вихід другого елементу логічного «І» з 2 входами до MR1 та MR2 входів другого двійкового лічильника.

24. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

25. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

26. Розрахуйте відносну похибку квантування.

27. Зробіть висновки за результатами пункту 1.

1. Дослідження впливу частоти вхідного сигналу на точність каналу різниці фаз середніх значень.

   1. Збільшіть періоди сигналу тактуючих генераторів, що під’єднаний до входів тригера на 15 % в порівнянні з заданим для Вашого варіанту значенням (таб. 1), зберігаючи при цьому пропорційність між тривалістю їх імпульсів та пауз.

   2. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   3. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   4. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   5. Зменшіть періоди сигналу тактуючих генераторів, що під’єднаний до входів тригера на 15 % в порівнянні з заданим для Вашого варіанту значенням (таб. 1), зберігаючи при цьому пропорційність між тривалістю їх імпульсів та пауз.

   6. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   7. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   8. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   9. Зробіть висновки за результатами пункту 2.

2. Дослідження впливу частоти сигналу квантування на точність каналу різниці фаз середніх значень.

   1. Збільшіть період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І» з двома входами на 15 % в порівнянні з пунктом 1.

   2. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   3. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   4. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   5. Зменшіть період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І» з двома входами на 15 % в порівнянні з пунктом 1.

   6. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   7. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   8. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   9. Зробіть висновки за результатами пункту 3.

3. Зробіть загальні висновки за результатами виконання лабораторної роботи. Теоретичні відомості

Правило: Для того, що б реалізувати структурну схему цифрового фазометра середніх значень необхідно структурну схему фазометра миттєвих значень доповнити зразковою мірою часу ЗМЧ (Див. частотомір середніх значень).

Взявши за базову структурну схему цифрового фазометра миттєвих значень і доповнивши її структурною схемою зразкової міри часу, отримуємо структурну схему цифрового фазометра середніх значень (рис.13.1).

Рисунок 13.1

На рис.13.2 наведено часові діаграми роботи даного фазометра.

Вихідне положення. Тригери Т1, Т2 і тригери двійкового лічильника СТ2 та подільника частоти ПЧ знаходяться в стані логічного “0”. Рівнями логічного нуля закриті схеми збігу SW1 і SW2. Після подачі напруги живлення на виході тригера формуються прямокутні імпульси, тривалість яких пропорційна вимірюваній різниці фаз (Див. точка 1 на часовій діаграмі). Працює також генератор зразкової частоти f₀ (Див. точка 2 на часовій діаграмі), але не відбувається процес квантування часового інтервалу t_x імпульсами зразкової частоти f₀. Тому на виходах схем SW1 і SW2 відсутні імпульси.

Рисунок 13.2

Вимірювання. По сигналу «Пуск» (Див. точку 3) тригер Т2 зразкової міри часу приймає стан логічної одиниці (Див точку 4) і відкриває раніше закриті SW1 і SW2.

Верхня частина схеми являє собою фазометр миттєвих значень в якому кількість імпульсів із частотою f₀, що надійшли до лічильника СТ2 за часовий інтервал t_x, визначається як

. (13.1)

Нижня частина схеми (зразкова міра часу) формує зразковий часовий інтервал t_в (Див точку 4) – час вимірювання (усереднення)

. (13.2)

Кількість n періодів Т_х, за які відбувається усереднення миттєвих значень різниці фаз за час вимірювання визначається

. (13.3)

Тоді рівняння перетворення для фазометра середніх значень запишемо так

. (13.4)

Отже отримане рівняння перетворення (13.4) і статична характеристика лінійні.

Рівняння похибки квантування цифрового фазометра середніх значень подається таким співвідношенням

. (13.5)

З рівняння (13.5) видно:

- єдиним шляхом зменшення похибки квантування є збільшення коефіцієнта k подільника частоти ЗМЧ. Але збільшення k веде до збільшення часу вимірювання t_в, і як наслідок до зменшення швидкодії;

- в рівнянні похибки квантування відсутнє f₀, що значно знижує вимоги до стабільності вихідних імпульсів генератора G зразкової частоти;

- в рівнянні похибки квантування відсутнє f_х, що свідчить не залежність показів цифрового фазометра середніх значень від частоти періодичних сигналів для яких вимірюється різниця фаз .

Визначимо нижню межу вимірювання _{x min}. Для цього задамося нормованим значенням похибки квантування :

. (13.6)

Знайдемо верхню межу вимірювання фазометра середніх значень. Ця характеристика обмежена ємністю двійкового лічильника:

,

де n – розрядність двійкового лічильника.

Підставимо N_max в рівняння перетворення фазометра і отримаємо рівняння для визначення верхньої межі вимірювання

. (13.7)