Лабораторная работа № 4 Исследование аналоговых и цифровых методов измерения частоты, интервалов времени и фазового сдвига

Цель работы: Ознакомиться с методами измерения частоты, интервалов времени и фазового сдига.

Краткие теоретические сведения

4.1.1 Осциллограф. Передняя панель осциллографа показана на рисунке 4.1.

Осциллограф имеет два канала Channel А и В с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертикали (Y POS) .

Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок

Режим АС предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (его еще называют режимом "закрытого входа", поскольку в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую).

В режиме 0 входной зажим замыкается на землю.

В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще называют режимом "открытого входа", поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки DC расположен входной зажим.

Рисунок 4.1 — Передняя панель осциллографа

Режимы развертки:

– режим Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) – по вертикали индицируется напряжение сигнала, по горизонтали – время;

– режим В/А – по вертикали индицируется сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А;

– режим А/В – по вертикали индицируется сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.

В режиме развертки Y/T длительность развертки (TIME BASE) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси Х (X POS). В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим (TRIGGER) с запуском развертки (EDGE) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала – выбирается нажатием кнопок

при регулируемом уровне (LEVEL) запуска, а также в режиме AUTO (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего источника (ЕХТ), подключаемого к зажиму в блоке управления TRIGGER. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GROUND в правом верхнем углу прибора. При нажатии на кнопку Expand передняя панель осциллографа существенно меняется (рисунок 4.2) – увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены также цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном появятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями). Изображение можно инвертировать нажатием кнопки REVERSE и записать данные в файл нажатием кнопки SAVE. Возврат к исходному состоянию осциллографа происходит при нажатии кнопки REDUCE.

Измеритель (рисунок 4.3) предназначен для анализа амплитудно-частотных (при нажатой кнопке MAGNITUDE, включена по умолчанию) и фазо-частотных (при нажатой кнопке PHASE) характеристик при логарифмической (кнопка LOG включена по умолчанию) или линейной (кнопка LIN) шкале по осям Y(VERTICAL) и Х (HORIZONTAL). Настройка измерителя заключается в выборе пределов измерения коэффициента передачи и вариации частоты с помощью кнопок в окошках F – максимальное и I – минимальное значение. Значение частоты и соответствующее ей значение коэффициента передачи или фазы индицируется в окошках в правом нижнем углу измерителя.

Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно к входу и выходу исследуемого устройства, а правые – к общей шине.

Содержание работы

Лабораторная работа выполняется в пакете прикладных программ «Electronics Workbench» [1].

1 Загрузить ППП «Electronics Workbench».

2 Собрать схему согласно рисунку 4.4

3 Провести моделирование схемы, приведенной на рисунке 4.4, если Uвых=(N+50), В , R1=1 кОм, R2= N , кОм, С1= 1 мкФ, где N – номер варианта.

4 Снять амплитудно–частотные и фазо-частотные характеристики, рассчитать диапазон изменения частоты

5 Собрать схему согласно рисунку 4.5

6 Провести моделирование схемы приведенную на рисунке 4.5, если Е1=(N+50),В , R1 = R2 = (N+100) Ом, C1 = C2= (N+50) мкФ, где N – номер варианта. Результаты исследований занести в таблицу 4.1

7 Снять входные и выходные характеристики (рисунок 4.5).

8 Рассчитать период и частоту сигналов.

6 Ответить на контрольные вопросы.

Рисунок 4.2 — Развернутая передняя панель осциллографа

Рисунок 4.3 — Передняя панель измерителя АЧХ и АФХ

Таблица 4.1 – Результаты исследований

	U1	U2	U3
Ключ К1 разомкнут
Ключ К2 разомкнут
Ключ К1 замкнут
Ключ К2 замкнут
Ключ К1 разомкнут, К2 замкнут
Ключ К1 разомкнут, К2 замкнут

Рисунок 4.4 — Принципиальная схема апериодического звена

Рисунок 4.5 — Схема моделирования

Контрольные вопросы

1 Что позволяет измерить Bode Plotter?

2 Что такое осциллограф?

3 Где у осциллографа выставляется значение В/дел?

4 Что такое развертка сигнала?

5 Как включается в цепь осциллограф и Bode Plotter

Список литературы

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и Matlab. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.

2. Атамалян Э.Г. Методы и приборы измерения электрических величин. - М. : Высш. шк., 1989. - 298 с.

3. Информационно-измерительная техника: учеб. пособие / Г.Г. Эм, Е.Б. Потемкина; КарГТУ. – Караганда : Изд-во КарГТУ, 2006. - 121 с.

4. Метрология: учеб. пособие / И.О. Шильникова; КарГТУ. – Караганда : Изд-во КарГТУ, 2010. - 119 с.