3 Составление отчета

Отчет о выполненной работе в соответствии с действующими нормативами и стандартами оформляется каждым студентом самостоятельно. Отчет должен содержать:

а) цель работы, краткое объяснение методики расчета и расчетных формул;

б) структурные схемы измерений и применяемых стандартных электро- и радиоизмерительных приборов, их основные технические характеристики;

в) результаты измерений и расчетов в виде таблиц, графиков, осциллограмм и т. п.;

г) анализ полученных результатов и выводы по работе.

Небрежно составленный отчет может явиться причиной, по которой студент не будет допущен к защите соответствующей работы.

Лабораторная работа №3ИТ

Изучение основных свойств и возможностей комплекса измерительных приборов ППП Electronics Workbench

Цель работы: изучение основных свойств и возможностей виртуального комплекса измерительных средств ППП Electronics Workbench (EWB 5.12), приобретение первичных навыков использования ППП EWB при создании, редактировании и анализе работы виртуальных моделей электрических цепей.

Краткие теоретические сведения

Пакет прикладных программ Electronics Workbench (ППП EWB) является разработкой канадской компаний Interactive Image Technologies (www.interactive.com). Особенностью ППП EWB является наличие в ней комплекса измерительных средств, по внешнему виду, органам управления и характеристикам максимально приближенным к их промышленным аналогам, что способствует приобретению практических навыков работы с наиболее распространенными измерительными приборами.

Панель измерительных средств EWB находится под полем меню рабочего окна программы (рис.3.1).

Рисунок 3.1 – Рабочее окно программы

Панель содержит цифровой мультиметр, функциональный генератор, двухканальный осциллограф, измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, генератор слов (кодовый генератор), 8- канальный логический анализатор и логический преобразователь.

Общий порядок работы с приборами такой: иконка прибора курсором переносится на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке.

Рисунок 3.2 – Панель контрольно-измерительных приборов

Мультиметр (Multimeter)

На лицевой панели мультиметра (рис. 3.2, а) расположен дисплей для отобра­жения результатов измерения, клеммы для подключения к схеме и кнопки управ­ления:

– выбор режима измерения тока, напряжения, сопротивления и ослабления (затухания);

– выбор режима измерения переменного или постоянного тока;

– режим установки параметров мультиметра. После нажатия на эту кнопку открывается диалоговое окно (рис. 3.2, б), на котором обозначено:

Ammeter resistance — внутреннее сопротивление амперметра;

Voltmeter resistance — входное сопротивление вольтметра;

Ohmmeter current — ток через контролируемый объект;

Decibel standard — установка эталонного напряжения V1 при измерении ослабления или усиления в децибелах (по умолчанию V1 = 1 В). При этом для коэф­фициента передачи используется формула: К[дБ] = 20 log (V2/V1), где V2  напряжение в контролируемой точке.

В более общем случае различают относительный и абсолютный коэффициенты (уровни) передачи в децибелах. В случае относительного коэффициента его значения определяются как

А_ДБ = 10 log (P2/P1) = 20 log (V2/V1) = 20 log (I2/I1),

где (P2, V2, I2 - мощность, напряжение или ток на выходе какого-либо устройства (например, усилителя), a P1, V1, I1 — значения тех же величин на входе. В случае абсолютного коэффициента передачи используют фиксированные (стандартные) значения: P1=1 мВт, V1=0,775 В (в EWB - 1 В), I1 = 1,29 мА.

Рассмотрим использование мультиметра в режиме dB. Предположим, что необходимо измерить коэффициент передачи аудиоусилителя на частоте 20 кГц. Для этого к его входу подключим источник переменного синусоидального напряжения частотой 20 кГц и напряжением V1=1 В, а к выходу – мультиметр. Предположим далее, что в режиме измерения получена величина выходного напряжения V2 = 100 В. Следовательно, коэффициент передачи К= V2/V1 = 100. Переведем мультиметр в режим dB, тогда получим значения коэффициента усиления в децибелах К[дБ] = 20 1og l00 = 40 дБ.

Предположим далее, что частота входного сигнала увеличена до 100 кГц и получено напряжение на выходе усилителя V2 = 0,1 В, т.е. коэффициент передачи в данном случае составляет К=0,1/1 =0,1. В режиме dB мультиметр измерит К[дБ] = 20 1og 0,l = –20 дБ.

а)

б)

Рисунок 3.2 – Лицевая панель мультиметра (а) и окно установки его параметров (б)

Кроме децибела, на практике используют также единицу непер (Нп). Относительные значения этого коэффициента определяются как

А_нп = 0,5 1n (P2/P1) = 1n (V2/V1) = 1n (I2/I1).

Соотношение между децибелом и непером составляет 1 дБ = 0,115 Нп или 1 Нп = 8,69 дБ.

Отметим, что мультиметр в режиме переменного тока измеряет его эффективное (действующее) значение.

Функциональный генератор (Function Generator)

Управление генератором осуществляется следующими органами управления (рис.3.3)

– выбор формы выходного сигнала: синусои-дальной (выбрана по умолчанию), треугольной и прямоугольной;

– установка частоты выходного сигнала;

– установка коэффициента заполнения в %: для импульсных сигналов это отношение длительности импульса к периоду повторения (величина, обратная скважности), для треугольных сигналов – соотношение между длительностями переднего и заднего фронта.

Рисунок 3.3 – Лицевая панель функционального генератора.

– установка амплитуды выходного сигнала;

– установка смещения (постоянной составляющей) выходного сигнала;

– выходные зажимы,

при заземлении клеммы Соm (общий) на клеммах «-» и «+» получаем парафазный сигнал.

Осциллограф (Oscilloscope)

Осциллограф EWB 5.12 (рис. 3.4) имеет два канала (CHANNEL) А и В с раздельной установкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (V/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертикали (Y POS).

Выбор режима по входу осуществляется нажатием курсором мыши кнопок .

Рисунок 3.4 – Лицевая панель осциллографа

Режим АС предназначен для наблюдения сигналов переменного тока (его еще называют режимом «закрытого входа», поскольку в этом режиме на Y-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.

Режим развертки выбирается кнопками . В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время;

в режиме B/А: по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А;

в режиме А/В: по вертикали – сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.

В режиме 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 X (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 ZOOM лицевая панель осциллографа существенно меняется (рис. 3.5) – увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линеек (синего и красного цвета), которые могут быть курсором установлены в любое место экрана.

Рисунок 3.5 – Лицевая панель осциллографа в режиме ZOOM

При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линейками).

Изображение можно инвертировать нажатием кнопки REVERSE и записать данные в файл нажатием кнопки SAVE. Возврат к исходному состоянию осциллографа производиться нажатием кнопки REDUCE.

Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter)

Измеритель (рис. 3.6) предназначен для анализа амплитудно-частотных (при нажатой кнопке MAGNITUDE, включена по умолчанию) и фазо-частотных (при нажатой кнопке PHASE) характеристик на логарифмической (кнопка LOG, включена по умолчанию) или линейной (кнопка LIN) шкале по осям Y (VERTICAL) и X (HORIZONTAL).

Рисунок 3.6 – Лицевая панель измерителя АЧХ и ФЧХ

Работа прибора основана на тех же принципах, что и у осциллографа, отличие заключается в природе сигналов, подаваемых на Y- и X-каналы отклоняемой системы. Англоязычное название прибора – Bode Plotter – связано с именем X. Боде, который одним из первых использовал логарифмические частотные характеристики (диаграммы Боде) при исследовании усилителей с обратной связью.

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 индицируются в окошках в правом ниж­нем углу измерителя. Значения указанных величин в отдельных точках АЧХ или ФЧХ можно получить с помощью вертикальной визирной линейки, находящейся в исходном состоянии в начале координат и перемещаемой по графику мышью или кнопками ← и →.

Результаты измерения можно записать также в текстовый файл. Для этого необходимо нажать кнопку SAVE и в диалоговом окне указать имя файла (по умолчанию предлагается имя схемного файла). В полученном та­ким образом текстовом файле с расширением .bod АЧХ и ФЧХ представляются в табличном виде.

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. На вход исследуемого устройства необходимо подключить функциональный генератор или другой источник переменного напряжения, при этом каких либо настроек в этих устройствах не требуется.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с описанием измерительных приборов EWB и ответить на контрольные вопросы.

2. Установить (задать на лицевой панели EWB) выходное напряжение функционального генератора, равное 100 мВ. Форма напряжения – синусоидальная (по умолчанию).

3. С помощью осциллографа EWB определить соответствие задаваемого значения выходного напряжения генератора эффективному (действующему) либо амплитудному значению переменного напряжения.

4. Повторить п.2 и 3 для значений 1, 5, 10, 50 и 100 В.

5. Проверить полученные данные с помощью цифрового вольтметра (мультиметра EWB).

6. Результаты измерений и полученные осциллограммы занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты измерений

№ опыта	Uгенер, В	Uмульт, В	Осциллограммы
1	0,1
2	1
3	5
4	10
5	50
6	100

Контрольные вопросы

1. Опишите порядок работы с мультиметром EWB в режиме dB.

2. Каким образом в функциональном генераторе EWB можно задать однополярный выходной сигнал?

3. Как с помощью осциллографа EWB определить значения амплитуды переменных сигналов и их частоты?

4. Какими двумя способами можно измерить коэффициент усиления и фазовый сдвиг на данной частоте с помощью измерителя АЧХ и ФЧХ?

Рекомендуемая литература

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

2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие. – М.: «Дрофа», 2005. – 415 с.

3. Основы метрологии и электрические измерения / Авдеев Б.Я., Антонюк Е.М., Душин Е.М. и др.; Под ред.Е.М. Душина. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 480 с.

4. Эм Г.А., Потемкина Е.Б. Информационно-измерительная техника: учеб. пособие. – Караганда: изд-во КарГТУ, 2006. – 121 с.

Контрольные задания для СРС [1-4]

1. Изучить основные свойства и возможности виртуального комплекса измерительных средств ППП Electronics Workbench (EWB 5.12).

2. Подготовить ответы на контрольные вопросы.