Lab4MetroNasha

2.Выполнение работы

2.1Настройка аппаратуры.

Соединим выход генератора с аналоговым входом первого канала цифрового осциллографа (CH1). Настроим генератор на выдачу прямоугольных импульсов

(амплитуда и частота задаются преподавателем). Включим изображение на экране осциллографа сигнала, поступающего с первого канала (CH1 Menu). Настроим для первого канала масштаб по оси Y и положение нулевого уровня сигнала таким образом, чтобы на экране наблюдался полный, максимально возможный размах сигнала по оси Y (VOLTS/DIV). Выберем режим синхронизации по положительному перепаду (передний фронт импульса) сигнала на 1-м и установим уровень запуска около середины полного размаха сигнала. Настроим масштаб по оси X таким образом,

чтобы на экране помещалось изображение 3-5 периодов сигнала и отображение момента запуска находилось в середине экрана.

Выберем режим быстрых измерений (кнопка Measure). Настроим режим измерений по 1-му каналу (экранной клавишей выбрать CH1) и выберем измерение:

Амплитуды;

Длительности импульса;

Периода следования импульсов;

Частоты.

Выберем режим измерений с помощью графических курсоров (клавиша

Cursors). Выполним измерение амплитуды сигнала с помощью горизонтальных курсоров; длительности импульса, периода следования импульсов и частоты – с

помощью вертикальных курсоров. Настройки осциллографа занесём в таблицу 1.

11

Таблица 1. Настройки Tektronix TDS 1001B

12

2.2 Определение полосы пропускания апериодического звена с помощью

осциллографа в режиме развертки YT.

Соберем схему RC-цепи, на вход апериодического звена подадим гармонический сигнал с генератора NI PXI-5402 и заполним таблицу 2.

Таблица Б.2. Начальные настройки NI PXI-5402

При неизменной амплитуде сигнала на входе, изменяя частоту, снимем амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), переведём полученные результаты в логарифмические единицы (неравномерность АЧХ) и занесем результаты в таблицу 3.

Для расчёта неравномерности АЧХ используем формулу:

вых

= 20 lg ( вх )

Полоса пропускания находится в зоне АЧХ с неравномерностью меньше -3 дБ.

13

Таблица 3. Результаты измерения амплитуды выходного сигнала от частоты

При измерении с помощью осциллографа в режиме развертки YT получили значение частоты среза апериодического звена, равное 93 кГц. Полоса пропускания звена составляет 0 – 93 кГц (звено является ФНЧ).

14

2.3 Определение частоты среза апериодического звена методом фигур

Лиссажу.

Соединить вход апериодического звена с выходом источника гармонического сигнала и с входом CH1 цифрового осциллографа, а выход звена с входом CH2

осциллографа. Настроить на экране осциллографа изображение фигуры Лиссажу

(настройки в меню Display для осциллографа Tektronix, режим отображения XY).

Определить k – отношение амплитуд сигналов на выходе и входе звена при частоте f → 0 (диапазон частот, в котором линейные размеры по X и Y не изменяются при изменении частоты), учитывая, что при этом → 0.

Изменяя частоту входного сигнала, определить частоту среза апериодического звена по условию отношения проекций фигуры Лиссажу на оси Y и X соответственно:

( ) = = 1√2

Т.е. необходимо найти такую частоту, при которой проекции на оси X и Y

осциллографа амплитуд гармонического сигнала, подаваемого на апериодическое звено, и снимаемого с выхода, имело отношение в √2. Заполним таблицу 4

значениями проекций на оси.

Таблица 4. Результаты измерения характеристик фигуры Лиссажу

Значение b = 12 B = 18 на частоте среза fср = 100 кГц

Определим разность фаз между сигналами апериодического звена на частоте среза методом фигур Лиссажу по формуле:

= arcsin ( ) = arcsin (18) = 0,7297 = 41,81 градусов

Определим погрешность определения частоты среза апериодического звена.

Оценку погрешности проведем косвенно по погрешности определения разности фаз на частоте среза, взяв за опорное значение идеальное значение разности фаз.

Идеальное значение разности фаз – 45 градусов, оно достигается на частоте среза.

Оценим погрешность:

= ср − = ( − 1) = 100 ( (0,7297) − 1) = 11,81 кГц

Делаем поправку на эту погрешность:

ср = + = 100 + 11,81 = 111,81 кГц

Рассчитаем значение частоты среза по формуле. Номинальное сопротивление резистора 10,6кОм, номинальная ёмкость конденсатора – 0,22нФ.

Сделаем вывод по данному пункту. Частота среза апериодического звена при измерении методом фигур Лиссажу равна 111,81 кГц. Аналитическое значение частоты среза равно 68,25 кГц

16

2.4 Получение АЧХ апериодического звена с помощью BodeAnalyzer.

Присоединим вход и выход апериодического звена к аналоговым входам макетной платы NI ELVIS, запустим bodeanalyzer в пакете программ NI EVLIS,

настройки занесём в таблицу 5. Снимем ЛАЧХ, результаты занесем в таблицу 6.

Таблица 5. Настройки NIElvisBodeAnalyzer

Делаем вывод по данному пункту. При измерении частоты среза с помощью плоттера Боде получили значение, равное 56,368 кГц.

17

3. Выводы.

Сравним полученные значения частоты среза во всех трех экспериментах.

1.При измерении с помощью осциллографа в режиме развертки YT получили значение частоты среза апериодического звена, равное 93 кГц. Полоса пропускания звена составляет 0 – 93 кГц (звено является ФНЧ).

2.Частота среза апериодического звена при измерении методом фигур Лиссажу равна 111,81 кГц. Аналитическое значение частоты среза равно 68,25 кГц.

3.При измерении частоты среза с помощью плоттера Боде получили значение,

равное 56,368 кГц.

Плоттер Боде, который осуществляет построение АЧХ и ФЧХ, имеет наименьшую погрешность при измерении частоты среза четырёхполюсника. Значение,

полученное с его помощью, наиболее близко к аналитическому.

18