Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к лабораторным работам № 1-2

для студентов II курса очного и III курса заочного отделения специальности

190402. АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ

НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ (АТС)

Чита - 2007

Разработаны на основании примерной учебной программы данной дисциплины, составленной в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 190402 "Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте".

С о с т а в и т е л ь - к.т.н., ст. преподаватель Менакер К.В.

© Забайкальский институт железнодорожного транспорта, 2007

Лабораторная работа № 1

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде

Цель работы: получение навыков работы с основными приборами программы Electronics Workbench V. 5.12.

ЗАДАНИЯ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

И МЕТОДИКА ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ

Задание 1. Измерение параметров генератора синусоидальных колебаний с помощью осциллографа и вольтметра

1. Осуществить выбор варианта в соответствии с назначением преподавателя:

Таблица 1

№ Варианта (Задание 1) Форма сигнала № Варианта (Задание 2) Форма сигнала Частота сигнала Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Амплитуда сигнала Скважность сигнала - s
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2 кГц 5 В 2.5
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3 кГц 3.2 В 1.5
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1 кГц 500 мВ 1.7
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 7 кГц 750 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 600 Гц 7 В 2.2
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 750 Гц 3.3 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2500 Гц 9 В 1.6
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3400 Гц 2.2 В 1.1
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 6300 Гц 4.7 В 1.6
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 8 кГц 5000 мкВ 2.9
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 10 кГц 2.5 В 3.2
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 9 кГц 12 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 855 Гц 100 мВ 2.3
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 5600 Гц 12.5 В 2.2
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 12.5 кГц 5.5 В 1.9
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 9.5 кГц 130 мкВ 2.7
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 4.7 кГц 27000 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3.8 кГц 3.4 В 2.8
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 15 кГц 700 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 860 Гц 2.1 В 3.1
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 458 Гц 5.7 В 3.2
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 760 Гц 2.7 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 5.8 кГц 130 мВ 2.5
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2.1 кГц 1500 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3700 Гц 4 В 2.2
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 6700 Гц 6 В 2.4
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 7300 Гц 15 В 2.6
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2.2 кГц 24 В 2.8

Продолжение табл. 1

№ Варианта (Задание 1) Форма сигнала № Варианта (Задание 2) Форма сигнала Частота сигнала Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Амплитуда сигнала Скважность сигнала - s
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 645 Гц 230 мкВ 3.2
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 730 Гц 24000 мкВ 1.8
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1300 Гц 50 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 11 кГц 3 В

2. Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Собрать схему измерения (см. рис.1).

Рис. 1

3. Двойным нажатием левой кнопки мыши раскрыть панель функционального генератора и осуществить его настройку в соответствии с вариантом, назначенным преподавателем.

4. Нарисовать в отчете временную диаграмму гармонического сигнала с заданными параметрами, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду и период.

5. Получить на экране осциллографа устойчивое, неограниченное сверху, по оси Y, изображение 2 - 3 периодов гармонического сигнала в пределах всего экрана по оси х.

Это достигается путем регулировки чувствительности канала А по оси Y (переключатель V/Div), времени развертки по оси Х (переключатель s/div) и установки осциллографа в режим внутренней синхронизации по каналу А с запуском развертки по положительному перепаду входного сигнала.

6. Измерить осциллографом амплитуду Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
гармонического сигнала. Измерение амплитуды сводится к расчету ее по формуле:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
(1)

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
амплитуда изображения сигнала в делениях шкалы по оси Y;

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
масштабный множитель по оси Y (значение переключателя V/Del).

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Рис. 2

7. Измерить осциллографом амплитуду сигнала в режиме увеличенной передней панели. Измерения проводятся с помощью визирной линии. Сравнить полученный результат с измеренным ранее значением.

8. измерить вольтметром амплитуду гармонического сигнала. На дисплее мультиметра отображается действующее (эффективное) значение переменного напряжения Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. Амплитуду сигнала рассчитать по формуле:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. (2)

и сравнить с измеренным ранее значением.

9. Измерить с помощью осциллографа период и вычислить частоту исследуемого сигнала.

Измерение периода сводится к расчету его по формуле (см. рис. 2):

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
, (3)

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
изображение периода в делениях шкалы по оси Х;

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
масштабный множитель по оси Х (значение переключателя s/div).

Частоту сигнала рассчитать по формуле:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
(4)

10. Измерить период сигнала в режиме увеличенной передней панели осциллографа. Измерения проводить с помощью визирных линий, путем их ориентирования по двум соседним максимумам гармонической функции и фиксирования значений изменения фазы сигнала (см. рис. 3).

Для приведенного на рис. 3 сигнала период составляет Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
мкс, а частота Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. Сравнить полученный результат с измеренным ранее значением.

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 3 Измерение периода гармонического сигнала с помощью визирных линий

Задание 2. Измерение параметров генератора прямоугольных импульсов с помощью осциллографа

1. Осуществить выбор варианта из таблицы 1 в соответствии с номером задания.

2. Собрать схему измерения (см. рис. 1).

3. Нарисовать временную диаграмму последовательности прямоугольных импульсов с заданными параметрами: амплитудой, частотой и длительностью импульсов, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду, период Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
и длительность импульса Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
(рис. 4). Длительность импульса Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
можно определить через скважность сигнала:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
(5)

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 4

4. Установить на выходе генератора сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов с заданными: амплитудой, частотой и коэффициентом заполнения. Значение коэффициента заполнения в процентах есть величина обратная скважности и умноженная на 100 %:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. (6)

5. Поставить по входу осциллограф в режим наблюдения переменного сигнала (режим АС) и измерить с его помощью основные параметры сигнала на выходе генератора, зарисовав его временную диаграмму, и показав на ней все параметры.

Задание 3. Измерение с помощью двухканального осциллографа коэффициента передачи по напряжению

По определению коэффициент передачи по напряжению определяется из соотношения:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
(7)

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
амплитуды гармонических сигналов на выходе и входе исследуемой цепи.

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 5 Схема измерения коэффициента передачи и фазового сдвига

1. Осуществить выбор варианта из таблицы 2.

Таблица 2

№ Варианта (Задание 3, 4) Форма сигнала Значение сопротивления R1 Значение емкости С1 Частота сигнала Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru Амплитуда сигнала
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2 кОм 10 нФ 2 кГц 1 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 10 кОм 400 нФ 3 кГц 3.2 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3 кОм 100 нФ 1 кГц 500 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 8 кОм 1 мкФ 7 кГц 750 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 900 Ом 4000 нФ 600 Гц 7 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 15 кОм 1000 нФ 750 Гц 3.3 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2 кОм 50 нФ 2 кГц 2 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2400 Ом 900 нФ 3400 Гц 2.2 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 23 кОм 150 нФ 6300 Гц 4.7 В

Продолжение табл.2

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 12 кОм 2 мкФ 8 кГц 5000 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1.5 кОм 300 нФ 10 кГц 2.5 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2 кОм 500 нФ 9 кГц 12 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 15 кОм 10 нФ 855 Гц 100 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 5 кОм 200 нФ 5600 Гц 12.5 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3 кОм 1500 нФ 12.5 кГц 5.5 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 200 Ом 500 нФ 9.5 кГц 130 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 15 кОм 3 мкФ 4.7 кГц 27000 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 50 кОм 15 нФ 3.8 кГц 3.4 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1300 Ом 1 мкФ 15 кГц 700 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 12 кОм 100 нФ 860 Гц 2.1 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1100 Ом 2 мкФ 458 Гц 5.7 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 800 Ом 0.5 мкФ 760 Гц 2.7 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 9 кОм 700 нФ 5.8 кГц 130 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 2 кОм 850 нФ 2.1 кГц 1500 мВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 7 кОм 0.5 мкФ 3700 Гц 4 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 600 Ом 0.7 мкФ 6700 Гц 6 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1 кОм 1 мкФ 730 Гц 15 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 40 кОм 30 нФ 2.2 кГц 24 В
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 3000 Ом 730 нФ 645 Гц 230 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 20000 Ом 540 нФ 730 Гц 24000 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 1000 Ом 1.5 мкФ 1300 Гц 150 мкВ
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru 10000 Ом 0.6 мкФ 4000 Гц 3 В

2. Собрать схему, приведенную на рис. 5. Установить параметры элементов схемы в соответствии с вариантом. На выходе генератора установить гармонические колебания с заданной амплитудой Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
и частотой Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

3. На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение входного и выходного сигналов и измерить их амплитуды Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
, Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

4. По экспериментальным данным рассчитать коэффициент передачи Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

5. Анализ RC-цепи показывает, что ее коэффициент передачи определяется выражением:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
, (8)

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
сопротивление резистора R1 RC-цепи, (Ом);

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
значение емкости конденсатора C1 RC-цепи, (Ф);

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
циклическая частота гармонического сигнала, Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
, (Гц).

Рассчитать по приведенной формуле коэффициент передачи и сравнить его со значением, полученным экспериментально.

Задание 4. Измерение с помощью двухканального осциллографа фазового сдвига двух гармонических сигналов в простейших RC (RL) - цепях

1. Собрать схему, приведенную на рис. 5. Установить параметры элементов схемы в соответствии с вариантом (см. табл. 2).

2. На выходе генератора установить гармонические колебания с заданной амплитудой и частотой.

3. На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение обоих сигналов и определить их фазовый сдвиг Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

Фазовый сдвиг Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
можно определить с помощью следующей формулы:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
(9)

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
период сигнала (рис. 6);

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
начальные фазы входного и выходного сигналов;

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
временной сдвиг между сигналами (рис. 7).

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 6 Измерение периода сигнала

Временной сдвиг Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
на экране осциллографа можно измерить, используя визирные линии, которые ориентируют по максимуму гармонической функции, как показано на рис. 7. Величину временного сдвига можно прочесть в окне под экраном (см. рис. 7).

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 7 Измерение временного сдвига двух гармонических сигналов

Для случая, приведенного на рис. 6-7 величина фазового сдвига двух гармонических сигналов составит:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

4. Результаты измерений и расчетов занести в отчет.

Следует отметить, что выходной сигнал может отставать по фазе от входного сигнала и тогда он располагается справа от входного (рис. 7). Фазовый сдвиг в этом случае берется со знаком минус. В случае опережения выходного сигнала (он располагается слева от входного) фазовый сдвиг берется положительным. На рис. 7 Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. Выходной сигнал отстает по фазе от входного на Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

Задание 5. Измерение частотных характеристик простейших RC (RL) - цепей с помощью измерителя диаграмм Боде

Частотными характеристиками цепи называют функции, характеризующие реакцию цепи на синусоидальное входное воздействие в установившемся режиме. Данные характеристики имеют очень большое значение при анализе работы цепи. Кратко охарактеризуем каждую из характеристик.

Если на вход цепи подается величина (рис. 8):

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 8

то на выходе в установившемся режиме получаем:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
,

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
- амплитуда, Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
- фаза сигнала, Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
циклическая частота.

Каждой гармонической функции времени можно поставить в соответствие комплексное число, называемое мгновенным комплексом гармонической функции (рис. 9):

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 9

Функцию Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
называют амплитудно-фазовой частотной характеристикой цепи (АФЧХ). Функция Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
называется соответственно амплитудно-частотной характеристикой цепи (АЧХ), Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
- фазовой частотной характеристикой цепи (ФЧХ).

Функцию Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
можно представить в виде:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
,

где Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
и Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
- соответственно вещественная и мнимая частотные характеристики. Исходя из этого, функции АЧХ и ФЧХ можно представить как:

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
,

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

Кроме частотных характеристик используются логарифмические частотные характеристики - логарифмическая амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и логарифмическая фазовая частотная (ЛФЧХ) характеристики.

ЛАЧХ - это зависимость Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
от логарифма частоты Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. При построении ЛАЧХ по оси абсцисс откладывают частоту в логарифмическом масштабе, а по оси ординат Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
.

ЛФЧХ - это зависимость фазовой частотной функции Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
от логарифма частоты Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. При ее построении по оси абсцисс откладывают частоту в логарифмическом масштабе, по оси ординат откладывают Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
в градусах или радианах.

За единицу масштаба по оси абсцисс принимается декада - частотный интервал, соответствующий изменению частоты в 10 раз. Ось ординат при построении этих характеристик проводят через произвольную, удобную для рассматриваемой задачи, точку, а не через точку ω=0, поскольку частоте ω=0 соответствует бесконечно удаленная точка.

Единицей Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
является децибел (дБ), равный одной десятой Бела. Бел - это единица десятичного логарифма коэффициента усиления мощности сигнала, т.е. 1 Бел соответствует усилению мощности в 10 раз. Поскольку мощность сигнала пропорциональна квадрату амплитуды, а Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
, то усиление в Белах, выраженное через отношение амплитуд, равно Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
. Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
дБ означает, что на данной частоте при прохождении сигнала через цепь его амплитуда увеличивается в 10 раз.

ЛАЧХ и ЛФЧХ за счет использования логарифмических шкал более удобны при анализе работы цепи в широком диапазоне изменения частоты сигнала.

Измеритель диаграмм Боде предназначен для измерения АЧХ, ФЧХ, ЛАЧХ и ЛФЧХ электрических цепей.

1. Собрать схему, приведенную на рис. 10. Установить параметры элементов схемы в соответствии с вариантом (см. табл. 2).

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 10 Схема измерения частотных характеристик цепи

2. На выходе генератора установить гармонические колебания с заданной амплитудой и частотой.

3. На экране измерителя диаграмм Боде получить устойчивое изображение ЛАЧХ или АЧХ цепи (рис. 11). С помощью визирной линии снять несколько значений ЛАЧХ (или АЧХ) и зарисовать ее в отчете. Сделать выводы.

RC-цепь, представленная на рис. 10, представляет собой пассивный фильтр низких частот. Конденсатор С1 для сигнала низкой частоты (ниже частоты среза) является большим сопротивлением и сигнал поступает на выход фильтра. Для сигнала высокой частоты (выше частоты среза) конденсатор является хорошим проводником и поэтому он шунтирует данный сигнал, не пропуская его на выход. Частотой среза Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
называется частота, при которой напряжение на выходе фильтра падает до уровня 0,707 от напряжения в полосе пропускания (т.е. падает на 3 дБ). Для случая, представленного на рис. 11 частота среза фильтра составляет приблизительно Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Гц, т.е. выше данной частоты амплитуда сигнала на выходе фильтра как видно из ЛАЧХ все более ослабевает.

4. Определить частоту среза фильтра.

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru
Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 11 ЛАЧХ цепи и значение частоты среза фильтра

5. Нажатием кнопки Phase на панели управления измерителя, а также кнопками настройки прибора получить устойчивое изображение ЛФЧХ или ФЧХ цепи (рис. 12). С помощью визирной линии снять несколько значений ЛФЧХ (или ФЧХ) и зарисовать ее в отчете. Сделать выводы.

Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа, вольтметра и измерителя диаграмм Боде - student2.ru

Рис. 12 ЛФЧХ цепи

Лабораторная работа № 2

Наши рекомендации