МУиКЗ_2 (1). Методические указания и контрольные задания к практикуму 2 поверка генератора высокой частоты москва 2020 1
 Скачать 174.88 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский технический университет связи и информатики Кафедра метрологии, стандартизации и измерений в инфокоммуникациях Методические указания и контрольные задания к практикуму № 2 ПОВЕРКА ГЕНЕРАТОРА ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ Москва 2020 1. Основные положения Поверка средств измерения (СИ) – установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом или организацией) пригодности средств измерений к применению на основе экспериментально определенных метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке СИ, является его погрешность. Она находится путём сравнений показаний поверяемого СИ и рабочего эталона. Для проведения практикума используются следующие приборы: • поверяемый генератор высокой частоты (ГВЧ), • электронно-счетный частотомер (ЭСЧ), • универсальный и селективный (СВ) вольтметры, • электронно-лучевой осциллограф. При проведении поверки измеряются 8 параметров и зависимостей. Кратко рассмотрим принцип действия используемых приборов и особенности измерений. 1.1. Генератор высокой частоты ГВЧ Г4-102А. Прибор работает в режимах непрерывной генерации и АМ колебаний в диапазоне частот 0,1 – 50 МГц; пределы регулировки выходного напряжения 0,5 – 5х10 5 мкВ на нагрузке 50 Ом; выходное сопротивление 50 Ом; пределы регулировки глубины амплитудной модуляции 0-90%; коэффициент гармоник выходного сигнала не более 5%. Прибор состоит из основных функциональных узлов: системы установки и отсчета частоты сигнала; системы установки и отсчета глубины модуляции; системы формирования и отсчета необходимого уровня выходного сигнала. Все частотные параметры прибора определяются задающим генератором, амплитудная модуляция осуществляется подачей на модулятор сигнала от внутреннего генератора звуковой частоты 1 кГц или от внешнего источника. Постоянство выходного напряжения при перестройке частоты и изменениях питающих напряжений обеспечивается системой стабилизации выходного сигнала. 1.2. Вольтметр универсальный В7-16А. Предназначен для измерения переменного и постоянного напряжения, активного сопротивления. Технические данные: диапазон частот при измерении переменных напряжений 20 Гц – 100 кГц и до 50 МГц с выносным ВЧ детектором на пределе 1 В, входное сопротивление не менее 1 МОм, входная ёмкость с выносным детектором 10 пФ; время измерения 10 с; проградуирован в среднеквадратичных значениях синусоидального напряжения. Работа вольтметра основана на время-импульсном методе преобразования непрерывного сигнала в цифровой код. Измеряемое напряжение после необходимого масштабного преобразования (т.е. усиления или ослабления в известное количество раз) сравнивается с линейно-изменяющимся опорным напряжением. В момент этих напряжений компаратор вырабатывает импульс, длительность которого пропорциональна величине измеряемого напряжения. Длительность этого импульса измеряется цифровым методом (подсчетом числа стабильных и точно известных по частоте импульсов) и число отображается на цифровом индикаторе. В приборе предусмотрены два режима преобразования: 20 и 2 мс. При первом – это результат усреднения 10 наблюдений, при втором – результат единственного наблюдения. 1.3.Осциллограф С1-75. Предназначен для исследования формы периодических и однократных сигналов в диапазоне от 20 мВ до 25 В в диапазоне временных интервалов от 8 мс до 1 с. Верхняя граничная частота канала "Y" не менее 250 МГц, погрешность измерения амплитуд сигналов 6% при размере изображения от 3 до 6 см. 1.4. Микровольтметр селективный SMV11. Предназначен для селективного по частоте измерения узкополосных сигналов на ВЧ. Данный прибор – это приёмник супергетеродинного типа, работающий в диапазоне измеряемого (входного) напряжения от 9 кГц до 30 МГц, входное сопротивление 50 Ом. Измеряемый сигнал подаётся на входное устройство, состоящее из делителя напряжения (максимальное ослабление 90 дБ, перекрываемое ступенями по 5 дБ), малошумящего широкополосного усилителя и фильтра, подавляющего сигнал зеркальной частоты. С выходного устройства сигнал поступает на полосовой усилитель с двойным преобразованием частоты и регулируемой полосой пропускания. Далее сигнал поступает на переключаемый функциональный преобразователь, и в зависимости от положения его переключателя на индикаторе отображаются разные параметры измеряемого сигнала (средневыпрямленное, пиковое). Индикатор проградуирован в среднеквадратических значениях на синусоидальном сигнале в дБмкВ (0 дБмкВ соответствует 𝑢𝑢 ср.в. = 1 мкВ.) Частотная избирательность вольтметра и перестройка по частоте обеспечивается первым перестраиваемым гетеродином. 2. Проведение измерений При поверке проводится измерение 8 зависимостей и параметров: 1. Измерение значений граничных частот поддиапазонов и определение запаса по частоте на краях диапазонов. 2. Измерение основной погрешности установки частоты. 3. Измерение основной погрешности установки опорного напряжения генератора. 4. Измерение основной погрешности ослабления ступенчатого аттенюатора. 5. Измерение коэффициента гармоник несущей частоты генератора. 6. Измерение погрешности частоты внутреннего модулирующего генератора. 7. Определение пределов регулировки и основной погрешности установленного коэффициента амплитудной модуляции генератора. 8. Измерение зависимости выходного напряжения генератора от величины сопротивления нагрузки. Поверяемый генератор предназначен для генерации сигнала синусоидальной формы – поэтому важнейшей характеристикой, подлежащей измерению при поверке, является оценка искажения синусоиды, причем степень искажения должна выражаться неким цифровым показателем. При значительных искажениях формы сигнала это можно заметить на экране осциллографа, но малые искажения заметить нельзя, не говоря о том, чтобы ввести какую-то количественную меру искажений. На спектральном языке (по Фурье) искажения – это наличие в сигнале высших гармонических составляющих, которых нет в идеальном (в данном случае синусоидальном сигнале). Искажения сигнала происходят в устройствах с нелинейной амплитудной характеристикой и оцениваются коэффициентом гармоник. Измерительный сигнал – синусоида, а количественная характеристика коэффициент гармоник: 𝐾𝐾 г = �𝑈𝑈 2 2 +𝑈𝑈 3 2 +𝑈𝑈 4 2 +⋯ 𝑈𝑈 1 ∙ 100% (1) где 𝑈𝑈 1 – среднеквадратичное значение измерительного сигнала (т.е. сигнала на входе измеряемого устройства); 𝑈𝑈 𝑖𝑖 – среднеквадратическое значение 𝑖𝑖-ой гармоники (𝑖𝑖 номер гармоники) сигнала на выходе измеряемого устройства, появляющиеся за счет нелинейности АЧХ. Очевидно, что коэффициент гармоник измерять в практике связи затруднительно – необходим доступ к началу и к концу линии. Поэтому вводится коэффициент нелинейных искажений (𝐾𝐾 ни ): 𝐾𝐾 ни = �𝑈𝑈 2 2 +𝑈𝑈 3 2 +𝑈𝑈 4 2 +⋯ �𝑈𝑈 1 2 +𝑈𝑈 2 2 +𝑈𝑈 3 2 +𝑈𝑈 4 2 … ∙ 100% Существуют специальные приборы для измерения коэффициента нелинейных искажений, но при наличие селективного вольтметра можно оценить и выразить числом степень искажения синусоидального сигнала. Для этого необходимо с помощью селективного вольтметра измерить все гармоник и подставить их значения в формулу (1). Другой показатель – это затухание нелинейности. Например, затухание нелинейности третьего порядка выражается: К г 3 [дБ] = 𝑈𝑈 оп − 𝑈𝑈 изм 3 , где 𝑈𝑈 оп – уровень первой гармоники, 𝑈𝑈 изм 3 – уровень третьей гармоники. 3. Текст задания и условие задачи При выполнении задания вариант выбирается по последним цифрам номера зачетной книжки: – последняя цифра – номер вопроса (раздел 3.1); – предпоследняя цифра – номер задачи (раздел 3.2). Решение задач необходимо оформить в электронном виде (doc или pdf) с указанием номера зачетной книжки, условий варианта заданий и подробного решения задач / ответа на вопрос с необходимыми формулами и графиками. 3.1 Вопросы: 0. Как классифицируются погрешности? Какие из этих погрешностей могут возникнуть при выполнении практикума № 2? 1. Для чего при поверке генератора с помощью селективного вольтметра поочередно измеряют 1, 2, 3, 4 и 5 гармоники несущей частоты? 2. Почему для установки номинального значения частоты генератора используют «ход вниз» и «ход вверх»? 3. Какие есть способы обнаружения/исключения систематических погрешностей? Какие из этих способов могут быть реально применены студентами во время выполнения практикума № 2? 4. Что такое зеркальный канал в селективном вольтметре? Как подавляется зеркальный канал в селективном вольтметре? 5. В каких узлах селективного вольтметра подавляется зеркальный канал – во входном устройстве или в полосовом усилителе? Почему? 6. Что такое грубая погрешность и из-за чего она появляется? Методы определения грубой погрешности по результатам измерений. 7. Что такое «избирательность по соседнему каналу»? Какой узел селективного вольтметра определяет избирательность по соседнему каналу? 8. Какова форма записи результата прямых многократных измерений? Как вычисляются входящие в запись величины? 9. Что такое коэффициент амплитудной модуляции? Как измерить по осциллографу коэффициент амплитудной модуляции? 3.2. Задачи: 0. Уровень сигнала 20 дБмкВ. Выразить в единицах измерения напряжения. 1. Рассчитать во сколько раз уменьшается сигнал по напряжению на выходе аттенюатора, если затухание аттенюатора -60 дБ? 2. Выходное напряжение генератор работающего на согласованную нагрузку в 50 Ом равно 5 В. Каким будет выходное напряжение, если нагрузка будет в 4 раза больше? 3. Выходное напряжение генератор работающего на согласованную нагрузку в 50 Ом равно 5 В. Каким будет выходное напряжение, если нагрузка будет в 4 раза меньше? 4. Уровень сигнала 60 дБмкВ. Выразить в единицах измерения напряжения. 5. Рассчитать во сколько раз уменьшается сигнал по напряжению на выходе аттенюатора, если затухание аттенюатора -120 дБ? 6. Показание цифрового частотомера в режиме «измерение частоты» 372,5 кГц. Определить максимальную абсолютную и относительную погрешность дискретности. 7. Показание цифрового частотомера в режиме «измерение частоты» 002,5 кГц. Определить максимальную абсолютную и относительную погрешность дискретности. 8. Уровень сигнала 36 дБмкВ. Выразить в дБмВ. 9. Рассчитать во сколько раз уменьшается сигнал по напряжению на выходе аттенюатора, если затухание аттенюатора -20 дБ? |