Метод Указ к лаб раб по МСС 2010. Методические указания к лабораторным работам по мсс. Электронная версия 2010г порядок выполнения лаб работ
 Скачать 0.94 Mb.
|
6. исследование генераторов измерительных сигналовЦель работы 1. Изучить назначение, принципы построения и метрологические характеристики генераторов измерительных сигналов. 2. Освоить методы определения основных характеристик измерительных генераторов синусоидальной формы. 3. Получить практические навыки работы с генераторами измерительных сигналов. Исследуемые приборы Генератор измерительных сигналов низкочастотный Г3-109. Генератор измерительных сигналов высокочастотный Г4-158. Вспомогательные приборы и принадлежности Электронно-счетный частотомер Ч3-33. Цифровой вольтметр переменного тока В7-27А (или В7-16). Измеритель нелинейных искажений С6-11. Электронно-лучевой осциллограф С1-67. Магазин сопротивлений. Лабораторное задание1. Проверить соответствие основных метрологических характеристик генератора сигналов низкочастотного Г3-109 нормируемым значениям:
2. Оценить соответствие характеристик высокочастотного измерительного генератора Г4-158 нормируемым значениям:
3. Освоить осциллографический метод измерения коэффициента амплитудной модуляции. Подготовка к работе (домашнее задание) Изучить теоретический материал по [1 или 2] и конспект лекций. Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на следующие вопросы, которые могут быть заданы при допуске к работе и ее защите:
Ознакомиться по [3, 4] с основными нормируемыми метрологическими характеристиками генераторов Г3-109 и Г4-158 и заполнить табл. 6.1. Таблица 6.1 Основные метрологические характеристики исследуемых генераторов
Указание. Генератор измерительных сигналов (ГИС) - прибор, предназначенный для формирования сигналов известной формы, параметры которых можно регулировать в определенных пределах и устанавливать с заданной точностью. Наиболее распространенными ГИС являются генераторы сигналов синусоидальной формы. При нормировании метрологических характеристик ГИС для каждого из регулируемых параметров выходного сигнала (например, частоты, выходного напряжения и т.п.) указывают диапазон (пределы) регулировки параметра, допустимые погрешности установки и нестабильность параметра. Кроме того, в перечне метрологических характеристик обязательно указывают допустимые искажения формы выходного сигнала (искажения синусоидального сигнала характеризуют коэффициентом гармоник) и выходное сопротивление генератора. Если выходное сопротивление ГИС можно изменять, то указывают пределы такой регулировки. Порядок выполнения работы и методические указания 1. Определение метрологических характеристик генератора сигналов низкочастотного Г3-109 Включить исследуемые и вспомогательные приборы для прогрева. Ознакомиться с их органами управления. 1.1. Определение погрешности установки частоты. Собрать схему измерений (рис. 6.1.).  Рис. 6.1 Указания. Погрешность установки частоты определять на одной отметке шкалы каждого из 4 поддиапазонов генератора (по выбору студента). Режим работы частотомера (частоты или периода) и его параметры (время измерения, период меток) выбрать, исходя из требуемой точности измерений частоты. Выполнить по 5 измерений на каждой выбранной отметке шкалы. Перед каждым последующим измерением настройку частоты следует сбить и заново установить выбранное значение частоты. Показания частотомера записать в табл.6.2. Определить для каждого поддиапазона модуль максимального отклонения частоты генератора от установленного значения . Значение принять за абсолютную погрешность установки частоты генератора на данном поддиапазоне. Вычислить относительную погрешность установки частоты  где г - частота, установленная на шкале генератора на каждом поддиапазоне. Результаты записать в табл. 6.2.Таблица 6.2 Результаты измерения частоты и вычисления погрешностей ее установки
Сопоставить полученные оценки погрешности установки частоты с нормируемым значением погрешности исследуемого генератора и с погрешностями измерения частоты используемого электронно-счетного частотомера. 1.2. Определение кратковременной нестабильности частоты. Указание. При нормировании нестабильности частоты генераторов измерительных сигналов обязательно указывают интервал времени, на котором гарантируется эта нестабильность. Кратковременную нестабильность частоты нормируют обычно на интервалах времени 10 или 15 мин. после прогрева прибора. В целях экономии времени можно попытаться обнаружить изменение частоты генератора на интервале 5 мин., выбрав время измерения частотомера, обеспечивающее минимальную погрешность измерения. Измерение провести на одной из частот IV поддиапазона. Установить выбранное значение частоты г генератора и записать в табл. 6.3, не меняя положения его органов настройки 15 показаний цифрового частотомера f0в течение 5 мин. Таблица 6.3 Данные измерений для расчета нестабильности частоты установленная частота г = Гц
Нестабильность частоты вычислить по формуле:  где f0 макс, f0 мин - наибольшее и наименьшее показания частотомера (табл. 6.3). Сравнить полученное значение кратковременной нестабильности частоты генератора на интервале 5 мин. с его нормируемым значением. 1.3 Определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) генератора. Указание. Перед выполнением этого пункта следует посмотреть, каким образом в описании генератора Г3-109 сформулированы требования к неравномерности его АЧХ. Собрать схему измерения (рис. 6.2). Установить выходное сопротивление генератора 50 Ом на Выходе 2, а на магазине сопротивлений - согласованную нагрузку 50 Ом.  Рис. 6.2. Схема для измерения АЧХ генератора Рассчитать выходное напряжение генератораU0, при котором на нагрузке 50 Ом будет выделяться мощность 0,5Рном . Установить это напряжение на выходе генератора на частоте 1кГц с использованием внешнего вольтметра. В дальнейшем при выполнении измерений по п.1.3 установленный уровень напряжения U0 не изменять. Поочередно устанавливая значения частоты сигнала, указанные в табл.6.4, записывать соответствующие показания вольтметра. Таблица 6.4 Данные измерений для построения амплитудно-частотной характеристики
 дБ; где U0 – показания вольтметра на частоте 1 кГц.Построить АЧХ генератора в децибелах и определить ее неравномерность. Сравнить полученное максимальное значение неравномерности АЧХ исследуемого генератора с его нормируемым значением и разобраться в вопросе, влиянием каких элементов схемы генератора можно объяснить наличие обнаруженной неравномерности АЧХ? Указание. При построении АЧХ следует использовать логарифмический масштаб по оси частот. При анализе неравномерности АЧХ особое внимание следует обратить на крайние точки поддиапазонов, поскольку сигналы частоты 200 Гц, 2 кГц и 20 кГц в приборе Г3-109 на различных поддиапазонах частот формируются с использованием различных элементов задающего генератора. Кроме того, в этом приборе использованы два выходных согласующих трансформатора - первый используется на I - III поддиапазонах, а второй - на IV поддиапазоне. 1.4. Измерение коэффициента нелинейных искажений. Указание.Наличие нелинейных эффектов в задающем генераторе, усилителе, выходном трансформаторе генератора измерительных сигналов приводит к появлению высших гармоник и, соответственно, к искажениям формы выходного сигнала. Количественно нелинейные искажения принято характеризовать коэффициентом гармоник  ,т.е. отношением среднеквадратического значения напряжения всех высших гармонических составляющих искаженного сигнала к среднеквадратическому значению напряжения первой гармоники. Коэффициент гармоник, который принято выражать % или дБ, является важнейшей нормируемой метрологической характеристикой генератора измерительных сигналов синусоидальной формы. Для измерений Кг используют селективные вольтметры и анализаторы спектра. Однако значительно проще измерять другую величину - коэффициент нелинейных искажений Кни  Взаимосвязь Кни и Кг определяется формулой  .Нетрудно убедиться, что численные значения рассматриваемых коэффициентов Кг и Кни мало отличаются друг от друга, если нелинейные искажения не очень велики (например, если Кг=10%, то Кни=0,995 Кг). Нормируемые нелинейные искажения низкочастотных генераторов измерительных сигналов обычно не превышают 0,5% , поэтому в некоторых книгах и описаниях приборов часто не делают различия между Кг и Кни . Измеритель нелинейных искажений С6-11, используемый в данной лабораторной работе, измеряет Кни . Перед проведением измерений следует ознакомиться с принципами работы прибора С6-11. Собрать схему рис. 6.3. Рассчитать значение выходного напряжения генератора U0 , соответствующие номинальной мощности Рном на Выходе 2 для согласованной нагрузки 600 Ом. Записать в табл. 6.5 значения 0,2U0 ; 0,4U0 ; 0,6U0 ; 0,8U0; U0.   Рис. 6.3. Схема измерения коэффициента нелинейных искаженийУстановить на генераторе выходное сопротивление 600 Ом по Выходу 2, а на магазине - согласованное сопротивление внешней нагрузки 600 Ом. Руководствуясь описанием измерителя нелинейных искажений С6-11, снять зависимость коэффициента нелинейных искажений Кн от напряжения на выходе исследуемого генератора. Результаты измерений занести в табл. 6.5 и построить график Кн = f(Uвых). Указание. Выходное напряжение исследуемого генератора устанавливать по прибору С6-11, переключая его в режим вольтметра. Таблица 6.5 Результаты измерения коэффициента нелинейных искажений Рном = 4 Вт, Rн = 600 Ом
Сопоставить полученные значения коэффициента нелинейных искажений исследуемого генератора с нормируемыми значениями. 2. Определение метрологических характеристик генератора сигналов высокочастотного Г4-158 2.1. Определение погрешности ослабления аттенюатора. Указание. Генераторы измерительных сигналов высоких частот используют, в основном, для настройки радиоприемных устройств. Поэтому в таких генераторах предусмотрены возможности регулировки (уменьшения) выходного напряжения в очень широких пределах - вплоть до нескольких микровольт. Для этого используют регулируемые аттенюаторы. Погрешность установки исходного опорного напряжения на входе аттенюатора и погрешность самого аттенюатора определят точность установки напряжения на выходе измерительного генератора. Для определения погрешности аттенюатора необходимо иметь точный и чувствительный вольтметр, частотный диапазон которого позволяет измерять напряжение на выходе измерительного генератора. Собрать схему рис. 6.4. Проверить наличие на выходе генератора сопротивления нагрузки 50 Ом. Измерения проводить на частоте 100 кГц в режиме непрерывной генерации (режим внутренней амплитудной модуляции должен быть выключен).  Рис. 6.4. Схема измерения погрешности ослабления аттенюатора Указание. По мере уменьшения показаний вольтметра с увеличением ослабления следует соответственно переключать пределы измерения вольтметра. Установить показания отсчетного устройства аттенюатора генератора Г4-158, равными 0 дБ, и записать соответствующие показания вольтметра U0 - опорный уровень напряжения генератора Г4-158 - в табл. 6.6. Повторить измерения выходного напряжения генератора для указанных в табл. 6.6 значений ослабления аттенюатора (или значений по указанию преподавателя). Таблица 6.6 Результаты измерений и вычислений погрешности градуировки аттенюатора
Используя нормируемые характеристики погрешности используемого вольтметра, оценить абсолютную погрешность измерения напряжения. Рассчитать значение ослабления  где U0 - показание вольтметра при показаниях отсчетного устройства аттенюатора 0 дБ.Определить погрешность градуировки аттенюатора А = Аизм – Арасч в предположении, что по показаниям вольтметра получено действительное значение ослабления. Используя формулу для погрешности косвенных измерений, оценить погрешности измерения ослабления (дБ) по показаниям вольтметра и сопоставить их с полученными значениями погрешности градуировки аттенюатора (дБ). Указание. Наиболее простой способ оценки максимальной погрешности косвенного измерения затухания по показаниям вольтметра заключается в численной оценке изменения результата расчета:  ,  в предположении, что погрешности В измерения напряжения в числителе и знаменателе этого выражения противоположны по знаку. Для того чтобы принять результат косвенного определения затухания за действительное значение, погрешность этого результата должна быть в несколько раз меньше исследуемой погрешности градуировки аттенюатора. 2.2. Исследование осциллографических методов измерения коэффициента амплитудной модуляции. Указание.Для обеспечения возможности настройки радиоприемных устройств высокочастотные измерительные генераторы имеют в своем составе модулятор и вспомогательный НЧ генератор модулирующего сигнала (его частота порядка 1 кГц).Разъем Внешн. АМ используется как входной для подачи на модулятор генератора внешнего модулирующего сигнала (если установлен режим внешней модуляции) и как выходной разъем, с которого можно снять вспомогательный НЧ сигнал в режиме внутренней модуляции. Коэффициент амплитудной модуляции радиосигнала измерительного генератора определяется отношением напряжения модулирующего сигнала к напряжению несущей: M=Umмод/Umнес . В приборе Г4-158 этот коэффициент устанавливается на цифровом отсчетном устройстве с разрешающей способностью 1%. Собрать схему рис. 6.5. Установить на выходе генератора Г4-158 несущую частоту (модулируемый сигнал) 1 МГц.  Рис. 6.5. Схема измерения коэффициента амплитудной модуляции Включить режим внутренней амплитудной модуляции (с помощью нажатия кнопки Режим), модулирующий НЧ сигнал (частота порядка 1,0 кГц) подать на вход Х осциллографа с разъема Внешн. АМ. Значения коэффициента модуляции М %, указанные в табл. 6.9, устанавливать по отсчетному устройству в процентах, для этого нажать кнопку выход АМ (на индикаторе появится символ %). Установить в осциллографе режим Линейной развертки при внешней синхронизации. Синхронизация осциллографа будет осуществляться НЧ синусоидальным сигналом с выхода Внешн. АМ. Получить на экране осциллограмму АМ сигнала в пределах 2 - 3 периодов модулирующего сигнала. Осциллограмму зарисовать и привести в отчете. Измерить максимальный (А) и минимальный (Б) размахи огибающей АМ сигнала, записать результаты в табл. 6.9. Установить в осциллографе Режим внешней развертки - отклонение луча по горизонтали будет осуществляться НЧ синусоидальным сигналом с выхода Внешн. АМ. Обратить внимание на изменение характера осциллограммы. Осциллограмму зарисовать и привести в отчете. Разобраться, каким образом на экране осциллографа получается такая осциллограмма. Повторить в этом режиме осциллографические измерения коэффициента амплитудной модуляции. По измеренным значениям А (максимальный размах) и Б (минимальный размах) вычислить коэффициент модуляции:  Таблица 6.9 Результаты измерения и вычисления коэффициента модуляции
Определить абсолютную погрешность осциллографических измерений коэффициента амплитудной модуляции, приняв показания отсчетного устройства измерительного генератора за действительное значение. Указание. Погрешность осциллографических методов измерения коэффициента амплитудной модуляции, как правило, заметно больше, чем нормируемая погрешность установки этого коэффициента в приборе Г4-158 (5% - абсолютная погрешность в процентах модуляции). Однако осциллографические методы позволяют наглядно и быстро обнаруживать грубые отклонения коэффициента модуляции от требуемых значений. В частности, практически очень важно проверить отсутствие так называемой перемодуляции при значениях М, близких к 100%. При перемодуляции форма огибающей искажается, что приводит к расширению спектра радиосигнала, формируемого генератором измерительных сигналов или радиопередатчиком. Отчет должен содержать: 1) номер и наименование работы; 2) цель работы; 3) заполненные таблицы с их заготовками; 4) график АЧХ исследуемого измерительного генератора; 5) график зависимости коэффициента нелинейных искажений от напряжения сигнала на выходе исследуемого генератора; 6) осциллограммы, соответствующие двум способам измерения коэффициента амплитудной модуляции; 7) выводы о соответствии всех измеренных параметров генератора нормируемым значениям. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||