Измерение амплитуды сигнала методом калиброванной шкалы

Лабораторная работа № 4

Исследование методов измерения значений напряжения с помощью осциллографа

Цель и содержание:

Цель

1. Научиться измерять амплитудные параметры сигналов различными осциллографическими методами.

2. Оценить погрешность измерений параметров сигналов.

Содержание

1. Измерение амплитуды сигнала методом сравнения.

2. Измерение амплитуды сигнала методом калиброванной шкалы.

3. Определение среднеквадратического значения напряжения импульсного сигнала.

 

Теоретическое обоснование:

 

Амплитуда - максимальное значение периодически изменяющейся величины. (лат.Amplitudo –  величина).

Метод сравнения. Метод сравнения позволяет увеличить точность измерений за счет исключения погрешностей, связанных с нелинейностью амплитудной характеристики, геометрическими искажениями ЭЛТ. Осциллограф используется лишь как устройство сравнения исследуемого сигнала с эталонным, а изображение - как индикатор сравнения.

Метод калиброванных шкал. Измерять амплитуду сигнала можно, калибруя масштабную сетку на экране осциллографа (т.е. определяя цену деления сетки в вольтах на сантиметр). В этом случае сетка становиться шкалой. Масштаб указывается на переключателе чувствительности осциллографа. При наличии ручки плавной регулировки чувствительности указанный масштаб получается лишь при одном ее положении, фиксируемом при повороте (это положение обычно обозначается специальной меткой у ручки). Из-за влияния ряда факторов - погрешностей калибровки, визуального отсчета, нелинейной амплитудной характеристики канала горизонтального отклонения и т.д. - этот метод дает погрешность измерения напряжения около 5%.

Определение среднеквадратического значения напряжения импульсного сигнала . Среди средств измерения переменного тока и напряжения особое внимание уделяется средствам измерений среднеквадратического значения (СЗ) тока и напряжения. Это обусловлено тем, что единственной истинной мерой мощности электрического сигнала, т. е. его способности выделять теплоту, является его СЗ, независимо от того, является ли сигнал постоянным, синусоидальным, переменным с постоянным смещением, случайным или представляет собой последовательность импульсов. Среднеквадратическое значение — фундаментальная физическая характеристика процесса.

Необходимость прямого измерения СЗ приобретает особую важность в связи с широким распространением сигналов несинусоидальной формы (прямоугольных, треугольных, шумоподобных и т. д.). При определении количества и качества электроэнергии в энергосистемах, измерениях мощности, проверке систем связи, контроле уровня шума в звуковом диапазоне частот и измерениях в цифровых системах, полезную информацию о сигнале может дать только его СЗ.

Аппаратура и материалы. Для выполнения лабораторной работы необходим персональный компьютер со следующими характеристиками: процессор Intel с тактовой частотой 800 МГц и выше, оперативная память – не менее 128 Мбайт, свободное дисковое пространство – не менее 500 Мбайт, монитор типа Super VGA (число цветов – 256) с диагональю не менее 15''. Программное обеспечение – операционная система Window 98/Nt/ME/2000/XP, программа Electronics Workbench.

Указания по технике безопасности. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ совпадает с общепринятой для пользователей ПК, в частности: самостоятельно не производить ремонт ПК, установку и удаление программного обеспечения; в случае неисправности ПК сообщить об этом обслуживающему персоналу лаборатории; соблюдать правила техники безопасности при работе с электрооборудованием; содержать рабочее место в чистоте.

 

Методика и порядок выполнения работы:

 

Методика

Измерение амплитуды сигнала методом сравнения

Составить схему в соответствии с рисунком 1. К осциллографу на вход канала А подать исследуемый синусоидальный сигнал с источника переменного напряжения, а на вход канала В – эталонный сигнал прямоугольной формы с функционального генератора.

Рисунок 1 – Схема для измерения амплитуды сигнала методом сравнения

 

Установить действующие значения напряжения U источника в соответствии с таблицей 1. Подобрать значения масштабных коэффициентов: отклонения К_О (Вольт/деление – V / Div) и развертки К_Р (Время/деление – s(ms)/ div), чтобы изображение синусоидального сигнала по вертикали занимало большую часть экрана, а по горизонтали – 4-5 периода (рисунок 2).

Рисунок 2 – Экран осциллографа при совпадении размаха прямоугольного сигнала с размахом исследуемого сигнала

 

На функциональном генераторе подобрать такие значения амплитуды U_{m ФГ}, чтобы размах прямоугольного сигнала совпадал с размахом исследуемого сигнала (рисунок 2) и полученные результаты занести в таблицу. Амплитуду сигнала U _{m расч} рассчитать по формуле:

,

где U- напряжение на источнике.

Для результата измерения амплитуды сигнала методом сравнения рассчитать погрешность

.

Таблица 1 – Результаты измерения амплитуды сигнала методом сравнения

U, В - на источнике	5	10	20	40	100
Um ФГ , В – по генератору	7	14	28	56	140
U m расч , В – рассчитано	7.07	14.14	28,28	56,57	141.4
d - погрешность	0,0099	0,0099	0,0099	0.0099	0.0099

 

Измерение амплитуды сигнала методом калиброванной шкалы

Собрать схему в соответствии с рисунком 3.Установить действующие значения напряжения U. Измерить линейные размеры размаха l в делениях (рисунок 4). По формуле  определить результат измерения амплитуды напряжения. Полученные расчеты занести в таблицу с результатами.

Сравнить полученные значения амплитуды сигнала с рассчитанной амплитудой напряжения источника . Найти погрешность измерения . 

Рисунок 3 – Схема для измерения напряжения

 

Рисунок 4 – Линейный размеры размаха l в делениях

 

Таблица 2 – Результаты измерения амплитуды сигнала методом калиброванной шкалы

U, В - на источнике	10	15	25	50	120
Um изм, В – по осциллографу	14.1	21	34	70	170
U m расч , В – рассчитано	14.14	21.21	35.35	70.7	169.68
d - погрешность	0.003	0.009	0.0038	0.009	0.0018

 

Определение среднеквадратического значения напряжения импульсного сигнала

Собрать схему в составе функционального генератора, осциллографа и мультиметра (рис. 5). Задать следующие параметры: режим генератора - импульсный сигнал; amplitude =10 V; frequency =1000 Hz; duty cycly ( ) и offset (U₀). Здесь Т – период, t - длительность положительной части импульсного сигнала. Измерить амплитуду исследуемого сигнала U _изм на мультиметре.

Рисунок 5 – Схема для определения среднеквадратического значения напряжения импульсного сигнала

 

Рассчитать действующее значения напряжения U _расч=f(U_m ,Т, t) по формуле:

= .

Рассчитать погрешность измерения .

Таблица 4.3 – Результаты определения среднеквадратического значения напряжения импульсного сигнала

t/Т×100% - генератор	10		30		50		80
U0, В - генератор	0	5	0	5	0	5	0	5
U изм, В –мультиметр	6.002	5.012	9.152	9.172	10	10	7.992	7.993
Uрасч, В – рассчитано	7.071	7.071	7.071	7.071	7.071	7.071	7.071	7.071
d - погрешность	0.015	0.015	0.294	0.297	0.414	0.414	0.13	0.13

 

Порядок выполнения работы.

- изучение теоретического материала лабораторной работы;

- выполнение задания, предлагаемого в лабораторной работе.

 

Задания.

Задание 1. Выполнить измерение амплитуды сигнала методом сравнения в соответствии со своим вариантом задания (таблица 4).

Задание 2. Выполнить измерение амплитуды сигнала методом калиброванной шкалы в соответствии со своим вариантом задания (таблица 4).

Задание 3. Определить среднеквадратическое значение напряжения импульсного сигнала при U₀ = 0 и 5 В, в соответствии со своим вариантом задания (таблица 5).

 

Таблица 4 – Варианты заданий

Номер варианта	Задание 1 Uист					Задание 2 Uист
1	6	12	24	48	96	11	22	44	88	176
2	7	14	28	56	112	12	24	48	96	192
3	8	16	32	64	128	13	26	52	104	208
4	9	18	36	72	144	14	28	56	112	224
5	10	20	40	80	160	15	30	60	120	240
6	11	22	44	88	176	16	32	64	128	256
7	12	24	48	96	192	17	34	68	136	272
8	13	26	52	104	208	18	36	72	144	288
9	14	28	56	112	224	19	38	76	152	304
10	15	30	60	120	240	20	40	80	160	320
11	16	32	64	128	256	21	42	84	168	336
12	17	34	68	136	272	22	44	88	176	352
13	18	36	72	144	288	23	46	92	184	368
14	19	38	76	152	304	24	48	96	192	384
15	20	40	80	160	320	25	50	100	200	400

 

Таблица 5 – Варианты заданий

Номер варианта	Задание 3 t/Т
1	11	22	44	88
2	12	24	48	96
3	13	26	52	104
4	14	28	56	112
5	15	30	60	120
6	16	32	64	128
7	17	34	68	136
8	18	36	72	144
9	19	38	76	152
10	20	40	80	160
11	21	42	84	168
12	22	44	88	176
13	23	46	92	184
14	24	48	96	192
15	25	50	100	200

Содержание отчета и его форма:

 

Отчет должен содержать: название лабораторной работы, фамилию, имя, отчество студента, цель работы, описание выполнения индивидуального задания; ответы на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы и защита работы.

Контрольные вопросы:

1. Структурная схема осциллографа, назначение элементов.

2. Назначение и состав электронно-лучевой трубки осциллографа.

3. Структурная схема канала вертикального отклонения луча, назначение элементов.

4. Физическая сущность коэффициента отклонения.

5. Источник формирует синусоидальное напряжение, действующее значение которого равно U=5 B. Какой следует установить коэффициент отклонения, чтобы изображение сигнала занимало большую часть экрана осциллографа по вертикали (см. рисунок 2)

 

 

Защита работы

Защита работы заключается:

- в выполнении задания и оформлении отчета лабораторной работы;

- в ответах на контрольные и дополнительные вопросы по лабораторной работе.

 

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 843; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!