Цель работы. Исследуемые приборы. Вспомогательные приборы и принадлежности. Лабораторное задание. Порядок выполнения работы и методические указания

Цель 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 задание

1. Проверить соответствие основных метрологических характеристик генератора сигналов низкочастотного Г3-109 нормируемым значениям:

· погрешности установки частоты;

· кратковременной нестабильности частоты;

· неравномерности амплитудно-частотной характеристики;

· коэффициента нелинейных искажений.

2. Оценить соответствие характеристик высокочастотного измерительного генератора Г4-158 нормируемым значениям:

· погрешности установки частоты;

· погрешности ослабления аттенюатора.

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:

1. Назначение генераторов измерительных сигналов.

2. Классификация генераторов измерительных сигналов.

3. Основные метрологические характеристики генераторов измерительных сигналов синусоидальной формы.

4. Принципы построения и структурные схемы измерительных генераторов низких и высоких частот.

5. Факторы, вызывающие нестабильность частоты генераторов. Какое техническое решение используют для создания генераторов с высокой стабильностью частоты?

6. Какие узлы генератора в наибольшей степени влияют на неравномерность его амплитудно-частотной характеристики?

7. Напишите формулы, определяющие понятия коэффициента гармоник и коэффициента нелинейных искажений.

8. Структурная схема и принципы работы измерителя нелинейных искажений.

9. Какие узлы генератора оказывают основное влияние на нелинейные искажения выходного сигнала?

10.  Каким образом устанавливают напряжение (уровень) сигнала на выходе генератора? Назначение аттенюатора.

11. Что такое коэффициент амплитудной модуляции. Каким образом его можно измерить?

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

Основные нормируемые характеристики	Г3-109	Г4-158
Диапазон (поддиапазоны) частот, Гц
Погрешность установки частоты, %
Кратковременная нестабильность частоты
Номинальная выходная мощность Вых1/Вых2, Вт		-
Номинальное выходное напряжение (опорный уровень), В
Погрешность установки опорного уровня выходного напряжения, (% или дБ)
Неравномерность АЧХ, дБ
Погрешность ослабления аттенюатора, дБ
Погрешность установки коэффициента амплитудной модуляции, %
Коэффициент гармоник, %
Выходное сопротивление, Ом

 

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 D_¦.

Значение D_¦ 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

Установленная частота ¦г, Гц	Показания частотомера ¦i					D¦, Гц	d¦, %

 

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

¦0, Гц

 

Нестабильность частоты вычислить по формуле:

где f_{0 макс}, f_{0 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 генератора U₀, при котором на нагрузке 50 Ом будет выделяться мощность 0, 5Р_ном. 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

Под- диапазон

f, Гц

103

2× 103

2× 103

104

2× 104

2× 104

105

2× 105

U, B

U/U0

K, дБ

 

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 К_г используют селективные вольтметры и анализаторы спектра.

Однако значительно проще измерять другую величину - коэффициент нелинейных искажений К_ни

Взаимосвязь К_ни и К_г определяется формулой .

Нетрудно убедиться, что численные значения рассматриваемых коэффициентов К_г и К_ни мало отличаются друг от друга, если нелинейные искажения не очень велики (например, если К_г=10%, то К_ни=0, 995 К_г). Нормируемые нелинейные искажения низкочастотных генераторов измерительных сигналов обычно не превышают 0, 5%, поэтому в некоторых книгах и описаниях приборов часто не делают различия между К_г и К_ни. Измеритель нелинейных искажений С6-11, используемый в данной лабораторной работе, измеряет К_ни.

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 Р_ном 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 искажений

Установить 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 К_н от напряжения на выходе исследуемого генератора. Результаты измерений занести в табл. 6. 5 и построить график К_н = f (U_вых).

Указание. Выходное напряжение исследуемого генератора устанавливать по прибору С6-11, переключая его в режим вольтметра.

Таблица 6. 5

Результаты измерения коэффициента нелинейных искажений

Р_ном = 4 Вт, R_н = 600 Ом

Uвых, В	0, 2U0	0, 4U0	0, 6U0	0, 8U0,	U0
Кн, %

 

Сопоставить полученные значения коэффициента нелинейных искажений исследуемого генератора с нормируемыми значениями.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: