POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Energoelektroniki i Sterowania
Laboratorium Elektroniki i Energoelektroniki Temat ćwiczenia: Obsługa generatora i oscyloskopu. wyznaczanie charakterystyki amplitudowej i fazowej na przykładzie filtru RC.
Studia stacjonarne Nr grupy : E-3 / L-4	Wykonawcy:	Rok akademicki.2017 / 2018 Semestr 4
		Data wykonania Ćwiczenia 07.03.2018r.	Data oddania Sprawozdania 14.03.2018r.
Uwagi :

1. Cel ćwiczenia

• Zapoznanie z podstawowymi funkcjami generatora i oscyloskopu.

• Utrwalenie sposobu wyznaczania charakterystyk amplitudowych i fazowych dwoma metodami.

2. Przebieg ćwiczenia i obliczenia

1. Zapoznanie z obsługa oscyloskopu i generatora:

Zrealizowano następujące zadania:

1. Omówiono budowy i działania oscyloskopu oraz generatora. Połączono oscyloskop z generatorem (Schemat pomiarowy 1),

Rysunek 1. Schemat pomiarowy połączenia oscyloskopu i generatora

2. włączenie i wyłączenie kanału, pozycjonowanie w osi czasu i amplitudy, wzmocnienia w osi czasu i amplitudy, wyzwalanie, sprzężenie AC i DC, tryb XT, tryb XY

3. pomiary parametrów sygnałów, kursory, pomiary przesunięć, zapisywanie przebiegów.

2. Wyznaczenie charakterystyki amplitudowej i fazowej:

Zadania do zrealizowania:

1. wykonanie pomiarów dwoma metodami:

• metoda klasyczna - oscyloskop w trybie XT,

Rysunek 2. Przykładowy przebieg sygnału wejściowego i odpowiedzi

Używając metody klasycznej należało mierzyć parametry sygnału wejściowego oraz odpowiedzi mierząc przy tym charakterystyczne parametry. Wszystkie pomiary zamieszczono w tabeli numer jeden oraz dokonano potrzebnych obliczeń do uzyskania charakterystyk częstotliwościowych.

Wyniki pomiarów				Wyniki obliczeń
F[kHz]	[V]	[V]	ΔT[ms]	[-]		φ[
0,01	10	10	0	1,00	0	0
0,1	12	12	0	1,00	0	0
0,3	12,2	11,2	220	0,92	-0,74	-23,76
0,5	12	9,6	220	0,80	-1,94	-39,60
0,55	12	9,2	220	0,77	-2,31	-43,56
0,6	12	9,2	220	0,77	-2,31	-47,52
0,65	12,4	8,8	220	0,71	-2,98	-51,48
0,7	12,4	8,6	180	0,69	-3,18	-45,36
0,733	12,4	8,4	180	0,68	-3,38	-47,50
0,747	12,4	8,4	180	0,68	-3,38	-48,41
0,8	12,4	8,0	180	0,65	-3,81	-51,84
0,86	12,4	7,6	180	0,61	-4,25	-55,73
0,9	12,4	7,2	180	0,58	-4,72	-58,32
0,96	12,4	7,2	180	0,58	-4,72	-62,21
1	12,4	6,6	160	0,53	-5,48	-57,60
5	12,6	1,76	44	0,14	-17,10	-79,20
10,11	12,8	0,96	23	0,08	-22,50	-83,71
20,6	12,6	0,52	12,4	0,04	-27,69	-91,96
50	12,6	0,21	5,1	0,02	-35,56	-91,80
98	12,8	0,12	2,3	0,01	-40,56	-81,14

Tabela 1. Wyniki pomiarów dla metody klasycznej

Przykładowe obliczenia dla pomiaru 3 (zaznaczone kolorem):

=-23,76

• metoda figur Lissajous - oscyloskop w trybie XY.

Rysunek 3 Pomiar przesunięć za pomocą krzywych Lissajous

Zmierzono odpowiednie długości zaznaczone na rysunku 3 oraz dokonano odpowiednich obliczeń.

Rysunek 4. Figura Lissajous powstała na zajęciach.

Wyniki pomiarów		Wyniki obliczeń
A[cm]	B[cm]	φ[
2,8	4

Przykładowe obliczenia:

2. Wykreślenie charakterystyki amplitudowej i fazowej

• Charakterystyka amplitudowa powstała podczas ćwiczenia laboratoryjnego:

Rysunek 5. Charakterystyka amplitudowo fazowa doświadczalna.

• Charakterystyka amplitudowa teoretyczna:

Rysunek 6. Charakterystyka amplitudowa oczekiwana zgodna z teorią.

• Charakterystyka fazowa powstała podczas ćwiczenia laboratoryjnego.

Rysunek 7. Charakterystyka fazowa z obliczeń

Rysunek 8. Charakterystyka fazowa oczekiwana zgodna z teorią.

3. Wnioski

Dla filtra dolnoprzepustowego obliczono częstotliwość graniczną wynoszącą

. Dobrano odpowiednio punkty tak aby uchwycić punkty charakterystyczne (odpowiednie zagęszczenie punktów wokół częstotliwości granicznej).

METODA KLASYCZNA:

Charakterystyki powstałe w wyniku przeprowadzonego doświadczenia mają bardzo podobną tendencje do spodziewanych. Charakterystyka amplitudowa zachowała wszystkie charakterystyczne cechy charakterystyki teoretycznej pomimo wszelkich niedokładności i błędów, które przytrafiły się podczas doświadczenia. Przybliżając charakterystykę i prowadząc linie proste charakterystyczne tj. linie pionową częstotliwości granicznej oraz linię poziomą o spadku 3dB można zauważyć, iż faktycznie częstotliwość graniczna przypada na planowany koniec pasma przenoszenia o wcześniej wspomniane -3dB od wartości maksymalnej. Punkt ten przedstawiono na Rysunku 9.

Rysunek . Przybliżony charakterystyczny punkt charakterystyki amplitudowej.

W doświadczeniu użyto filtru I rzędu, a więc spadek charakterystyki teoretycznej wynosi 20dB na dekadę. Na rysunku 5 widać, iż odbiega on o około 2,5 dB. Jest to jednak na tyle mała wartość, że można uznać, że również ta charakterystyczna cecha została zachowana.

Fazowa charakterystyka odbiega już znacznie bardziej od spodziewanej. Prawdopodobnie jest to spowodowane niedokładnościami urządzeń laboratoryjnych czy też dokładnością odczytywania danych. Zachowany został charakterystyczny spadek między wartościami 0.1 do ok 10 kHz, lecz nie jest to spodziewana linia prosta. Również punkt szczególny w częstotliwości 1Hz przesunął się delikatnie jak widać na Rysunku 10 i nie ma on 2 wartości -45 ok. -60 .

Rysunek 10. Charakterystyczny punkt charakterystyki fazowej.

Wykres mimo wszystko przy dużym uproszczeniu można potraktować jako charakterystykę fazową filtra dolnoprzepustowego.

METODA FIGUR LISSAJOUS:

Obliczenia dla metody drugiej pokrywają się w pełni ze spodziewanym wynikiem. W trakcie laboratoriów wygenerowana została figura dla częstotliwości granicznej. Wynik obliczeń odbiega jedynie o niecały 1 od wartości teoretycznej. Błędy metody figur Lissajous okazały się bardzo niewielkie.

PODSUMOWANIE:

Wykonane obliczenia do wcześniejszych pomiarów oraz powstałe charakterystyki pozwalają wnioskować, iż ćwiczenie zostało wykonane poprawnie a obie metody, tj. metoda klasyczna oraz metoda figur Lissajous, są dobrymi sposobami na obliczanie przesunięcia fazowego oscyloskopem cyfrowym. Mimo dokonania jednego pomiaru dla metody figur Lissajous wniosek, iż metoda ta jest dokładniejsza wydaje się jak najbardziej trafny.

19