INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH
WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WAT
Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych
Laboratorium Miernictwa Elektronicznego
Ćwiczenie 1
Temat: GENERATORY POMIAROWE
Data wykonania ćwiczenia:
Grupa:
..................................................................
Zespół w składzie:
Data oddania sprawozdania:
..................................................................
1.
Ocena:
2.
..................................................................
Prowadzący ćwiczenie:
3.
..................................................................
Uwagi prowadzącego ćwiczenie:
Wykaz przyrządów znajdujących się na stanowiskach
Lp.
Nazwa przyrządu
Typ
Producent
1
2
3
4
5
6
1
1. BADANIE GENERATORA FUNKCYJNEGO.
1.1. Charakterystyka ogólna badanego generatora.
Na podstawie obserwacji płyty czołowej przyrządu oraz wskazówek prowadzącego sporządzić wykaz podstawowych parametrów badanego generatora funkcji.
Typ generatora
Zakres częstotliwości
Sposób regulacji częstotliwości
Zakres napięcia wyjściowego
Sposób regulacji napięcia wyjściowego
Rwy
Kształt generowanego napięcia
Inne parametry
Na podstawie powyŜszych obserwacji scharakteryzować wstępnie badany generator.
1.2. Analiza jakościowa kształtów generowanych sygnałów.
1.2.1. Układ pomiarowy.
Generator
Oscyloskop
badany
Na wejście oscyloskopu podać badany sygnał o parametrach podanych w tabeli.
Naszkicować oscylogramy.
f = 1 kHz, U – dowolne, sygnały antysymetryczne: u(t) = − u(t + T/2) sinus
trójkąt
prostokąt
Nacisnąć przycisk „SYMETRY” i regulując potencjometrem zmienić symetrię przebiegu.
Naszkicować oscylogramy.
f = 1 kHz, U – dowolne, sygnały odkształcone (o zmienionej symetrii) sinus
trójkąt
prostokąt
2
Na podstawie powyŜszych oscylogramów przeprowadzić analizę jakościową kształtu sygnałów wyjściowych badanego generatora (uzasadnić).
1.3. Sprawdzenie zakresu i dokładności skalowania regulatorów częstotliwości.
1.3.1. Układ pomiarowy.
Generator
Częstościomierz
badany
cyfrowy
1.3.2. Pomiary
Sprawdzić dokładność ustawienia częstotliwości w całym zakresie pracy badanego generatora.
Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabelach.
Dokładność ustawienia częstotliwości wg instrukcji:
± 5% maksymalnej wartości podzakresu,
± 10% maksymalnej wartości podzakresu – dla podzakresu 1MHz.
Zakres
×10
fx
Hz
10
20
50
100
fw
Hz
δf
%
Zakres
×100
fx
Hz
100
200
500
1000
fw
Hz
δf
%
Zakres
×1 k
fx
kHz
1
2
5
10
fw
Hz
δf
%
Zakres
×10 k
fx
kHz
10
20
50
100
fw
Hz
δf
%
Zakres
×100 k
fx
kHz
100
200
500
1000
fw
Hz
δf
%
Zakres
×1 M
fx
MHz
1
2
5
10
fw
Hz
δf
%
3
fx – częstotliwość ustawiona na skali generatora,
fw – częstotliwość odczytana z częstościomierza cyfrowego.
f
− f
x
w
δ
=
10 %
0
– względny błąd skalowania częstotliwości,
f
f x
Na podstawie obliczeń zamieszczonych w tabeli wykreślić zaleŜności δf w funkcji częstotliwości f.
Porównać otrzymane wartości δf z błędami podanymi w instrukcji.
f
1
10
100
1 k
10 k
100 k
1 M
10 M
1.4. Sprawdzenie zewnętrznego sterowania częstotliwością generatora (VCO) 1.4.1. Układ pomiarowy.
We
Źródło napięcia
Wy
VCO
Generator
Częstościomierz
stałego
badany
cyfrowy
0 ÷ − 2V
1.4.2. Pomiary
Zakres napięcia wejściowego: 0 ÷ −2 V (± 20%)
Zakres przestrajania: 1000 : 1
U
V
0
− 0,2
− 0,4
− 0,6
− 0,8
f
Hz
U
V
− 1,0
− 1,2
− 1,4
− 1,6
− 1,8
f
Hz
Oznaczenia:
U – napięcie stałe ustawione na zasilaczu napięcia stałego,
f – częstotliwość odczytana z częstościomierza cyfrowego.
Na podstawie powyŜszych pomiarów wykreślić zaleŜność częstotliwości f[Hz] w funkcji napięcia U[V].
4
1.5. Sprawdzenie regulatorów napięcia wyjściowego.
1.5.1. Pomiar wartości międzyszczytowej napięcia.
1.5.2. Układ pomiarowy
Generator
badany
Oscyloskop
Zmierzyć maksymalną oraz minimalną wartość międzyszczytową napięcia (Upp ).
Pomiary przeprowadzić za pomocą oscyloskopu dla wszystkich kształtów generowanego napięcia.
Częstotliwość: f = 1 kHz,
Podzakres napięcia: 0 dB
Maksymalne napięcie wyjściowe wg instrukcji: 20 Vp-p.
Zakres płynnej regulacji napięcia: 10 ÷ 1.
Kształt
generowanego
Napięcie sinusoidalne
Napięcie trójkątne
Napięcie prostokątne
napięcia
Upp(max)
V
Upp(min)
V
5
1.5.3. Pomiar współczynnika podziału tłumika.
1.5.4. Układ pomiarowy
Generator
Woltomierz
badany
cyfrowy
Parametry sygnału:
- napięcie sinusoidalne,
- f = 1 kHz,
- U – dowolne ustawione na woltomierzu cyfrowym przy k = 0 dB,
- wyjście 50Ω.
kx
[dB]
0
– 20
– 40
UV
[V]
kw
[dB]
∆k
[dB]
Oznaczenia:
- kx – współczynnik podziału tłumika ustawiony na generatorze,
- UV – napięcie wyjściowe generatora zmierzone woltomierzem cyfrowym,
- UV (0 dB) – napięcie wyjściowe generatora zmierzone woltomierzem cyfrowym przy tłumieniu 0 dB, U
- k
= 20log
V
– obliczony współczynnik podziału tłumika,
W
UV (0 dB)
- ∆k = kx – kw – błąd współczynnika podziału tłumika.
1.6. Sprawdzenie wpływu regulacji częstotliwości na wartość napięcia wyjściowego.
1.6..1. Układ pomiarowy
Generator
Woltomierz
badany
cyfrowy
1.6..2. Pomiary
- Na badanym generatorze ustawić odpowiednią wartość częstotliwości,
- ustawić (na woltomierzu) zadaną wartość napięcia,
- dla podanych w tabeli wartości częstotliwości zmierzyć napięcia.
Uwaga: w trakcie pomiarów nie regulować napięcia.
Parametry badanego sygnału:
napięcie sinusoidalne,
f = 1 kHz,
U = 1 V.
Stałość napięcia wg instrukcji: < 0,5 dB.
fx
Hz
1000
10
50
100
500
5k
10k
20k
50k
U
V
1
U
dB
0
U
UdB = 20 lg
U1000Hz
6
Wykreślić zaleŜność napięcia U [dB] w funkcji częstotliwości f [Hz].
Porównać otrzymane wartości z wartościami podanymi w instrukcji.
7
2. BADANIE GENERATORA CYFROWEGO TYP: HP 33120A.
Generator cyfrowy moŜe pracować przy sterowaniu lokalnym (ręcznym) lub zdalnym (np. sterowany komputerowo). Ćwiczenie nie obejmuje zagadnień związanych ze sterowaniem zdalnym generatora.
Ręczne sterowanie pracą generatora odbywa się za pomocą przycisków i pokrętła, umieszczonych na płycie czołowej przyrządu. Informacja o parametrach generowanego sygnału otrzymywana jest na wskaźniku alfanumerycznym.
Sterowanie pracą generatora jest wielopoziomowe. Przejście do pracy na niŜszym poziomie opisane jest w instrukcji obsługi znajdującej się na stanowisku pomiarowym.
2.1. Zapoznanie się z niektórymi moŜliwościami generatora cyfrowego.
2.1.1. Badania
1) Opis wyglądu płyty czołowej generatora i wskaźnika alfanumerycznego.
Opisać płytę czołową badanego generatora cyfrowego.
Po włączeniu zasilania opisać (na załączonym rysunku) wygląd wskaźnika alfanumerycznego.
2) Sposoby ustawiania i regulacji parametrów sygnału wyjściowego (na przykładzie badania zakresu częstotliwości generatora).
1° Wykorzystanie przycisków oznaczonych strzałkami:
- [<],[>] – zmiana zaznaczonego (migającego) rzędu,
- [∧],[∨] – zmiana wartości zaznaczonego rzędu.
2° Wykorzystanie przycisków [<],[>] i pokrętła:
- [<],[>] – znaczenie jak w p. 1°),
- pokrętło – zmiana wartości zaznaczonego rzędu.
3° Bezpośrednie ustawienie Ŝądanej wartości:
- nacisnąć przycisk [Enter Number] (zielony),
- wybrać na klawiaturze numerycznej Ŝądaną wartość częstotliwości,
- nacisnąć przycisk [MHz] lub [kHz], lub [Hz].
2.2. Sprawdzenie zakresu częstotliwości generatora.
2.2.1. Układ pomiarowy.
Generator
Częstościomierz
cyfrowy
cyfrowy
2.2.2. Pomiary
Ustawić (róŜnymi sposobami) i zmierzyć częstościomierzem cyfrowym wartości częstotliwości podane w tabeli.
Parametry sygnału pomiarowego: napięcie sinusoidalne, U = 1Vpp
8
fgen.
Hz
10
99
1874
100kHz
583kHz
1MHz
4987kHz
10MHz
fCz.c.
Hz
Oznaczenia:
fgen. - wartość częstotliwości ustawiona na generatorze,
fCz.c. - wartość częstotliwości odczytana na częstościomierzu.
Podać zalety i wady róŜnych sposobów regulacji częstotliwości.
2.3. Badanie parametrów napięciowych .
2.3.1. Układ pomiarowy
Generator
Woltomierz
cyfrowy
cyfrowy
2.3.2. Pomiary.
Przed pomiarami wykonać następujące operacje:
- nacisnąć przycisk [Shift] (przycisk niebieski),
- nacisnąć przycisk [Enter],
- wielokrotnie naciskając przycisk [>] wybrać D: SYS MENU,
- wielokrotnie naciskając przycisk [∨] wybrać 50Ω,
- nacisnąć przycisk [Enter].
A) Woltomierzem cyfrowym zmierzyć napięcie o wartościach zadanych w tabeli.
Zadane wartości napięcia ustawić wykorzystując przycisk [Enter Number] wg przepisu:
- nacisnąć przycisk [Enter Number] wybrać wartość napięcia (zadana w tabeli),
- nacisnąć przycisk [Vrms].
Parametry sygnału badanego: napięcie sinusoidalne, f =1kHz.
Dokładność napięcia wyjściowego (przy f=1kHz): ±1%
Ux
Vrms
0,1
1,5
2,5
Ux
V
B) Wykonać ponownie następujące operacje:
- nacisnąć przycisk [Shift] (przycisk niebieski),
- nacisnąć przycisk [Enter],
- wielokrotnie naciskając przycisk [>] wybrać D: SYS MENU,
- wielokrotnie naciskając przycisk [∨] wybrać 50Ω,
- nacisnąć przycisk [>] wybrać HIGH Z,
- nacisnąć przycisk [Enter],
- nacisnąć przycisk [Enter Number], wybrać wartość napięcia (zadana w tabeli),
- nacisnąć przycisk [Vrms].
Przeprowadzić pomiary dla wartości napięcia podanych w tabeli.
Dokładność ustawienia napięcia wg instrukcji: 1%.
Ux
Vrms
0,1
1,5
2,5
Uw
V
∆U
V
δU
%
9
Oznaczenia:
∆U
∆U = U
− U
x
w , δ
=
⋅10 %
U
0
U x
Ux [Vrms] – wartość skuteczna napięcia ustawiona na generatorze,
Uw [V] – wartość skuteczna napięcia odczytana z woltomierza cyfrowego.
Uzasadnić otrzymane wyniki.
2.4. Otrzymywanie róŜnych kształtów sygnału wyjściowego.
2.4.1. Układ pomiarowy.
Generator
Oscyloskop
cyfrowy
2.4.2. Badania
Naszkicować oscylogramy dla podanych w tabeli kształtów generowanego napięcia.
Parametry początkowe sygnałów:
Upp = 1V,
f = 1 kHz.
W celu otrzymania sygnałów o innych kształtach wykonać następujące operacje:
- nacisnąć przycisk [Shift],
- nacisnąć przycisk [ArbList],
- nacisnąć przycisk [>] lub [<] i wybrać odpowiedni kształt przebiegu,
- nacisnąć przycisk [Enter].
Kształt
Kształt sygnału
Oscylogram
Oscylogram
sygnału
SINE
SINC
sinusoida
sin(x)/x, sa
NEG RAMP
SQUARE
piłokształtny
fala prostokątna
opadający
EXP RISE
TRIANGLE
wykładniczy
fala trójkątna
narastający
RAMP
EXP FALL
piłokształtny
wykładniczy
narastający
opadający
NOISE
CARDIAC
szum
kardiogram
10
2.6. Generacja sygnałów arbitralnych (dowolnych).
2.6.1. Układ pomiarowy jak w p. 2.4.1.
2.6.2. Badania
Posługując się instrukcją obsługi, wygenerować przebieg zdefiniowany przez uŜytkownika.
Naszkicować oscylogram i wyznaczyć podstawowe parametry otrzymanego sygnału.
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami.
2) Przykłady obliczeń do kaŜdego punktu pomiarowego.
3) Wymagane wykresy (odpowiednio opisane).
4) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi.
5) Wnioski wynikające z przeprowadzonych pomiarów i obserwacji.
Przykładowe pytania kontrolne:
1) Generator pomiarowy: definicja, parametry uŜytkowe, klasyfikacja.
2) Generator pomiarowy m.cz. budowa (schemat blokowy), podstawowe parametry uŜytkowe, zadania poszczególnych bloków, klasyfikacja.
3) Generator wzbudzający RC: schemat blokowy, zasada pracy (warunki generacji).
4) Generator funkcji: schemat blokowy, zasada pracy, parametry uŜytkowe.
5) Generator dudnieniowy: budowa, zasada pracy.
6) Generator cyfrowy: zasada aproksymacji napięcia sinusoidalnego napięciem schodkowym.
7) Generator cyfrowy: schemat blokowy, zasada pracy, parametry uŜytkowe.
8) Generatory sygnałowe z AM i FM: budowa, działanie, podstawowe parametry uŜytkowe.
9) Syntetyzery częstotliwości: metoda syntezy bezpośredniej, schemat blokowy, działanie, parametry uŜytkowe.
10) Syntetyzery częstotliwości: metoda syntezy pośredniej, schemat blokowy, działanie, parametry uŜytkowe.
11) Generator impulsów prostokątnych: parametry uŜytkowe, schemat blokowy, zasada pracy.
12) Sposoby regulacji częstotliwości w generatorach funkcji.
13) Porównać parametry uŜytkowe generatorów pomiarowych RC i funkcji.
14) Porównać parametry uŜytkowe generatorów pomiarowych w.cz.: sygnałowych i syntetyzerów częstotliwości.
Literatura dodatkowa:
1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki, „Metrologia elektryczna”, Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT, 1996r, 1998r, 2000r, 2003r, 2007r.
2) B.M.Oliver, J.M.Cage „ Pomiary i przyrządy elektroniczne " WKiŁ 1978r 3) A. Filipkowski „Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe” WNT, 1993r.
4) M.Niedźwiecki, M.Rasiukiewicz „Nieliniowe elektroniczne układy analogowe" WNT, 1992r.
5) U.Tietze, Ch.Schenk „Układy półprzewodnikowe ", WNT, 1976r., 1987r.
11