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 powyższych 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 powyższych 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

Oznaczenia:

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 zależności 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 powyższych pomiarów wykreślić zależność 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 zależność 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 może 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 niższym poziomie opisane jest w instrukcji obsługi znajdującej się na stanowisku pomiarowym.

2.1. Zapoznanie się z niektórymi możliwościami 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 żądanej wartości:

- nacisnąć przycisk [Enter Number] (zielony),

- wybrać na klawiaturze numerycznej żądaną 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 (różnymi 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 różnych 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 różnych 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 użytkownika.

Naszkicować oscylogram i wyznaczyć podstawowe parametry otrzymanego sygnału.

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami.

2) Przykłady obliczeń do każdego 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 użytkowe, klasyfikacja.

2) Generator pomiarowy m.cz. budowa (schemat blokowy), podstawowe parametry użytkowe, zadania poszczególnych bloków, klasyfikacja.

3) Generator wzbudzający RC: schemat blokowy, zasada pracy (warunki generacji).

4) Generator funkcji: schemat blokowy, zasada pracy, parametry użytkowe.

5) Generator dudnieniowy: budowa, zasada pracy.

6) Generator cyfrowy: zasada aproksymacji napięcia sinusoidalnego napięciem schodkowym.

7) Generator cyfrowy: schemat blokowy, zasada pracy, parametry użytkowe.

8) Generatory sygnałowe z AM i FM: budowa, działanie, podstawowe parametry użytkowe.

9) Syntetyzery częstotliwości: metoda syntezy bezpośredniej, schemat blokowy, działanie, parametry użytkowe.

10) Syntetyzery częstotliwości: metoda syntezy pośredniej, schemat blokowy, działanie, parametry użytkowe.

11) Generator impulsów prostokątnych: parametry użytkowe, schemat blokowy, zasada pracy.

12) Sposoby regulacji częstotliwości w generatorach funkcji.

13) Porównać parametry użytkowe generatorów pomiarowych RC i funkcji.

14) Porównać parametry użytkowe 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