Elektroniczne Techniki Pomiarowe
- laboratorium
Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomia-
rowych
Instrukcja laboratoryjna
 Człowiek - najlepsza inwestycja
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Warszawa 2010
2 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
2. Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomia-
rowych
2.1. CEL ĆWICZENIA
1. Praktyczne zapoznanie się z budową i zasadą działania wybranych cyfrowych mier-
ników elektronicznych na podstawie schematu blokowego.
2. Wykonanie pomiarów sygnałów elektrycznych w wybranych blokach cyfrowych
przyrządów pomiarowych.
2.2. PRZEDMIOT ĆWICZENIA I POMOCE
2.2.1. Przedmiot ćwiczenia
Przedmiotem ćwiczenia są wybrane cyfrowe przyrządy pomiarowe oraz oscylogramy
napięć występujące w poszczególnych blokach tych przyrządów.
Do dyspozycji studentów są materiały teoretyczne do ćwiczenia i literatura podana w
materiałach teoretycznych.
2.2.2. Wymagane zagadnienia teoretyczne
Cyfrowe metody i przyrządy do pomiaru czasu i częstotliwości. Budowa, zastosowania
i właściwości użytkowe częstościomierzy  czasomierzy cyfrowych. Zasady pracy i właściwo-
ści woltomierzy cyfrowych impulsowo  czasowych i z podwójnym całkowaniem.
2.3. WYKONANIE ĆWICZENIA
2.3.1. Wykaz przyrządów:
Częstościomierz cyfrowy typu PFL-20
Woltomierz cyfrowy typu VC-10-T
Woltomierz cyfrowy typu V-540
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2 3
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
Generator funkcyjny typu POF-1
Zasilacz stabilizowany typu 5121
Oscyloskop typu OS 5100 RA
2.3.2. Podstawowe bloki częstościomierzy cyfrowych na przykładzie często-
ściomierza typu PFL-20
2.3.2.1. Zasada działania częstościomierzy cyfrowych
Dokonać analizy pracy częstościomierza przy pomiarze częstotliwości, okresu i
czasu na podstawie schematu blokowego przedstawionego na rysunku 1.
Powielacz
Generator
Dzielniki
~
kwarcowy x 2
f
We fzewn
Układ
Zespół prze-
łączników
kasowania
We A
rodzaju pracy
>
Licznik
Wskaz
nik
+
We B
cyfrowy
start stop
>
WE
-
Pamięć
Bramka i
+
układ
>
sterowania
We C
-
Rys.1. Schemat blokowy częstościomierza
2.3.2.2. Badanie właściwości użytkowych wzmacniaczy wejściowych
2.3.2.2.1. Pomiar minimalnej częstotliwości przenoszenia wzmacniacza A
Dokonać pomiaru minimalnej częstotliwości przenoszenia fmin wzmacniacza A
przy UWEApp = 5V. Dzielnik wejściowy wzmacniacza A ustawić w położenie 1:1.
Czas pomiaru - 1sek. Napięcie mierzone - sinusoidalne bez składowej stałej. Obserwować
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
4 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
wskazania częstościomierza oraz przebieg UWYA ( gniazdo na tylnej płycie częstościomierza).
fmin - minimalna częstotliwość prawidłowo mierzona przez częstościomierz
(pomiar jest błędny, gdy wskazanie częstościomierza jest w przybliżeniu dwa razy większe
od częstotliwości generatora ).
Narysować i wyjaśnić przebiegi UWYA = f(t), dla f = 1kHz oraz dla f = fmin .
2.3.2.2.2. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego czę-
stościomierz przez wzmacniacz A
Dokonać pomiaru napięcia UWEAmin wyzwalającego częstościomierz przy dzielniku A
ustawionym w położenie 1:1 oraz 1:10 dla f = kHz.
Narysować i wyjaśnić przebiegi napięcia UWYA= f(t) przy UWEAmin oraz przy
UWEApp=5V, dzielnik A ustawiony w położeniu 1:1.
2.3.2.2.3. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego czę-
stościomierz przez wzmacniacz B
Dokonać pomiaru minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego dla regulato-
ra wyzwalania ustawionego w położenie  Auto ,  Max(-) ,  0 i Max(+). Dzielnik B
w położeniu 1:1, f=1kHz.
Narysować i wyjaśnić przebieg napięcia UWEB =f(t) oraz przebiegi napięć UWYB =f(t)
dla rozpatrywanych przypadków. Zaobserwować i wyjaśnić wpływ zmiany zbocza wyzwala-
jącego na kształt przebiegów.
2.3.2.3. y
ródła częstotliwości wzorcowych (generator wzorcowy, powielacz i
dzielnik częstotliwości)
Przy pomocy oscyloskopu zaobserwować przebiegi napięć o częstotliwościach
wzorcowych.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2 5
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
Narysować i wyjaśnić przebiegi napięć wzorcowych o częstotliwości 10MHz i 1MHz
(wyjścia na tylnej płycie częstościomierza).
2.3.2.4. Bramka
Zaobserwować i wyjaśnić przebieg napięcia na wyjściu bramki przy pomiarze
częstotliwości wzorcowej 10MHz.
Narysować przebieg napięcia bramki UWYbramki =f(t) dla czasu pomiaru równego
0,01sek. i minimalnej wartości czasu odczytu.
Dokonać pomiaru czasów otwarcia bramki przy pomocy oscyloskopu.
2.3.2.5. Licznik
Zaobserwować i wyjaśnić różnice w pracy częstościomierza przy włączonej
i wyłączonej pamięci (przełącznik na tylnej płycie przyrządu).
2.3.3.. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem impulsowo -
czasowym na przykładzie woltomierza typu VC-10-T
2.3.3.1. Zasada działania woltomierza cyfrowego z przetwornikiem impulsowo -
czasowym
Dokonać analizy pracy woltomierza cyfrowego impulsowo - czasowego na
podstawie schematu blokowego przedstawionego na rysunku 2.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
6 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
U5 U4 U
U2 U
Kompara-
Generator
tor zerowy
napięcia
wzorcowego Bramka
Kompara-
WE Obwody
tor pomia-
Wzmac-
rowy
U6
wejściowe niacz
wejścio-
Licznik
wy
Genera- Generator
tor taktu- impulsów
Wskaz
nik
jÄ…cy wzorcowych
cyfrowy
U3
U1
Rys.2. Schemat blokowy woltomierza cyfrowego z przetwarzaniem impulsowo-
czasowym
2.3.3.2. Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem impul-
sowo-czasowym
Do woltomierza dołączyć napięcie z zasilacza.
1. Zaobserwować jednocześnie przy pomocy oscyloskopu przebiegi napięć U1 i U2,
synchronizując oscyloskop wewnętrznie przebiegiem napięcia U1.
Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć U1 i U2.
2. Zaobserwować i narysować oscylogram napięcia U3.
3. Zaobserwować jednocześnie przebiegi napięć U2, U4, U5 i U6 przy pomocy oscylo-
skopu czterokanałowego. Oscyloskop synchronizować wewnętrznie przebiegiem napięcia U2.
Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć.
Zaobserwować i wyjaśnić zmiany w oscylogramach, wynikające ze zmiany wartości
napięcia mierzonego oraz polaryzacji tego napięcia. Zaznaczyć te zmiany na rysunkach.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2 7
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
2.3.4. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem podwójnie
całkującym na przykładzie woltomierza typu V-540
2.3.4.1. Zasada działania woltomierza cyfrowego z przetwornikiem podwójnie
całkującym
Dokonać analizy pracy woltomierza cyfrowego z podwójnym całkowaniem
na podstawie schematu blokowego przedstawionego na rysunku 3.
Generator Wskaz
nik
500kHz cyfrowy
U2
U5
Licznik
Bramka
Przetwornik
Wzmacniacz
wejÅ›ciowy U®ð t
Układ Układ
WE Układ
Pamięć
sterowania sterowania
wejściowy
przetwornika części cyfro-
wej
U1 U3 U4
Rys.3. Schemat blokowy woltomierza cyfrowego z przetwarzaniem podwójnego cał-
kowania.
2.3.4.2 Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem podwój-
nie całkującym
Do woltomierza dołączyć napięcie z zasilacza.
1. Zaobserwować jednocześnie, przy pomocy oscyloskopu, przebiegi napięć U1 i U2,
synchronizując oscyloskop wewnętrznie przebiegiem napięcia U1.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
8 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć.
2. Zaobserwować jednocześnie przebiegi napięć U2, U3, U4, i U5. Oscyloskop czteroka-
nałowy synchronizować wewnętrznie przebiegiem napięcia U2.
Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć.
Zaobserwować i wyjaśnić zmiany w oscylogramach wynikające ze zmiany wartości na-
pięcia mierzonego oraz polaryzacji tego napięcia. Zaznaczyć te zmiany na rysunkach.
3. Wyznaczanie stałej czasowej całkowania T przetwornika oraz wartości wewnętrz-
nych napięć wzorcowych przetwornika
Na podstawie zależności teoretycznych i obserwowanych oscylogramów obli-
czyć wartość stałej czasowej całkowania T oraz wartość wewnętrznych napięć wzorcowych
przetwornika. Przyjąć, że na zakresie Uz =10V wzmocnienie wzmacniacza wejściowego wol-
tomierza wynosi 1.
2.4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA
W sprawozdaniu należy umieścić spostrzeżenia i wnioski dotyczące poszcze-
gólnych punktów pomiarowych. Na podstawie wyników uzyskanych w ćwiczeniu opisać za-
sadę działania i właściwości poszczególnych przyrządów.. Oscylogramy i wyniki pomiarów i
obliczeń należy umieścić w protokole zamieszczonym poniżej.
2.5. LITERATURA
1. Materiały teoretyczne do ćwiczenia
2. A. Chwaleba, M. Poniński, A. Siedlecki - Metrologia elektryczna, WNT, 2003
3. M. Stabrowski - Miernictwo elektryczne - Cyfrowa technika pomiarowa, OWPW,
1994
4. J. Dusza, G. Gortat, A. Leśniewski - Podstawy miernictwa, OWPW, 2002
5. A. Marcyniuk - Podstawy miernictwa elektrycznego, WPÅš, 2002
6. J. Czajewski - Podstawy metrologii elektrycznej, OWPW,2003
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2 9
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
STRUKTURA BLOKO-
WA CYFROWYCH
Nr ćw.
PRZYRZ
DÓW
PROTOKÓA
POMIARÓW 2
POMIAROWYCH
LABORATORIUM ..................................
ELEKTRONICZNYCH TECHNIK ImiÄ™
POMIAROWYCH
.................................. .............. ..............
Nazwisko Grupa Zespół
INSTYTUT METROLOGII I INŻYNIERII
BIOMEDYCZNEJ .................................. .............. ..............
Podpis
Politechniki Warszawskiej Data wykonania Ocena
prow.
Wykaz przyrządów:
Częstościomierz cyfrowy typu PFL-20
Woltomierz cyfrowy typu VC-10-T
Woltomierz cyfrowy typu V-540
Generator funkcyjny typu POF-1
Zasilacz stabilizowany typu 5121
Oscyloskop typu OS 5100RA.
1. Podstawowe bloki częstościomierzy cyfrowych na przykładzie częstościomierza
typu PFL-20
1.1.Schemat blokowy częstościomierza
Powielacz
Generator
Dzielniki
~
kwarcowy x 2
f
We fzewn
Układ
Zespół prze-
łączników
kasowania
We A
rodzaju pracy
>
Licznik
Wskaz
nik
+
We B
cyfrowy
start stop
>
WE
-
Pamięć
Bramka i
+
układ
>
sterowania
We C
-
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
10 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
Dokonać analizy pracy układu.
1.2. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego częstościomierz
przez wzmacniacz B
UWEB[V]
2
Poziom UWEBmin
AUTO
t[ms]
0
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5
MAX ( - )
2,5
0
-2
MAX (+ )
Poziom  AUTO
UWYB[V]
2
t[ms]
0
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5
2,5
-2
UWYB[V]
2 Poziom  MAX (-)
t[ms]
0
3,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,5
-2
Poziom  0
UWYB[V]
2
t[ms]
0
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5
2,5
-2
UWYB[V]
Poziom  MAX (+)
2
t[ms]
0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
-2
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2
11
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
1.3. Pomiar minimalnej częstotliwości przenoszenia wzmacniacza A
U[V] f=1kHz U[V] f=fmin
5 2
t[ms] t[ms]
0 0
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5 200 300 350
2,5 50 100 150
250
-5 -2
fmin = ................
1.4. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego częstościomierz
przez wzmacniacz A
Dzielnik A 1:1 1:10
UWEAmin
UWYA[V] UWEA =UWEAmin UWYA[V] UWYApp =5V
0,2
5
t[ms] t[ms]
0
0
2,5
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
-0,2
-5
1.5. y
ródła częstotliwości wzorcowych (generator wzorcowy, powielacz i dzielnik często-
tliwości)
U[V]
U[V] f = 1MHz
f = 10MHz
5
5
t[mðs]
t[mðs]
0
0
1,0
1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4
0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4
-5
-5
1.6. Bramka
UWYbramki[V]
Tp=0,01s; todczytu= min.
t[ms]
0
10 20 40 60 70
30 50
T0,01 = ............; T0,1 = ................;
T1,0 = .............; T10 = ..................
Dokonać analizy uzyskanych wyników w p. 1.2. - 1.6.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
12 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
2. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem impulsowo - czasowym
na przykładzie woltomierza typu VC-10-T
U5 U4 U
U2 U
Kompara-
Generator
tor zerowy
napięcia
wzorcowego Bramka
Kompara-
WE Obwody
tor pomia-
Wzmac-
rowy
U6
wejściowe niacz
wejścio-
Licznik
wy
Genera- Generator
tor taktu- impulsów
Wskaz
nik
jÄ…cy wzorcowych
cyfrowy
U3
U1
Dokonać analizy pracy układu
2.1. Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem impulsowo-
czasowym
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2
13
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
U1[V]
t[ms]
0
20 40 80 120 140 160
60
100 180
200
U2[V]
t[ms]
0
20 40 120 160 180
60 80 100 140
200
U3[V]
t[mðs]
0
0,5 1,0 1,5 2,0
3,0 3,5 4,0 4,5
2,5
5,0
U2[V]
t[ms]
0
2
4 6 8
10 12 14 16 18
20
U4[V]
t[ms]
0
2 4
6 8 12 14 16
10 18
20
U5[V]
t[ms]
0
2 4 6 8 12 14 16 18
10
20
U6[V]
t[ms]
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18
20
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
14 Ćwiczenie 2
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
Dokonać analizy uzyskanych wyników.
3. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem podwójnie całkującym
na przykładzie woltomierza typu V-540
Generator Wskaz
nik
500kHz cyfrowy
U2
U5
Licznik
Bramka
Przetwornik
Wzmacniacz
wejÅ›ciowy U®ð t
Układ Układ
WE Układ
Pamięć
sterowania sterowania
wejściowy
przetwornika części cyfro-
wej
U1 U3 U4
Dokonać analizy pracy układu
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 2
15
 Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych
3.1 Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem podwójnie całkują-
cym
U1[V]
t[ms]
0
10 20 30 40 50 60 70 80 100
120
U2[V]
t[ms]
0
10 20 30 40 50 60 70 80 100
120
T = .............
U3[V]
Uwz = .............
t[ms]
0
10 20 30 40 50 60 70 80 100
120
U4[V]
t[ms]
0
10 20 30 40 50 60 70 80 100
120
U5[V]
t[ms]
0
10 20 30 40 50 60 70 80 100
120
Dokonać analizy uzyskanych wyników.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe