Laboratorium z Elektroniki i Elektrotechniki

Ćwiczenie 6: Okresowe sygnały elektryczne, parametry amplitudowe.

Nazwisko i Imię prowadzącego kurs:

Imię i Nazwisko
Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina	środa,9.15-11.00
Data odbycia ćwiczeń	5 XII 2012

1.Cel ćwiczenia

Zapoznanie się analogowymi sygnałami zmiennymi, ich podstawowymi parametrami czasowymi i amplitudowymi oraz sposobem obliczeniowym jak i pomiarowym wyznaczania tych parametrów. Dodatkowo realizacja ćwiczenia pozwala na ugruntowanie umiejętności posługiwania się oscyloskopem analogowym jako narzędziem pomiarowym.

2.Przyrządy

• makieta dydaktyczna MD-1

• trójnik BNC

• kabel koncentryczny wtyk BNC-wtyk BNC

• oscyloskop analogowy dwukanałowy

• generator funkcji

• woltomierz cyfrowy Metex M-3860D (±0,5% rdg+1dgt)

3.Przebieg ćwiczenia i obliczenia

Tabela 1.Pomiary multimetrem

sygnał	Usk	ΔUsk	Uśr	ΔUśr	Uszcz	ΔUszcz	Upp	ΔUpp	K	ΔK	δK	F	ΔF	δF
	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]			%			%
sygnał bez detekcji	0,715	0,005	0,070	0,002	1,038	0,007	2,006	0,011	10,2	0,3	2,6	1,46	0,02	1,4
prostowanie dwupołówkowe	0,716	0,005	0,645	0,004	1,041	0,007	2,009	0,011	1,11	0,02	1,3	1,46	0,02	1,4
prostowanie jednopołówkowe (+)	0,550	0,004	0,359	0,003	1,041	0,007	2,009	0,011	1,53	0,02	1,5	1,89	0,03	1,5
Prostowanie jednopołówkowe (-)	0,464	0,003	0,284	0,003	0,959	0,006	2,009	0,011	1,64	0,03	1,3	2,07	0,03	1,5
sygnał bez detekcji	0,996	0,006	0,002	0,001	1,113	0,007	2,096	0,012	500	254	51	1,12	0,02	1,2
prostowanie dwupołówkowe	0,996	0,006	1,007	0,006	1,113	0,007	2,096	0,012	0,99	0,012	1,1	1,12	0,02	1,2
prostowanie jednopołówkowe (+)	0,776	0,005	0,500	0,004	1,113	0,007	2,096	0,012	1,6	0,02	1,4	1,44	0,03	1,3
Prostowanie jednopołówkowe (-)	0,727	0,005	0,506	0,004	0,963	0,006	2,097	0,012	1,5	0,02	1,4	1,33	0,02	1,3

Przykładowe obliczenia dla prostowania dwupołówkowego sygnału sinusoidalnego:

-obliczenie niepewności bezwzględnej pomiaru napięcia

ΔU = 0,05%rdg + 1 dgt

ΔU_sk = 0,0005*0,716 + 0,001*1 = 0,00458 = 0,0046 [V]

ΔU_śr =0,005*0,645+0,001*1=0,004225=0,0043 [V]

ΔU_szcz = 0,005*1,041+0,001*1=0,006205=0,0063[V]

ΔU_pp =0,005*2,009+0,001*1=0,011045=0,012[V]

- wyznaczanie współczynnika kształtu – K – według wzoru:

K = 0,716/0,645 = 1,11

- wyznaczanie niepewności bezwzględnej współczynnika kształtu z wykorzystaniem różniczki logarytmicznej:

ΔK = (0,0046 / 0,716 + 0,0043 / 0,645) * 1,11 = 0,0175313=0,02

-wyznaczanie niepewności względnej współczynnika kształtu:

$\frac{K}{K}*100\%$ =100%*0,02/1,11=0,182018%=0,02%

- wyznaczanie współczynnika szczytu – F – według wzoru:

F = 1,041/0,716 = 1,45391=1,45

- wyznaczanie niepewności bezwzględnej współczynnika szczytu z wykorzystaniem różniczki logarytmicznej

ΔF = (0,0063/ 1,041+ 0,0046 / 0,716) * 1,45= 0,0016 = 0,018091=0,02

-wyznaczenie niepewności względnej współczynnika szczytu:

$\frac{F}{F}*100\%$=100%*0,02/1,45=0,01379%=0,14%

Tabela 2.Pomiary oscyloskopem analogowym

sygnał	Y	Cy	Umsz	ΔUmsz	Usk	ΔUsk	Uszcz	ΔUszcz
	[dz]	[V/dz]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]
sinusoidalny
sygnał bez detekcji	4,0	0,5	2,00	0,06	0,71	0,06	1,00	0,06
prostowanie dwupołówkowe	2,0	0,5	2,00	0,08	0,71	0,08	1,00	0,08
prostowanie jednopołówkowe (+)	2,0	0,5	2,00	0,08	0,71	0,08	1,00	0,08
Prostowanie jednopołówkowe (-)	2,0	0,5	2,00	0,08	0,71	0,08	1,00	0,08
Prostokątny
sygnał bez detekcji	4,0	0,5	2,00	0,06	1,00	0,06	1,00	0,06
prostowanie dwupołówkowe	2,0	0,5	2,00	0,08	1,00	0,08	1,00	0,08
prostowanie jednopołówkowe (+)	2,0	0,5	2,00	0,08	1,00	0,08	1,00	0,08
Prostowanie jednopołówkowe (-)	2,0	0,5	2,00	0,08	1,00	0,08	1,00	0,08

(Odczyt dla sygnału bez detekcji dotyczy wartości U_msz , w innym przypadku dotyczy U_szcz)

Obliczenia parametrów sygnałów dla bez detekcji dla sygnału prostokątnego:

U_msz=Y* C_y U_msz=4*0,5=2,0[V]

U_szcz=0,5* U_msz U_szcz=0,5* 2,0=1,0[V]

U_sk=U_szcz U_sk=1,0[V]

Błąd ΔU_msz wyznaczono za pomocą różniczki zupełnej

δC_y przyjęto typową wartość 3%

ΔY przyjęto 0,1dz

δU_msz=δY + δC_y= ΔY/Y + δC_y δU_msz=0,1/4,0 +0,03=0,055≈0,06[V]

U_szcz oraz U_sk są przemnożonymi przez liczbę U_msz więc mają taką samą niepewność

4.Wnioski

W ćwiczeniu tym przyjęto, że niepewności pomiarów napięć wynikają jedynie z błędu, jaki posiada miernik cyfrowy. Zaniedbano błędy, jakie mogą być generowane przez makietę dydaktyczną.

Obliczone współczynniki kształtu i szczytu różnią się od wartości wyliczonych na podstawie geometrii idealnych funkcji opisujących przebieg sygnału(jednak mieszczą się w nich w granicach błędów). Największą wartość współczynnik kształtu osiąga przy prostowaniu dwupołówkowym dla sygnału sinusoidalnego, natomiast dla sygnału prostokątnego kiedy sygnał jest bez detekcji. Współczynnik szczytu największe wartości osiąga przy prostowaniu jednopołówkowym.

Obliczanie wartości współczynnika K dla sygnału innego niż wyprostowany, dwópołówkowy jest zabiegiem pozwalającym dokonać porównań, aczkolwiek bezcelowym, gdyż współczynnik kształtu wylicza się na podstawie wartości średniej przebiegu przemiennego przy tym prostowaniu.