Главная страница
Финансы
Экономика
Математика
Начальные классы
Информатика
Биология
Медицина
Сельское хозяйство
Ветеринария
Вычислительная техника
Дошкольное образование
Логика
Этика
Религия
Философия
Воспитательная работа
История
Физика
Политология
Социология
Языки
Языкознание
Право
Юриспруденция
Русский язык и литература
Промышленность
Энергетика
Другое
Доп
образование
Строительство
Физкультура
Технология
Связь
Автоматика
Электротехника
Классному руководителю
Химия
Геология
Иностранные языки
Логопедия
Искусство
Культура
География
Экология
ИЗО, МХК
Директору, завучу
Казахский язык и лит
Школьному психологу
Языки народов РФ
Обществознание
Социальному педагогу
ОБЖ
Механика
Музыка
Украинский язык
Астрономия
Психология

Основы метрологии в прикладной физике. Методические рекомендации к лабораторному практикуму по курсу основы метрологии в прикладной физике для студентов 4 курса дневной формы обучения


Скачать 0.61 Mb.
НазваниеМетодические рекомендации к лабораторному практикуму по курсу основы метрологии в прикладной физике для студентов 4 курса дневной формы обучения
АнкорОсновы метрологии в прикладной физике.pdf
Дата04.05.2017
Размер0.61 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаОсновы метрологии в прикладной физике.pdf
ТипМетодические рекомендации
#2017
КатегорияФизика

Министерство образования и науки Украины
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского
Кафедра радиофизики и электроники
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К
ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО КУРСУ
«ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ В ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ»
для студентов 4 курса дневной формы обучения
специальности 6.070200 – «радиофизика и электроника»
образовательно–квалификационного уровня «бакалавр»,
профессионального направления подготовки
0702 «прикладная физика»
Симферополь 2005

2
Печатается по решению научно-методического совета
Таврического национального университета
№2 от «24» ноября 2005г.

3
Лабораторный практикум по курсу «Основы метрологии в прикладной физике» предусматривает изучение осциллографических методов измерений сигналов, методов измерения амплитудно-частотных характеристик, исследования возможностей НЧ и ВЧ генераторов при регулировке и настройке четырехполюсников. В ходе практикума студенты изучают основные функциональные узлы радиоизмерительной аппаратуры, получают практические и исследовательские навыки в процессе измерения электрических параметров различных схем.
ТРЕБОВАНИЯ
по подготовке, проведению и отчету по лабораторным работам.
1.
Студенту до начала проведения лабораторного занятия необходимо: а) изучить теоретические основы и принципиальные схемы, реализующие изучаемую функцию телевизионного приемника; б) изучить правила «Техники безопасности» на рабочем месте и техническую документацию по контрольно – измерительным приборам; в) после тестирования получить у преподавателя допуск на проведение лабораторной работы.
2.
Студент перед началом практического выполнения работы обязан проверить исправность сетевых шнуров и вилок, а также надежность подключения к приборам защитного заземления.
3.
При выполнении работы студент обязан соблюдать правила
«Техники безопасности», получить навыки измерения параметров электрических сигналов, объяснить экспериментальные результаты на базе теоретического материала.
4.
Зачет по лабораторной работе выполняется после оформления отсчета и защиты результатов работы у преподавателя.

4
СОДЕРЖАНИЕ
1.
Исследование методов осциллографических исследований сигналов.
2.
Исследование методов измерения амплитудно-частотных характеристик
3.
Исследование возможностей НЧ и ВЧ измерительных генераторов для измерения параметров четырехполюсников.

5
Лабораторная работа №1.
«Исследование методов осциллографических исследований сигналов».
Цель работы: изучить методы осциллографических измерений основных параметров сигналов: амплитуду, разность фаз между ними, крутизну фронта и спада, исследовать влияние входной емкости и входного сопротивления осциллографа на погрешность измерений, изучить схемы его основных блоков.
Оборудование: осциллограф
С1-55, генератор сигналов
Г3-112, лабораторный стенд для исследования методов осциллографических измерений, блок питания TEC-13.
Вопросы для подготовки:
1. Структурная схема электронно-лучевого осциллографа.
2. Основные характеристики осциллографов.
3. Измерение однократных и непериодических сигналов.
4. Канал горизонтального отклонения и его основные схемы.
5. Канал вертикального отклонения и его основные схемы.
6. Калибраторы амплитуды и длительности.
7. Особенности осциллографических измерений.
Литература:
1.
Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для ВУЗов.
– Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.
2.
Мирский Г.Я. Электронные измерения. – М.:Радио и связь, 1986.–
440с.
3.
Валитов Р.А. Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. – М.:
Советское радио, 1980. – 712 с.
4.
Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособие для ВУЗов / Б.П. Хромой, А.В. Кандинов, А.Л. Сенявский и др.; Под ред. Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 1986. – 424 с.
Краткий курс теории
Электронно-лучевой осциллограф является универсальным измерительным прибором. С его помощью можно визуально наблюдать и документально фиксировать периодические непрерывные и импульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, а также мгновенные одиночные явления. Исследуемый сигнал отображается на экране осциллографа в виде светящихся линий или фигур, называемых осциллограммами. Осциллограмма представляет собой функциональную зависимость двух или трёх величин: y=f(x) или y=
ϕ(x,z). Большинство сигналов удобно рассматривать в реальном масштабе времени, поэтому чаще всего используется функциональная связь вида y=f(t) или y=
ϕ(t,z).

Электронно-лучевые осциллографы применяются также для измерения напряжения, временных интервалов и длительности сигналов, частоты и фазового сдвига, параметров модулированных сигналов и многих физических величин, преобразованных в электрические сигналы.
Электронно-лучевые осциллографы подразделяют на: универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные. Все они могут быть одно- и двухлучевыми и двухканальными. На рис. 1 показана структурная схема осциллографа.
Рис. 1. Структурная схема осциллографа
По каналу Y поступает исследуемый сигнал U
Y
, вызывающий вертикальное отклонение луча в электронно-лучевой трубке. По каналу Х поступает напряжение
U
X
,
Вызывающее горизонтальное отклонение луча.
Одновременное воздействие двух напряжений U
Y
и U
X
на электронный луч трубки вызывает появление осциллограммы, отображающей зависимость
U
Y
=f(U
X
) или U
Y
=f(t).
Параметры электрического сигнала, поданного на вход осциллографа, определяются по его осциллограмме путем измерения ее геометрических размеров и сопоставления их с коэффициентом отклонения и коэффициентом развертки данного осциллографа.
Осциллограмма должна размещаться на рабочей площади экрана, ограниченной измерительной шкалой — сеткой. Следует иметь в виду, что если осциллограмма занимает 80 % рабочей площади экрана, то погрешность измерения уменьшается вдвое. При исследовании синусоидального сигнала его частота должна быть значительно ниже верхней частоты f
В
полосы
6
пропускания осциллографа. Входное сопротивление и входная емкость осциллографа вносят дополнительную погрешность измерения. Входная емкость осциллографа достигает 40-50 пФ, а с соединительным кабелем превышает 100 пФ. Погрешность измерения может быть значительно уменьшена с помощью калибратора.
Описание лабораторной установки.
Лабораторная установка для изучения методов осциллографических исследований сигналов приведена на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид лабораторного стенда.
На рис. 2а, показана передняя панель стенда, а на рис.2б – боковая
(левая) панель. На рис.2а показаны: КТ1... КТ12 – контрольные точки; резисторы R5.2, R6.2 – изменяющие постоянные времени фазосдвигающих цепей; резистор R10.2 – осуществляет выбор рабочей точки транзистора Т
2
На рис. 2б показаны клеммы подключения источника питания «+» «–»
Контрольные точки расположены:

КТ1 - на коллекторе Т
1
;

КТ2 - на выходе фазосдвигающей цепи С
1
R
5
НЧ генератора;

КТЗ - на выходе фазосдвигающей цепи С
2
R
6
НЧ генератора;

КТ4 - на коллекторе Т
2
;

КТ5 – вход для интегрирующей и дифференцирующей цепочек;

КТ6 – выход дифференцирующей цепи;
7

8

КТ7 – выход интегрирующей цепи;

КТ8 – выход ВЧ генератора на полевом транзисторе Т
3
;

КТ9 – выход эмиттерного повторителя на транзисторе Т
4
;

КТ10 – выход мультивибратора;

КТ11, КТ12 – общий вывод “земля”.
Функциональная и принципиальная схемы стенда показаны на рис. 18 и рис. 19.
В соответствии с инструкциями по эксплуатации подготовить к работе измерительные приборы: Г3–112, двухлучевой осциллограф С1-55, источник питания TEC-13. На выходе блока питания выставить напряжение 12 ± 1В.
На выходе генератора Г3-112 установить частоту повторения импульсов формы меандр – 1 кГц, с амплитудой 1В.
Методика проведения работы
1.
Исследование параметров гармонических колебаний RC – генератора осциллографическими методами.
Включите блок питания. Подключите осциллограф к КТ1. С помощью осциллографа определите частоту выходного сигнала.
Убедитесь в возможности изменения частоты RC генератора с помощью резисторов R5.2., R6.2. Дайте теоретическое обоснование изменению частоты. Подключите один из входов Y осциллографа к контрольной точке КТ1, а другой – к КТ2. Пронаблюдайте и измерьте разность фаз напряжений на КТ1 и КТ2 в зависимости от положения движков переменных резисторов R5.2 и R6.2. Подключите осциллограф к контрольной точке КТ4. Вращая движок потенциометра R10.2 пронаблюдайте изменение выходного напряжения. Объясните влияние выбора рабочей точки усилительного каскада с ОЭ (Т
2
) на эти искажения.
2.
Исследование формы и параметров импульсных сигналов осциллографическим методом.
Подключите выход генератора Г3 - 112 к контрольной точке КТ5.
Установите форму выходного напряжения – “меандр” с частотой 1кГц и амплитудой 1В. Подключите осциллограф к контрольной точке КТ6.
Пронаблюдайте работу дифференцирующей цепи, зарисуйте форму выходного сигнала, измерьте длительность фронта и спада импульсов и их амплитуду. Изменяя частоту генератора: 100 Гц, 10 кГц, 100 кГц, сравните формы выходного напряжения и объясните эти изменения.
Подключите осциллограф к контрольной точке КТ7. Пронаблюдайте работу интегрирующей цепи. Проведите аналогичные измерения.
Подключите осциллограф к контрольной точке КТ10. Переключите
(выход мультивибратора) тумблер S1 установите в положение “замкнут”.

9
Проведите измерение амплитуды длительности фронта и спада импульсов, генерируемых мультивибратором. Переключите тумблер S1 в положение “разомкнут”. Проведите аналогичные измерения. Зарисуйте формы выходных сигналов и дайте объяснение в их различии.
3.
Исследования в резонансных цепях осциллографическим методом.
Подключите вход осциллографа к контрольной точке КТ8.
Проведите измерение частоты и амплитуды сигнала, генерируемого ВЧ генератором гармонических колебаний на полевом транзисторе.
Подключите вход осциллографа через внешний делитель 1:10 к контрольной точке КТ8 и проделайте аналогичные измерения, сравните результаты измерений. Переключите вход осциллографа 1:1 на контрольную точку КТ9, проведите измерение частоты выходного напряжения. Сопоставьте результаты исследований и объясните причины погрешностей измерений.
Оформление письменного отчета.
1.
Название лабораторной работы.
2.
Цель работы.
3.
Перечень используемого оборудования.
4.
Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа кратка характеристика его основных блоков.
5.
Функциональная и принципиальная схемы стенда для исследования методов осциллографических исследований сигналов.
6.
Результаты измерений и расчетов.
7.
Оценка полученных результатов, выводы.

10

Лабораторная работа №2.
«Исследование методов измерения амплитудно-частотных
характеристик».
Цель работы: изучить методы измерения АЧХ основных частотно- избирательных цепей, исследовать влияние на АЧХ элементов схемы, практически освоить работу с измерителями амплитудно-частотных характеристик.
Оборудование: измерители АЧХ Х1-19 или Х1-42, лабораторный стенд для исследования методов измерения АЧХ, блок питания ТЕС-13.
Вопросы для подготовки:
1.
Структурная схема измерителя амплитудно-частотных характеристик.
2.
Основные характеристики измерителей АЧХ.
3.
Схемы, в которых необходимо применение диодной головки (ДГ).
4.
Методы получения на экране осциллографического индикатора частотных меток.
5.
Особенности измерений АЧХ четырехполюсников.
Литература:
1.
Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для Вузов. –
Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.
2.
Мирский Г.Я. Электронные измерения.– М.:Радио и связь, 1986. –
440 с.
3.
Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения
/ Под ред. В.И. Винокурова. – М.: Высшая школа, 1986. – 351 с.
4.
Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособие для ВУЗов / Б.П. Хромой, А.В. Кандинов, А.Л.Сенявский и др.; Под ред. Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 1986. – 424 с.
Краткий курс теории
В радиоэлектронике, широко распространены радиоэлектронные устройства, представляющие собой четырехполюсники. Одной из важнейших характеристик является их частотный коэффициент передачи, определяемый отношением комплексных амплитуд напряжений на выходе и входе устройства:
Частотный коэффициент передачи можно представить в виде
Модуль – К(
ω
) называют амплитудно-частотной характеристикой устройства; аргумент
)
(
ω
ϕ
— фазочастотной характеристикой (ФЧХ).
11

Приборы для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) обычно снимают кривую зависимости амплитуды напряжения на выходе устройства от частоты при постоянной амплитуде синусоидального напряжения на входе.
Рис.1. Измерение АЧХ по точкам: а – структурная схема; б – построение
АЧХ.
Приборы для исследований амплитудно-частотных характеристик цепей и устройств называют измерителями АЧХ. Их широко используют в лабораторных и производственных условиях для настройки и контроля радиоаппаратуры. Простейшая структурная схема для измерения АЧХ приведена на рис.1, а. Диапазонный генератор синусоидальных колебаний перестраивают в заданном диапазоне частот. АЧХ или зависимость амплитуды напряжения на выходе исследуемой цепи от частоты (при постоянной амплитуде напряжения на входе) снимают по точкам при последовательной настройке генератора на частоты fi>fa, fa и т. д. По результатам измерений строят искомую АЧХ (рис.1, б).
В настоящее время широко применяют панорамные измерители АЧХ построенные на основе генератора с качающейся частотой и электронно- лучевого индикатора.
Рис.2. Упрощенная структурная схема панорамного измерителя АЧХ.
12

Упрощенная структурная схема панорамного измерителя АЧХ приведена на рис.2. Основой прибора является генератор качающейся частоты (ГКЧ), вырабатывающий высокочастотное напряжение с постоянной амплитудой и периодически меняющейся (качающейся) частотой. Закон изменения частоты определяется формой модулирующего напряжения, в качестве которого часто используют пилообразное напряжение развертки. Таким образом, на вход исследуемой цепи подают напряжение с постоянной амплитудой и периодически меняющейся частотой. Огибающая напряжения на выходе цепи повторяет форму АЧХ. Если подать это напряжение на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), на экране появится изображение АЧХ.
Напряжение на ЭЛТ можно подавать непосредственно с выхода исследуемой цепи — режим 1 или после детектора и усилителя — режим 2
(переключатель на схеме рис.2 в положениях 1 или 2). Соответствующие изображения на экране ЭЛТ приведены на рис.3. Первый режим применяют в тех случаях, когда напряжение на выходе цепи имеет достаточно большую амплитуду.
Рис.3. Изображение на экране измерителя АЧХ
(переключатель в положениях 1 и 2 на рис.2)
Детекторные головки. Измерители АЧХ комплектуют выносными и встроенными детекторными головками трех типов: высокоомными, согласованными оконечными и согласованными проходными.
Принципиальные схемы детекторных головок приведены на рис.4.
13

Рис.4. Принципиальные схемы детекторных головок: а – высокоомной; б
согласованной оконечной; в – согласованной проходной.
При исследовании амплитудно-частотных характеристик возникает необходимость измерения частот и частотных интервалов, соответствующих характерным точкам изображения на экране измерителя АЧХ. Эти измерения выполняют с помощью частотных меток, неподвижных или подвижных.
Чаще всего используют неподвижные равноотстоящие частотные метки. Их формируют из нулевых биений напряжения ГКЧ с напряжением, спектр которого содержит набор постоянных калибровочных частот.
Сущность этого способа поясняется структурной схемой, приведенной на рис.5.
Рис.5. Структурная схема генератора частотных меток на нулевых
биениях.
14

Измерение добротности. Простейший способ основан на измерении резонансной частоты исследуемой цепи fo и ее полосы пропускания
0
f

Добротность рассчитывают по формуле
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка для изучения методов измерения АЧХ четырехполюсников приведена на рис.6.
Рис.6. Внешний вид лабораторного стенда
На рис.6. показаны:

S1 – переключатель выбора для исследования АЧХ пассивных четырехполюсников: ФНЧ, ФВЧ, полосового фильтра, режекторных фильтров.

S2 – переключатель активные – пассивные четырехполюсники.

S3 – переключатель с резонансного усилителя с одним контуром в коллекторной цепи на усилитель со связанными контурами.

S4 – переключатель для изменения добротности резонансного контура (при исследовании АЧХ резонансного усилителя) и для изменения коэффициента связи в связанных контурах (при исследовании АЧХ усилителя со связанными контурами в нагрузке коллекторной цепи).

CN1 – клемма «заземление».

CN2 – клеммы для подключения дополнительного конденсатора.

CN3 – разъем «Вход 1», на который подается напряжение генератора качающейся частоты измерителя АЧХ.

CN4 – разъем «Выход», с которого через детекторную головку напряжение подается на вход осциллографического индикатора измерителя АЧХ.

CN5 – клеммы для подключения источника питания.

CN6 – разъем «Вход 2», на который подается напряжение ГКЧ при исследовании резонансных усилителей.
Функциональная и принципиальная схемы стенда показаны на рис.7 и рис.8.
В соответствии с инструкциями по эксплуатации подготовить к работе измеритель АЧХ Х-19 (Х1-42) и источник питания ТЕС-13.
15

16
Методика проведения работы
1.
Исследование параметров пассивных четырехполюсников.
Подключите выход ГКЧ измерителя АЧХ к CN3, а к разъему CN4 через ДГ вход осциллографического индикатора измерителя АЧХ.
Переключатель S2 установить в положение 1. Для исследования АЧХ
ФНЧ переключатель S1 установите в положение 1. Регулировками Х1-19
(Х1-42) получите на экране форму АЧХ ФНЧ удобную для наблюдения.
Зарисуйте форму АЧХ. Установите переключатель S1 в положение 2 для наблюдения АЧХ ФВЧ, зарисуйте её. Установите переключатель S1 в положение 4. Зарисуйте форму АЧХ полосового фильтра. Для исследования режекторного фильтра с последовательным контуром установите S1 в положение 5. Зарисуйте форму АЧХ в точке режекции.
Подключением дополнительного конденсатора Сдоп к клеммам CN2 убедитесь, что частота режекции изменяется, объясните это изменение.
Для исследования АЧХ фильтра-пробки с параллельным контуром установите S1 в положение 7. Зарисуйте форму АЧХ.
2.
Исследование параметров активных четырехполюсников.
Подключите источник питания ТЕС-13 к клеммам CN5, соблюдая полярность включения, выставите напряжение 10±0,5В. Переключатель
S2 установите в положение 2. Подключите выход ГКЧ измерителя АЧХ к разъему CN6. Для исследования АЧХ усилителя с резонансными контурами переключатель S3 установите в положение 1. Зарисуйте форму АЧХ при разных добротностях контура (положения 1,2,3 переключателя S4). Определите полосу пропускания контура при разных положениях S4 и рассчитайте добротности контура. Объясните полученные результаты. Для исследования резонансного усилителя со связанными контурами установите S3 в положение 2. Зарисуйте формы
АЧХ при разных положениях S4. Определите полосу пропускания фильтра и объясните результаты исследования.
Оформление письменного отчета
1.
Название лабораторной работы.
2.
Цель работы.
3.
Перечень используемого оборудования.
4.
Функциональная схема измерителя амплитудно-частотных характеристик краткая характеристика его основных блоков.
5.
Функциональная и принципиальная схемы стенда для исследования методов измерения амплитудно-частотных характеристик.
6.
Результаты измерений и расчетов.
7.
Оценка результатов, выводы.

Рис.7. Функциональная схема лабораторного стенда.
Примечание к рис. 8:
L1 – L7 – 2 мкГн
L8 – L11 – 4 мкГн
C1 – C3 – 300пф
C4 – C6 – 1нф
C7, C8 – 220пф
C9 – C11 – 47нф
C12 – 10пф
C13 – 0,1мкф
C14 – C16 – 47нф
C17 – 130пф
C18 – 4,7пф
C19 – 12пф
C20 – 130пф
C21 – 0,1мкф
R1, R2 – 20 кОм
R3 – 4,7 кОм
R4 – 390 Ом
R5 – 33 кОм
R6 – 1 кОм
R7 – 2,7 кОм
R8 – 20 кОм
R9 – 12 кОм
R10 – 33 кОм
R11 – 1 кОм
R12 – 2,7 кОм
VT1, VT2 – кт315
VD1 – Д226 17

18 18

19
Лабораторная работа №3.
«Исследование возможностей НЧ и ВЧ измерительных генераторов для
измерения параметров четырехполюсников».
Цель работы: изучить возможности применения НЧ и ВЧ генераторов для исследования параметров радиоэлектронных устройств, изучить методы измерений, параметры и схемы измерительных приборов.
Оборудование: генератор звуковых частот Г3-112, генератор стандартных сигналов Г4-158, осциллограф С1-55, лабораторный стенд для исследования методов измерения параметров четырехполюсников измерительными генераторами, блок питания ТЕС-13.
Вопросы для подготовки:
1.
Назначение, классификация и характеристики измерительных генераторов.
2.
Структурная схема генератора звуковой частоты.
3.
Структурная схема генератора высокой частоты.
4.
Применение низкочастотных измерительных генераторов для регулировки УНЧ.
5.
Проверка работоспособности амплитудного детектора высокочастотным генератором с амплитудной модуляцией.
Литература:
1.
Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов.-
-Х.:Энергоатомиздат, 1983.-320с.
2.
Мирский Г. Я. Электронные измерения.-М.: Радио и связь, 1986.-
440с.
3.
Винокуров
В.И.,
Каштан
С.
И.,
Петелин
И.Г.
Электрорадиоизмерения /Под. Ред. В.И. Винокурова.-М.: Высшая школа, 1986.-351с.
4.
Метрология, стандартизация и измерения в технике связи:
Учебное пособие для Вузов / Б.П. Хромого.-М.: Радио и связь, 1986.-424с.
Краткий курс теории
Генератор измерительных сигналов представляет собой экранированный источник радиотехнических сигналов определенной формы, частота и выходной уровень которых установлены в некоторых пределах. Измерительные сигналы предназначены для имитации сигналов, поступающих на вход исследуемого устройства, и питания измерительных схем и установок. Измерительные генераторы должны обеспечивать возможность получения сигнала от долей герца до
десятков гигагерц, при напряжении от десятых долей микровольта до десятков вольт или мощности от 10 4
Вт до нескольких ватт.
Генераторы измерительных сигналов классифицируются по форме сигналов следующим образом: генераторы синусоидальных сигналов, импульсов, шумовых сигналов, сигналов специальной формы
(функциональные генераторы) и генераторы качающейся частоты (свип- генераторы). По диапазону частот - генераторы сигналов инфранизких частот (0,001 Гц - десятки или сотни килогерц), низких частот (20 Гц - 200 кГц), высоких частот (30 кГц – 50 МГц), сверхвысоких частот с коаксиальным выходом (300 МГц – 10 ГГц), сверхвысоких частот с волноводным выходом
(выше 10 ГГц).
В генераторах измерительных сигналов применяют амплитудную и частотную модуляцию синусоидальными сигналами; амплитудную, частотную и фазовую манипуляцию; комбинированную модуляцию, когда одновременно накладываются два или более вида модуляции.
Основными метрологическими характеристиками генераторов синусоидальных сигналов являются: погрешность установки частоты; нестабильность частоты; погрешность установки выходного уровня сигнала; максимальная выходная мощность сигнала на согласованной нагрузке; параметры выходного сигнала при модуляции.
Диапазон частот таких генераторов составляет 20Гц - 20 кГц.
Обобщенная структурная схема генераторов указанных выше частот представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема генератора измерительных сигналов низких
частот
Задающий генератор ЗГ вырабатывает сигналы нужных частот синусоидальной формы. Эти сигналы поступают на усилитель Y, выходное напряжение которого контролируется электронным вольтметром, градуированным в действующих значениях. Необходимый уровень напряжения сигнала на выходе генератора устанавливается с помощью резистивного аттенюатора А
Т
, обычно вносящего ослабление до 100 дБ.
20
Генераторы сигналов высоких частот являются источниками незатухающих или модулированных по амплитуде синусоидальных измерительных сигналов, параметры которых известны с нормируемой погрешностью. Эти генераторы работают в диапазоне 100кГц - 100МГц и применяются в основном для настройки радиовещательных приемников, для измерений характеристик четырехполюсников, для питания различных
радиоустройств. Схема генератора измерительных сигналов высокой частоты приведена на рис.2.
Рис.2. Генератор измерительных сигналов высокой частоты.
Уровень сигнала на основном выходе можно изменять в пределах
0,5мкВ-0,5В. Относительная погрешность установки частоты 1%; относительная нестабильность частоты 2.5*10
-4
за 15 мин; погрешность установки коэффициента модуляции 10%; погрешность установки опорного уровня 1дБ (генератор Г4-158).
Генераторы являются источниками эталонных сигналов с изменяющимися параметрами, которые для настройки различной радиоэлектронной аппаратуры.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка для изучения методов исследования параметров четырехполюсников с помощью измерительных НЧ и ВЧ генераторов приведена на рис.3.
а) передняя панель
6) задняя пахеяъ
Рис. 3. Внешний вид лабораторного стенда
21

22
рис.3а) - показана передняя панель стенда показаны контрольные точки, резисторы изменения параметров и схема коммутации, а на рис.36) – задняя панель, показаны клеммы подключения источника питания «+» , «-».
Контрольные точки расположены:

КТ 1 - вход реостатного усилителя с фиксированным напряжением на базеVT-1 КТ 2- выход реостатного усилителя с фиксированным напряжением на базеVT-1

КТ 3- вход реостатного усилителя с фиксированным током базы на
VT2 КТ 4- выход реостатного усилителя с фиксированным током базы на VT2 КТ 5- вход реостатного усилителя с параллельной ООС КТ 6- выход реостатного усилителя с параллельной ООС КТ 7 - вход двухтактного каскада усилителя мощности на комплементарных транзисторах КТ8 - выход двухтактного каскада усилителя мощности на комплементарныхтранзисторах.

КТ 9- вход фазоинверсного каскада КТ 10- выход двухтактного усилителя мощности на транзисторах одинаковойпроводимости.

КТ 11- вход резонансного ВЧ усилителя КТ 12- выход схемы амплитудного детектора.
Функциональная и принципиальная схемы приведены на рис.4, рис.5соответственно.
В соответствии с инструкциями по эксплуатации подготовить к работе измерительные приборы: Г3-112, Г4-158, С1-55, источник питания ТЕС-13.
На выходе блока питания выставить напряжение 12± 1В. На выходе ГЗ-112 установить частоту синусоидального колебания f= 1 кГц, напряжение U
ВЫХ
=10мВ. На выходе Г4-158- f г
=430 кГц, U
ВЫХ
=10 мВ, коэффициент модуля-
30%.

23

24

25
Методика проведения работы.
1.
Исследование схем выбора рабочей точки реостатных усилителей на
VT1,VT2,VT3.
Включите блок питания. Подключите ГЗ-112 к КТ1, вход С1-55 к КТ2.
Измерьте коэффициент усиления по напряжению. Изменяя выходное напряжение Г3-112 и положение движка R1 проследите форму напряжения на КТ2. Объясните причины искажения (ограничения) сигнала. Резистором R2 выберите наиболее оптимальное положение рабочей точки. Увеличивая U
ВЫХ
Г3-112 добейтесь форму выходного напряжения усилителя типа меандр, объясните причины появления U
ВЫХ
типа меандр на динамической характеристике усилителя. Зарисуйте формы сигналов. Подключая Г3-112 к КТЗ, КТ5, а осциллограф к КТ4, КТ6, повторите измерения. Сравните эти схемы.
2.
Для исследования схемы двухтактного усилителя на комплементарных транзисторах подключите Г3-112 к КТ7, а осциллограф С1-55 к КТ8.
Увеличивая выходное напряжение Г3-112, проследите изменения сигнала на КТ8. В разных положениях тумблера К1 зарисуйте форму выходного сигнала усилителя и объясните эти изменения.
3.
Для исследования схемы двухтактного усилителя с выходным каскадом на транзисторах одной проводимости подключите Г3-112 к КТ9, а осциллограф С1-55 к КТ10. Увеличивая выходное напряжение звукового генератора проследите изменения сигнала на КТ10.Резисторами
R18, R20 добейтесь минимума искажений выходного сигнала усилителя.
Зарисуйте осциллограммы, объясните возможность получения сигнала с минимумом искажений с помощью резисторов R18, R20, объясните работу и необходимость примененияфазоинвертора.
4.
Для исследования работы схемы амплитудного детектора подключите к входу высокочастотного резонансного усилителя на VT9 ...(КТ 11) генератор
Г4-158, установить коэффициент модуляции 30%. Регулировкой выходного напряжения измерительного генератора добейтесь на выходе амплитудного детектора неискаженного сигнала частотой 1000Гц. Подключите переключателем К2 к схеме детектора емкость С22 равную 10нф вместо
10мкф. Зарисуйте форму сигнала до подключения емкости и после, объясните прошедшие изменение выходного сигнала. Подключив один вход
С1-55 к КТ11, а другой к КТ12 убедитесь, что выходное напряжение амплитудного детектораповторяет форму огибающей AM сигнала генератора Г4-158.

26
Оформление письменного отчета
1.
Название лабораторной работы.
2.
Цель работы.
3.
Перечень используемого оборудования.
4.
Функциональная схема лабораторного стенда.
5.
Функциональная и принципиальная схемы стенда для измерения применения НЧ и ВЧ генераторов для исследования параметров четырёхполюсников.
6.
Результаты измерений и расчетов.
7.
Оценка результатов, выводы.

27
Методические рекомендации к лабораторному практикуму по курсу «Основы метрологии в прикладной физике» для студентов 4 курса дневной формы обучения специальности 6.070200 – «радиофизика и электроника» образовательно–квалификационного уровня «бакалавр», профессионального направления подготовки
0702 «прикладная физика»
Составители: Григорьев Евгений Владимирович, доцента кафедры радиофизики и электроники;
Грибский Максим Петрович, аспирант кафедры радиофизики и электроники.
Редактор Н.А.Василенко
Подписано к печати Формат 60х84/16 Бумага тип.ОП
Объём 1п.л. Тираж-30 Заказ Бесплатно
95007, г. Симферополь, пр. Вернадского, 4
Таврический национальный университет им. В.И.Вернадского

28
написать администратору сайта