Методичка к лабораторной работе № 1: Изучение комплекта приборов лабораторного стенда

Скачать

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоение методики подготовки, настройки и работы с приборами лабораторного стенда, в комплект которого входят:

1. универсальный электронный осциллограф типа ОСУ-20;
2. низкочастотный генератор синусоидальных и импульсных колебаний типа GAG-810;
3. высокочастотный генератор синусоидальных колебаний GRG-450B;
4. импульсный генератор ИГ (в составе лабораторного стенда);
5. универсальный электронный вольтметр типа В7-26 (В7-17);
6. электронный милливольтметр типа В3-38;
7. электронный вольтметр постоянного напряжения ЭВПН (в составе лабораторного стенда, название на стенде — ламповый вольтметр);
8. цифровой электронный вольтметр типа В7-38;
9. цифровой электронный частотомер типа GFC-8131H;
10. блок питания БП (в составе лабораторного стенда).

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Подготовить к работе лабораторный стенд.
2. Подготовить к работе осциллограф ОСУ-20.
3. Настроить электронные вольтметры В7-26 (В7-17) и В3-38.
4. Проверить функционирование генераторов синусоидальных колебаний GAG-810 и GRG-450B.
5. Подготовка к работе цифрового вольтметра B7-38.
6. Подготовка к работе цифрового электронного частотомера типа GFC-8131H.
7. Определить фактический диапазон регулирования источника напряжения (0…2)В. блока питания лабораторного стенда с помощью электронного вольтметра В7-26 (В7-17) и цифрового вольтметра В7-38.
8. Измерить амплитуду выходного сигнала генератора высокой частоты или низкой частоты (частота задается преподавателем) с помощью осциллографа ОСУ-20 и вольтметров В7-26 (В7-17) и В3-38.
9. Измерить амплитуду выходного сигнала импульсного генератора ИГ (частота и длительность задаются преподавателем) с помощью осциллографа ОСУ-20.
10. Измерить частоту синусоидального и импульсного сигналов, на которой производилось измерение амплитуды осциллографом, с помощью цифрового электронного частотомера GFC-8131H.
11. Измерить длительность импульсов, вырабатываемых импульсным генератором ИГ (частота и длительность задаются преподавателем), с помощью электронного осциллографа ОСУ-20.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

Подготовка лабораторного стенда к работе

Для подготовки приборов к работе включить тумблер «Сеть» на блоке стабилизатора лабораторного стенда (с правой стороны). Загорание лампочки сигнализирует о подаче стабилизированного напряжения 220 В на розетки стенда.

Подготовка осциллографа типа ОСУ-20 к работе

Для работы с осциллографом необходимо ознакомиться с назначением органов управления, данные о которых приводятся в приложении. Ниже представлено назначение осциллографа и его структурная схема.

1. Назначение.

Осциллограф – наиболее универсальный измерительный прибор и предназначен для наблюдения за различными по форме сигналами и проведения амплитудных и временных измерений.

2. Структурная схема.

Настроить электронные вольтметры В7-26 (В7-17) и В3-38.

1. Настройка вольтметра типа В7-26 (В7-17)

1. Назначение.

Вольтметр универсальный В7-26 (В7-17) предназначен для измерения постоянного, переменного синусоидального напряжения и сопротивления постоянному току в лабораторных и цеховых условиях. (Шкала прибора про- градуирована в действующих (эффективных) значениях синусоидального на- пряжения.

2. Структурная схема.

Где ВЧ пробник – детектор НЧ и ВЧ напряжения;

R₁ … R_n -– резистивный делитель напряжения;

УПТ – усилителя постоянного тока;

μА – измерительный прибор;

SW₁ – переключатель режима;

SW₂ – сдвоенный переключатель пределов измерений и блок подстро- ечных резисторов.

3. Работа.

Детектор выполнен по схеме пикового детектора с закрытым входом. При измерениях на низких частотах измеряемое напряжение подается через клеммы «U» и «*». В этом случае ВЧ пробник вставляется в гнездо «Гн. 1». Высокочастотное напряжение измеряется непосредственно через резистивный делитель, подается на УПТ. В результате деления измеряемого напряжения на вход УПТ поступает напряжение не более 1В.

УПТ выполнен по двухкаскадной дифференциальной схеме, в которой предусмотрены цепи установки нуля: Уст. «0» U, Ω. На выход УПТ через добавочные подстроечные резисторы подключается микроамперметр μА. В цепи подстроечных резисторов предусмотрена регулировка Уст. « ¥ » Ω. Управление вольтметром осуществляется с помощью двух переключателей: SW₁ позволяет выбрать необходимый предел измерения путем коммутации резистивного делителя (SW_2-1). Одновременно вторая группа переключателя SW_2-2 подключает к измерительному прибору соответствующий подстроечный резистор.

Измеряемый резистор R_x, подключенный к клеммам «R_x», подключенный к клеммам «r_x» и «*», оказывается включенным последовательно с образцовым резистором R, и источником опорного напряжения U_оп. Нуль ом- метра устанавливается при закороченных клеммах «r_x» и «*» (R_x=0), т.е. нуль омметра совпадает с нулем вольтметра. При разомкнутых клеммах «r_x» и «*» (R_x= ¥ ) стрелка измерительного прибора (μА) отклоняется на полную шкалу. Точная установка R_x= ¥ осуществляется потенциометром R_п.

4. Подготовка к работе.

Включить тумблер «Сеть». Переключатель пределов измерения установить в положение «0,3 В», переключатель рода работ — в положение “-U” или “+U”, клеммы “U” и “*” закоротить. После этого с помощью ручки “UW” установить стрелку на нулевую отметку шкалы “ ^~U”.

Перевести переключатель рода работ в положение “r_x” и проверить ну- левое положение стрелки при закороченных клеммах “r” и “*”, затем разомкнуть клеммы и установить стрелку в положение “¥” на шкале “W” с помощью ручки “ W ”.

• ¥<

Перевести переключатель пределов измерения в положение “1V”, переключатель рода работ — в положение “ U ” и установить стрелку на нуль шкалы “~1V” ручкой установки нуля “~V”. Перед установкой клеммы “U” и “*” должны быть закорочены, а высокочастотный пробник должен находиться в гнезде. После этого прибор готов к работе.

2. Настройка вольтметра типа В3-38

1. Назначение.

Милливольтметр В3-38 предназначен для измерения напряжения переменного тока от 0,1 мВ до 300В в диапазоне частот от 20 кГц до 5 МГц. Показания прибора пропорциональны среднему значению, а шкала проградуирована в эффективных значениях синусоидального напряжения.

2. Структурная схема.

Милливольтметр В3-38 состоит из входного делителя напряжения ДН, преобразователя импеданса с высоким входным сопротивлением аттенюатора, широкополосного усилителя ШУ и детектора Д со стрелочным индикатором µА, показанных на структурной схеме,

где ДН – делитель напряжения;

ПИ – преобразователь импеданса;

ШУ – широкополосный усилитель;

Д – детектор;

μА – измерительный прибор.

3. Работа.

Частотно-компенсированный входной делитель расположен между входом прибора и преобразователем импеданса. Коэффициент деления составляет 1:1000. Переключение плеч делителя осуществляется с помощью переключателя SW_1-1 при переходе с предела измерения 300 мВ на предел 1 В. При этом реальное входное сопротивление прибора изменяется с 8 до 5 МОм. Преобразователь импеданса ПИ, выполненный на лампово- транзисторной схеме, служит для получения требуемого входного импеданса вольтметра и одновременно является предварительным усилителем.

Аттенюатор предназначен для переключения пределов измерения милливольтметра. Он имеет 6 ступеней по 10 дБ. Аттенюатор выполнен на прецизионных высокочастотных резисторах R₁-R₆, коммутируемых переключателем SW_1-2. Широкополосный усилитель ШУ вместе с детектором Д охвачен глубокой отрицательной обратной связью, что обеспечивает линейность и стабильность частотной характеристики (на схеме на показано). Детектор выполнен на мостовой схеме двухполупериодного выпрямления, в диагональ которой включен стрелочный измерительный прибор µА.

Связи между каскадами в приборе осуществляются через разделительный конденсаторы С_р1, С_р2, С_р3.

4. Подготовка к работе.

Настройка данного вольтметра заключается в проверке механического нуля прибора (в выключенном состоянии). Если в этом есть необходимость, то с помощью механического корректора, расположенного в центре передней панели, вывести стрелку прибора на нуль.

Проверка функционирования генераторов синусоидальных колебаний высокой и низкой частоты

1. Проверка низкочастотного генератора GAG-810

Для работы с генератором необходимо ознакомиться с назначением ор- ганов управления, данные о которых приводятся в приложении.

1. Назначение.

Генератор GAG-810 представляет собой источник синусоидальных электрических колебаний звуковых и ультразвуковых частот. Генератор предназначен для регулировки и испытаний низкочастотных и ультразвуко- вых каскадов радиоаппаратуры в лабораторных и производственных услови- ях.

2. Структурная схема.

3. Работа.

Синусоидально- волновой сигнал, генерируемый контуром генератора колебаний мостового Вина, подается через селекторный переключатель WAVE FORM (форма волны), установленный в положение «~», на регулятор AMPLITUDE (амплитуда), с помощью которого он регулируется до любого требуемого напряжения.

Если переключатель WAVE FORM находится в нажатом состоянии, синусоидально-волновой сигнал переформируется в прямоугольную волну, и напряжение также регулируется с помощью AMPLITUDE.

Отрегулированное таким образом сигнальное напряжение прилагается

к выходной цепи, где его полное сопротивление соответствующим образом конвертируется, и затем подается через выходной аттенюатор на выходной разъем. Аттенюатор обеспечивает выбираемую аттенюацию от 0 дБ до -50 дБ с шагами по 10 дБ при полном выходном сопротивлении 600 Ом.

Контур генератора колебаний мостового Вина состоит из резистивных, емкостных элементов и контура усилителя, который может переключаться в 5 диапазонах с помощью переключателя FREQ. RANGE (Hz), и переменного конденсатора, управляемого шкалой FREQUENCY (Hz).

Усилительный контур генератора состоит из составного дифференциального усилителя и выходного каскада. Входной контур — это контур с высоким полным входным сопротивлением с ПТ, а усилительный каскад — широкополосный контур с высоким усилением с транзисторами PNP с высокой граничной частотой. Выходной каскад представляет собой контур с использованием дополнительных транзисторов.

Выходное напряжение подается обратно с положительной полярностью через резистивные и емкостные элементы для формирования генерирующего контура, а также с отрицательной полярностью через выпрямитель и контур фильтра, и переменное сопротивление в ПТ для стабилизации амплитуды.

Контур формирования прямоугольной волны – это контур с триггером Шмитта, в котором синусоидально- волновой сигнал из генерирующего кон- тура формируется в прямоугольную волну. Он обеспечивает достаточные характеристики нарастания и спада.

Выходной контур – это усилитель с обратной связью. Он состоит из дифференциального усилителя, формирователя и контура, состоящего из транзисторов. Он конвертирует полное сопротивление сигнала с регулятора AMPLITUDE (амплитуда), усиливает сигнал и подает его на выходной аттенюатор с низким полным сопротивлением в диапазоне от постоянного тока до 1 МГц.

Контур источника питания обеспечивает питание 100/120/220-230 В переменного напряжения и подает ±24 В пост. тока, стабилизированные сглаживающими конденсаторами высокой емкости и двумя стабилизаторами напряжения.

2. Высокочастотный генератор GRG-450В

Для работы с генератором необходимо ознакомиться с назначением органов управления, данные о которых приводятся в приложении

1. Назначение.

Генератор GRG-450В представляет собой источник синусоидальных электрических колебаний высоких частот. Предназначен для настройки, регулировки и контроля аппаратуры радиовещательного диапазона. Прибор обеспечивает снятие частотных и амплитудных характеристик радиоэлектронных устройств и определение их чувствительности.

2. Структурная схема прибора.

3. Работа.

Высокочастотный сигнал с задающего генератора 3Г поступает на два широкополосных усилителя Ус. Ш. Первый Ус. Ш1 обеспечивает получение вспомогательного сигнала в один воль («Выход 1V»). Второй Ус. Ш2 усиливает модулированный сигнал с амплитудного модулятора М. Выходное напряжение с Ус. Ш2 через аттенюатор Атт. ВЧ подается на основной выход генератора («Выход μV»).

Дифференциальный усилитель постоянного тока УПТ, детектор регулятора опорного напряжения РОН и модулятор М выполняют функцию автоматической регулировки выходного напряжения. На два дифференциальных входа, УПТ поступают сигналы: детектированный сигнал с Ус. Ш2 и с РОН. Усиленная УПТ разность между напряжениями: опорным и с детектора Д1 изменяет сигнал на выходе Ус. Ш2 так, что уровень выходного напряжения, усилителя становится пропорциональным уровню опорного напряжения. Поэтому с помощью РОН производят плавную установку Uвых . Амплитудная модуляция осуществляется от внутреннего генератора звуковой частоты ГЗЧ ( F =1000 Гц) в положении «1» переключателя SW1 или от внешнего источника модулирующего напряжения ВМ (положение «2» переключателя SW1). Напряжение от ГЗЧ поступает на регулятор напряжения РН.

Регулирование и отсчет значения М в % производятся двумя ступенями: сначала устанавливается определенное опорное напряжение с помощью детектора Д2 по индикатору V (положение «К» переключателя SW2), затем делится в требуемом отношении аттенюатором Атт. НЧ. Переключателем SW2, кроме того, осуществляется контроль выхода (положение «КВ») и контроль питания (положение «КП») блока питания БП.

4. Подготовка к работе.

1. вкkючить тумблер Power (сеть).
2. тумблер режима модуляции поставить в положение INT(OUTPUT).
3. включить один из поддиапозонов (A, B…F) частоты.
4. ручку регулировки уровня сигнала PF LEVEL поставить в среднее положение.
5. к выходу генератора PF (OUTPUT) подключить вольтметр или осциллограф и проверить наличие сигнала на его выходе.

Работа с высокочастотным генератором заключается в установке частоты, уровня выходного сигнала и глубину модуляции. Для установки глубины модуляции тумблер на блоке модулятора установить в положение EXT (INPUT).

Требуемое значение частоты устанавливается включением одного из поддиапозонов (A…F) и ручкой плавного изменения частоты.

Установка выходного напряжения производится плавной регулировкой ручкой RF LEVEL.

Для установки глубины модуляции необходимо переключить тумблер режима модуляции в положение “EXT.” и с помощью потенциометра уровня модуляции Modulation LEVEL установить по осциллографу глубину модуляции.

Подготовка к работе цифрового вольтметра B7-38

1. Назначение.

Вольтметр универсальный цифровой В7-38 предназначен для измере- ния основных электрических величин: напряжения постоянного и перемен- ного тока, сопротивления и силы тока.

2. Структурная схема.

3. Работа.

Принцип действия прибора основан на преобразовании измеряемой величины в пропорциональный ей интервал времени с последующим преобразованием этого интервала в дискретную форму и в цифровой код.

Измеряемые величины посредством делителя напряжения и соответствующих преобразователей трансформируются в нормированное постоянное аналоговое напряжение.

АЦП осуществляет основную функцию преобразования нормированного аналогового напряжения в цифровой код.

Преобразование напряжения во временной интервал осуществляется методом двухтактного интегрирования.

Преобразователь

U~  U—   представляет собой линейный преобразователь средневыпрямленных значений, проградуированный в эффективных значениях.

Принцип действия преобразователя R U— основан на пропускании известного стабильного тока через измеряемое сопротивление.

Преобразование I U осуществляется путем выделения падения сопротивления шунта.

4. Подготовка к работе.

1. переключатели   рода работы U_U~ , кW установить в соответствующее положение U— , U~ , кW;
2. подключить кабель к входным;

• после выполнения указанных операций, установив нужный предел, можно подавать на вход вольтметра измеряемый параметр.

Подготовка к работе цифрового электронного частотомера типа GFC-8131H

Для работы с частотомером необходимо ознакомиться с назначением органов управления, данные о которых приводятся в приложении

1. Назначение.

Частотомер предназначен для измерения частоты и периода непрерывных электрических сигналов с частотой до 1,3 ГГц. Прибор имеет высокую разрешающую способность и чувствительность.

2. Работа.

Частотомер может использоваться для измерения частоты и периода сигнала. Он имеет два канала – канал А и канал В. Канал А предназначен для измерения частоты и периода сигнала лежащего в диапазоне от 0,01 до 120 МГц. Канал В предназначен только для измерения частоты сигнала лежащего в диапазоне от 50 МГц до 1,3 ГГц. Выбор соответствующего режима измерения выбирается нажатием соответствующей кнопки. Например, если нажата кнопка FREQ A, то происходит измерение частоты сигнала по каналу А, а если нажата кнопка FREQ В – измерение частоты сигнала по каналу В.

Частотомер позволяет регулировать время счета и пороговый уровень. а) Регулировка времени счета:

Данный прибор позволяет настраивать время счета на любое в диапазоне от 60 мс до 10 с на один период входного сигнала, в зависимости от того, какое время больше. Настройка времени счета определяется разрядностью индикации результата измерения. Для уменьшения времени счета поверните регулятор GATE TIME против часовой стрелки. Для увеличения – по часовой

стрелки. Индикатор над регулятором показывает, что прибор выполняет измерение. При нормальном функционировании он мигает со скоростью, зависящей от установленного времени счета.

б) Регулировка порогового уровня:

Данный прибор начинает свои измерения только при пересечении уровня входного сигнала и пороговых уровней частотомера. Если данные уровни не пересекаются, то частотомер не производит измерение. Регулировка порогового уровня осуществляется регулятором TRIG LEVEL.

3. Подготовка к работе.

Подготовка частотомера к работе заключается в проверке загорания индикатора «Сеть» при включении в сеть и выборе необходимого канала для измерения сигнала.

Определение диапазона регулирования источника напряжения 0…+2 В блока питания

1. Для определения диапазона регулирования источника напряжения, необходимо с помощью макета к лабораторной работе № 2 собрать схему согласно рисунку. Вместо В7-26 можно использовать В7-17.

2. Перевести тумблер переключения диапазонов в положение 0…+2 В.
3. Включить тумблер сеть лабораторного стенда, а затем блока питания.
4. Установить ручку регулировки напряжения 0…+2 В в крайне левое положение. Зафиксировать показания всех вольтметров: ЭВПН, В7-26 (В7- 17) и В7-38. Установить ручку регулировки в крайнее правое положение и снова зафиксировать показания всех вольтметров. Результаты измерений свести в соответствующую таблицу.
5. Выключить тумблер сеть лабораторного стенда.

Измерение амплитуды выходного сигнала генераторов высокой и низкой частоты

1. Собрать схему на макете к лабораторно работе № 2 согласно рисунку. Вместо В7-17 можно использовать В7-26.

2. Включить тумблер сеть лабораторного стенда, а затем подключаемых приборов.
3. Вращая на соответствующем генераторе ручку амплитуды, установить на выходе генератора НЧ (или ВЧ) напряжение 0,5 В (частота задается преподавателем). После чего произвести отсчет с каждого прибора.

Примечание 1. Вычисление амплитуды синусоидального сигнала при измерении с помощью осциллографа производить по формуле:

Uосц = A × n 2 .

где n – число клеток по вертикали, занимаемых изображением;

A – цена деления, определяемая по положению переключателя “VOLTS/DIV”.

Примечание 2. Шкалы вольтметров В3-38 и В7-26 (В7-17) проградуи- рованы в действующих (эффективных) значениях синусоидального напряже- ния.

Вычисление действующего значения по формуле U = Um                .

Измерение амплитуды выходного сигнала импульсного генератора ИГ лабораторного стенда или низкочастотного генератора в режиме генерации импульсов

1. Собрать схему на макете к лабораторной работе № 2 согласно рисунку. Вместо ИГ лаб. стенда можно использовать генератор GAG-810 в режиме генерации импульсов.

2. После 2-минутного прогрева приборов, повернув ручку регулировки амплитуды соответствующего импульсного генератора на одну треть от крайнего левого положения, настроить осциллограф для получения устойчивого изображения импульсов и произвести отсчет амплитуды (частота и длительность импульсов задаются преподавателем).

Измерение частоты синусоидального и импульсного сигнала генератора высокой или низкой частоты

1. Собрать схему на макете к лабораторной работе № 2 согласно рисунку.

• Включить тумблер сеть лабораторного стенда, а затем подключаемых приборов.
  • Добиться на экране осциллографа устойчивого изображения 5¸10

K

периодов исследуемого сигнала. Значение частоты вычислить по формуле:

Fосц

= n × B ,

где K – число периодов синусоидального сигнала на экране;

n – число клеток масштабной сетки, занимаемых K периодами;

B – цена деления одной клетки, определяемая по положению переключателя “TIME/DIV”.

• Примечание. Выход генератора соединяется с гнездом частотомера “Вход А”.
  • Установить регулировки частотомера в следующие положения:

а) на блоке кнопок FUNCTION нажать кнопку «FREQ A» (обеспечивается работа частотомера в режиме измерения частоты по каналу «А»);

б) плавно вращая ручку «TRIG LEVEL», добиться срабатывания частотомера, о чем свидетельствует появление цифр на индикаторе и постоянного свечения соответствующего индикатора. Если от измерения к измерению результаты отличаются лишь последней значащей цифрой, то уровень запуска установлен верно.

в) плавно вращая ручку «GATE TIME», установить удобное время счета и точность измерения (число значащих цифр после запятой). Время счета одного измерения определяется скоростью мигания соответствующего индикатора.

Произвести измерения, учитывая положение запятой и подсвечивающееся обозначение в поле рядом с дисплеем.

• Записать показания всех приборов.
  • Заменив генератор синусоидальных колебаний в схеме на импульсный генератор, произвести измерение частоты импульсов.

ку.

Измерение длительности импульсов (по указанию преподавтеля)

1. Собрать схему на макете к лабораторной работе № 2 согласно рисун-

2. Включить тумблер сеть лабораторного стенда, а затем подключаемых приборов.
3. Добиться на экране осциллографа устойчивого исследуемого сигнала. Значение длительности вычислить по формуле:

T = 1 ,

F

где F – значение частоты, полученное в предыдущем пункте.

• Примечание. Выход генератора соединяется с гнездом частотомера “Вход А”.
• Установить регулировки частотомера в следующие положения:

а) на блоке кнопок FUNCTION нажать кнопку «PRID A» (обеспечива- ется работа частотомера в режиме измерения длительности по каналу «А»);

б) плавно вращая ручку «TRIG LEVEL», добиться срабатывания частотомера, о чем свидетельствует появление цифр на индикаторе и постоянного свечения соответствующего индикатора. Если от измерения к измерению результаты отличаются лишь последней значащей цифрой, то уровень запуска установлен верно.

в) плавно вращая ручку «GATE TIME», установить удобное время счета и точность измерения (число значащих цифр после запятой). Время счета одного измерения определяется скоростью мигания соответствующего индикатора.

Произвести измерения, учитывая положение запятой и подсвечивающееся обозначение в поле рядом с дисплеем.

• Записать показания всех приборов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как подготовить к работе электронный осциллограф?
2. Получить изображение синусоидального сигнала от генератора низкой (высокой) частоты.
3. Как подготовить к работе универсальный электронный вольтметр типа В7-26 (В7-17)? Почему этот вольтметр называют универсальным?
4. Какие приборы комплекта позволяют измерять амплитуду синусоидальных напряжений? С помощью чего можно измерить амплитуду импульсов?
5. Как подготовить осциллограф для работы в режиме внешней синхронизации?
6. Как измерить амплитуду сигнала с помощью осциллографа?
7. Установить на выходе ВЧ генератора напряжение 5,3 мВ с 50 %-й модуляцией.
8. Получить  на   экране   осциллографа   изображение   амплитудно- модулированного колебания.
9. Получить на экране осциллографа изображение двух периодов импульсного сигнала в режиме внутренней или внешней синхронизации.
10. Как измерить частоту электрического сигнала с помощью цифрового частотомера?
11. Как измерить период электрического сигнала с помощью цифрового частотомера?
12. Какие операции необходимо произвести при измерении длительности импульсов цифровым частотомером?

«1» Как установить частоту сигнала на выходе низкочастотного генератора типа GAG-810?

«2» Как измерить сопротивление с помощью электронного вольтметра?

«3» Как измерить длительность сигнала с помощью осциллографа?

«4» Как и какие параметры электрического сигнала можно измерить с помощью цифрового частотомера?

«5» Как и какие параметры электрического сигнала можно измерить с помощью осциллографа?

«6» Как и какие параметры электрического сигнала можно измерить с помощью электронного вольтметра типа В7-26 (В7-17)?