Измерение разности фаз

 Работа с генератором, осциллографом.

Измерения разности фаз между двумя напряжениями провести с осциллографическим методом. Построить графики зависимости разности фаз от частоты.

3.4.1. Собрать схему (рис. 1).

3.4.2. Измерить сдвиг фаз между напряжениями U ₁ и U ₂ на частотах 1, 2, 5, 10, 100 кГц при помощи осциллографа и фазометром.

 

 

	Рис. 1. Схема измерения разности фаз между входным напряжением и напряжением на сопротивлении

 

 

Измерение модуля реактивного сопротивления

Измерение сопротивления емкости на разных частотах косвенным методом.

При измерениях на емкость подается напряжение с заданными параметрами, измеряется ток, протекающий через емкость. Модуль сопротивления вычисляется как отношение напряжения к току:

3.5.1. Собрать схему (рис. 2). Установить амплитуду сигнала близкой к максимальной, измерить ее при помощи вольтметра.

 

 

 

Рис. 2. Измерение модуля сопротивления емкости

 

3.5.2. Измерить ток через емкость на 6 – 8 частотах в диапазоне от 1 до 100 КГц

3.5.3. Рассчитать модуль сопротивления емкости, построить график зависимости модуля сопротивления от частоты.

Требования к содержанию отчета

Отчёт должен содержать:

1) цель работы;

2) схемы измерений;

3) таблицы результатов измерений и графики по каждому пункту задания;

4) выводы.

 

5. Контрольные вопросы

1. Объясните назначение органов управления вольтметра В7-77.

2. Опишите порядок подготовки прибора И7-77 к измерению переменного напряжения.

3. Объясните назначение органов управления генератора GFG-8219A. 

4. Объясните методику определения амплитуды и длительности импульса с помощью осциллографа OS-5020.

5. Объясните методику определения частоты гармонического сигнала с помощью осциллографа.

6. Объясните методику измерения сдвига фаз с помощью осциллографа.

7. Опишите порядок подготовки к работе осциллографа OS-5020.

8. Объясните методику измерения разности фаз.

9. Объясните методику измерения модуля реактивного сопротивления при помощи вольтметра и амперметра.

10. Изложите основные правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ.

Приложение 1

ОПИСАНИЕ ПРИБОРОВ

 

Генератор сигналов низкочастотный GFG – 8219A  

 

Общая характеристика

Генератор GFG – 8219A  представляет собой функциональный генератор сигналов специальной формы из серии 8215 – 8255. Приборы этой серии генерируют стабильные сигналы с низким уровнем искажений в диапазоне частот до 5 МГц.

Генератор GFG – 8219А обладает следующими функциями: логарифмическое и линейное качание частоты с цифровой индикацией частоты; амплитудная или частотная модуляция выходного сигнала с управлением от внутреннего либо внешнего источника; встроенный частотомер с возможностью измерения внешних сигналов частотой до 150 МГц. К дополнительным возможностям прибора можно отнести: управление временем качания и полосой частот, как в линейном, так и логарифмическом режиме; а также управление скважностью выходного сигнала с возможностью его инверсии.

Внешний вид генератора представлен на двух рисунках: рис. 10 (передняя панель) и рис. 11 (задняя панель). На передней панели генератора располагаются органы управления и индикации и BNC разъем главного выхода поз. 22. На задней панели располагаются BNC разъемы: дополнительного выхода (CMOS/TTL output) поз. 20, входа управления частотой и модуляцией (voltage control frequency/modulation - VCF/MOD) поз. 21, внешнего входа частотомера (EXT Counter) поз. 19 и синхровыхода (generation control voltage - GCV) поз. 23.

Генератор предполагается использовать во всех работах, где требуется источник переменного сигнала с устанавливаемой формой, амплитудой и частотой, в работах по исследованию прохождения амплитудно-модулированного сигнала, а также в работах, где требуется генератор качающейся частоты.

Для двух последних применений потребуются дополнительные подключения: вход управления частотой и модуляцией - VCF/MOD и синхровыход - GCV, расположенные на задней панели прибора. Предлагается эти подключения выполнить посредством двух кабелей, один конец которых с BNC – разъемом подключается к генератору, а второй конец - непосредственно запаян к плате стенда «Микшер сигналов для ГКЧ» (Панель активных приборов).

 

		Рис.П1 Внешний вид генератора GFG – 8219A

2. Назначение ручек управления, индикаторов, разъемов

 

1 – Включатель питания	для работы прибора подключите шнур питания и нажмите кнопку
2 – Индикатор времени стробирования	После включения индикатор начинает мигать (время стробирования счетчика составляет – 0.01 сек)
2а – переключатель времени стробирования	Нажимая эту кнопку в режиме внешнего частотомера можно циклически изменять время стробирования в порядке: 0.01сек, 0.1сек, 1сек, 10сек.
3 – индикатор перегрузки	В режиме внешнего частотомера индицирует, что измеряемая частота больше чем выбранный диапазон
4 – индикация частоты	На 3” дисплее зеленого свечения индицирует: частоту внешнего сигнала на 6-ти разрядах и частоту внутреннего сигнала на 5-ти разрядах.
5 – индикация единицы измерения частоты	Отображает текущую единицу измерения частоты: Hz, m, kHz, MHz
6 – индикация времени строба	Отображает текущее время стробирования счетчика (используется только в режиме внешнего счета)
7 – переключатель частотного диапазона	Нажмите соответствующую кнопку переключателя, для требуемого частотного диапазона: 0,3-3Гц, 3-30Гц, 30-300Гц, 300-3кГц, 3-30кГц, 30-300кГц, 300-3000кГц
8 – переключатель вида выходного сигнала	Нажмите одну из трех кнопок для выбора требуемого вида выходного сигнала
9 – регулятор асимметрии выходного сигнала	Вытяните и вращайте ручку для установки нужного коэффициента асимметрии выходного сигнала
10 – TTL/CMOS переключатель	При нажатой ручке на выходе TTL/CMOS поз.20 будет генерироваться TTL совместимый сигнал, если вытянуть и вращать ручку, можно устанавливать амплитуду CMOS совместимого сигнала в диапазоне 5 – 15 В.
11 – регулятор сдвига постоянного уровня	Вытяните ручку для регулировки смещения постоянного уровня выходного сигнала: вращайте по часовой стрелке для установки положительного сдвига и в обратную сторону для установки отрицательного сдвига.
12 – установка амплитуды выходного сигнала с функцией аттенюатора	Вращайте по часовой стрелке ручку для увеличения амплитуды выходного сигнала до максимума и, в обратную сторону для ослабления до -20 dB, вытянув ручку, можно добиться дополнительного ослабления в -20 dB.
12а -
13 – переключатель РУЧН/КАЧАНИЕ, совмещенный с установкой частоты	Нажмите и вращайте ручку по часовой стрелке для увеличения и, в обратную сторону – для уменьшения частоты (сохраняйте указатель в пределах диапазона масштаба на панели). Вытяните ручку для старта режима качания: верхняя частота диапазона качания определяется позицией ручки.
14 – переключатель LIN/LOG, совмещенный с установкой времени качания	Вращайте ручку по часовой стрелке для увеличения и, в обратную сторону, для уменьшения временного интервала качания. Линейный режим качания частоты устанавливается при нажатой ручке, логарифмический режим – при вытянутой ручке.
15 – переключатель ВКЛ/ВЫКЛ модуляции выхода	При вытянутой ручке выходной сигнал может быть модулирован: либо внутренним синус сигналом 400 Гц, либо внешним, поданным на разъем CVF/MOD, поз 21
16 – управление глубиной модуляции и диапазоном качания, совещенное с переключателем вида модуляции	Ширина (диапазон) качания может быть от 0 до 1000 раз. Для установки этого параметра, так же как и глубины модуляции, вращайте ручку по часовой стрелке, для увеличения, и, в обратную сторону – для уменьшения. Нажатая ручка задает AM модуляцию, вытянутая – FM модуляцию.
17 – переключатель ВНУТР/ВНЕШН модуляция	При нажатии на кнопку загорается индикатор и выбирается режим модуляции -ВНЕШ, при последующем нажатии индикатор гаснет и выбирается режим ВНУТР.
18 – переключатель ВНУТР/ВНЕШН частотомер	Переключатель на задней панели выбирает режим частотомера – внутренней частоты, либо внешней поступающей на BNC разъем, поз.19
19 – BNC разъем для внешнего сигнала	Подключается цепь для измерения частоты внешнего сигнала
20 – BNC разъем TTL/CMOS	Выход сигнала, совместимого с уровнями TTL/CMOS
21 – BNC разъем VCF/MOD	Вход для подключения управляющего напряжения, либо частотой (VCF), либо амплитудой (MOD) выходного сигнала.
22 – BNC разъем основного выхода генератора	Основной выход сигнала генератора (нагрузка 50 Ом)
23 – BNC разъем GCV	Выход постоянного напряжения, пропорционального изменению частоты (синхровыход)
24 – переключатель напряжения силовой сети	Выбор напряжения питающей сети 115В, 230В

3. Характеристики генератора GFG-8219

 

Основной выход
Диапазон частот	0.3Hz to 3 MHz (7 поддиапазонов)
Амплитуда	>10Vp-p (на 50 Ом нагрузку)
Импеданс	50 ohm+10%
Аттенюатор	-20dB+1dB x 2
Постоянное смещение	<-5V ~ >5V(на 50 Ом нагрузку)
Управление асимметрией	80% : 20% : 80% to 1MHz (плавная регулировка)
Дисплей	6 разрядный LED
Синусоидальный сигнал
Искажение сигнала	<1% 0.3Hz ~ 200kHz, THD<35dB below fundamental in all ranges (Specification applied from MAX. to 1/10 level)
Равномерность АЧХ	<0.3dB, 0.3Hz ~ 300kHz, <0.5dB, 100kHz ~ 3MHz
Прямоугольный сигнал
Симметричность	+2%, 0.3Hz ~ 100kHz
Фронт / спад сигнала	< 50ns at maximum output (на 50 Ом нагрузку)
Треугольный сигнал
Линейность	>98% 0.3Hz ~ 100kHz, >95% 100kHz ~ 3MHz
CMOS выход
Фронт / спад сигнала	<120nS
Уровень сигнала	4Vpp+1Vpp ~ 14.5Vpp+0.5Vpp (регулируемый)
TTL выход
Фронт / спад сигнала	<25nS
Нагрузочная способность	20 TTL load
Уровень сигнала	>3Vpp (регулируемый)
Вход управления частотой VCF
Входное напряжение	0V~10V ± 1V(100 : 1)
Входной импеданс	10k ohm ±10%
Синхровыход GCV
Выходное напряжение	В диапазоне 0V ~ 2V в соответствии с частотой
Качание частоты
Авто / Ручное	Переключатель
Диапазон	100 : 1 ratio max. (регулируемое)
Время развертки	0.5sec. ~ 30sec. (регулируемое)
Режим ЛИН / ЛОГ	Переключатель
Амплитудная модуляция
Глубина модуляции	0 - 100%
Частота модуляции	400Hz (Внутренняя), DC ~ 1MHz(внешняя)
Частотный диапазон несущей	100Hz ~ 3MHz (на уровне -3dB)
Чувствительность внешняя	<10Vpp для 100% модуляции
Частотная модуляция
Девиация	0 ~ + 5%
Частота модуляции	400Hz(внутренняя),Dc ~ 20kHz(внешняя)
Внешняя чувствительность	<10Vpp для 10% модуляции
Частотомер
Внутренний/внешний	Переключатель
Диапазон	0.3Hz ~ 3MHz (5Hz ~ 150MHz Внешний вход)
Точность	Time base accuracy ±1 младший разряд
Time Base	±10PPM (23°C±5°C) после 30 минут прогрева
Разрешение	Максимальное разрешение - 10nHz для 1Hz и 100 nHz для 100MHz
Входной импеданс	1MOhm/150pF
Чувствительность	<35mVrms (5Hz ~ 100MHz), < 45mVrms (100MHz ~ 150MHz)
Питание от сети	AC 115V, 230V, ±15%, 50/60Hz
Аксессуары	GTL-101 (кабель с зажимами «крокодил» и BNC разъемом) Инструкция по эксплуатации
Размеры	9.8" (W) x 3.5" (H) x 11.3" (D)
Вес	Примерно 2,2 кг
Гарантия	2 года

 

 

Осциллограф OS -5020

 

Общая характеристика

Осциллограф OS-5020 является осциллографом с полосой пропускания от 0 до 20МГц и индикацией сигналов 2 каналов. Осциллограф предназначен для широкого круга применений, таких как производство, сервис, научные исследования и учеба.

Его особенности:

- функция суммирования ADD позволяет измерять сумму двух сигналов;

- осциллограф имеет режим работы X-Y, регулируемый уровень синхронизации, и схему разделения ТВ сигнала для независимой синхронизации по строкам и по кадрам для наблюдения композитных видеосигналов.

Осциллограф OS-5020C дополнительно снабжен схемой проверки радиоэлементов для определения их исправности.

 

2. Технические данные

 

ПАРАМЕТР	СПЕЦИФИКАЦИЯ
* ЭЛТ 1) внешний вид	6-дюймовый прямоугольный экран с внутренней градуировкой, 8х10 делений для измерения времени фронта импульса. Центральная ось дополнительно разбита на 2мм разметку.
2)ускоряющий потенциал	+ 1,9 кВ (относительно катода)
3) фосфорное покрытие	P31 (стандарт)
4) фокусировка	регулируемая
5) поворот луча	обеспечивается
6) регулировка яркости луча	есть
* вход Z (модуляция яркости)
1) входной сигнал	сигнал положительной полярности увеличивает интенсивность луча, заметная модуляция яркости наступает при амплитуде + 5 В пик-пик
2) полоса пропускания	0 – 2 МГц (-3 дБ)
3) вход	открытый (DC)
4) входной импеданс	20 КОм - 30 КОм
5) макс. входное напряжение	30 В (пост. + перем.)
* вертикальное отклонение
1)полоса пропускания (- 3дБ) открытый вход (DC)	0 – 20 МГц, нормальный режим 0 – 10 МГц, режим усиления (только для канала 1)
закрытый вход (AC)	0 – 20 МГц, нормальный режим 0 – 10 МГц, режим усиления (только для канала 1)
2) режимы	CH1, CH2, ADD, DUAL (CHOP: 0.2сек – 1мсек, ALT: 0,5мсек – 0,2мксек)
3) чувствительность	5мВ/дел – 20В/дел, 12 режимов, шаг 1-2-5. Плавная регулировка 1:2,5 усилитель х5 (х5 MAG): 1мВ/дел – 1В/дел, 10 режимов (только для CH1)
4) точность	нормальный режим: ±3%, режим усиления (х5 MAG): ±5%
5) входной импеданс	приблизительно 1МОм 30пФ
6) макс. входное напряжение	напрямую: 400В (постоянного + переменного амплит.), с пробником: см. спецификацию пробника.
7) режимы входа	DC (открытый вход) – GND (земля) – AC (закрытый вход)
8) длительность фронта	≤17,5нсек (х5 MAG: ≤35нсек)
9) выход сигнала CH1:	25мВ/дел. ±20%, импеданс 50Ом, полоса пропускан. 20Гц - 10МГц (-3дБ)

 

	Рис. П2. Внешний вид передней панели осциллографа OS-5020

 

Рис. П3. Внешний вид задней панели осциллографа OS-5020

 
 3. Назначение ручек управления, индикаторов, разъемов

 

2-1-1. Блок дисплея и включения прибора

(16) выключатель питания	служит для включения / выключения прибора
(16-1) лампочка "питание"	загорается при включении прибора
(2) регулировка интенсивности	служит для регулировки яркости луча дисплея, при вращении по часовой стрелке яркость возрастает
(1) регулировка фокуса	служит для получения максимальной резкости луча
(29) регулировка "вращение"	позволяет с помощью отвертки выставить луч параллельно горизонтальной градуировочной линии дисплея.
(33) переключатель напряжен.	позволяет работать при различных питающих напряжениях
(34) разъем шнура питания	позволяет заменять шнур питания

 

2-1-2. Блок усилителя по вертикали

(24) разъем CH1 или вход X	для подачи входного сигнала на усилитель канала 1, или, в режиме X-Y для подачи входного сигнала на усилитель горизонтальной развертки
(22) разъем CH2 или вход Y	для подачи входного сигнала на усилитель канала 2, или, в режиме X-Y для подачи входного сигнала на усилитель вертикальной развертки
(25) переключатель AC/GND/DC канала 1	для выбора режима подачи сигнала канала 1 на усилитель вертикального отклонения. Положение AC подключает конденсатор между входом канала и входом усилителя, тем самым, отсекая постоянную составляющую сигнала. Положение GND заземляет вход усилителя. Положение DC подключает вход усилителя к сигналу напрямую, тем самым весь сигнал поступает на усилитель.
(21) переключатель AC/GND/DC канала 2	для выбора режима подачи сигнала канала 2 на усилитель вертикального отклонения.
(26) переключатель VOLTS/DIV канала 1	для выбора коэффициента усиления по вертикали канала 1, шаг 1:2:5
(23) переключатель VOLTS/DIV канала 2	для выбора коэффициента усиления по вертикали канала 2, шаг 1:2:5
(27)(20) регулировка VARIABLE	для плавного изменения коэффициента усиления в пределах одного шага VOLTS/DIV. Измерения напряжения по дисплею при этом делать некорректно. Измерения можно проводить только при крайнем положении рукоятки VARIABLE по часовой стрелке (до щелчка).
(3) переключатель Х5 MAG	для увеличения коэффициента усиления вертикального усилителя в 5 раз. При этом максимальная чувствительность составляет 1мВ/деление
(4) регулировка CH1 POSITION	позиционирование положения луча канала 1 по вертикали
(7) регулировка CH2 POSITION	позиционирование положения луча канала 2 по вертикали
(6) переключатель CH2 INV	при переключении полярность сигнала канала 2 инвертируется.
(5) переключатель V MODE	для выбора режима индикации вертикального усилителя
CH1	на дисплее высвечивается только канал 1
CH2	на дисплее высвечивается только канал 2
DUAL	на дисплее высвечивается оба канала одновременно
ADD	на дисплее высвечивается алгебраическая сумма сигналов 1го и 2го каналов.
(30) разъем CH1 OUTPUT	выход сигнала канала 1 для подачи его на частотомер и т.п.

 

2-1-3. Блок развертки и синхронизации

(15) переключатель TIME/DIV	для выбора калиброванной скорости развертки или для работы в режиме X-Y.
(12) ручка VARIABLE	для плавной регулировки скорости развертки в пределах одного шага переключателя TIME/DIV. Скорость развертки соответствует показаниям переключателя TIME/DIV только при положении ручки VARIABLE в крайнем положении по часовой стрелке, до щелчка.
(11) переключатель X10MAG	для растяжки изображения по горизонтали в 10 раз (увеличения эффективной скорости развертки в 10 раз).
(10) ручка POSITION блока HORISONTAL	для выставления горизонтального положения лучей на ЭЛТ. Вращение по часовой стрелке сдвигает лучи вправо.
(14)   переключатель режима синхронизации	для выбора режима синхронизации развертки
AUTO	в этом режиме при отсутствии сигнала синхронизации луч свободно разворачивается на экране. При появлении сигнала синхронизации частотой свыше 25Гц развертка автоматически переключается на синхронизируемую по сигналу, при условии, что регулировки синхронизации настроены правильно.
NORM	в этом режиме луч разворачивается только при появлении сигнала синхронизации, при условии, что регулировки синхронизации настроены правильно. Режим используется при частоте сигналов свыше 25Гц.
TV-V	для наблюдения видеосигналов с кадровой частотой
TV-H	для наблюдения видеосигналов с частотой строчной развертки
переключатель источника синхронизации	для выбора оптимального источника синхронизации
VERT	источником синхронизации становятся сигналы каналов CH1 и CH2. Если переключатель (5) V MODE находится в режиме DUAL, то сигналы разворачиваются на экране попеременно на всех диапазонах TIME/DIV.
CH1	выбирает источником синхронизации сигнал на входе 1го канала
LINE	в этом режиме развертка синхронизируется с питающим напряжением переменного тока. Это позволяет наблюдать сигналы, связанные с питающим напряжением, даже если они малы по сравнению с другими компонентами входного сигнала.
EXT	выбирает источником синхронизации сигнал на входе EXT TRIG IN.
NORM	режим выбирается поворотом ручки в крайнее положение против часовой стрелки. Служит для наблюдения за простыми сигналами.
(9) ручка TRIGGER LEVEL блока синхронизации	для выбора амплитуды сигнала синхронизации, при которой запускается развертка. При повороте по часовой стрелке точка срабатывания сдвигается в сторону положительных значений. При повороте против часовой стрелки точка срабатывания сдвигается в сторону отрицательных значений.
(8) переключатель SLOPE (полярности синхросигнала) на ручке TRIGGER LEVEL	для выбора синхронизации по положительному или отрицательному фронту сигнала. При вытянутой ручке синхронизация идет по положительному фронту. При утопленной – по отрицательному фронту.
(19) разъем EXT TRIG IN	для подачи внешних сигналов синхронизации.