III. Программа работы

МИНИСТРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

" ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра теоретических основ радиотехники

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«Измерение параметров колебаний электронно-лучевым и
цифровым осциллографами»

Работу выполнил:

студент ____________________ (группа _________) ________ _______

(Ф.И.О.) (№ группы) (Подпись) (Дата)

Достоверность экспериментальных данных проверил:

сотрудник кафедры ______________ ____________ _______

(Ф.И.О.) (Подпись) (Дата)

Работу принял: преподаватель ______________ ____________ _______

(Ф.И.О.) (Подпись) (Дата)

Таганрог 2012

I. Цели лабораторной работы

1. Закрепление теоретических знаний об электронно-лучевых и цифровых осциллографах и об их применении для исследования колебаний.

2. Приобретение практических навыков работы с двухканальными электронно-лучевым и цифровым осциллографами при измерении параметров амплитудно-модулированных и импульсных колебаний.

3. Практическое ознакомление с погрешностью взаимовлияния и со способом ее уменьшения путем использования выносного делителя напряжения, входящего в комплект осциллографов.

4. Исследование амплитудно-частотной характеристики канала CH1 осциллографа GOS‑ 620FG вместе с придаваемыми к нему кабелями.

5. Исследование зависимости результатов измерения цифрового осциллографа от полосы пропускания его канала.

II. Объекты измерений, средства измерений

И требуемая точность измерений

Объектами измерений являются:

- амплитудно-частотная характеристика канала CH1 осциллографа GOS-620FG вместе с придаваемыми к нему кабелями;

- периодическая последовательность прямоугольных импульсов на выходе формирующей RC-цепи («RC-2»);

- импульсное напряжение на выходе «TTL/CMOS OUTPUT» функционального генератора SFG-2110;

- амплитудно-модулированное напряжения на выходе «OUTPUT 50Ω» функционального генератора SFG-2110;

- погрешности измерения с помощью осциллографов.

Априорные сведения об информативные (измеряемых) параметрах объектов измерений приведены в таблицах 2.1, 4.1, 5.1.

Априорные сведения о неинформативных параметрах:

- сопротивление выхода «OUTPUT 50Ω» генератора SFG-2110: R_вых = 50 Ом;

- сопротивление выхода «TTL/CMOS OUTPUT» генератора SFG-2110: менее 10 Ом;

- выходное сопротивление формирующей цепочки «RC-2»:

«Выход 1» – (0, 9…1, 1) кОм; «Выход 2» – (10…11) кОм.

Средства измерений: осциллографы GOS-620FG, TDS2012В (либо TPS-2012, либо GDS-820S), генератор SFG‑ 2110.

Требуемая точность: максимально возможная для используемых средств измерений.

III. Программа работы

1. Ознакомление с цифровым двухканальным запоминающим осциллографом TDS-2012B (либо TPS-2012, либо GDS-820S).

2. Исследование амплитудно-частотной характеристики канала CH1 осциллографа GOS‑ 620FG вместе с придаваемыми к нему кабелями.

3. Исследование погрешности взаимовлияния при измерении разными осциллографами длительности фронта прямоугольного импульса.

4. Исследование зависимости результатов измерения цифрового осциллографа от полосы пропускания его канала.

5. Измерение цифровым осциллографом TDS-2012B (либо TPS-2012, либо GDS-820S) параметров импульсного напряжения на выходе функционального генератора SFG-2110.

6. Измерение цифровым осциллографом TDS-2012B (либо TPS-2012, либо GDS-820S) параметров амплитудно-модулированного напряжения на выходе функционального генератора SFG-2110.

Часть 2. Исследование амплитудно-частотной характеристики канала CH1
осциллографа GOS-620FG вместе с придаваемыми к нему кабелями

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства – это зависимость коэффициента передачи (т.е. отношения «уровень выходного отклика / уровень входного воздействия») от частоты тестового гармонического колебания (воздействия), подаваемого на вход этого устройства.

В этом эксперименте под АЧХ канала вертикального отклонения осциллографа понимается зависимость отношения размаха сигнала на экране осциллографа (в вольтах) к размаху поданного на него тестового гармонического напряжения (также в вольтах) от частоты этого напряжения.

Целью эксперимента является исследование неравномерности АЧХ одного из каналов (CH1) вертикального отклонения осциллографа GOS-620FG в полосе частот до 10 МГц при использовании открытого входа (связь по входу – в режиме «DC») и при различных вариантах присоединения входа осциллографа к выходу источника исследуемого напряжения:

1) обычным коаксиальным кабелем («СР - СР» или «BNC - BNC»). В этом варианте исследуемое напряжение передается по коаксиальному кабелю на вход канала вертикального отклонения с коэффициентом передачи «1»; осциллограф имеет высокую чувствительность, полосу частот 0…20 МГц, входное сопротивление = (1 ± 0, 02) МОм и входную ёмкость ≈ 100 пФ (с учетом емкости кабеля).

2) штатным кабелем-щупом при положении его переключателя «х1». В этом варианте исследуемое напряжение подается на входные контакты кабеля-щупа и передается по нему на вход канала вертикального отклонения с коэффициентом передачи «1»; осциллограф имеет высокую чувствительность, но суженную полосу частот 0…6 МГц, входное сопротивление = (1 ± 0, 02) МОм и большую входную ёмкость (измеренное ее значение достигало 170 пФ).

3) штатным кабелем-щупом при положении его переключателя «х10». В этом варианте исследуемое напряжение подается на входные контакты кабеля-щупа и передается по нему на вход канала вертикального отклонения с коэффициентом передачи «0, 1»; осциллограф имеет сниженную в 10 раз чувствительность, полосу частот 0…20 МГц, повышенное входное сопротивление = (10 ± 0, 2) МОм и пониженную входную ёмкость = = (23 ± 2) пФ.

Кроме этого проводится исследование неравномерности АЧХ этого же канала осциллографа при использовании закрытого входа (связь по входу – в режиме «AC») и соединении с источником тестового напряжения штатным кабелем-щупом при положении его переключателя «х1» и «х10» (При закрытом входе осциллограф не чувствителен к постоянной составляющей исследуемого напряжения и мало чувствителен к составляющим с частотами меньше 10 Гц.)

В качестве источника тестового гармонического напряжения используется генератор SFG-2110. Частота вырабатываемого им напряжения определяется по цифровому индикатору самого генератора (с относительной погрешностью не более 2, 5∙ 10^-5); уровень этого напряжения (размах) измеряется цифровым осциллографом TDS-2012В (либо TPS-2012, либо GDS-820S). Цифровой осциллограф в данном эксперименте может быть принят за образцовый прибор, т.к. в полосе частот до 10 МГц обеспечивает измерение размаха гармонического напряжения с относительной погрешностью не более 3 %.

При каждой заданной частоте тестового сигнала значение АЧХ определяется как отношение размаха тестового напряжения U_{p э}, определенного по экрану электронного осциллографа GOS-620FG и обозначаемого индексом «э», к размаху этого же напряжения U_{p вх}, измеренному цифровым осциллографом в режиме Pk-Pk.

Структурная схема установки для исследования неравномерности АЧХ канала вертикального отклонения осциллографа показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема установки для исследования АЧХ