1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1. Изучить осциллографические методы измерения фазового сдвига. Изучить цифровой метод измерения фазового сдвига. Изучить метод измерения фазового сдвига с преобразованием фазового сдвига в импульсы тока. Получить практические навыки работы с приборами.
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ
2.1. Фазометр.
2.2. Электронно-счетный частотомер.
2.3. Генератор измерительных сигналов низкочастотный.
2.4. Универсальный электронно-лучевой осциллограф.
2.5. Двухлучевой осциллограф.
2.6. Исследуемый четырехполюсник.
3. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
3.1. Ознакомиться с основными методологическими характеристиками фазометра, осциллографа, частотомера.
3.2. Измерить фазовый сдвиг четырехполюсника цифровым фазометром.
3.3. Снять фазочастоткую характеристику четырехполюсника (ФЧХЧ) осциллографическим методом, способом синусоидальной развертки.
3.4. Измерить ФЧХЧ осциллографическим методом, способом линейной развертки.
3.5. Вычислить групповое время запаздывания по результатам измерения ФЧХЧ предыдущими методами.
3.6. Сравнить использованные методы с точки зрения погрешностей измерения фазового сдвига.
3.7. Дополнительное задание. Измерить групповое время запаздывания четырехполюсника (ГВ3Ч).
4. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ (Домашнее задание)
4.1. Изучить теоретический материал, относящийся к данной работе по литературе [1] (стр. 80, 81. 221-232, 277, 278), [2] (стр. 47, 227-248),[3] (стр. 29-32, 142-151) и конспекту лекций.
4.2. Изучить описание данной работы и заготовить в отчете формы таблиц в соответствии с указаниями к отчету.
4.3. Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на следующие вопросы:
4.3.1. Измерение фазового сдвига с помощью электронно-лучевого осциллографа способом синусоидальной развертки.
4.3.2. Измерение фазового сдвига с помощью двухлучевого или двухканального электронно-лучевого осциллографа способом линейной развертки.
4.3.3. Источники систематической и случайной составляющих погрешности измерения фазового сдвига осциллографическим методом.
4.3.4. Принцип измерения фазового сдвига методом дискретного счета.
4.3.5. Измерение фазового сдвига методом дискретного счета с помощью цифрового частотомера.
4.3.6. Структурная схема цифрового фазометра среднего значения
4.3.7. Погрешности измерения фазового сдвига методом дискретного счета.
4.3.8. Структурная схема фазометра с преобразованием фазового сдвига в импульсы тока.
4.3.9. Погрешности измерения методом преобразования фазового сдвига в импульсы тока.
4.3.10. Как оценить погрешность измерения фазового сдвига при косвенном методе измерения?
4.4. Решить три измерительные задачи из приведенных ниже в табл. 4.1-4.3. Вариант задания в таблицах определяется двумя последними цифрами номера зачетной книжки m и n, где m – предпоследаяя- , n –последняя цифры. Правильное решение задач и наличие всех необходимых заготовок к отчету является основным условием допуска к выполнению лабораторной работы.
Задача 1. Вычислить фазовый сдвиг при измерении способом синусоидальной развертки, используя выражения
φ = arcsin… ; φ = arctg…
в соответствии с масштабом.
Таблица 4.1 - Исходные данные к задаче 1.
Задача 2. Вычислить фазовый сдвиг, если на экране двухлучевого осциллографа получена осциллограмма (см. табл.4.2)
Таблица 4.2 - Исходные данные к задаче 2
Задача 3. Вычислить групповое время запаздывания, если в процессе измерения получены приращения фазового сдвига (
φ
) при соответствующем приращении частоты (
f)(см. табл. 4.3)
Таблица 4.3 - Исходные данные к задаче 3
|
Вариант m = |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
20 |
10 |
5 |
35 |
25 |
33 |
41 |
37 |
18 |
31 |
|
|
40 |
60 |
30 |
70 |
100 |
20 |
50 |
42 |
34 |
82 |
5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
5.1. Прочитать краткое техническое описание фазометра; ознакомиться с его органами управления, расположенными на передней панели. Заполнить табл. 5.1.
Таблица 5.1 - Основные метрологические характеристики фазометра №...
|
Диапазон рабочих частот, Гц |
|
|
Пределы измерения фазового сдвига φ , град |
|
|
Диапазон входных напряжений, В |
|
|
Основная абсолютная погрешность измерения |
|
|
Дополнительная погрешность за счет нелинейных искажений измеряемого сигнала |
|
|
Входное сопротивление, Ом |
|
|
Входная емкость, пФ |
|
5.2. Измерение фазового сдвига цифровым фазометром.
5.2.1. Собрать схему измерения согласно рис. 5.1. Измерить фазовый сдвиг четырехполюсника, выбрав пять частот так, чтобы фазовый сдвиг изменялся от 30° до 150° (обязательно взять частоту, где φ
= 90°). Рассчитать основную абсолютную погрешность измерения на каждой частоте по паспортным данным прибора (см. табл. 5.1) и результаты наблюдений и расчетов занести в табл. 5.2.
Рис. 5.1. - Схема измерения фазового сдвига с помощью цифрового фазометра
Таблица 5.2 - Результаты измерения фазового сдвига с помощью цифрового фазометра
|
Частоты, кГц |
φ , град |
|
Результат измерения, град |
|
|
|
|
|
5.2.2. Построить график полученной зависимости фазового сдвига от частоты. Поле графика должно быть в пределах 120 х 170 мм.
5.3. Снятие фазочастотной характеристики четырехполюсника осцил-лографическим методом, способом синусоидальной развертки.
5.3.1. Собрать схему измерения согласно рис. 5.2. Измерение выполнить на частотах, выбранных в пункте 5.2.1. Получить на экране осцил-лографа эллипс в пределах 2/3 площади экрана.
5.3.2. Измерить длину отрезка 2Y0, ограниченного точками пересечения эллипсом оси ординат, и отрезка 2А, а также измерить длину осей эллипса "а" и "в" при условии 2А = 2В (рис. 5.3) и вычислить фазовый сдвиг:
, при расположении большой оси эллипса в первом и третьем квадрантах
, при расположении большой оси эллипса во втором и четвертом квадрантах;
В н и м а н и е ! Это выражение справедливо ТОЛЬКО при выполнении условия 2А = 2В. В этом выражении "а" всегда размер оси эллипса, расположенном во втором и четвертом квадрантах, а "в" всегда размер диагонали эллипса, расположенной в первом и третьем квадрантах.
Результаты измерения и вычисления на всех частотах занести в табл.5.3.
Рис. 5.2. - Схема измерения ФЧХ четырехполюсника осциллографическим методом, способом синусоидальной развертки.
Рис. 5.3. - Вид осциллограммы при измерении фазового сдвига способом синусоидальной развертки
Таблица 5.3 - Результаты измерения фазового сдвига осциллографическим методом, способом синусоидальной развертки
|
Частота, кГц |
2Y0, мм |
2А, мм |
a, мм |
в, мм |
φ (sin), град. |
|
φ (tg), град. |
|
Результат измерения град. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.3.3. Оценить погрешность измерения фазового сдвига в разделе 5.3.2 по "синусу" и по "тангенсу" , учитывая, что измерения выполнены косвенным методом ([1], выражение 4.46). Погрешность измерения линейных размеров "а", "в", 2Y0, 2А можно принять 0,5 мм. Результаты вычисления оценки абсолютной погрешности
φ занести в табл. 5.3.
5.4. Измерение ФЧХ четырехполюсника осциллографическим методом, способом линейной развертки.
5.4.1. Собрать схему измерения согласно рис. 5.4. Измерение выполнить на частотах, выбранных в пункте 5.2.1. На экране двухлучевого осциллографа желательно получить размер изображения одного периода сигнала равным шести крупным делениям сетки осциллографа. В этом случае, цена одного крупного деления будет соответствовать 60°
Рис. 5.4. Схема измерения ФЧХ четырехполюсника осциллографическим методом, способом линейной развертки
5.4.2. Измерить длину периода сигнала на экране осциллографа L и размер, соответствующий фазовому сдвигу l,[2] (стр. 229), [1] (стр. 222, 223). Вычислить фазовый сдвиг по выражению 
, градус. Результаты измерения и вычисления на всех частотах занести в табл. 5.4.
Таблица 5.4 - Результаты измерения фазового сдвига осциллографическим методом, способом линейной развертки
|
Частота, кГц |
L, мм |
l, мм |
φ, град. |
|
Результат измерения, градус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.4.3. Оценить погрешность измерения фазового сдвига аналогично пункту 5.3.3. Результат вычисления оценки погрешности измерения занести в табл. 5.4.
5.4.4. Построить графики зависимости φ от частоты на графике, для пункта 5.2.2, данных из табл.5.3 и 5.4.
5.4.5. Сравнить оценку погрешности измерения φ по табл.5.3 и 5.4. Предложить способы уменьшения погрешности измерения.
5.5. Вычисление группового времени запаздывания четырехполюсника (tгр).
5.5.1. Воспользоваться графиком зависимости ФЧХ четырехполюсника, построенном в пункте 5.4.4. для вычисления
Вычисление tгр провести на трех точках ФЧХ - в начале, в середине и в конце характеристики, задавая приращение фазы
φ и определяя для этого приращение f. Результаты исходных данных и вычис-лений свести в таблицу, которую Вы предложите сами.
5.6. Дополнительное задание. Измерить ГВЗЧ.
5.6.1. Разработать схему измерения, в которую включить приборы: генератор синусоидальных колебаний, цифровой частотомер, исследуемый четырехполюсник, цифровой фазометр.
5.6.2. Собрать схему на рабочем месте.
5.6.3 Разработать таблицу для записи и обработки результатов наблюдения.
5.6.4. Выполнить измерения ГВЗЧ на частотах, выбранных в пункте 5.2.1.
5.6.5. Исследовать зависимость погрешности измерения от выбора приращения частоты и от крутизны ФЧХЧ.
5.6.6. По результатам исследования сделать выводы.
6. УКАЗАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать:
6.1. Номер и название работы;
6.2. Цель работы;
6.3. Схемы измерений с соответствующими подписями;
6.4. Заполненные таблицы с их заголовками;
6.5. Графики фазочастотных характеристик и относительных погрешностей;
6.6. Выводы по выполненной работе.
7. ЛИТЕРАТУРА
- Хромой Б.П. и др. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи.– М.: Радио и связь, 1986. – 424 с.: ил.
- Кушнир Ф.В. и др. Измерения в технике связи. Изд. 2-е.- М.: Связь, 1976. - 432 с.: ил.
- Мирский Г.Я. Электронные измерения. Изд. 4-е. - М.: Радио и связь, 1986. - 440 с.: ил.
- Горлов Н.И., Запасный И.Н., Сметанин В.И., Созонник Г.Д. Оценка погрешности результатов измерений при выполнении лабораторных работ. Новосибирск, Киев. 1989.- 29 с.