Lucrări de laborator Nr. 1 Măsurătorile electronice de bază și instrumentele de măsurare (pag
| Datorită volumului mare, acest material este plasat pe mai multe pagini: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
Laboratorul #1
MĂSURĂTORI ȘI MĂSURĂTORI ELECTRONICE DE BAZĂ
Studiul dispozitivului, principiul de funcționare și utilizarea generatoarelor de măsurare, osciloscoape, voltmetre, frecvențămetre.
2. Scurte informații teoretice
2.1. Informații generale despre măsurători și instrumente de măsurare.
Măsurătorile radioelectronice și instrumentele de măsurare radio sunt utilizate pe scară largă în munca unui fizician experimental și inginer de cercetare de orice specialitate. Măsurarea înseamnă găsirea empiric a valorii unei mărimi fizice folosind mijloace tehnice speciale. În electronica radio, obiectele de măsurare sunt parametrii și caracteristicile circuitelor și semnalelor electronice radio, iar mijloacele de măsurare sunt instrumente de măsurare radio. Măsurătorile radioelectronice au următoarele caracteristici.
1. Diversitate în caracter.
Din acest punct de vedere, instrumentele electronice de măsură sunt împărțite în patru grupe:
Primul grup este generatoarele de măsurare. Acestea servesc la simularea semnalelor în timpul ajustării și ajustării echipamentelor electronice, măsurarea unor parametri de semnal prin metode de comparație, alimentarea cu energie și calibrarea echipamentelor de măsurare.
Al doilea grup este dispozitivele pentru măsurarea parametrilor și caracteristicilor semnalelor. O caracteristică a acestui grup de dispozitive este necesitatea de a furniza semnale măsurate la intrarea dispozitivului. La ieșirea dispozitivului, se obține informații cantitative despre un anumitparametru de semnal. Acest grup include instrumente de măsurare precum osciloscoape, voltmetre electronice, frecvențemetre, contoare de fază, analizoare de spectru etc.
Al treilea grup este dispozitivele pentru măsurarea caracteristicilor și parametrilor cvadripolilor, precum și a diferitelor componente ale circuitelor electronice. O caracteristică a dispozitivelor din acest grup este prezența în ele a generatoarelor de semnal de o anumită formă care alimentează cvadripolul sau nodul studiat și dispozitive de măsură care permit evaluarea trecerii acestor oscilații printr-un cvadripol sau nod dat. Un exemplu de dispozitive din al treilea grup sunt punți de măsurare, Q-metre, contoare de răspuns în frecvență (grafice curbe), etc.
A patra grupă sunt elementele circuitelor de măsurare. Include atenuatoare fabricate și calibrate separat, defazatoare, transformatoare de instrumente etc.
2. O gamă largă de valori de măsurare, ajungând uneori la 10-12 ordine de mărime.
3. Puterea scăzută a semnalelor măsurate.
În procesul de măsurare, valoarea determinată este comparată cu o valoare cunoscută, luată ca unitate și numită măsură exemplară. Pentru a face acest lucru, scara instrumentelor de măsură este calibrată. La măsurare, se ia o citire - numărul indicat de indicatorul dispozitivului. Indicație - o mărime fizică corespunzătoare citirii și obținută ca urmare a înmulțirii citirii cu un factor de conversie.
2.2. Generatoare de măsurare.
În generatorul de măsurare, frecvența, forma și tensiunea semnalului simulat sunt setate egale cu valoarea necesară și pot fi reglate pe o gamă largă. În funcție de forma semnalelor de ieșire, generatoarele de măsurare sunt împărțite în generatoare de semnal sinusoidal, generatoare de semnal de impuls și generatoare de semnal de zgomot.
Generatoarele de semnal sinusoidale, la rândul lor, sunt împărțite în joasă frecvență (sunet) cu o frecvență de 20 Hz ÷ 200 kHz, înaltă frecvență cu o frecvență de 100 kHz ÷ 30 MHz și microunde.
Generatoarele de sunet (GS) produc un semnal cu o tensiune de la zeci de microvolți la 30 de volți. Aceste generatoare sunt de obicei realizate conform unui circuit în mai multe etape (Fig. 1), ceea ce face posibilă eliminarea influenței sarcinii asupra stabilității semnalului generat și obținerea unei puteri suficiente la sarcină. Oscilatorul principal este de obicei un oscilator RC în două trepte cu un circuit Wien în feedback. O schimbare treptată a frecvenței este efectuată prin comutarea capacității C, iar o schimbare lină se efectuează prin schimbarea rezistenței R. Amplificatorul de bandă largă este un amplificator de putere push-pull conectat la oscilatorul principal printr-o cascadă inversată de fază.
Orez. 1. Schema structurală a generatorului de semnale sinusoidale
Apoi, semnalul este transmis la dispozitivul de ieșire, constând dintr-un atenuator și un dispozitiv de potrivire. Un atenuator este un divizor de tensiune cu un factor de atenuare a semnalului independent de frecvență. Atenuatorul de ieșire modifică tensiunea în trepte, iar în fiecare pas (gamă), reglarea lină este efectuată într-un amplificator de bandă largă. Contorul de tensiune este conectat la ieșirea amplificatorului, ceea ce simplifică foarte mult proiectarea acestuia, deoarece în acest caz funcționează doar într-un singur domeniu de tensiune de semnal. Tensiunea de ieșire este egală cu tensiunea de la contor înmulțită cu factorul de divizare al atenuatorului. Pentru ca raportul de diviziune a atenuatorului să fie stabil, sarcina la ieșire trebuie să fie constantă (de obicei 600 ohmi). Dacă rezistența de sarcină diferă de această valoare, aceasta este în concordanță cu atenuatorul care utilizează un dispozitiv de potrivire constând dintransformator și sarcină internă. Sarcina internă este pornită dacă rezistența de sarcină, ținând cont de raportul de transformare, depășește semnificativ 600 ohmi. Ieșirea transformatorului facilitează, de asemenea, obținerea unei ieșiri echilibrate. În acest din urmă caz, mijlocul înfășurării secundare a transformatorului de ieșire este împământat. Când se măsoară, adesea nu tensiunea semnalului este utilizată, ci nivelul său în decibeli, determinat de formula:
Nivelul zero este cel mai adesea luat ca tensiunea U0, care creează o putere disipată de 1 mW la o rezistență de 600 ohmi. Uneori, o tensiune egală cu un volt este luată ca nivel zero.
Generatoarele de semnal standard (GSS, grupa G4)produc semnale sinusoidale de înaltă frecvență (purtător) calibrate în frecvență, tensiune de ieșire și formă, care pot fi simulate atât de la generatoare interne cât și externe de joasă frecvență. Sursa tensiunii de înaltă frecvență este un oscilator de înaltă frecvență reglabil (Fig. 2), care este un generator LC de oscilații sinusoidale.
Orez. 2. Schema structurală a generatorului de semnale standard
Amplificatorul modulator este un amplificator de înaltă frecvență care, în modul de modulare, îndeplinește și funcțiile unui modulator. Dispozitivul de ieșire constă dintr-un atenuator neted, apoi o treaptă și uneori un divizor extern situat la capătul cablului. Poziția atenuatorului neted este calibrată cu ajutorul unei scale. Contorul de tensiune purtătoare și adâncime de modulație este un voltmetru electronic cu detectoare de semnal de înaltă frecvență (HF) și joasă frecvență (LF). Impedanța de ieșire a GSS în majoritatea cazurilor este de zeci de ohmi și este în concordanță cu cablul.
Generatoare de impulsuri(GUI,grupa G5) sunt o sursă de semnale de puls de o anumită formă (cel mai adesea dreptunghiulară). O diagramă a unui IG tipic este prezentată în fig. 3. Oscilatorul principal generează impulsurile necesare pentru a porni unitatea de modelare a impulsurilor, precum și pentru a scoate impulsuri de ceas de la acest dispozitiv. Ca un oscilator principal, pot fi utilizați auto-oscilatoare de oscilații sinusoidale cu oscilatoare ulterioare de limitare sau de relaxare pe două fețe. Pornirea modelului de impuls principal este efectuată cu o întârziere setata în raport cu ieșirea impulsului de sincronizare. Întârzierea impulsului principal în raport cu impulsul de sincronizare este utilizată pe scară largă în aplicarea generatoarelor. Deci, atunci când se folosește un osciloscop, un impuls de sincronizare începe măturarea osciloscopului, iar pulsul principal este alimentat circuitului studiat și prin acesta la osciloscop. În același timp, marginea anterioară a pulsului este clar vizibilă pe ecranul osciloscopului.
Orez. 3. Schema structurală a generatorului de impulsuri
Principiul de funcționare al unității de modelare a impulsurilor este următorul. Pulsul de declanșare, care ajunge la relaxant și provoacă ruperea acestuia, formează marginea anterioară a pulsului de măsurare. În același timp, impulsul de declanșare, care trece prin linia internă de întârziere egală cu durata impulsului τ, este alimentat către cealaltă intrare a acestui relaxator, făcându-l să treacă la starea sa inițială și formând astfel marginea de fugă a impulsului principal. cu durata τ. Amplificatorul de ieșire este un amplificator de bandă largă care asigură obținerea impulsurilor de măsurare cu amplitudinea necesară la ieșire. Dispozitivul de ieșire constă dintr-o etapă inversată de fază pentru a obține impulsuri cu polaritatea dorită la ieșire, un emițător adept pentru a furniza o valoare dată a rezistenței internegenerator și atenuator. Contoarele de amplitudine funcționează de obicei conform metodei de comparare cu tensiunea de referință.
2.3. Osciloscoape cu fascicul catodic.
Osciloscopul este proiectat pentru observarea vizuală a semnalelor electrice și măsurarea parametrilor acestora. Acesta este un dispozitiv universal care vă permite să măsurați tensiunea, frecvența, diferența de fază, intervalele de timp și alți parametri de semnal. Pe fig. 4 prezintă schema bloc a osciloscopului. Unitatea principală a osciloscopului este un tub catodic, care formează un fascicul de electroni îngust care cade pe un ecran luminiscent și descrie forma semnalului studiat aplicat plăcilor verticale de deviație, cu condiția să se aplice o tensiune variabilă liniar. plăci de deviere orizontale, care asigură deplasarea fasciculului de electroni în direcția orizontală cu viteză constantă, adică direct proporțională cu timpul. Formarea fasciculului de electroni este realizată de un modulator (M), care funcționează prin analogie cu grila de control a unui tub vid și reglează numărul de electroni din fascicul (luminozitate). Anozii A1 și A2 sunt proiectați pentru a focaliza electronii pe ecranul tubului. Anodul AZ servește la creșterea vitezei electronilor în fascicul, ceea ce este important pentru excitarea fosforului ecranului.