На показания электронных вольтметров

2.1. Включить питание исследуемых вольтметров и вспомогательных приборов, ознакомиться с краткими техническими описаниями и органами управления исследуемых вольтметров. После 15-минутного прогрева проверить установку «0» и калибровку исследуемых вольтметров.

Подключить осциллограф к выходу генератора сигналов синусоидальной формы (рис. 3.1.).

 

Рис. 3.1. Схема измерения напряжения сигналов различной формы

 

2.2. Установить частоту сигнала генератора 1 кГц. Переключить регулятор входного делителя осциллографа Вольт/дел в положение 1В/дел, установить ручку Усиление в крайнее правое положение, получить на экране осциллографа изображение измеряемого сигнала в пределах 2 - 4 его периодов и с помощью соответствующей регулировки генератора установить размах синусоидального сигнала, равным 4 В. В дальнейшем при выполнении п. 2 положение регуляторов не изменять.

2.3. Поочередно подключая исследуемые вольтметры к выходу генератора, записать их показания в соответствующий столбец табл. 3.4.

2.4. Сравнить эти показания. Должны ли эти показания различаться для вольтметров с различными типами преобразователей или они должны быть приблизительно одинаковыми (в пределах погрешностей вольтметров)?

Сделать соответствующий вывод на основе правила градуировки вольтметров переменных напряжений.

2.5 Подать на вход осциллографа с выхода вспомогательного генератора импульсный сигнал прямоугольной формы положительной полярности с переключаемым коэффициентом заполнения (частота следования этих импульсов порядка 1 кГц). Убедиться, что коэффициенты заполнения этого сигнала соответствуют значениям, указанным на переключателе вспомогательного генератора. С помощью соответствующей регулировки генератора установить размах импульсного сигнала, равным 4 В.

2.6. Используя переключатель осциллографа Открытый вход/закрытый вход, разобраться, что происходит с импульсными сигналами положительной полярности с различными значениями коэффициента заполнения после их прохождения через RC-цепочку, обеспечивающую закрытый вход. Сопоставить эти осциллограммы с временными диаграммами, нарисованными по п. 1.5.

2.7. Измерить тремя исследуемыми вольтметрами (имеющими закрытый вход) напряжение импульсного сигнала при коэффициентах заполнения К _з = 0,25;0,5;0,75 и записать показания в соответствующие столбцы табл.3.4.

Таблица 3.4

Результаты измерений напряжения сигналов различной формы

Вольтметр (тип преобразователя)	Показания вольтметров при измерении напряжения сигнала	Расчет размаха импульсов по результатам измерений	Расчет размаха синусоидального сигнала
синус.	импульсного при К з =	при К з =
0,25	0,5	0,75	0,25	0,5	0,75
В7-15 (ВУ-15) с амплитудным преобразователем
В7-27/А (В7-16) с преобразователем средневыпрямленного значения
С6-11 с преобразователем среднеквадратического значения

2.8. Построить по данным табл. 3.4 графики зависимости показаний исследуемых вольтметров от значений коэффициента заполнения при измерении напряжений импульсных сигналов прямоугольной формы. Продолжить (пунктиром) эти зависимости в область малых и больших значений коэффициента заполнения. Объяснить, используя осциллограммы, полученные при выполнении п. 2.6, различия в характере этих зависимостей для вольтметров с различными типами преобразователей.

2.9. По показаниям вольтметров рассчитать значения размаха измеряемых сигналов и записать полученные результаты в табл. 3.4. (должны ли эти значения различаться?).

 

Исследование влияния параметров соединительных проводов

И входной цепи вольтметра на его показания

В области высоких частот

Указание. Важнейшей характеристикой вольтметра является частотный диапазон. Однако на результат измерения напряжения будут влиять и характеристики цепи, используемой для подключения вольтметра к источнику сигнала.Эквивалентная схема цепи (рис. 3.3 а), образованной проводами, соединяющими электронный вольтметр с источником измеряемого напряжения, в области низких частот (когда влиянием индуктивности соединительных проводов можно пренебречь). Схема представляет собой интегрирующуюцепочку, образованную выходным сопротивлением источника сигнала R _вых, входнойемкостью прибора С _вхи емкостью соединительных проводов С _п.Систематическая погрешность измерения напряжения, вносимая такой цепью, будет иметь отрицательный знак и будет тем больше по абсолютной величине, чем вышечастота сигнала и больше постоянная времени R _вых(C _вх +C _п)такой цепи (рис. 3.3 б).

		а)
			б)

 

 

Рис. 3.3

Если учесть распределенную индуктивность соединительных проводов L _п, то схема превращается в электрический контур резонансная частота которого приближенно может быть оценена по известной формуле:

.

Таким образом, на высоких частотах, когда частота измеряемого напряжения приближается к резонансной частоте входной цепи, напряжение на входных зажимах вольтметра повышается и становится больше измеряемого напряжения.Соответствующая методическая погрешность измерения может стать положительной и по абсолютной величине достигнуть значений порядка 150 - 300 %!!! Значение относительной погрешности, возникающей вследствие явления резонанса во входной цепи

,

где U (f) - показания вольтметра при измерении напряжения сигнала с частотой f; U (0,1) - показания вольтметра при измерении напряжения сигнала с частотой 0,1 МГц, на которой можно не учитывать влияние параметров соединительных проводов на результаты измерений.

Для повышения верхней границы частотного диапазона измеряемого напряжения соединительные провода должны быть как можно короче. Высокочастотные вольтметры, предназначенные для работы в диапазоне 1 - 1000МГц, строятся по структурной схеме, начинающейся с преобразователя (обычно пикового детектора), который выполняется в виде выносного узла (пробника). С помощью пробника вольтметр можно присоединить к измеряемой цепи непосредственно, практически без соединительных проводов. Длина соединительных проводов будет определяться при этом длиной общего провода (земли), которую можно выбрать достаточно малой.

Примечание. Обратите внимание, что при использовании соединительных проводов измеряемый сигнал все равно попадает на пробник, так как в исходном положении (пробник находится в гнезде), его входной штырек соединен с входным зажимом на лицевой панели вольтметра.

4.1. Соединить вход вольтметра В7-15 (с амплитудным детектором) с выходом генератора Г4-158 проводами или соединительным кабелем.

4.2. Определить резонансную частоту цепи, образованной соединительными проводами, для чего перестраивать генератор по частоте (нажата кнопка ГРУБО), начиная с частоты 0,1 МГц.

4.3. Путем перестройки частоты генератора во всем диапазоне его рабочих частот и регистрации показаний вольтметра в табл. 3.6, измерить амплитудно-частотную характеристику цепи, образованной соединительными проводами.

Примечание. При подходе к резонансной частоте целесообразно уменьшать частотные интервалы между точками наблюдений.

4.4. Вынуть пробник из гнезда и подключить контактный штырек пробника непосредственно к выходу генератора; корпуса вольтметра и генератора соединить между собой коротким отрезком провода. Повторить измерения по п.3.3, результаты записать в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Результаты измерения и вычисления погрешностей,

возникающих вследствие явления резонанса во входной цепи вольтметра

Частота, МГц	Подключение проводами	Подключение пробником
U 1, В	d1	U 2, В	d2
0,1

4.5. Вычислить погрешности измерения d₁ и d₂ относительно значения напряжения на частоте 0,1 МГц:

где U ₁ и U ₂ - соответственно показания вольтметра при использовании соединительных проводов и непосредственно пробника.

4.6. Построить графики зависимостей погрешностей d₁ и d₂ от частоты и определить частоту измеряемого напряжения, выше которой недопустимо подключать вольтметр к измеряемой цепи соединительными проводами.

Указание. Частота измеряемого напряжения, выше которой недопустимо подключать вольтметр соединительными проводами, определяется как частота, выше которойd₁ > d₂.

Отчет должен содержать:

1) номер и наименование лабораторной работы;

2) заполненные табл. 3.1-3.6 с их заголовками;

3) временные диаграммы импульсного сигнала по п. 1.5.

4) графики по пп. 2.8, 4.6;

5) выводы по пп. 2,4, 2.9, 3.3, 4.6.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы

Изучить принцип действия и структурную схему аналогового осциллографа.

Ознакомиться с основными метрологическими характеристиками исследуемого осциллографа.

Получить навыки использования осциллографа для исследования формы электрических сигналов и измерения их параметров.

 

Исследуемый прибор

Универсальный электронно-лучевой осциллограф типа С1-67.