Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам «Метрология и радиоизмерения». Затонский В.И., Лепендина Р.Н

4. Проверка градуировки шкалы частот генератора

Г3-102 методом фигур Лиссажу

На измерительном генераторе Г3-33, играющего роль образцового прибора, установить частоту fо ≈ 2000 Гц и его выходное напряжение подать на вход «Y» осциллографа. Установить размер изображения по вертикали удобным для наблюдения.

Переключатель разверток осциллографа С1-55 поставить в положение «вход Х» (на осциллографе С1-65 - синхронизация «ВНЕШ»). На вход «Х» в качестве развертывающего напряжения подать сигнал частоты fх с выхода проверяемого генератора Г3-102. Уровень сигнала и масштаб горизонтальной развертки выбрать такими, чтобы начало и конец развертки не выходили за пределы экрана.

Установить по шкале проверяемого генератора Г3-102 номинальное значение частоты fх =2кГц. Плавно подстраивая частоту fо измерительного генератора Г3-33, добиться почти неподвижности наблюдаемой на экране фигуры Лиссажу (в данном случае это должен быть эллипс), что говорит о равенстве частот fх и fо, подаваемых на каналы «Х» и «Y». По шкале частот генератора Г3-33 отсчитать истинное значение частоты f_0. Вычислить величины абсолютной (∆) и относительной (δ) погрешностей для данного номинального значения шкалы проверяемого генератора fх =2000Гц:

∆(Гц) = fх –fо =2000 – fо

δ(%) = (∆ / fо)100%

При кратном соотношении частот fо и fх фигуры Лиссажу будут иметь вид замкнутой кривой, близкой к горизонтальной (вертикальной) цепочке эллипсов. Повторить измерения в номинальных точках шкалы генератора Г3-102:

fх = «1,0», «3», «4,0» кГц, каждый раз подстраивая частоту fо измерительного генератора Г3-33 около 2 кГц (!)и добиваясь неподвижности фигуры Лиссажу.

Для определения частоты проверяемого генератора fх необходимо мысленно провести на экране две касательные прямые к фигуре Лиссажу, параллельные осям координат. Для наибольшего количества точек касания фигуры Лиссажу к проведенным прямым справедливо соотношение

fоNo = fх Nх,

где: No – количество касаний фигуры Лиссажу с прямой, вдоль которой действует напряжение частоты fо,

Nх - количество касаний фигуры Лиссажу с прямой, вдоль которой действует напряжение частоты fх.

Откуда получаем:

fх = fо Nо / Nх.

Результаты измерений и вычисленные значений fх и погрешностей (∆ и δ) занести в таблицу 3.

Таблица 3

Контрольные вопросы

1. Назначение измерительных генераторов.

2. Основные формы выходных сигналов измерительных генераторов?

3. В чем основные отличия измерительных генераторов от обычных генераторов?

4. Структурный состав генератора любой формы сигнала

5. Принципиальная особенность структуры генератора гармонических колебаний.

6. Каковы условия самовозбуждения генератора гармонических колебаний.

7. Какими методами реализуется выполнение условий самовозбуждения генератора гармонических колебаний?

8. Как провести измерение частоты сигнала методом фигур Лиссажу?

Лабораторная работа №4

Изучение генератора стандартных сигналов

Цель работы: 1. Изучить назначение органов управления генератора и научиться устанавливать заданное напряжение на его выходах.

2. Научиться пользоваться верньером для получения малых расстроек по частоте.

3. Проверить градуировку шкалы модулометра.

Комплект оборудования рабочего места

1. Генератор стандартных сигналов Г4-42

2. Электронный вольтметр В3-13 (В7-16А)

3. Электронный осциллограф С1-65

4. Частотомер Ч3-33

Порядок выполнения работы

1. Проверка делителей напряжения генератора.

Заземлить приборы, подать силовое питание и прогреть их в течение 5-10 минут. Перед измерениями откалибровать генератор Г4-42, для чего:

- тумблер «ВКЛ - ГВЧ» установить в положение «ВКЛ»;

- тумблер «Уровень К-М%» - в положение «Уровень К»;

- ручки «Установка М%» и «Уровень К» повернуть против

часовой стрелки до упора;

- регулятором «0» установить стрелку индикатора на «0»;

- к гнезду «µV» подсоединить выносной делитель (он предназначен для снятия напряжения только с этого гнезда и имеет коэффициенты передачи по напряжению Кв =1,0 и 0,1);

- регулятором «Установка уровня» установить стрелку индикатора на отметку «К».

1.1 Проверка плавного делителя напряжения.

Установить частоту генератора 30кГц, диск плавного делителя напряжения - в положение «100» (т.е. его коэффициент передачи Кп=1,0), ручку ступенчатого делителя – по часовой стрелке до упора (т.е. его коэффициент передачи Кс=1). Электронным вольтметром измерить выходные напряжения Uвых на гнезде «0,1-1V» (Uвых ≈0,7–1,5В) и после выносного делителя, подключенного к гнезду «µV» (Uвых ≈ 70-150 мВ при Кв =1,0). Значения Uвых при положении плавного делителя «100» занести в таблицу 1 (столбец «100») и считать их в ходе дальнейшей работы опорными напряжениями Uоп.

Таблица 1

Диск плавного делителя напряжения указывает на уровень выходных напряжений на гнездах «0,1-1V» и «µV» в процентах от их опорного значения Uоп. Электронным вольтметром замерить выходные напряжения Uвых на гнездах «0,1-1V» и «µV» (после выносного делителя при Кв=1) для других значений Кп плавного делителя согласно таблицы 1. Рассчитать значения напряжений, задаваемые диском плавного делителя Uзад=Кп*Uоп. (как процент от замеренных опорных значений Uоп) и определить относительную δ(%) погрешность плавного делителя на гнездах «0,1-1V» и «µV»:

δ (%) = 100(Uзад - Uвых) / Uвых,

где: Uвых- напряжение на гнездах, замеренное электронным вольтметром.

Значение погрешности, выраженное в процентах, перевести в децибелы, принимая, что 1дБ соответствует изменению напряжения на 12,2%. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

1.2 Проверка ступенчатого делителя напряжения

Напряжение на гнезде “µV” наряду с делителем плавным может дополнительно уменьшаться делителем ступенчатым

(4 ступени с шагом по 20дБ при его переключении против часовой стрелки). При этом ступенчатый делитель не влияет на значение выходного напряжения на гнезде «0,1-1V».

Установить диск плавного делителя в положение «100» (Кп =1,0). Замерить выходное напряжение Uвых на выносном делителе (при Кв=1) после гнезда «µV» при разных значениях ослабления ступенчатого делителя Кс.

Принимая в качестве опорного значение напряжение при К_с=0дБ, определить относительную δ(%) погрешность ступенчатого делителя. В данном случае в формулах для

расчета ошибок символ «Uзад» обозначает расчетное значение напряжения, задаваемое ступенчатым делителем относительно опорного значения. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 2.

Получить у преподавателя задание на установку 3-5 значений напряжений. Занести их в таблицу 3. Принимая, что выходное напряжение равно опорному значению Uоп, умноженному на произведение коэффициентов передачи делителей плавного Кп, ступенчатого Кс и выносного Кв, рассчитать их значения для получения заданного преподавателем напряжения. Для контроля проведенных

Таблица 2

расчетов установить эти значения, замерить выходное напряжение электронным вольтметром и сравнить с заданным. Заполнить таблицу 3.

Таблица 3

2. Определение цены деления шкалы верньерного устройства

Для осуществления малых расстроек по частоте в генераторе есть верньерное устройство, осуществляющее замедленное вращение ротора конденсатора контура генератора. Цена деления верньера на всех поддиапазонах разная. Принцип определения цены деления: ручкой верньера перемещают визир основной шкалы на несколько делений. Разность частот, отсчитанных по основной шкале, делят на число делений верньера. Полученный результат и есть цена деления верньера ₤шк, полученная с использованием основной шкалы генератора.

Установить частоту генератора 1,5МГц. Ручкой верньера переместить визир основной шкалы на 0,05 МГц «вверх» по частоте. Зафиксировать введенное для этого количество делений верньера Nв. Повторить измерения при частоте генератора 5МГц. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 4.

Таблица 4