Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter)
Измеритель диаграмм Боде (или потер Боде) предназначен для измерения АЧХ и ФЧХ электрических цепей. Лицевая панель измерителя АЧХ-ФЧХ (измерителя диаграмм Боде) показана на рис. 1.12.
Рис. 1.12 Измеритель позволяет проводить анализ амплитудно-частотных характеристик (при нажатой кнопке MAGNITUDE, включена по умолчанию) и фазочастотных (при нажатой кнопке PHASE) характеристик при логарифмической (кнопка LOG включена по умолчанию) или линейной (кнопка LIN) шкале по осям Y (VERTICAL) и Х (HORIZONTAL). Настройка измерителя заключается в выборе пределов измерения коэффициента передачи и вариации частоты с помощью кнопок в окошках А – максимальное и I – минимальное значения. Значение частоты и советующее ей значение коэффициента передачи или фазы индицируется в окошках в правом нижнем углу измерителя. Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются, соответственно, к входу и выходу исследуемого устройства, а правые – к общей шине. К входу устройства необходимо подключить функциональный генератор или другой источник переменного напряжения, при этом каких-либо настроек в этих устройствах не требуется.
2. Практическая часть
1. Измерить параметры сигнала генератора гармонических колебаний с помощью осциллографа и вольтметра. 1.1. Собрать схему измерения (рис. 1.13).
Рис. 1.13 1.1.1. Нарисовать п отчете временную диаграмму гармонического сигнала с амплитудой Um = 5 В и частотой /= 2 кГц, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду и период. 1.2. Установить на выходе i-енератора гармонический сигнал с амплитудой UM = 5 В и частотой/^ 2 кГц. 1.3. Получить на экране осциллографа устойчивое, неограниченное сверху, по оси К, изображение 2-3 периодов гармонического сигнала в пределах всего экрана по оси X. Это достигается путем регулировки чувствительности канала А по оси У (переключатель В/Дел), времени развертки но оси X (переключатель Время/Дел) и установки осциллографа в режим внутренней синхронизации по каналу А с запуском развертки но положительному перепаду входного сигнала. 1.4. Измерить осциллографом амплитуду Um гармонического сигнала. Измерение амплитуды сводится к расчету ее по формуле (рис. 1.14): Vm – К у, где Нт амплитуда изображения сигнала в делениях шкалы по оси Y, Ку масштабный множитель по оси К (значение переключателя В/Дел).
Рис. 1.14
Измерить амплитуду сигнала значительно проще, если перейти в режим увеличенной передней панели осциллографа (нажав кнопку ZOOM). Измерить амплитуду сигнала с помощью визирной линии и сравнить с измеренным значением ранее.
1.5. Измерить вольтметром амплитуду гармонического сигнала. На дисплее мультимстра отображается действующее (эффективное) значение переменного напряжения 1/л. Амплитуду сигнала рассчитать по формуле:
и сравнить с измеренным ранее. 1.6. Измерить с помощью осциллографа период и вычислить частоту исследуемого сигнала. Измерение периода сводится к расчету его по формуле (см. рис. 1.14): T-LKX, где L — изображение периода в делениях шкалы по оси Х; КX 2. Измерить параметры сигнала генератора прямоугольных импульсов с помощью осциллографа и вольтметра. 2.1. Собрать схему измерения (см. рис. 1.13). 2.1. Собрать схему измерения (см. рис. 1.13). 2.1.1. Нарисовать временную диаграмму последовательности прямоугольных однополярных импульсов с амплитудой Um = 5 В, частотой f =2 кГц и длительностью tu = 100 мкс, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду, период и длительность импульса. 2.2. Установить на выходе генератора сигнал в виде последовательности прямоугольных однополярных импульсов с амплитудой Um=5 В, частотой f = 2 кГц и длительностью tu = 100 мкс. 2.3. Измерить с помощью осциллографа основные параметры сигнала на выходе генератора, зарисовав его временную диаграмму и показав на ней все параметры. 2.4. Поставить по входу осциллограф в режим наблюдения переменного сигнала (режим.4С). Зарисовать временную диаграмму, объяснит»» ее характер. 3. Измерить с помощью двухканального осциллографа коэффициент передачи по напряжению. Коэффициент передачи по напряжению определяется из соотношения Ku = U2m/U1m, где U2m, U1m — амплитуды гармонических сигналов на выходе и входе исследуемой цепи
Рис. 1.15
3.1 Собрать схему, приведенную на рис. 1.15. На выходе генератора установить гармонические колебания с амплитудой Uim = 1 В и частотой f = 2 кГц. 3.2 На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение обоих сигналов и измерить их амплитуды U2m, U1m. 3.3 По экспериментальным данным рассчитать коэффициент передачи Кu = U2m /U1m. 3.4 Анализ RС-цепи показывает, что ее коэффициент передачи определяется выражением Кu = (1+(ω RC)2)-1/2. Рассчитать по нему коэффициент передачи и сравнить с экспериментальным. Измерить с помощью двухканального осциллографа фазовый сдвиг двух гармонических сигналов в простейших RC (RL)- цепях.
4. Измерить с помощью двухканального осциллографа фазовый сдвиг двух гармонических сигналов в простейших RC (RL)- цепях. 4.1 Собрать схему, приведенную на рис. 1.15. На выходе генератора установить гармонические колебания с амплитудой U1m = 1 В и частотой f = 2 кГц. 4.2 На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение обоих сигналов и измерить период сигнала Т и временной сдвиг между сигналами Tф. Это можно выполнить по формуле φ = φ 2 – φ 1=360° (Tφ /T), где Т- период сигнала (рис. 1.16, a), a Tφ - временной сдвиг между сигналами (рис. 1.16, б). Временной интервал на экране осциллографа можно измерить, используя визирные линии, которые ориентируют по максимуму гармонической функции, как показано на рис. 1.16, а. Значительно точнее можно измерить временной сдвиг, ориентируясь по пересечению сигналами уровня нуля. Визирные линии можно вызвать, включив режим Expand. Величину временного интервала можно прочесть в окне под экраном. Результаты измерений занести в отчет.
а) б) Рис. 1.16
Выходной сигнал может отставать по фазе от входного сигнала, и тогда он располагается справа от входного (рис. 1.16 б.). Фазовый сдвиг в этом случае берется со знаком минус. В случае опережения выходного сигнала (он располагается слева от входного) фазовый сдвиг берется положительным. Например, на рис. 1.17, если Т=500 мс, | Тф | = 67 мс, тогда ф = ф2 – ф1 = — 360°, а отношение ( Tφ /T ) примерно равняется - 48°. Выходной сигнал в этом случае отстает по фазе от входного на 48°. 5. Исследовать зависимость мощности и напряжения на нагрузки от величины сопротивления нагрузки. Установить условия получения на нагрузке максимальной амплитуды напряжения и максимальной активной мощности, выделяемой в нагрузке.
Рис. 1.17 5.1 Собрать схему исследования. На выходе генератора установить гармонический сигнал с амплитудой 1 В. Изменяя сопротивление R n в диапазоне от 10 до 103, измерять Umn. Результаты измерений занести в табл. 1.1. Рассчитать активную мощность на сопротивление нагрузки R n (Р н = U2 mn /R n). Таблица 1.1
Построить графики зависимостей Umn = F(Rn), Рн = F(Rn) и сделать выводы относительно условий получения на нагрузке максимальной амплитуды напряжения и максимальной активной мощности, выделяемой в нагрузке.
3.Содержание отчёта по лабораторной работе и требования по оформлению Отчёт по лабораторной работе должен содержать: 1. Титульный лист, оформленный в соответствии с действующими требованиями. 2. Название лабораторной работы. 3. Описание цели лабораторной работы. 4. Описание задания на лабораторную работу. 5. Теоретическую часть. 6. Практическую часть 7. Страницы отчёта по лабораторной работе должны быть пронумерованы. 8. Отчёт по лабораторной работе должен быть надёжно скреплён или подшит в папку.
|
,
, - масштабный множитель по оси X (значение переключателя Время/Дел). Частоту сигнала рассчитать по формуле f = 1/T. Измерить период сигнала значительно проще, если перейти в режим увеличенной передней панели осциллографа (нажав кнопку ZOOM). Измерить период сигнала с помощью визирной линии и сравнить с измеренным значением ранее.
