Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter)

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 U_m = 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 U_M = 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 U_m гармонического сигнала. Измерение амплитуды сводится к расчету ее по формуле (рис. 1.14):

Vm – К _у, где Н_т амплитуда изображения сигнала в делениях шкалы по оси Y, К_у 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-LK_X,

где L — изображение периода в делениях шкалы по оси Х; К_X , - 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.

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 U_m = 5 В, частотой f =2 кГц и длительностью t_u = 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 U_m=5 В, частотой f = 2 кГц и длительностью t_u = 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 K_u = U_2m/U_1m, где U_2m, U_1m — 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 U_im = 1 В и частотой f = 2 кГц.

3.2 На экране осциллографа получить устойчивое не искажен­ное изображение обоих сигналов и измерить их амплитуды U_2m, U_1m.

3.3 По экспериментальным данным рассчитать коэффициент передачи К_u = _U2m /U_1m.

3.4 Анализ RС-цепи показывает, что ее коэффициент передачи определяется выражением К_u = (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 U_1m = 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 T_ф.

Это можно выполнить по формуле φ = φ ₂ – φ ₁=360° (T_φ /T), где Т- период сигнала (рис. 1.16, a), a T_φ - 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, | Т_ф | = 67 мс, тогда ф = ф₂ – ф₁ = — 360°, а отношение ( T_φ /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 U_mn. Результаты измере­ний занести в табл. 1.1. Рассчитать активную мощность на сопро­тивление нагрузки R _n (Р _н = U² _mn /R _n).

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.