1. Закрепление теоретических знаний об электронно-лучевых и цифровых осциллографах и об их применении для исследования формы колебаний.
2. Приобретение практических навыков работы с двухканальными электронно-лучевым и цифровым осциллографами при измерении параметров гармонических, амплитудно-модулированных и импульсных колебаний.
3. Практическое ознакомление с погрешностью взаимовлияния и со способом ее уменьшения путем использования выносного делителя напряжения, входящего в комплект осциллографов.
II. Объекты измерений, средства измерений
и требуемая точность измерений
Объектами измерений являются:
- периодическая последовательность прямоугольных импульсов на выходе формирующей RC-цепи («RC-2»).
- треугольное и амплитудно-модулированное напряжения на выходе «OUTPUT 50Ω» функционального генератора SFG-2110;
Априорные сведения об информативных (измеряемых) параметрах объектов измерений приведены в таблицах 2.1, 4.1, 5.1.
Априорные сведения о неинформативных параметрах:
- внутреннее сопротивление выхода «GENERATOR OUTPUT» осциллографа GOS-620FG – Rвых £ 50 Ом;
- внутреннее сопротивление выхода «OUTPUT 50Ω» генератора SFG-2110 – Rвых = 50 Ом;
- выходное сопротивление формирующей цепочки «RC-2»:
Средства измерений: осциллографы GOS-620FG, TDS2012В (TPS2012).
Необходимо обеспечить точность, максимально возможную для используемых средств измерений.
Часть 1. Ознакомление с двухканальными цифровыми запоминающими осциллографами TDS2012, TPS2012
Ознакомиться с цифровыми запоминающими осциллографами TDS2012 и TPS2012 под руководством преподавателя.
Основное внимание обратить на возможности и основные характеристики осциллографов (особенно - на частотный диапазон), на их органы управления и на особенности их использования (см. Приложение 1).
Часть 2. Экспериментальное исследование погрешности взаимовлияния при измерении осциллографами длительности фронта прямоугольного импульса
В данной работе исследуются погрешности взаимовлияния, обусловленные неидеальностью входных характеристик осциллографов (Rвх ≠ ∞ ; Свх ≠ 0).
Для этого измеряются длительность фронта импульсного напряжения на выходе трёхзвенной RC-цепи «RC-2» с резистивным делителем напряжения на выходе с помощью двух разных осциллографов (GOS-620FG и TDS-2012) с использованием штатных кабель-щупов этих осциллографов.
Рис.2.1 – Электрическая схема трёхзвенной RC-цепи «RC-2» с резистивным делителем напряжения на выходе
2.1. Подключить штатный кабель-щуп осциллографа GOS-620FG к входу CH1 осциллографа, задать режим работы кабеля-щупа «х10» и проверить частотную компенсацию выносного делителя напряжения, входящего в кабель-щуп. При необходимости выполнить ее настройку.
2.2. Собрать установку так, как показано на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Установка для исследования импульсного напряжения
Подать импульсное напряжение амплитудой 8 В, коэффициентом заполнения (DUTY) 20 % и частотой 10 кГц с выхода OUTPUT 50Ω генератора SFG-2110 на вход RC-цепи «RC-2». Это же напряжение подать и на вход CH2 осциллографа GOS-620FG (по этому напряжению нужно будет синхронизировать развертку, иначе фронт импульса наблюдать будет невозможно).
2.3. Подключить кабель-щуп к выходу RC-цепи. Подключение кабелей показано на рисунке 2.3 (кабель-щуп подключен к правому выводу резистора – это выход «Rвых = 10 кОм»; при подключении его к левому выводу этого резистора получим выход «Rвых = 1 кОм»).
Рисунок 2.3 – подключение кабелей к RC-цепи «RC-2»
2.4. Измерить длительность фронта прямоугольного импульса на выходе RC-цепи с помощью осциллографа GOS-620FG.
Для этого:
- измерить длительность фронта импульса на выходе «1 кОм» RC-цепи с максимально возможной точностью для двух положений переключателя «х1 – х10» кабеля-щупа; результаты измерений занести в таблицу 2.1;
- измерить длительность фронта импульса на выходе «10 кОм» RC-цепи с максимально возможной точностью для двух положений переключателя «х1 – х10» кабеля-щупа; результаты измерений занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Измерение длительности фронта импульсного напряжения на Выходе 1 («Rвых = 1 кОм») и на Выходе 2 («Rвых = 10 кОм») цепи RC-2
2.5. Измерить длительность фронта прямоугольного импульса на выходе RC-цепи с помощью осциллографа TDS-2012.
Для этого повторить действия по п. 2.4 используя вместо осциллографа GOS-620FG осциллограф TDS-2012 с его штатным кабель-щупом (проверить его частотную компенсацию!).
2.6. Измерить длительность прямоугольного импульса по уровню «0,1» на выходах «1 кОм» и «10 кОм» RC‑цепи с помощью осциллографов GOS-620FG и TDS-2012 для двух положений переключателя «х1 – х10» их кабелей-щупов.
Измерения осциллографом TDS-2012 провести в режиме курсоров
Результаты измерений занести в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Измерение длительности импульса на Выходе 1 («Rвых = 1 кОм») и на Выходе 2 («Rвых = 10 кОм») цепи RC-2
Часть 3. Исследование погрешности измерения временных интервалов осциллографом GOS-620FG
При выполнении этого пункта на вход CH1 осциллографа подают периодические прямоугольные импульсы с выхода «1 кОм» RC-цепи «RC-2», частоту импульсов подбирают так, чтобы при заданном калиброванном (проверяемом) коэффициенте развертки период импульсов возможно точнее равнялся 10,00 делениям экрана осциллографа (1 период на всю ширину экрана). Получившееся значение частоты считывают со шкалы частот генератора SFG-2110, вычисляют соответствующий ей период, а затем вычисляют его относительное отклонение от значения периода по экрану осциллографа. Это и можно принять за оценку относительной погрешности измерения временных интервалов осциллографом GOS-620FG, т.к. погрешность установки частоты у генератора SFG-2110 достаточно мала для проведения этого эксперимента – не более 2,5∙10-5.
Исследование провести для 3-х коэффициентов развертки Кр:
10 мкс/дел, 20 мкс/дел, 50 мкс/дел.
Результаты измерений занести в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Исследование погрешности измерения временных интервалов осциллографом GOS-620FG
№ п/п
Установ-ленный Кр, мкс/дел
Длина периода по экрану L, дел.
Частота импульсов F*, кГц
Период импульсов T*, мкс
Кр*,
мкс/дел
(Кр* - Кр)/ Кр
, %
10,00
10,00
10,00
Примечание. – предел допускаемой относительной погрешности измерений, который принимается равным сумме допускаемой относительной погрешности частоты функционального генератора SFG-2110 и относительной погрешности сравнения при установлении длины периода по экрану осциллографа.
Часть 4. Измерение осциллографом TDS-2012 параметров треугольного напряжения на выходе функционального генератора SFG-2110
Задать на выходе функционального генератора SFG-2110 треугольное напряжение с максимальным уровнем.
Измерить параметры треугольного напряжения на выходе функционального генератора SFG-2110 осциллографом TDS-2012 в режиме автоматического измерения при номинальных значениях частоты 4 кГц и 500 кГц.
Перечень измеряемых параметров и их априорных интервалов неопределенности дан в таблице 4.1.
Часть 5. Измерение осциллографом TDS-2012 параметров амплитудно-модулированного напряжения на выходе генератора SFG-2110
Задать на выходе функционального генератора SFG-2110 амплитудно-модулированное напряжение с гармонической несущей и внутренней модуляцией с параметрами, соответствующими априорным данным в таблице 5.1.
Измерить указанные в таблице 5.1 параметры амплитудно-модулированного колебания (напряжения) АМК на выходе генератора SFG-2110 при использовании внутренней модуляции.
Априорные данные о значениях этих параметров указаны в таблице 3.
Таблица 5.1 – Измерение параметров АМК на выходе генератора SFG-2110
= (0,5 – 3,0) мкс
, %
=
=
=
=
=
=
=
=
= (18 – 22) мкс
=
=
=
=
=
=
=
=
период импульсов возможно точнее равнялся 10,00 делениям экрана осциллографа (1 период на всю ширину экрана). Получившееся значение частоты считывают со шкалы частот генератора SFG-2110, вычисляют соответствующий ей период, а затем вычисляют его относительное отклонение от значения периода по экрану осциллографа. Это и можно принять за оценку относительной погрешности измерения временных интервалов осциллографом GOS-620FG, т.к. погрешность установки частоты у генератора SFG-2110 достаточно мала для проведения этого эксперимента – не более 2,5∙10-5.
– предел допускаемой относительной погрешности измерений, который принимается равным сумме допускаемой относительной погрешности частоты функционального генератора SFG-2110 и относительной погрешности сравнения при установлении длины периода по экрану осциллографа.
, В/дел
, мс/дел
=
= (0,05…2) В; 
= (10 …90)%;
= (100…200) кГц; 
= (0,4) кГц;
=
=
=