Лабораторный практикум по дисциплине "Электротехнические измерения"

Министерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

среднего образования

                          «Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»

                         (ГАПОУ СО «ТИПК»)

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по дисциплине «Электротехнические измерения»

для студентов специальности

27.02.02. Техническое регулирование и управление качеством.

Тольятти 2016 г.

Еремеева В.В.. Лабораторный практикум по дисциплине «Электротехнические измерения» для студентов специальности среднего профессионального образования 27.02.02. Техническое регулирование и управление качеством. Тольятти, Изд-во ТИПК, 2016.- 29 с.

Практикум содержит методические рекомендации для студентов к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехнические измерения». Раскрывает методы сборки и тестирования реальных и виртуальных электрических схем, способы измерений электротехнических величин, методы учета погрешностей измерений с помощью лабораторного оборудования и виртуальных схем, описывает использование инновационных педагогических технологий при проведении лабораторных работ в лаборатории «Электротехники, электроники и автоматизации производства».

Утверждено

протокол заседания научно-методического совета ГАПОУ СО «ТИПК»

№____ от «____»______________ 2016 г.

Председатель Чернова С.Н.___________________ /

© ГАПОУ СО «ТИПК»

Содержание

Введение. 4

Лабораторная работа №1 «Измерение параметров электрических сигналов комбинированным прибором». 5

Лабораторная работа №2 «Измерение переменных напряжений цифровым вольтметром». 10

Лабораторная работа №3 «Измерение мощности в цепях постоянного тока». 14

Лабораторная работа №4 «Изучение органов управления ГВЧ и контроль режимов работы». 20

Лабораторная работа №5 «Изучение органов управления и контроль режима работы генератора импульсных сигналов»………………………………………26

Список источников и литературы. 29

Список оборудования. 29

Введение

Цель проведения лабораторного практикума по дисциплине «Электротехнические измерения» - выработка практических навыков и умений по измерению, расчетам электрических параметров различных схем и устройств, по сборке электрических схем, по проектированию, измерению и расчетам электронных устройств.

В результате  выполнения лабораторного практикума  обучающийся должен уметь:

пользоваться контрольно-измерительной и измерительной аппаратурой;

составлять измерительные схемы;

подбирать по справочным материалам измерительные средства и измерять с заданной точностью физические величины.

должен знать:

основные понятия об измерениях;

методы и приборы электротехнических измерений.

Общие компетенции, формируемые в результате выполнения лабораторного практикума:

ОК-2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК-3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК-6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК.7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), за результат выполнения заданий.

ОК.9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Лабораторный практикум рассчитан на 10 часов аудиторных занятий.

Занятия проводятся в специально оборудованной лаборатории, оснащение которой позволяет провести все виды указанных работ.

Перед выполнением лабораторных работ необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, проверить рабочее место на наличие опасных факторов, подготовить рабочее место к работе, подготовить ручку и бланк отчета по лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

Тема  «Измерение параметров электрических сигналов комбинированным прибором».

Цель лабораторной работы: научиться измерять параметры электрических сигналов комбинированным прибором.

Содержание работы.

1.1. Теоретические сведения.

Измерение силы тока

Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор.

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональной величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.

Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах — через трансформатор.

Измерение напряжения.

Вольтметр- измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии

По принципу действия вольтметры разделяются на: электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические; электронные — аналоговые и цифровые. По назначению: постоянного тока; переменного тока; импульсные; фазочувствительные; селективные; универсальные. По конструкции и способу применения: щитовые; переносные; стационарные.

Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы.

Для измерения в цепях постоянного тока используются комбинированные приборы магнитоэлектрической системы ампер-вольтметры. Технические данные о некоторых типах приборов приведены в таблице 1.

Магнитоэлектрические механизмы конструктивно могут быть выполнены с неподвижным магнитом и подвижной рамкой или с подвижным магнитом и неподвижной рамкой. Более широкое применение находят механизмы с неподвижным магнитом. Устройство такого измерительного механизма показано на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма с неподвижным магнитом.

Таблица 1.1. Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы.

Наименование	Тип	Класс точности	Пределы измерения
Милливольт-миллиамперметр	М82	0,5	15-3000 мВ; 0,15-60 мА
Вольтамперметр	М128	0,5	75 мВ-600 В; 5; 10; 20 А
Ампервольтметр	М231	1,5	75-0-75 мВ; 100-0-100 В; 0,005-0-0,005 А; 10-0-10 А
Вольтамперметр	М253	0,5	15 мВ-600 В; 0,75 мА-3 А
Милливольт-миллиамперметр	М254	0,5	0,15-60 мА; 15-3000 мВ
Микроампервольтметр	М1201	0,5	3-750 В; 0,3-750 мкА
Вольтамперметр	М1107	0,2	45 мВ-600 В; 0,075 мА-30 А
Миллиампервольтметр	М45М	1	7,5-150 В; 1,5 мА
Вольтомметр	М491	2,5	3-30-300-600 В; 30-300-3000 кОм
Ампервольтомметр	М493	2,5	3-300 мА; 3-600 В; 3-300 кОм
Ампервольтомметр	М351	1	75 мВ-1500 В; 15 мкА-3000 мА; 200 Ом-200 Мом

Технические данные о комбинированных приборах –ампервольметрах и ампервольтваттметрах для измерения напряжения и тока, а также мощности в цепях переменного тока.

Комбинированные переносные приборы для измерения в цепях постоянного и переменного токов обеспечивают измерение постоянных и переменных токов и сопротивлений, а некоторые – также емкость элементов в весьма широком диапазоне, отличаются компактностью, имеют автономное питание, что обеспечивает их широкое применение. Класс точности этого типа приборов на постоянном токе2,5; на переменном – 4,0.

Эти измерительные приборы находят широкое применение для измерения электрических величин. Эти приборы позволяют, как правило, измерять в исключительно широких пределах переменные и постоянные напряжения и токи, сопротивления, в некоторых случаях частоту сигналов. В литературе их часто называют универсальными вольтметрами, в силу того, что любая измеряемая приборами величина так или иначе преобразуется в напряжение, усиливается широкополосным усилителем. Приборы имеют стрелочную шкалу (прибор электромеханического типа), либо дисплей с жидкокристаллическим индикатором, в некоторых приборах имеются встроенные программы, обеспечивается математическая обработка результатов.

1.2. Экспериментальная часть

1.2.1. Измерить комбинированным прибором силу тока, данные записать в таблицу.№1.2.

1.2.2. Измерить комбинированным прибором напряжение, данные записать в таблицу.№1.2.

1.2.3. Измерить комбинированным прибором сопротивление, данные записать в таблицу.№1.2.

Таблица №1.2 Результаты измерений.

Наименование физической величины	№ опыта
	1	2	3	4	5
Сила тока, А.
Напряжение, В.
Сопротивление, Ом.

1.3. Содержание отчета

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1) титульный лист по стандартной форме;

2) цель работы;

3) исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и параметры их элементов);

4) таблицы с результатами вычислений и измерений;

5) основные расчетные формулы и уравнения;

6) графические диаграммы функций;

7) выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.

Контрольные вопросы

1. В каких единицах измерений измеряют силу тока?

2. Как называется прибор для измерения сопротивления?

3. Классификация приборов по классу точности.

4. Назовите системы, по которым изготавливаются средства измерений.

5. Сколько классов точности средств измерений Вы знаете?

Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

Тема «Измерение переменных напряжений цифровым вольтметром».

Цель лабораторной работы:  научиться измерять переменные напряжения цифровым вольтметром.

Содержание работы.

2.1    Краткие теоретические сведения.

Для приборов, измеряющих напряжение переменного тока, характерны три варианта  структурной схемы, что зависит от  типа преобразователя (рис.2.1, а – в). Принцип действия  вольтметра, построенного по схеме на рис.2.1,а, заключается в преобразовании напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, которое измеряется стрелочным электроизмерительным прибором. Такие приборы пригодны лишь для измерения напряжения значительной амплитуды (их используют для контроля напряжения в низкочастотных   и высокочастотных измерительных генераторах, модуляторах мощных генераторов и т.п.), так как для  измерения малых напряжений они недостаточно чувствительны. Поэтому в подобных случаях применяют вольтметры, у которых после преобразователя (рис.2.1,б) либо до него (рис.2.1,в) дополнительно включен усилитель.

Вход

		а)

 

Вход

 

Вход

 

Вход

Рис 2.1.структурные схемы вольтметров.

Сравнивая структурные схемы на рис2.1,б и в, можно ее до изучения конкретных схемных решений установить ряд свойств приборов, оценить их достоинства и недостатки. Вольтметры, построенные по первой схеме, отличаются очень широким диапазоном частот: они позволяют измерять напряжения высоких частот вплоть до 1 ГГц. Приборы же, выполненные по второй схеме, имеют более узкую полосу, ограниченную полосой пропускания усилителя напряжения  переменного тока (как правило, до 10…50 МГц). Зато схема, показанная на рис.2.1,в, позволяет получить более высокую чувствительность, чем предыдущая, поскольку усилитель включен перед преобразователем. Такие схемы используют в милли- и микровольтметрах.  Причем  основным фактором, ограничивающим нижний предел измеряемого напряжения, являются собственные шумы усилителя. Следует отметить, что в схеме с предварительным усилителем возможны искажения формы напряжения (нелинейные искажения), которые практически отсутствуют в схеме, начинающейся с преобразователя.

 

Вход

Рис. 2.2. Структурная схема вольтметра.

При сопоставлении схем, изображенных на рис.2.1, б и рис.2.2, видно, что их можно сочетать в одном приборе. Такой универсальный вольтметр (рис.2.1,г) служит для измерения напряжений как переменного, так и постоянного тока.

Следует отметить, что стрелочные электронные вольтметры характеризуются сравнительно невысокой точностью (по отношению к цифровым вольтметрам): у лучших типов приборов приведенная погрешность 1…2,5 %. Однако при решении многих практических задач такой точности вполне достаточно.

2.2 Перечень используемого оборудования.

   2.2.1     Вольтметр GDM8145.

  2.2.2   Генератор измерительный GAG - 810.

  2.2.3   Персональный компьютер и аналого – цифровой преобразователь Handyprobe HP2.

2.3. Задание.

2.3.1 Изучить функциональную схему вольтметра В3-38А.

2.3.2 Изучить и знать назначение органов управления вольтметра.

2.3.3 Определить зависимости показаний вольтметра от частоты измеряемого напряжения.

2.3.4 Проверить правильность градуировки шкал вольтметра В3-38А.

2.3.5 По результатам измерений и вычислений сделать  выводы о качестве параметров вольтметра.

2.4. Схема проведения опыта.

 

Рис. 2.3. Структурная схема вольтметра.

 

Рис. 2.4. Структурная схема вольтметра.

2.5. Работа в лаборатории.

2.5.1. Подготовка прибора к работе.

2.5.1.1. Проверить заземление прибора.

2.5.1.2. Проверить механический пульт прибора и при необходимости скорректировать нулевое показание стрелки.

2.5.1.3. Переключатель пределов измерений установить в положение 300В.

2.5.1.4. Включить прибор в сеть.

2.5.1.5. После этого прибор готов для проведения измерений.

2.5.2. Определить зависимость показаний вольтметра от частоты измеряемого напряжения.

В нормальной области частот приведенная погрешность прибора не превышает максимальной допустимой основной приведенной погрешности. В расширенной области частот дополнительная погрешность прибора не должна превышать основной приведенной погрешности.  Ширина диапазона частот измеренных  напряжений определяется системой вольтметра.

2.5.2.1. Соберите схему 2.4.2.

2.5.2.2. В соответствии  с указанным  вариантом произведите измерения.

2.5.2.3. В таблице 5.2.1 приведены измерительные частоты пределы шкалы вольтметра и исходное напряжение при частоте 45Гц

2.5.2.4. Настройте генератор на частоту 45Гц и изменяя напряжение на выходе генератора, установите стрелку вольтметра В3-38А на указанную в таблице 2.5.2.1 величину U45.

Таблица 2.5.2.1.

№ Ва- рианта	Предел шкалы, В	f, кГц	0,02	0,045	0,2	1	2	5	10	20	100	200
1	1			0,5В
2	3			1,5В
3	3			2,5В
4	10			4В
5	10			5В

2.5.2.5. Измените частоту генератора (см. табл.5.2.1) и запишите показания вольтметра.

2.5.2.6. Заданные, измеренные и рассчитанные величины заносите в табл.2.5.2.2

Таблица 2.5.2.2

№ Ва- рианта	f, кГц	0,02	0,045	0,2	1	2	5	10	20	100	200
	U,В
	ΔU,В
	d,%

2.5.2.7. Рассчитайте абсолютные и относительные погрешности в сравнении с напряжением, установленным при частоте 45Гц по формулам:

        ΔU= Uf–U45   

                                                            Δ U

        ΔU= Uf–U45                        δ =  ───      •   100%

                                                             U45

2.5.3.8. Заданные, измеренные и рассчитанные величины занести в таблицу.

2.6. Содержание отчета

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1) титульный лист по стандартной форме;

2) цель работы;

3) исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и пара­метры их элементов);

4) таблицы с результатами вычислений и измерений;

5) основные расчетные формулы и уравнения;

6) графические диаграммы функций;

7) выводы и заключение о степени соответствия расчетных и эксперимен­тальных результатов.

Контрольные вопросы

1. Каковы достоинства цифровых вольтметров?

2. Область применения цифровых вольтметров?

3. По каким основным схемам строятся цифровые вольтметры?

4. Какие требования предъявляются к усилителю переменного тока цифрового вольтметра?

Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.

Тема «Измерение мощности в цепях постоянного тока».

Цель лабораторной работы: ознакомление с методами и средствами измерения мощности электрического тока, получение навыков работы с измерительными приборами и обработки результатов измерений.

Содержание работы.

3.1. Краткие теоретические сведения.

Измерение мощности. Мощность цепи постоянного тока определятся с помощью амперметра и вольтметра:                                                       

Р= U·I  (1)

где U– показание вольтметра, включенного на участке, где определяется мощность, В; I – показание амперметра на том же участке цепи, А.

Для измерения той же мощности может быть использован электродинамический ваттметр. Угол поворота подвижной части этого прибора, включенного в цепь, пропорционален мощности, значения которого нанесены на шкалу прибора

Методы и средства. измерения мощности. Метода измерения мощности делятся на электрические, тепловые и механические. Электрические методы могут быть прямыми и косвенными. Тепловые и механические методы являются косвенными.

Косвенный электрический метод измерения мощности основан на использовании амперметра и вольтметра. Две возможные схемы измерения мощности при помощи амперметра и вольтметра приведены на рис. 1.а и б.

Рис.3.1.Схема включения измерительных приборов.

Для схемы, изображенной на рис. 3.1,а. расчетное значение мощности

  (2)

отличается от мощности, потребляемой нагрузкой, на величину мощности Рv = U_АIv , потребляемой вольтметром.

Для схемы, изображенной на pиc. 3.1,б, расчетное значение мощности, потребляемой нагрузкой,

  (3)

отличается от мощности потребляемой нагрузкой, на величину мощности Р_А=U_АI_Н, потребляемой амперметром.

При измерении мощности в цепях переменного тока формулы (2) и (3) можно использовать только при резистивной нагрузке, т.е. при cos=1. При реактивной нагрузке в результате расчета получают полную мощность. Для исключения погрешностей, вызванных: подключением измерительных приборов, в результаты расчетов по формулам (2) и (3) вводят поправки

  (4)

для схемы рис. 3.1,а или

  (5)

для схемы рис. 3.1.б, где Rv - сопротивление вольтметра, а R_A - сопротивление амперметра.

Прямой электрический метод измерения мощности основан на использовании электродинамических, ферродинамических или электронных ваттметров. Схемы включение электродинамических и ферродинамических ваттметров приведены на рис. 3.2. Схема, изображенная на рис. 3.2,а. аналогична включению амперметра и вольтметра по схеме рис. 3.1,а. Схема, изображенная на рис. 3.2,б. аналогична включению амперметра и вольтметра по схеме рис. 3.1,б. Уравнение шкала ваттметра без учета погрешностей, вносимых обмотками, имеет вид

  (6)

где  - показание прибора, k.- коэффициент пропорциональности.

В связи с тем, что катушки ваттметра имеют сопротивление и индуктивность, в показаниях прибора появляется дополнительная погрешность.

При учете сопротивления Rv и индуктивности Lv катушки напряжения ваттметра появляется дополнительная угловая погрешность

   (7)

где γ=arctg(ωLv/Rv) - дополнительный фазовый сдвиг, вносимый обмоткой ваттметра.

Рис.3.2. Схема подключения ваттметра в электрическую цепь.

Электронные ваттметры содержат перемножитель, выполняющий операцию перемножения напряжения и тока, и электронный вольтметр среднего или амплитудного значения напряжения. Структурная схема электронного ваттметра средней мощности приведена на рис.3.3.

Рис.3.3. Структурная схема электронного ваттметра средней мощности.

В качестве перемножителей используют различные электронные или полупроводниковые приборы – электронные лампы, диоды, транзисторы, интегральные микросхемы. Широкое распространение получили ваттметры с перемножителями на преобразователях Холла.

Устройства преобразователя Холла приведено на рис.3.4. Преобразователь Холла ПХ состоит из полупроводников пластины, на которую нанесены две пары электродов. Электроды 1-2 включают в цепь тока управления, пропорционального напряжению на нагрузки, а электроды 3-4 подключают к вольтметру. Ток нагрузки проходит по катушке, создающей магнитный поток В, перпендикулярный плоскости полупроводниковой пластины. Напряжение на выходе преобразователя Холла пропорционально мощности в нагрузке

  (8)

где Sx – чувствительность преобразователя Холла.

Рис.3.4. Устройства преобразователя Холла

К косвенным относят также осциллографические методы измерения мощности. Электронным осциллографом можно измерять активную, реактивную и импульсную мощности.

3.2. Программа работы

1. Измерение мощности постоянного тока косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра.

2. Измерение мощности постоянного тока прямым методом при помощи электродинамического ваттметра.

3.3. Порядок выполнения работы.

1. Измерение мощности постоянного тока косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра выполняют по схеме, приведенной на рис. 3.6. Питание схемы производят от блока питание БП типа В5-9, а в качестве нагрузки используют магазин сопротивлений RH типа МСР. Измерение мощности выполняют при помоги вольтметра V1 и амперметра А типа Э59. Напряжение на амперметре измеряют вольтметром V2 типа В7-16А.

Рис.3.6. Схема измерения мощности постоянного тока косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра.

При измерении мощности напряжение источника БП устанавливают равным 20 B и контролируют по вольтметру V₁. После этого изменяют сопротивление нагрузки и регистрируют показания приборов. Результаты измерений заносят в таблицу 3.1.

Расчет мощности выполняют по формулам: измеренное значение мощности определяют по показаниям приборов V₁ и А, Р_и= U_v1I_А мощность, потребляемую амперметром, рассчитывают по формуле Р_А = U_v2 I_А, мощность, рассеиваемую в нагрузке, определяют с учетом поправки - Р_Апо формуле P_Н= Р_И-Р_А.

Относительная погрешность измерения мощности определяют по формуле

где I_ном и U_ном – пределы измерения амперметра А и вольтметра V₁, соответственно, k_A и k_v1 – классы точности амперметра и вольтметра.

Таблица 3.1. Результаты измерений.

Напряжение Uv1, B	20	20	20	20
Сопротивление нагрузки RН, Ом	500	1000	1500	2000
Ток нагрузки IА, А
Напряжение Uv2, В
Поправка - PA, Вт
Мощность нагрузки PН, Вт
Относительная погрешность , %

2. Измерение мощности постоянного тока c помощью электродинамического ваттметра типа Д535 выполняют по схеме, изображенной на рис.3.7 . Питание схемы производят от блока питания БП типа Б5-9. Напряжение на нагрузке измеряют вольтметром V типа В7-16А. В качестве нагрузки используют магазин сопротивлений типа МСР.

Рис.3.7. Схема измерение мощности постоянного тока c помощью электродинамического ваттметра.

При измерении мощности устанавливают на нагрузке напряжение U_Н=40 В, которое измеряют вольтметром V. После этого измерения сопротивление нагрузки R_Н и регистрирует показания ваттметра W. Результат измерения заносят в таблицу 3.2.

Для определения поправки - P измеряют мощность, потребляемую обмоткой напряжения ваттметра W. Для этого в схеме, изображенной на рис.3.7. отключают нагрузку и регистрируют показания ваттметра W при отключенной нагрузке.

Примечание. При измерении P допускается нагрузку не отключать, а устанавливать ее сопротивление R_Н=100 кОм.

Мощность P_Н , потребляемую нагрузкой, вычисляют по формуле Р_Н=P_w-Р. Относительную погрешность измерения мощности рассчитывают по формуле

где U_ном и I_ном установленные пределы измерения ваттметра по напряжению и току; k_w - класс точности ваттметра, P_w -показания ваттметра.

Таблица 3.2

Напряжение Uн, B	40	40	40	40
Сопротивление Rн, Ом	500	1000	1500	2000
Показание ваттметра Pw. Вт
Поправка - P, Вт
Мощность нагрузки Pн, Вт
Погрешность   р, %

3.4. Содержание отчета.

1. Краткие сведения о приборах, используемых в работе.

2. Таблицы 3.1., 3.2...

3. Схемы измерений по пунктам.

4.. Выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Виды мощности, используемые при исследовании электрических систем.

2. Как рассчитывают мощность в цепи постоянного тока?

3. Какие существуют методы измерения мощности в цепях постоянного тока

Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.

Тема «Изучение органов управления ГВЧ и контроль режимов работы».

Цель лабораторной работы:

1.1. Изучить функциональную схему генератора.

1.2. Знать технические характеристики.

1.3. Знать назначение органов управления.

1.4. Научиться пользоваться и приобрести навыки в работе с генератором типа RC.

Содержание работы.

4.1 Краткие теоретические сведения.

 

              R1                                                                                                                           

 

                C1              

Усилитель

Усилитель

                                                        

                     C2

    R2  

Рис. 4.1 Структурная схема RC – генератора.

Задающий генератор типа RC представляет собой двухкаскадный усилитель на резисторах с положительной обратной связью. Она осуществляется с помощью делителя, плечи которого образованы: одно – последовательным соединением конденсатора С1 с сопротивлением  R1, второе – параллельным соединением конденсатора С2 с сопротивлением  R2 (R1=R2 и C1=C2). Можно показать, что при такой схеме условие фаз, соблюдение которого необходимо для самовозбуждения генератора, выполняется только для одной частоты

                                                             1

                                                    F =  ──          ,где

                                                          2 πRC

R=R1=R2 и C=C1=C2. Изменением сопротивления изменяют диапазон генерируемых частот (ступенчатая регулировка), а изменяя емкость, получают плавное изменение частоты в поддиапазоне.

Усилитель обычно является многокаскадным, один из каскадов которого фазоинвертор, превращающий выходное напряжение задающего генератора в двухтактное, представляющее собой на выходе каскада два одинаковых по амплитуде и обратных по фазе напряжения. Для повышения качественных показателей генератора в усилителе применена отрицательная обратная связь.

Измеритель выхода представляет собой электронный вольтметр, который может быть выполнен по различным схемам со стрелочным магнитоэлектрическим индикатором. Его шкалы могут быть проградуированы в вольтах или в децибелах.

                       Uвых

Pвых = 20lg   ────

                          0,775В

  Аттенюатор – резисторный делитель напряжения, выполняет две функции:

а) согласование сопротивления нагрузки Rн и выходного сопротивления генератора Rвых зг.

б) ступенчатая регулировка выходного напряжения.

4 .2 Перечень используемого оборудования.

4.2.1     Исследуемый генератор GAG-810.

4.2.2       Персональный компьютер.

4.3 Задание.

4.3.1       Изучить функциональную схему генератора GAG-810.

4.3.2       Изучить и знать назначение органов управления генератора.

4.3.3       Проверить с помощью ПК и АЦП правильность установки частоты генератора.

4.3.4       Проверить с помощью ПК и АЦП правильность установки напряжения (уровня) на выходе генератора.

4.3.5       По пунктам 3.2, 3.3, результаты измерений и вычислений занести в соответствующие таблицы.

4.3.6       По результатам измерений и вычислений сделать выводы о качестве параметров исследуемого генератора.

4.4 Схема проведения опыта.

GAG-810		ПК и АЦП

Рис.4.1 Структурная схема проверки градуировки шкалы частот.

GAG-810		ПК и АЦП

Рис.4.2  Структурная схема проверки правильности установки напряжений.

4.5 Работа в лаборатории.

4.5.1             Подготовка прибора к работе.

4.5.1.1    Проверить заземление прибора.

4.5.1.2    Включить прибор тумблером «Сеть», при этом должна загореться красная лампочка.

4.5.1.3    Дать прибору нагреться в течение 15 минут, после чего можно приступать к измерениям.

4.5.1.4    Установить с помощью переключателя «Множитель» и ручки «Частота» требуемую частоту.

4.5.2             Проверка градуировки шкалы частот.

4.5.2.1       Подключить к выходу генератора АЦП. Запуск рабочей программы  Handyprobe осуществляется из меню «Программы», кнопки «Пуск». Получить на экране монитора стартовое меню (рис.4.3)

Рис 4.3 Стартовое меню

Для измерения частоты произвести запуск главного окна осциллографа с помощью кнопки «Scope». Измерить частоту с помощью больших курсоров, вызываемых из главного рабочего окна «Осциллоскоп» (рис. 3.4) в соответствии с заданным вариантом и результаты занести в таблицу 4.1.

Рис. 4.4.

Табл.4.1

№ Варианта	fуст, кГц
	fд, кГц
	D f, кГц
	d, %

Величина абсолютной погрешности определяется по формуле:

∆f = fуст - f д , кГц

Величина относительной погрешности определяется по формуле:

d =   100%

4.6.   Проверка правильности установки напряжений.

4.6.1.   Подключить на выход генератора АЦП. Запуск главного окна цифрового вольтметра осуществляется путём нажатия кнопки “VOLT”(рис.3.5)

Рис 4.5.

4.6.2.      В соответствии с указанным вариантом установить частоту и изменяя с помощью ручки «Рег.вых» напряжение вольтметра генератора, как указано в табл.4.3.1, снять показания с вольтметра, включенного на выход генератора.

Таблица 4.2

№ Варианта	Частота на генераторе,   Гц	Величина напряжения, устанавливаемая на  вольтметре генератора (уст.)
1;4;7;10	1000	0,005	0,015	0,15	0,4	1,2	4,5	7
2;5;8;11	5000	0,008	0,2	0,25	0,8	2,5	5,5	8
3;6;9;12	10000	0,01	0,03	0,3	1,0	2,8	6,5	9

  Показания вольтметра, а также рассчитанные значения абсолютной и относительной погрешности  записать в таблицу 4.2.

  Величины ΔU;  рассчитываются, как в предыдущем случае.

Таблица 4.3

№ Варианта	Частота	Uуст, В
		Uг, В
		DU, В
		d, %

4.7 Содержание отчета.

Отчёт должен содержать

4.7.1. Цель работы.

4.7.2.Задание.

4.7.3. Схема проведения опыта.

4.7.4. Перечень оборудования и приборов.

4.7.5. Таблицы измерений и расчетов.

4.7.6. Вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы.

1. Какие требования предъявляют к измерительным генератором?

2. Преимущества и недостатки генератора типа RC?

3. Условия работы задающего генератора.

4. За счет каких параметров в генераторе могут возникнуть погрешности при установке частоты?

5. Из каких узлов состоит измерительный генератор типа RC?

Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.

Тема «Изучение органов управления и контроль режима работы генератора импульсных сигналов».

Цель лабораторной работы: изучение органов управления и контроль режима работы генератора импульсных сигналов.

Содержание работы.

5.1. Краткие теоретические сведения

По широте использования генераторы прямоугольных импульсов уступают только генераторам синусоидальных сигналов. Они используются для настройки узлов аппаратуры связи с импульсно – кодовой модуляцией, систем радиолокации и т.п. Различают генераторы прямоугольных импульсов, серий импульсов, кодовых импульсных последовательностей, псевдослучайных последовательностей. Основными параметрами генераторов одиночных и парных импульсов, которые устанавливают ГОСТ, являются: длительность, амплитуда, частота, временный сдвиг импульса (относительно синхроимпульсов), длительность фронта и среза, неравномерность вершины. Нормируются погрешность установки параметров импульсов и нестабильность параметров основных импульсов. Класс точности генератора определяется пределом допускаемой погрешности параметров сигнала и пределами допускаемых значений искажений сигнала.

Рис. 5.1 Типичная структурная  схема простого генератора импульсов.

Типичная структурная  схема простого генератора импульсов представлена на рисунке. Задающий генератор выполняется либо по схеме синусоидального, либо импульсного генератора. Его частота и стабильность определят частоту и стабильность выходного сигнала. Практически все генераторы импульсов могут работать как в режиме внешнего запуска, так и режиме разового запуска от кнопки на передней панели. Задающий генератор при этом отключаются. Для измерения амплитуды применяется пиковые или компенсационные вольтметры. Генераторы импульсов, построенные по данной схеме, обеспечивают погрешность установки частоты, длительность и временной задержки 3 – 10 %, а нестабильность этих параметров, а за час работы 1-3%.

Для создания прецизионных генераторов импульсов по частоте, длительности и временной задержки используют кварцевый опорный генератор, метод синтеза частот и полностью цифровой принцип формирования выходного сигнала. В этом случае период, длительность и временная задержка выходного импульсного сигнала устанавливаются дискретно с шагом, равным периоду сигнала опорной частоты. Нестабильность всех этих параметров также полностью определяется характеристиками нестабильности опорного кварцевого генератора. Большим достоинством такого построения генераторов является возможность дистанционного и программного управления прибором с помощью цифровых сигналов.

5.2. Перечень используемого оборудования

5.2.1.Генератор Г5 – 54

5.2.2.   Техническое описание и инструкция по эксплуатации.  (заводской паспорт прибора)

5.3.Задание

5.3.1.   Изучить технические данные генератора импульсов Г5 – 54

5.3.2.   Изучить структурную схему генератора и знать назначение отдельных узлов

5.3.3.   Изучить конструкцию генератора и назначение органов управления прибора.

5.4.          Содержание отчета

Отчет должен содержать:

5.4.1.   Цель работы

5.4.2.   Задание

5.4.3.   Перечень оборудования

5.4.4.   Основные технические параметры прибора

5.4.5.   Структурная схема генератора

5.4.6.   Ответы на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Назначение генератора Г5 – 54

2. Пользуясь структурной схемой, пояснение работу генератора

3. Какие режимы работы допускает прибор по роду запуска?

4. Как установить необходимые параметры импульсов (амплитуду, частоту, длительность)?

Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

 

Список источников и литературы

Основные источники:

1. Нефедов В.И., Хахин В.И., Федорова Е.В. «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах». -М.: Высшая школа, 2009.

2. Панфилов В.А. «Электрические измерения» -М.: Издательский центр «Академия», 2011.

Дополнительные источники:

1. Берёзкина Т.Ф., Гусев Н.Г.  Масленников В.В. Задачник по общей электротехнике с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2007.

2. Данилов И.А., Иванов П.М.  Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2008.

3. Касаткин А.С. Основы электротехники: Учебное пособие для средних профессионально-технических училищ. – М.: Высшая школа, 2007.

4. Синдеев Ю.Г. Электротехника (с основами электроники): Учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006.

Список оборудования

- мультимедийный учебный комплекс по темам:

«Цепи постоянного тока», «Цели переменного тока», «Электронные устройства», «Цифровая электроника», «Операционные усилители».

- стационарные лабораторные стенды;

- набор измерительных приборов и оборудования стендов;

- комплект приборов по направлению «Физические основы электротехники и электроники;

- комплект экспериментальных панелей по направлению «Электротехника и электроника»;

- педагогические программные средства вычислительной техники:

встроенные персональные компьютеры;

- оверхед-проектор «Горизонт»-250 Х.