Осциллограф и функциональный генератор программного пакета "Multisim"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Осциллограф и функциональный генератор программного пакета “Multisim“

1. Теоретические сведения

Осциллограф предназначен для наблюдения формы электрических сигналов и контроля их прохождения через различные электронные цепи и устройства. Современные цифровые осциллографы позволяют также запоминать исследуемые сигналы и производить измерение их параметров.

Горизонтальная ось на экране осциллографа соответствует оси времени, направление и величина вертикального отклонения определяются полярностью и значением напряжения исследуемого сигнала, подаваемого на вход осциллографа. Для выполнения лабораторных работ 1…16 предусмотрено применение двухканального виртуального осциллографа и функционального генератора, описание которых приведено в литературе [ 1 ]. Для выполнения лабораторных работ необходимо освоить:

· установку необходимого временного масштаба (по горизонтальной оси Х) в зависимости от частоты или длительности исследуемых сигналов;

· установку необходимой чувствительности канала вертикального отклонения в зависимости от напряжения исследуемого сигнала;

· установку необходимого режима синхронизации;

· установку (при необходимости) вертикального и горизонтального смещений изображения;

· пользование режимами открытого и закрытого входов;

· пользование курсорами для измерения времени и мгновенных значений напряжений исследуемых сигналов;

· установку параметров функционального генератора;

Основные виды сигналов и их параметры показаны на рис.2.1…2.3

Синусоидальный сигнал, часто используемый в аналоговой аппаратуре, показан на рис.2.1.

Рис.2.1 Синусоидальный сигнал.

Функциональный генератор XFG1 (в данном случае источник сигнала) запрограммирован на генерацию синусоидального напряжения с частотой 1 кГц и амплитудой 10 Вольт, его выход подключен ко входу А осциллографа. На осциллографе установлен временной масштаб 200 микросекунд (мкс) на одно деление шкалы и вертикальный масштаб 5 Вольт на одно деление щкалы. Синий и красный курсоры показывают мгновенные напряжения -9,996 В что практически совпадает с установленной на генераторе амплитудой

10 В. Временной промежуток между курсорами (Т2-Т1 = 1 миллисекунда = 0,001 секунды) в данном случае равняется одному периоду колебаний, что позволяет найти значение частоты:

f = 1/ Т = 1/0,001 = 1000 Гц = 1 кГц.

Прямоугольные двухполярные импульсы показаны на рис.2.2

Рис.2.2 Прямоугольные двухполярные импульсы.

На рис.2.2 также показано измерение длительности импульса. Временной промежуток между курсорами соответствует длительности импульса.

При использовании виртуального функционального генератора в качестве источника сигнала следует учесть, что по умолчанию его частота равна 1Гц. Такой режим не используется в лабораторных работах, поэтому необходимо каждый раз устанавливать заданное значение частоты.

Для получения однополярных импульсов с амплитудой +5В необходимо установить амплитуду сигнала и смещение уровня равными 2.5 В. Для получения длительности импульса равной 0,1 длительности периода необходимо установить коэффициент заполнения цикла 10%. На рис.3 показаны прямоугольные импульсы положительной полярности с амплитудой 5 В, периодом 1мс и длительностью, равной 0,1 длительности периода.

Для получения заданных временных соотношений в функциональном генераторе используется опция “Duty cycle”, позволяющая устанавливать длительность импульса в процентах относительно длительности периода. Существует также близкий по смыслу параметр “cкважность импульсов”(Q), равный отношению длительности периода(T) к длительности импульса (t)

Q = T/t

Форма импульсных последовательностей со скважностью Q = 2 называется меандр. Такая форма возникает обычно на выходах счетных триггеров или двоичных счетчиков. Импульсные последовательности со скважностью порядка нескольких сотен или тысяч применяются в гидролокации и радиолокации. Для установки на функциональном генераторе длительности импульсов t при заданной частоте повторения f необходимо:

1. По формуле Т=1/f определить период повторения импульсов Т.

2. Определить, какой процент от длительности периода составляет длительность импульсов.

3. Установить найденную величину в окошке “Duty cycle”.

Пример установки параметров прямоугольных положительных импульсов с амплитудой U = 5 B, частотой f = 1кГц = 1000 Гц и длительностью t = 100мкс, показан на рис.2.3. При установленных амплитуде и сдвиге уровня 2,5 В вместо двухполярных импульсов на выходе генератора появятся однополярные импульсы с амплитудой 5 В. Частоте 1кГц (1000Гц) соответствует период повторения импульсов

Т=1/f = 1/1000 сек = 1 мс = 1000мкс.

Заданная длительность импульсов t = 100 мкс составляет 10% длительности периода. Установив “Duty cycle” = 10%, получаем необходимый результат.

Рис.2.3. Формирование импульсов положительной полярности.

В схеме, приведенной на рис.2.4, применен потенциометр R1, который используется для уменьшения подаваемого на вход В сигнала генератора.

Рис.2.4. Схема подключения сигналов ко входам осциллографа.

По умолчанию, дискретность его перестройки при нажатиях на клавишу А составляет 5%. Для данной работы необходимо уменьшить дискретность перестройки до 1% (коррекция свойств элемента).

2. Выполнение работы

1. После загрузки программного пакета “Multisim” собрать схему, приведенную на рис.2.4.

2. Устанавливая на функциональном генераторе параметры сигналов и положение движка потенциометра в соответствии с заданным вариантом согласно табл.1, производить необходимую настройку осциллографа для получения нормального изображения каждого сигнала. По горизонтали должно быть видно 1-3 периода повторения сигналов, размер изображения по вертикали для двухканального режима должен составлять, примерно, 30…50% вертикального размера экрана.

3. Произвести при помощи курсоров измерения периода синусоиды, треугольного и пилообразного напряжений, длительности и периода прямоугольных импульсов и амплитуды сигналов 1-6 на входах А и В виртуального осциллографа.

4. Собрать схему с постоянным напряжением на входе, приведенную на рис.5

5. Установить напряжение источника питания (в вольтах) равным номеру выполняемого варианта.

6. Для обеспечения возможности курсорного измерения величины входного постоянного напряжения произвести соответствующую настройку осциллографа.

7. Измерить при помощи курсора величину постоянного напряжения в режимах открытого и закрытого входов осциллографа.

8. Собрать схему, приведенную на рис.2.6.

9. Установить частоту генератора в килогерцах равной номеру варианта.

10. При напряжении источника 15В и амплитудах синусоидального напряжения 1В и 50мВ на выходе функционального генератора (для всех вариантов), получить осциллограммы сигналов в режимах открытого и закрытого входов осциллографа.

11. Объяснить данные измерений и сделать выводы из полученных результатов.

12. Сохранить все полученные изображения в виде файлов .msm и в виде скриншотов для отчета о выполнении лабораторной работы.

Табл.2.1

Рис.2.5. Схема для контроля уровня постоянного напряжения.

Рис.2.6. Схема для проверки свойств закрытого и открытого входов осциллографа.

осциллограф генератор источник сигнал

Контрольные вопросы

1. Как производится выбор и установка чувствительности каналов А и В?

2. Как соотносятся частота и период повторения электрических колебаний?

3. Как производится выбор и установка временного масштаба?

4. Как производится сдвиг изображения по вертикали и горизонтали?

5. Как выбирают режим закрытого или открытого входа?

6. Что такое синхронизация?

7. Какие режимы синхронизации и запуска развертки используются в виртуальном осциллографе программного пакета “Multisim”?

8. Как производятся курсорные измерения напряжения и временных промежутков?

9. Как на функциональном генераторе установить режим однополярных импульсов заданной амплитуды?

10. Как на функциональном генераторе при известной частоте установить необходимую длительность импульса?

11. Что такое скважность импульсов?

Размещено на Allbest.ru