Контрольні та вимірювальні прилади

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота

Тема: Дослідження роботи двопроменевого осцилографа, генератора синусоїдальних, пилкоподібних і прямокутних сигналів, а також мультиметра та графобудівника.

Мета роботи: Дослідження роботи двопроменевого осцилографа, генератора синусоїдальних, пилкоподібних і прямокутних сигналів, а також мультиметра та графобудівника.

Завдання: Результати досліджень роботи осцилографа, генератора та мультиметра занести в таблицю 1 для кожної форми сигналу окремо, при цьому амплітуду необхідно визначити за допомогою мультиметра і осцилографа.

Привести основні технічні характеристики генератора, осцилографа і мультиметра.

Хід роботи:

Опис контрольних та вимірювальних приладів програми EWB наведемо одночасно з поясненням установлення їх параметрів.

Мультиметр. Мультиметр використовують для вимірювання струму (постійного і змінного), напруги (постійної і змінної), опору та рівня напруги. Для настроювання мультиметра потрібно подвійним клацанням лівої кнопки “мишки” на його зменшеному зображенні відкрити збільшене зображення, а натисканням лівої кнопки “мишки” відповідно до одиниць виміру установити режим його роботи (амперметра А чи вольтметра V), а також режим роботи приладу залежно від типу електричного кола (постійного, або змінного . За замовчуванням встановлено режим кола постійного струму.

осцилограф мультиметр графобудівник синусоїдальний



Рис. 1.Модель електричного кола постійного струму зі змішаним з'єднанням резистора й електричних ламп розжарювання

Вимірювання струму та напруги при цьому нічим не відрізняється від використання амперметра або вольтметра, за винятком того, що скористатись в експериментальній моделі можна тільки одним мультиметром.

В експериментальній моделі (рис. 1.) вольтметр і амперметр для вимірювання напруги на затискачах джерела і струму джерела замінено мультиметром відповідно до режимів вольтметра й амперметра (рис.1.1, a і б).

Під час вимірювання струму і напруги в колах змінного струму прилад показує діючі значення тільки змінної складової. Постійну складову не враховують.

а

б

Рис. 1.1

Мультиметр-- єдиний прилад, призначений для вимірювання опору. Щоб установити режим омметра, необхідно натиснути кнопки та , приєднати прилад паралельно ділянці кола, опір якої потрібно виміряти, і ввімкнути модель схеми. На табло мультиметра з'явиться виміряне значення опору.

Щоб уникнути помилкових показань у режимі омметра, мультиметр не повинен контактувати з джерелами живлення. Джерела живлення мають бути вилучені зі схеми.

Використання мультиметра в режимі омметра для вимірювання еквівалентного опору змішаного з'єднання резистора й електричних ламп розжарювання (див. рис. 1.) показано на рис. 1.2, а показання амперметра в експериментальній моделі (рис. 1.3) - це підтвердження результату вимірювання еквівалентного опору.

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Для вимірювання рівня напруги треба натиснути кнопку , установити опорну напругу (за замовчуванням 1В) та приєднати мультиметр до потрібної ділянки електричного кола. На табло мультиметра з'явиться значення коефіцієнта передачі в децибелах (рис. 1.4).

З натисканням кнопки SETTINGS відкривається вікно для установлення параметрів мультиметра.

Визначені за замовчуванням значення опору мультиметра в режимі амперметра, вхідного опору в режимі вольтметра, вимірювального струму в режимі омметра та опорної напруги в режимі вимірювання рівня напруги змінювати недоцільно.

Рис. 1.4

Функціональний генератор. Генератор - це ідеальне джерело напруги, що виробляє сигнали синусоїдної, прямокутної та трикутної форми. Середній затискач генератора Common у разі підключення до схеми забезпечує спільну точку для відліку амплітуди сигналів. Для відліку напруги відносно нуля його потрібно заземлити. Крайні правий і лівий затискачі служать для подачі сигналів на схему. Напруга сигналів на правому затискачі змінюється в позитивному напрямі відносно загального виводу, напруга на лівому - у негативному.

Схему підсилювача, у якій функціональний генератор служить джерелом вхідних синусоїдних сигналів, показано на рис. 1.5.

Для настроювання генератора треба подвійним клацанням лівою кнопкою “мишки” на його зменшеному зображенні відкрити його збільшене зображення.

Потрібна форма вихідного сигналу генератора досягається натисканням на кнопку з відповідним зображенням сигналу. Форму трикутного і прямокутного сигналів можна змінити за допомогою параметра DUTYCYCLE. Цей параметр визначають для сигналів трикутної і прямокутної форми. Для трикутної форми сигналу він задає тривалість (у відсотках від періоду сигналу) між інтервалом наростання напруги та інтервалом її спаду, для прямокутної форми -співвідношення між позитивною і негативною частинами періоду. Значення цього параметра установлюють за допомогою кнопок .

Рис.1.5

Частоту генератора можна регулювати в діапазоні 1 Гц…999 MГц. Значення частоти встановлюють у рядку FREQUENCY за допомогою клавіатури і кнопок.

Амплітуду вихідної напруги можна змінювати в діапазоні :

0 мB…999 кВ. Значення її встановлюють параметром AMPLITUDE за допомогою клавіатури і відповідних кнопок.

Постійну складову змінного сигналу встановлюють у рядку OFFSET. Вона може мати як додатне, так і від'ємне значення. Це дає змогу одержати, наприклад, послідовність однополярних імпульсів.

Осцилограф. Осцилограф, змодельований програмою EWB - (аналог двопроменевого запам'ятовувального осцилографа), має дві модифікації: просту і розширену. Розширена модифікація за своїми можливостями наближається до найкращих цифрових запам'ятовувальних осцилографів. Оскільки розширена модель займає багато місця на робочому полі, потрібно починати дослідження з простою моделлю, а розширену модель використовувати для більш докладного дослідження.

Експериментальну модель для дослідження електричного кола промислової частоти з послідовним з'єднанням R,L та С елементів показано на рис.1.6. У ній осцилограф служить для спостереження часових діаграм напруги на затискачах джерела і струму в колі.

Примітка. Спад напруги на активному опорі R =1 Ом за формою і значенням відповідає струму в колі.

Рис.1.6

Подвійним клацанням лівою кнопкою мишки по зменшеному зображенню відкривають зображення передньої панелі простої моделі осцилографа. Просте зображення осцилографа спільне для обох його модифікацій. Він має чотири виводи. Верхній правий - загальний (GROUND) - його заземляють; верхній правий на полі Trigger - вхід синхронізації (його призначення буде розглянуто нижче). Лівий і правий нижні виводи - це відповідно вхід каналу А (Сhannel A) і вхід каналу В (Сhannel В). До цих виводів приєднують потрібні точки кола для дослідження в них форми та значення сигналів. Три нижні кнопки кожного каналу визначають різні режими роботи осцилографа за вхідним сигналом. Режим роботи осцилографа із закритим входом установлюють натисканням кнопки АС. У цьому режимі на вхід не пропускається постійна складова сигналу. Натисканням кнопки DC осцилограф переводять у режим з відкритим входом. У цьому режимі на вхід осцилографа пропускається як постійна, так і змінна складові сигналу. З натисканням кнопки 0 вхід осцилографа з'єднується зі спільною шиною, що дає змогу визначити положення нульової точки на осі Y. Тут же знаходяться кнопки керування масштабами сигналів по вертикальній осі відповідно каналів А і В. Ціна поділок установлюється в діапазоні 10 мB…5 кВ окремо в кожному каналі.

Щоб отримати зручне для роботи зображення на екрані осцилографа перед початком експерименту, потрібно встановити масштаби по осі Y відповідно до очікуваної напруги сигналу, а масштаб часу - таким чином, щоб ціна двох поділок на горизонтальній осі приблизно дорівнювала значенню періоду досліджуваного сигналу. Для установлення осі Х вверх чи вниз від середнього рівня екрана та для розмежування зображень каналів А і В служить зміщення Y РОS.

Керування горизонтальним розгортанням осцилограм залежно від часу виконують за допомогою поля ТІМЕВАSE. Значення ціни однієї поділки по осі Х можна установити від 0,1 нс до 1 с з можливістю зміщення в таких самих одиницях початку розгортки по горизонталі ХРОS. При цьому треба натиснути кнопку Y/T.

З натисканням на кнопку А/В по вертикальній осі відкладається сигнал входу А, по горизонтальній - сигнал входу В, а з натисканням кнопки В/А - навпаки. При цьому масштаб кожної осі визначають масштабами відповідних каналів. У режимах роботи осцилографа А/В і В/А можна спостерігати, наприклад, вольт-амперні характеристики елементів, фігури Лісажу та ін.

Керування синхронізацією (поле TRIGGER) визначає момент початку розгортання осцилограм на екрані осцилографа. Кнопки в рядку EDGE задають момент запуску розгортання за фронтом чи спадом імпульсу.

Поле LEVEL дозволяє задавати рівень напруги, у разі перевищення якого запускається розгортання. Значення рівня можна змінити відповідними кнопками.

Осцилограф має такі режими синхронізації:

- автоматичний режим AUTO - розгортка осцилограм запускається автоматично з підключенням осцилографа до схеми;

- запуск за входом А або В - тут сигнал, що запускає розгортку, - це сигнал, що надходить на відповідний вхід;

- зовнішній запуск (ЕХТ) - у цьому разі сигнал запуску - це сигнал, поданий на вхід синхронізації.

У ході експерименту нерідко виникає потреба у сповільненні процесу моделювання, щоб на екрані осцилографа було зручно візуально сприймати інформацію. Це потрібно, наприклад, для дослідження перехідних процесів. Для цього треба в пункті AnalysisOptions (меню Circuit) в рядку Timedomainpointspercycleзбільшити кількість (зазвичай досить 5000) розрахункових точок. За замовчуванням їх кількість дорівнює 100.

Полегшити аналіз осцилограм можна ввімкненням режиму Pauseaftereachscreen (пауза після кожного екрана) в пункті Instruments (настроювання приладів) меню Analysis. У цьому режимі розрахунок схеми зупиняється після того, як промінь осцилографа проходить весь екран. Це буває потрібним у разі утруднень із синхронізацією зображення на екрані осцилографа. Щоб продовжити розрахунок схеми, треба натиснути на кнопку.

З натисканням кнопки Expand на панелі простої моделі осцилографа відкривається вікно його розширеної моделі (рис. 1.7).

Рис.1.7

Панель розширеної моделі доповнено трьома інформаційними табло, на які виводяться результати вимірювань. Безпосередньо під екраном знаходиться лінійка прокручування, що дозволяє спостерігати будь-який відрізок часу від моменту ввімкнення до моменту вимикання схеми. На екрані осцилографа розміщено дві візирні лінії, позначені цифрами 1 і 2, за допомогою яких визначають миттєві значення змінних у певний момент часу Для цього треба перемістити їх “мишкою” за трикутники в їх верхній частині в потрібне місце. Координати точок перетину першого курсору з осцилограмами відображаються на лівому табло, координати другого курсору - на середньому. На правому табло відображаються значення різниць між відповідними координатами першого і другого курсорів.

За різницею часових координат можна визначити кут зсуву фаз між напругою і струмом джерела:

ц=360f (T2-T1), де f - частота.



Для цього випадку ц=360 · 50 · 2,3359 ·10-3= 42,04°.

Результати вимірювання, отримані за допомогою розширеної моделі осцилографа, можна записати у файл. Для цього треба натиснути кнопку SAVE і в діалогове вікно, що з'явиться, ввести ім'я файлу. Щоб повернутися до простої моделі осцилографа, потрібно натиснути кнопку REDUCE, розміщену в правому нижньому куті зображення розширеної моделі.

Збираємо схему для дослідження роботи приладів на своєму ПК.

Досліджуємо синусоїдальну, пилкоподібну, П-образну форму сигналу. Для цього на генераторі виставляємо тип сигналу, частоту, та амплітуду , згідно варіанту(13*0,3+1=4,9). На осцилографі змінюємо час розгорнення та Х position- керування горизонтальним розгортанням осцилограм залежно від часу виконуємо за допомогою поля ТІМЕВАSE. Значення ціни однієї поділки по осі Х установлюємо від 0,1 нс до 1 с з можливістю зміщення в таких самих одиницях початку розгортки по горизонталі ХРОS. При цьому натискаємо кнопку Y/T.

Результати досліджень записуємо в таблиці.

Досліджуємо синусоїдальну форму сигналу. Результати досліджень записуємо в таблиці.



Скріншот 4.1 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
50	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	20.00	2	50



Скріншот 4.2 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
100	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	10	1	50



Скріншот 4.3 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
200	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	5.0250	0,5	50



Скріншот 4.4 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
300	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	3.3111	0.5	50



Скріншот 4.5 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
400	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	2.5	0,5	50



Скріншот 4.6 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
500	4.9	3.4649	4.8572	синусоїдна	1.9962	0.2	50



Скріншот 4.7 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
1000	4.9	3.4655	4.8704	синусоїдна	1	0.20	50

5. Заносимо в таблицю 1. результати досліджень роботи осцилографа, генератора та мультиметра для синусоїдної форми сигналу.

Звідна таблиця 1. Результати досліджень.

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
50	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	20	2	50
100	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	10	1	50
200	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	5	0,5	50
300	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	3	0.5	50
400	4.9	3.4649	4.8704	синусоїдна	2.5	0,5	50
500	4.9	3.4649	4.8572	синусоїдна	1.996	0.2	50
1000	4.9	3.4655	4.8704	синусоїдна	1	0.2	50

Досліджуємо пилкоподібну форму сигналу. Результати досліджень записуємо в таблиці.

Скріншот 6.1 Результати досліджень



Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
50	4.9	2.8326	4.8765	пилкоподібна	20	5	50

Скріншот 6.2 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
100	4.9	2.8334	4.8765	пилкоподібна	10	2	50



Скріншот 6.3 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
200	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	5.05	1	50



Скріншот 6.4 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда, В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
300	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	3.3333	0,5	50



Скріншот 6.5 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
400	4.9	2.8332	4.8765	пилкоподібна	2.4750	0,5	50



Скріншот 6.6 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
500	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	2	0.5	50



Скріншот 6.7 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
1000	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	1	0,2	50

Звідна таблиця 2. Результати досліджень.

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
50	4.9	2.8326	4.8765	пилкоподібна	20	5	50
100	4.9	2.8334	4.8765	пилкоподібна	10	2	50
200	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	5.05	1	50
300	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	3.3333	0,5	50
400	4.9	2.8332	4.8765	пилкоподібна	2.4750	0,5	50
500	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	2	0.5	50
1000	4.9	2.8329	4.8765	пилкоподібна	1	0,2	50

Досліджуємо П-образну форму сигналу. Результати досліджень записуємо в таблиці.

Скріншот 7.1 Результати досліджень



Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
50	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	10	0.02

Скріншот 7.2 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
100	4,9	4.9000	4.900	П-образна	5	5



Скріншот 7.3 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
200	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	2.5	0.01



Скріншот 7.4 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
300	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.4947	5



Скріншот 7.5 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
400	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.2500	2



Скріншот 7.6 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
500	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.0680	2	50



Скріншот 7.7 Результати досліджень

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період,С	Час розгорнення	Тривалість імпульсу	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
1000	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.0105	1

Звідна таблиця 3 - Результати досліджень.

Частота, Гц	Амплітуда,В	Форма сигналу	Період, мс	Час розгорнення	Тривалість імпульсу,%	Примітки
	Генератор імпульсу	мультиметр	вольтметр
50	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	10	0.02	50
100	4,9	4.9000	4.900	П-образна	5	5	50
200	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	2.5	0.01	50
300	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.4947	5	50
400	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.2500	2	50
500	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.0680	2	50
1000	4,9	4.9000	4.9000	П-образна	1.0105	1	50

Размещено на Allbest.ru

...