Основы метрологии в прикладной физике

Лабораторная работа №2.

«Исследование методов измерения амплитудно-частотных характеристик».

Цель работы: изучить методы измерения АЧХ основных частотноизбирательных цепей, исследовать влияние на АЧХ элементов схемы, практически освоить работу с измерителями амплитудно-частотных характеристик.

Оборудование: измерители АЧХ Х1-19 или Х1-42, лабораторный стенд для исследования методов измерения АЧХ, блок питания ТЕС-13.

Вопросы для подготовки:

1.Структурная схема измерителя амплитудно-частотных характеристик.

2.Основные характеристики измерителей АЧХ.

3.Схемы, в которых необходимо применение диодной головки (ДГ).

4.Методы получения на экране осциллографического индикатора частотных меток.

5.Особенности измерений АЧХ четырехполюсников.

Литература:

1.Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для Вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.

2.Мирский Г.Я. Электронные измерения.– М.:Радио и связь, 1986. – 440 с.

3.Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения / Под ред. В.И. Винокурова. – М.: Высшая школа, 1986. – 351 с.

4.Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособие для ВУЗов / Б.П. Хромой, А.В. Кандинов, А.Л.Сенявский и др.; Под ред. Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 1986. – 424 с.

Краткий курс теории

В радиоэлектронике, широко распространены радиоэлектронные устройства, представляющие собой четырехполюсники. Одной из важнейших характеристик является их частотный коэффициент передачи, определяемый отношением комплексных амплитуд напряжений на выходе и входе устройства:

Частотный коэффициент передачи можно представить в виде

Модуль – К(ω) называют амплитудно-частотной характеристикой устройства; аргументϕ(ω) — фазочастотной характеристикой (ФЧХ).

11

Приборы для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) обычно снимают кривую зависимости амплитуды напряжения на выходе устройства от частоты при постоянной амплитуде синусоидального напряжения на входе.

Рис.1. Измерение АЧХ по точкам: а – структурная схема; б – построение АЧХ.

Приборы для исследований амплитудно-частотных характеристик цепей и устройств называют измерителями АЧХ. Их широко используют в лабораторных и производственных условиях для настройки и контроля радиоаппаратуры. Простейшая структурная схема для измерения АЧХ приведена на рис.1, а. Диапазонный генератор синусоидальных колебаний перестраивают в заданном диапазоне частот. АЧХ или зависимость амплитуды напряжения на выходе исследуемой цепи от частоты (при постоянной амплитуде напряжения на входе) снимают по точкам при последовательной настройке генератора на частоты fi>fa, fa и т. д. По результатам измерений строят искомую АЧХ (рис.1, б).

В настоящее время широко применяют панорамные измерители АЧХ построенные на основе генератора с качающейся частотой и электроннолучевого индикатора.

Рис.2. Упрощенная структурная схема панорамного измерителя АЧХ.

12

Упрощенная структурная схема панорамного измерителя АЧХ приведена на рис.2. Основой прибора является генератор качающейся частоты (ГКЧ), вырабатывающий высокочастотное напряжение с постоянной амплитудой и периодически меняющейся (качающейся) частотой. Закон изменения частоты определяется формой модулирующего напряжения, в качестве которого часто используют пилообразное напряжение развертки. Таким образом, на вход исследуемой цепи подают напряжение с постоянной амплитудой и периодически меняющейся частотой. Огибающая напряжения на выходе цепи повторяет форму АЧХ. Если подать это напряжение на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), на экране появится изображение АЧХ.

Напряжение на ЭЛТ можно подавать непосредственно с выхода исследуемой цепи — режим 1 или после детектора и усилителя — режим 2 (переключатель на схеме рис.2 в положениях 1 или 2). Соответствующие изображения на экране ЭЛТ приведены на рис.3. Первый режим применяют в тех случаях, когда напряжение на выходе цепи имеет достаточно большую амплитуду.

Рис.3. Изображение на экране измерителя АЧХ (переключатель в положениях 1 и 2 на рис.2)

Детекторные головки. Измерители АЧХ комплектуют выносными и встроенными детекторными головками трех типов: высокоомными, согласованными оконечными и согласованными проходными. Принципиальные схемы детекторных головок приведены на рис.4.

13

Измерение добротности. Простейший способ основан на измерении резонансной частоты исследуемой цепи fo и ее полосы пропускания ∆f0 . Добротность рассчитывают по формуле

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка для изучения методов измерения АЧХ четырехполюсников приведена на рис.6.

Рис.6. Внешний вид лабораторного стенда

На рис.6. показаны:

•S1 – переключатель выбора для исследования АЧХ пассивных четырехполюсников: ФНЧ, ФВЧ, полосового фильтра, режекторных фильтров.

•S2 – переключатель активные – пассивные четырехполюсники.

•S3 – переключатель с резонансного усилителя с одним контуром в коллекторной цепи на усилитель со связанными контурами.

•S4 – переключатель для изменения добротности резонансного контура (при исследовании АЧХ резонансного усилителя) и для изменения коэффициента связи в связанных контурах (при исследовании АЧХ усилителя со связанными контурами в нагрузке коллекторной цепи).

•CN1 – клемма «заземление».

•CN2 – клеммы для подключения дополнительного конденсатора.

•CN3 – разъем «Вход 1», на который подается напряжение генератора качающейся частоты измерителя АЧХ.

•CN4 – разъем «Выход», с которого через детекторную головку напряжение подается на вход осциллографического индикатора измерителя АЧХ.

•CN5 – клеммы для подключения источника питания.

•CN6 – разъем «Вход 2», на который подается напряжение ГКЧ при исследовании резонансных усилителей.

Функциональная и принципиальная схемы стенда показаны на рис.7 и рис.8. В соответствии с инструкциями по эксплуатации подготовить к работе

измеритель АЧХ Х-19 (Х1-42) и источник питания ТЕС-13.

15

Методика проведения работы

1.Исследование параметров пассивных четырехполюсников.

Подключите выход ГКЧ измерителя АЧХ к CN3, а к разъему CN4 через ДГ вход осциллографического индикатора измерителя АЧХ. Переключатель S2 установить в положение 1. Для исследования АЧХ ФНЧ переключатель S1 установите в положение 1. Регулировками Х1-19 (Х1-42) получите на экране форму АЧХ ФНЧ удобную для наблюдения. Зарисуйте форму АЧХ. Установите переключатель S1 в положение 2 для наблюдения АЧХ ФВЧ, зарисуйте её. Установите переключатель S1 в положение 4. Зарисуйте форму АЧХ полосового фильтра. Для исследования режекторного фильтра с последовательным контуром установите S1 в положение 5. Зарисуйте форму АЧХ в точке режекции. Подключением дополнительного конденсатора Сдоп к клеммам CN2 убедитесь, что частота режекции изменяется, объясните это изменение. Для исследования АЧХ фильтра-пробки с параллельным контуром установите S1 в положение 7. Зарисуйте форму АЧХ.

2.Исследование параметров активных четырехполюсников.

Подключите источник питания ТЕС-13 к клеммам CN5, соблюдая полярность включения, выставите напряжение 10±0,5В. Переключатель S2 установите в положение 2. Подключите выход ГКЧ измерителя АЧХ к разъему CN6. Для исследования АЧХ усилителя с резонансными контурами переключатель S3 установите в положение 1. Зарисуйте форму АЧХ при разных добротностях контура (положения 1,2,3 переключателя S4). Определите полосу пропускания контура при разных положениях S4 и рассчитайте добротности контура. Объясните полученные результаты. Для исследования резонансного усилителя со связанными контурами установите S3 в положение 2. Зарисуйте формы АЧХ при разных положениях S4. Определите полосу пропускания фильтра и объясните результаты исследования.

Оформление письменного отчета

1.Название лабораторной работы.

2.Цель работы.

3.Перечень используемого оборудования.

4.Функциональная схема измерителя амплитудно-частотных характеристик краткая характеристика его основных блоков.

5.Функциональная и принципиальная схемы стенда для исследования методов измерения амплитудно-частотных характеристик.

6.Результаты измерений и расчетов.

7.Оценка результатов, выводы.

16

Лабораторная работа №3.

«Исследование возможностей НЧ и ВЧ измерительных генераторовдля измеренияпараметровчетырехполюсников».

Цель работы: изучить возможности применения НЧ и ВЧ генераторов для исследования параметров радиоэлектронных устройств, изучить методы измерений, параметрыисхемыизмерительных приборов.

Оборудование: генератор звуковых частот Г3-112, генератор стандартных сигналов Г4-158, осциллограф С1-55, лабораторный стенд для исследования методов измерения параметров четырехполюсников измерительными генераторами, блок питания ТЕС-13.

Вопросы для подготовки:

1.Назначение, классификация и характеристики измерительных генераторов.

2.Структурная схема генератора звуковой частоты.

3.Структурная схема генератора высокой частоты.

4.Применение низкочастотных измерительных генераторов для регулировкиУНЧ.

5.Проверка работоспособности амплитудного детектора высокочастотным генератором с амплитудной модуляцией.

Литература:

1.Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов.- -Х.:Энергоатомиздат, 1983.-320с.

2.Мирский Г. Я. Электронные измерения.-М.: Радио и связь, 1986.- 440с.

3.Винокуров В.И., Каштан С. И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения /Под. Ред. В.И. Винокурова.-М.: Высшая школа, 1986.-351с.

4.Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособиедля Вузов/ Б.П. Хромого.-М.: Радиоисвязь, 1986.-424с.

Краткийкурстеории

Генератор измерительных сигналов представляет собой экранированный источник радиотехнических сигналов определенной формы, частота и выходной уровень которых установлены в некоторых пределах. Измерительные сигналы предназначены для имитации сигналов, поступающих на вход исследуемого устройства, и питания измерительных схем и установок. Измерительные генераторы должны обеспечивать возможность получения сигнала от долей герца до

19