Контрольные вопросы к лабораторной работе №2

1. 1. Какие параметры полностью характеризуют гармоническое напряжение? Поясните на графике.

1. Гармоническое напряжение описывается функцией U = U_msin(ωt - φ0), график которой показан на рис.

  Рис. График гармонической функции 

Любая синусоидальная функция времени a(t) может быть однозначно задана тремя параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Ее значение в любой момент времени t определяется выражением вида 

U(t) =U_msin(ωt- φ₀) где U_m - максимальное значение напряжения или ее амплитуда;  - угловая частота или скорость изменения аргумента функции, выраженная в [радиан/с]; _о- начальная фаза (аргумент функции в момент времени, принятый за начало отсчета, т.е. при t = 0) в [радиан]

2. 2. Почему при наблюдении гармонических сигналов и измерении их параметров удобно использовать осциллограф?

2. Существует множество измерительных приборов, позволяющих измерять отдельные параметры гармонического напряжения. Это аналоговые и цифровые вольтметры переменного тока, частотомеры и фазометры различных видов и систем. С помощью этих приборов можно добиться высоких показателей точности измерений, обеспечить выполнение измерений в широком диапазоне амплитуд и частот, провести измерения, как в лабораторных, так и в цеховых условиях. Однако ни одно из перечисленных средств измерений не позволяет измерить одновременно все параметры гармонического напряжения, и не обладает таким дружественным пользовательским интерфейсом.

Осциллографы обеспечивают возможность наблюдения функциональной связи между переменными величинами, одной из которых, как правило, является время. При измерении гармонического напряжения изображение, наблюдаемое на экране осциллографа (осциллограмма), несет информацию о значениях амплитуды и частоты (периода) напряжения, и, если осциллограф двулучевой, о разности фаз между двумя гармоническими напряжениями. Осциллографические измерения можно выполнять в широком диапазоне частот, в электрических цепях различного назначения.

3. Отчего зависит погрешность измерения амплитуды при помощи осциллографа?

3. В любом осциллографе погрешности измерений складываются из нескольких источников: погрешности калибровки, нелинейной зависимости отклонения луча по вертикали от входного напряжения, зависимости коэффициента усиления от частоты, погрешности входного усилителя, нелинейности развертки во времени, шумов, конечной толщины луча и т.д.

Погрешность измерения амплитуды импульсов длительностью не менее времени установления переходной характеристики осциллографа определяют по составляющим:

погрешности номинального коэффициента отклонения по вертикали;  погрешность преобразования, вызванной неравномерностью переходной характеристики; визуальной погрешности отсчета геометрических размеров отдельных участков осциллограммы и совмещения линии электронного луча с рисками измерительной шкалы. Визуальная  погрешность  состоит из погрешности при совмещении линии электронного луча с рисками измерительной шкалы, равной 1/5 ширины линии луча, и погрешности отсчета положения линии луча относительно делений шкалы, равной 1/3 ширины линии.

Так как все составляющие погрешности независимы, то суммарная погрешность это сумма всех погрешностей.

4. 4. Отчего зависит погрешность измерения частоты при помощи осциллографа?

4. погрешность измерения частоты заключается в неточности определения отрезков, неточном совмещении горизонталей, и толщине светового луча на экране.

5. 5. Как определить разность фаз между двумя гармоническими сигналами по форме и ориентации наблюдаемого на экране эллипса?

5. Способ эллипса или фигура Лиссажу. При выполнении измерений этим способом одно из напряжений подается на вход канала вертикального, а другое – горизонтального отклонения осциллографа. Генератор линейной развертки при этом выключен. На рис. показано изображение, которое получается на экране при разных углах фазового сдвига.

Рис. Измерение угла сдвига фаз способом эллипса

При использовании способа эллипса угол сдвига фаз можно определить по формуле: , где h и H длина отрезков на осциллограмме

Перед измерением h и H необходимо совместить центр эллипса с началом координат шкалы. При использовании метода результаты измерения однозначно интерпретируются только в диапазоне от 0 до 180 градусов.

6. 6.Почему при осциллографических измерениях размер изображения на экране стремятся по возможности увеличить?

6. Для достижения минимальных погрешностей нужно стремиться к тому, что бы изображение исследуемого сигнала занимало 80-90% рабочей площади экрана. В этом случае можно уменьшить погрешность измерений в 1,5 -2 раза по сравнению с паспортной погрешностью используемого, осциллографа.