Порядок выполнения работы

1. Измерение индуктивности катушки резонансным методом

1.1 Измерение индуктивности катушки без учета собственной емкости Ск

Включить прибор в сеть и прогреть его в течение 5-10 минут. Изучить назначение органов управления прибором, вынесенных на его переднюю панель (ручки переключения частотных диапазонов, плавной перестройки частоты внутри диапазона, режимов: установки нуля индикаторов, калибровки, измерения, перестройки емкости «С» эталонного конденсатора, индикаторов добротности «Q», уровня входной мощности и др.) и расположение клемм подключения конденсаторов «Сх» и катушек «Lх».

Перед измерениями прибор откалибровать, для чего:

- в режиме «УСТ. НУЛЯ» ручками «НУЛЬ Q» и «НУЛЬ УРОВНЯ» выставить нули на шкалах стрелочных приборов;

- в режиме «КАЛИБРОВКА» ручкой «УРОВЕНЬ» выставить стрелку прибора «УРОВЕНЬ» на красную риску шкалы;

- перевести прибор в режим «ИЗМЕРЕНИЕ».

Подключить катушку к соответствующим клеммам прибора. По табличке на его передней панели найти значение резонансной частоты fрез₁, входящей в рабочий диапазон частот катушки, и установить её. Перестраивая емкость эталонного конденсатора Сэ, настроить контур в резонанс по максимальному отклонению стрелки индикатора добротности «Q». Считать значение индуктивности по шкале «L», находящейся на одном лимбе со шкалой «Сэ» и располагающейся ниже. Считанное со шкалы значение «L» умножить на коэффициент из таблички частот на приборе. Занести в таблицу 1 полученные значения fрез_1, Сэ₁, L₁.

Полученное значение L₁ индуктивности катушки несет в себе методическую погрешность, т.к. при измерениях не была учтена собственная емкость катушки Ск.

1.2 Измерение индуктивности катушки с учетом собственной емкости Ск

Предварительно необходимо измерить собственную емкость катушки Ск, например, методом изменения в «К» раз значения резонансной частоты: fрез₂ = Кfрез₁.

Взяв определенное значение К (например, К=1,41), установить на приборе частоту fрез₂ = Кfрез₁. Перестраивая емкость эталонного конденсатора куметра, настроить контур в резонанс на частоте fрез₂. Зафиксировать новое значение емкости эталонного конденсатора Сэ₂. Собственная емкость катушки вычисляется по формуле:

Ск = (Сэ₁ – К ²Сэ₂) / (К² – 1)

Индуктивность катушки L₀ с учетом её собственной емкости Ск будет равна:

L₀= 1 /4π² fрез₁²(Сэ₁+Ск).

Относительная погрешность измерения индуктивности за счет собственной емкости катушки Ск, рассчитывается по формуле:

δ (%)= 100 (L₁ – L₀) / L₀.

Занести в таблицу 1 результаты измерений fрез_2, L₀, Ск.

Таблица 1

Час-тота, f	Емкость этал. конд. Сэ пФ	Собств. емк. Ск пФ	Добротность Q	Индукт. L (мкГн)		Погрешн. γ (%)
				без учета Ск	с учетом Ск
fрез1
fрез2

2. Измерение добротности катушки.

Ручкой «Уст.уровня» установить стрелку прибора «Уровень» на красную риску, что фиксирует величину напряжения генератора (Uг = const), подаваемого на контур.

С помощью эталонного конденсатор настроить контур в резонанс на частоте fрез₁ в соответствии с п.1.1. Произвести отсчет добротности Q по максимальному показанию стрелочного прибора «Q» (градуируется в отношении напряжения на реактивном элементе контура U_LC к напряжению Uг генератора: Q = U_LC / Uг). Результаты измерений занести в таблицу 1.

3. Измерение емкости С и угла диэлектрических потерь tgδ конденсатора

3.1 Измерение малых емкостей

Емкости до 430пФ измеряются при параллельном подключении исследуемого конденсатора Сх к эталонному конденсатору Сэ куметра. Последовательность измерения следующая.

К клеммам «Lх» подключить катушку. Установить емкость конденсатора куметра Сэ₁ = 450пФ. Изменением частоты генератора настроить контур в резонанс по максимальному показанию прибора «Q». Контролируя положение стрелки прибора «Уровень» на красной риске, зафиксировать значения Q₁. Затем к клеммам «Сх» подключить исследуемый конденсатор. Снова настроить контур в резонанс, но только с помощью конденсатора куметра Сэ и записать новые полученные значения Сэ₂ и Q₂. Расчетные значения Сх и tgδ определяются по формулам:

Сх = Сэ₁ – Сэ₂ , tgδ = Сэ₁ (Q₁- Q₂) / (Сэ₁ – Сэ₂)Q₁Q₂.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

Выполняемый пункт	Сэ1, пФ	Сэ2, пФ	Сх, пФ	Q1	Q2	tgδ
3.1	450
3.2	250

3.2 Измерение больших емкостей.

Ёмкости более 430пФ измеряются при последовательном

подключении исследуемого конденсатора к контуру куметра.

Методика измерения следующая. Катушку подключить к клеммам «Lх». Эталонный конденсатор куметра установить на значении Сэ₁=250пФ. Изменением частоты генератора контур настроить в резонанс, замерить и занести в таблицу 2 значение добротности Q₁.

Используя специальное приспособление исследуемый конденсатор Сх подключить последовательно с катушкой. Не перестраивая частоту генератора, а с помощью эталонного конденсатора Сэ повторно настроить контур в резонанс записать новые значения Сэ₂, Q_2.

Расчетные значения Сх и tgδ определяются по формулам:

Сх = Сэ₁*Сэ₂ / (Сэ₂ – Сэ₁),

tgδ = (Сэ₁*Q₁ – Сэ₂*Q₂) / (Сэ₂ – Сэ₁)Q₁Q₂.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Контрольные вопросы

1. Какие цепи считаются цепями с сосредоточенными параметрами, с распределенными параметрами?

2. Что такое резонанс? В чем его проявление?

3. Нарисовать упрощенную схему куметра и объяснить принцип его действия.

4. Какие параметры цепей можно измерить куметром?

5. В чем особенности измерений «больших» и «малых» емкостей? Что определяет границу разделения методов измерения?

6. Какие погрешности устраняются при предварительной калибровке куметра?

Лабораторная работа №2

Осциллографические методы измерения параметров сигнала

Цель работы: 1. Изучить назначение органов управления двухканального осциллографа.

2. Приобрести практические навыки использования осциллографических методов измерения параметров сигналов.

Комплект оборудования рабочего места

1. Двухканальный электронный осциллограф С1-55

2. Электронный вольтметр В3-13 (В7-16А)

3. Генераторы сигналов Г3-102, Г5-15

4.Частотомер Ч3-33

Порядок выполнения работы

1. Изучение органов управления осциллографа

Заземлить приборы, подать силовое питание и прогреть их в течение 5-10 минут.

На передней панели осциллографа определить зоны расположения и назначение органов управления (кроме зоны калибратора):

- каналом «I» («яркость», «фокус», «усиление», «↨» и др.) и аналогичные - каналом «II»;

- скоростью разверток (переключатели «РАЗВЕРТКА» и др.);

-каналом синхронизации запуска разверток (переключатель «ВНУТР»- «ВНЕШН», ручки «УРОВЕНЬ», «СТАБ» и др.);

- ручек горизонтального смещения разверток «↔».

Ручкой «СТАБ» добиться появления на экране двух линий разверток и опробовать влияние на них всех органов управления (кроме зоны калибратора). Освоив использование ручек «↔» и «↨», вывести развертки в центр экрана и отрегулировать их яркость и четкость.

Ступенчатые переключатели «УСИЛЕНИЕ» обоих каналов установить в положение К =5 В/дел, а их центральные ручки плавной регулировки – по часовой стрелке до упора.

2. Измерение величины напряжения сигнала.

На генераторе Г3-102 включить внутреннюю нагрузку и

установить частоту fг=2,5кГц. Выходной сигнал генератора подать на электронный вольтметр и установить напряжение 8В. Подать сигнал на вход канала «I» осциллографа. Режим синхронизации осциллографа – «ВНУТР I ». Ручкой «УРОВЕНЬ» канала синхронизации добиться устойчивого изображения сигнала на экране.

Меняя значение «К» (В/дел) ступенчатого переключателя «УСИЛЕНИЕ», добиться наибольшего вертикального размера

изображения сигнала и определить его размер «М» в делениях шкалы экрана. Тогда амплитуда входного сигнала будет равна Uа = МК/2, а его действующее значение Uд=Uа/ √2.

Принимая показание электронного вольтметра Uэ=8В за эталонное, найти погрешность измерения напряжения осциллографическим методом:

δ (%)= 100(Uд – Uэ) /Uэ.

Значение погрешности измерений, выраженное в процентах, перевести в децибелы, учитывая, что 1дБ соответствует изменению напряжения на 12,2%.

Полученные результаты занести в таблицу 1 и повторить измерения для напряжений сигнала 2,5В, 80мВ.

Таблица 1

Задаваемое эталонное напряжение Uэ	8,0 В	2,5 В	80 мВ
Положение переключателя «УСИЛЕНИЕ» К
Размеры изображения на экране М
Измеренное значение напряжения Uд
Погрешность измерения δ (%)
Погрешность измерения δ (дБ)

3. Измерение периода (частоты) сигнала

Установить частоту генератора Г3-102 fх=2,5кГц, выходное напряжение 8В. Подать сигнал от генератора на вход канала «I» осциллографа.

Меняя значение «К» (мс/дел) ступенчатого переключателя «РАЗВЕРТКА», добиться, чтобы в пределах экрана укладывалось около 2-х периодов сигнала Тх. Определить длительность одного (n=1) периода Тх в делениях шкалы экрана «L» и рассчитать значения Тх и fх по формулам:

Тх = LК/n , fх = 1/Тх = n/LК.

Измерить частоту сигнала fх частотомером Ч3-33. Принимая замеренное частотомером значение частоты fчм за эталонное, найти погрешность измерения частоты осциллографическим методом:

δ (%)= 100(fх – fчм) /fчм.

При прежнем значении «К» (мс/дел), изменением частоты генератора fх, добиться получения на экране осциллографа изображение 10 периодов Тх сигнала (т.е. n=10) в пределах 10 клеток масштабной сетки (т.е. L=10). Рассчитать по приведенным ранее формулам значения Тх и fх и результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

Частота fх, кГц	Кол-во период. «n»	Цена делен. «К» мс/дел	Кол-во делен. «L»	Рассчит. значен. fх, кГц	Показ. Ч3-33 fчм, кГц	Погрешность δ, %
2,5	1
	10		10

4.Измерение длительности импульса

Подать на вход «I» канала осциллографа сигнал с гнезда «ИМПУЛЬС СИНХРОНИЗАЦИИ» генератора Г5-15. Переключатель режима синхронизации осциллографа установить в положении «ВНУТР I». Ручкой «УРОВЕНЬ» канала синхронизации добиться устойчивого изображения на экране двух разверток.

Установить на основном выходе генератора Г5-15:

-амплитуду импульсов Uа=15В (выставить по его шкале 15В и ручкой «АМПЛИТУДА» добиться момента срабатывания индикаторной лампочки);

-частоту повторения импульсов F= 2кГц;

- длительность импульса τ_и = 10мкс.

Подать сигнал с основного выхода генератора на вход канала «II» осциллографа.

Максимально используя площадь экрана, измерить длительность импульса τ_изм =KL,

где: L – линейные размеры импульса по горизонтали в делениях шкалы экрана,

К - положение переключателя «РАЗВЕРТКА».

Найти относительную погрешность измерения длительности импульса по формуле: δ (%)= 100(τ_и– τ_изм) /_τизм.

Повторить измерения при τ_и=0,8мкс.

5. Измерение времени задержки импульса

Переключателями генератора «ВРЕМЕННОЙ СДВИГ» набрать величину задержки основного импульса относительно синхронизирующего Δtзад = 5мкс. Измерить значение задержки Δt с помощью осциллографа, как разницу по времени между передними фронтами импульсов «I» и «II» каналов, и найти относительную погрешность установки на генераторе величины задержки: δ (%)= 100(Δtзад – Δt) /Δt.

Повторить измерения для Δtзад = 35мкс, 0,7мс. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.

Таблица 3

Выставленное значение задержки Δtзад	5 мкс	35 мкс	0,7 мс
Замеренное значение задержки Δt
Погрешность установки задержки (δ%)

Контрольные вопросы

1. Основные разновидности осциллографов.

2. Типовые функциональные блоки универсального осциллографа.

3. Основные узлы электронно-лучевой трубки. Параметры и характеристики ЭЛТ.

4. В чем различия принципов построения и функциональных возможностей двухканального и двухлучевого осциллографов?

5. Режимы работы генератора развертки в осциллографе.

6. Какие из параметров сигнала можно измерить с помощью осциллографа?

7. Какой принцип обеспечивает в осциллографе наблюдение переднего фронта импульсного сигнала?

8. Принцип измерения временных интервалов с помощью осциллографа.

Лабораторная работа №3

Исследование измерительного генератора низкой частоты

Цель работы: 1. Проверить параметры выходного сигнала измерительного генератора.

2. Научиться использовать измерительный генератор для контроля параметров радиоэлектронных устройств.

Комплект оборудования рабочего места

1. Измерительный генератор низкой частоты Г3-102

2.Электронный вольтметр В7-16А (В3-13)

3.Электронный осциллограф С1-65 (С1-55)

4.Генератор низких частот Г3-33