Аппаратура и методы исследования

Лабораторная работа № 1

АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Цель работы

При исследовании, испытаниях и ремонте сложной электронной и цифровой техники наряду с простейшими приборами, как амперметр, вольтметр и тестер, применяют и более сложные приборы. Сюда входят, во-первых, осциллограф, с помощью которого можно проконтролировать не только форму исследуемого сигнала, но и его параметры, и, во-вторых, генераторы сигналов разной формы.

Основной целью лабораторной работы – это знакомство и приобретение навыков работы с двухканальным осциллографом С1-83, генератором звуковых сигналов Г3-112, генератором импульсных сигналов Г5-54, то есть с теми приборами, с которыми студент будет работать на протяжении всего практического курса изучения электроники.

В лабораторной работе эти приборы применяются при исследовании простейших цепей: низкочастотного и высокочастотного RC-фильтра первого порядка для снятия частотных и переходных характеристик, а также при исследовании работы цепей с нелинейными элементами для снятия  вольтамперных характеристик этих элементов и передаточных характеристик схемы.

2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает электронный осциллограф С1-83, генератор звуковых сигналов Г3-112, генератор импульсных сигналов Г5-54 и лабораторный пульт со съемной передней панелью.

В пульт встроены источники питания (±5В, ±15В, ±27В), необходимые для выполнения всех лабораторных работ, понижающий трансформатор, переменное напряжение которого в некоторых работах используется для формирования задающего сигнала при снятии вольтамперных характеристик. На верхней панели пульта размещено УСОВ (устройство сопряжения осциллографа и вольтметра), которое можно использовать для более точного определения мгновенных значений напряжения.

Сменная панель для лабораторной работы № 1 включает четыре схемы:

•  Схема 1 (рис. 1,а) представляет собой простую RC-цепь, являющаяся  фильтром верхних частот.

•  Схема 2 (рис. 1,б) также представляет собой простую RC-цепь, но являющаяся  фильтром нижних частот.

•  Схема 3 (рис. 1,в) –двухсторонний диодный ограничитель, собранный на двух стабилитронах.

•  И, наконец, схема 4 (рис. 1,г) – схема с полупроводниковым динистором, которую можно использовать в качестве защиты от перенапряжения.

а)	б)	в)	г)
Рис. 1. Лицевая панель лабораторной установки

Для первых двух схем (рис. 1,а и 1,б)  с помощью осциллографа снимаются амплитудно-частотные и переходные характеристики.

Две последние схемы (рис. 1,в и 1,г), благодаря преобразователям ток-напряжение, позволяют снять вольтамперные характеристики стабилитрона и динистора. Коэффициенты преобразования для схемы 3 (рис.1,в) равен R_п3=10 Ом, а для схемы 4 (рис.1,г) – R_п4=100 Ом.

Внимание. Гнезда подключения к общей шине (земля) расположены на верхней панели стенда.

3. Подготовка к работе

3.1. Ознакомиться с описанием осциллографа С1-83, методикой его настройки и измерений напряжения и временных интервалов (см. п. 6).

3.2. Для схем рис. 1,a  и рис. 1,б получить выражение для амплитудно-частотной  и переходной   характеристик;

3.3. Построить данные зависимости и показать, как по графикам определить:

•  для схемы рис. 1,a нижнюю граничную частоту (f_н) и спад плоской вершины (d) при фиксированной длительности импульса t_и.

•  для схемы рис. 1,б  верхнюю граничную частоту (f_в) и фронт выходного импульса (t_ф).

       Параметры элементов схемы приведены в таблице. При расчете спада плоской вершины считать, что длительность импульса t_и=30мкс. 

Схема	.№ бригады	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1,a	R1, кОм	15	27	18	10	2,7	1,8	1	3,6	5,6	0,27
	С1, нФ	18	10	15	27	100	150	270	75	50	1000
1,б	R2, кОм	1	3.3	5	10	20	0,1	0,2	0,33	0,5	0,75
	С2, нФ	10	3	2	1	0.51	100	51	30	20	15

4. Рабочее задание

4.1. Подготовить осциллограф С1-83 и генераторы Г3-112 и Г5-54 к работе. (Внимание: подготовка приборов к работе является обязательной частью всех последующих лабораторных работ). Для этого:

•  Включить приборы и прогреть их в течение 3…5 мин;

•  Проверить калибровку усилителя вертикального отклонения  каждого канала осциллографа (см. п.6.2).

•  Проверить калибровку усилителя горизонтального отклонения осциллографа (см. п.6.3).

4.2. Исследовать частотные характеристики RC-фильтра верхних частот. Для этого:

•  Собрать  рабочую схему в соответствии с рис. 3,а.

•  Для осциллографа установить:

-  синхронизация – I внутр,

-  режим синхронизации – Авт,

-  множите­ль скорости развертки – х1,

-  род работы усилителей – ÒÒ,

-  пере­ключатели усиления каналов – х10,

-  чувствительность по каналам вертикального отклонения должна быть такой, чтобы наблюдаемые сигналы занимали примерно половину экрана по вертикали каждый,

-  скорость развертки определяется частотой исследуемого сигнала и должна быть такой, чтобы на экране было бы видно 3…10 периодов синусоиды.

•  Для генератора Г3-112 установить режим “~”. Выходной сигнал генератора контролировать с помощью I канала осциллографа. Рекомендуется измерять размах синусоиды, то есть ее двойную амплитуду. Установить размах выходного сигнала генератора U_г=1В. На протяжении всего эксперимента уровень  сигнала должен оставаться неизменным.

•  Меняя частоту входного сигнала измерять размах сигнала на выходе схемы U_вых. Результаты измерений занести в таблицу.

f, кГц	0,046	0,100	0,220	0,460	1,0	2,2	4,6	10	22	46	100	220
Uг, В
Uвых, В
g
Lg, дБ

•  Рассчитать коэффициент передачи  и логарифметический коэффициент передачи .

•  Построить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) в двойном логарифметическом масштабе  (см. рис. 2).

Рис. 2. Так должна выглядеть логарифмическая ось частоты

•  Определить по графику на уровне –3дБ нижнюю граничную частоту f_н  фильтра верхних частот.

4.3. Снять амплитудно-частотную характеристику RC-фильтра нижних частот (рис. 1,б). Методика снятия АЧХ аналогична п. 2 рабочего задания.

•  Определить по графику на уровне –3дБ верхнюю граничную частоту f_в  фильтра нижних частот.