Основні теоретичні відомості

Мета роботи

ВИВЧЕННЯ ФАЗОМЕТРА Ф2-34, осцилографа SDS7102, ГЕНЕРАТОРА ATF20B.

Питання та завдання до захисту звіту

1. Структурна схема вимірювання частоти електронно-лічильним частотоміром.

2. Похибки при вимірюванні частоти.

3. Структурна схема вимірювання періода електронно-лічильним частотоміром,

4. Похибки при вимірюванні періода.

5. Чим обмежується частотний діапазон електронно- лічильного частотоміра?

6. Параметри частотомірів Ч3-34А, Ч3-7, DAGATRON 8037.

7. Метрологічне забезпечення електронно-лічильних частотомірів. Еталони частоти.

Дослідження функціональних можливостей цифрового запам'ятовуючого осцилографа на прикладі SDS7102 з набуттям навичок вимірювання амплітудних, часових і спектральних характеристик електричних сигналів генератора ATF20B та дослідження вимірювання зсуву фаз за допомогою фазометра Ф2-34.

Цифровий осцилограф типу SDS7102 призначений для дослідження форми електричних сигналів шляхом візуального спостереження та вимірювання їх амплітудних і часових параметрів при дослідженні та розробці електронних пристроїв, в процесі експлуатації і перевірки.

4.2.1 Принцип дії осцилографа та його складові частини.

Принцип дії цифрового осцилографа полягає в дискретизації вхідного сигнала з частотою не меншої подвійної найвищої частоти спектра сигнала згідно з теоремою Котельникова, квантування виборок сигнала, запам’ятовування та вивід на екран.

До складу функціональної схеми одного каналу осцилографа (рис.1) входять наступні вузли: блок мікропроцесорного управління; пристрій вибірки та зберігання (ПВЗ); аналого-цифровий перетворювач (АЦП); блок пам’яті; рідкокристалічний індикатор РКІ; блок живлення.

Рисунок 1. Функціональна схема цифрового осцилографа

Сигнал, що досліджується, після нормування (підсилення або ослаблення до напруги 1 В), подається на вхід попереднього підсилювача, в якому відбувається зміщення за вертикаллю, і далі на ПВЗ, де відбувається дискретизація, та запам’ятовування миттєвого значення напруги сигналу за час вибірки. У цифрових осцилографах для спрощення схеми звичайно частота вибірок береться не менш як учетверо вище частоти сигналу. Моменти вибірок визначаються блоком мікропроцесорного управління. Миттєве значення напруги вибірки за допомогою АЦП перетворюється в двійкове число. Потік чисел, що несуть інформацію про значення вибірки сигналу, запам’ятовується в оперативній пам’яті, з об’ємом, достатнім для фіксації реальних сигналів. Процес цифрового осцилографування полягає в тому, що спочатку відбувається накопичування у цифровій формі даних про вхідний сигнал, а потім в повільному темпі будується осцилограма сигналу. При цьому тільки 1–2% часу відбувається запам’ятовування вибірок, а решту часу цифровий осцилограф виводить вже зареєстрований фрагмент сигналу.

Функціональна схема цифрового осцилографа має ряд вузлів, характерних для комп’ютера. Це мікропроцесор, цифрові схеми управління і пам’ять. Управління цими вузлами здійснюється за допомогою програмного забезпечення, яке зберігається в постійному запам’ятовуючому пристрої. Програмне забезпечення дає можливість виконувати велику кількість функцій, які не має аналоговий осцилограф, наприклад, усереднення сигналу з метою очищення від шумів, швидке перетворення Фур’є для отримання спектрограм. Мікропроцесор визначає послідовність витяг даних з пам’яті, які надходять до РКІ в сповільненому темпі, що дозволяє змінювати розгортку сигналу.

Система синхронізації визначає момент запуску - початковий момент у для відтворення зареєстрованих даних. Налаштування системи синхронізації дозволяє отримати осцилограму, що відображає форму сигналу. Запуск і синхронізація розгортки може здійснюватися як за допомогою досліджуваного сигналу, при внутрішньої синхронізації, так і за допомогою зовнішнього сигналу, що подається на гніздо зовнішньої синхронізації.

4.2.2 Технічні характеристики осцилографу OWON SDS7102

Діапазон частот 0…100 MГц, діапазон частот дискретизації 0.5S/s~1GS/s, розгортка 2ns/div～100s/div, кроки 1～2～5, похибка вимірювання інтервала часу 100 ppm×reading+0.4ns, АЦП 8 bit resolution (2 канали одночасно, чутливість2mV/div~10V/div, похибка коефіцієнта підсилення на постійному струмі ±3%, час наростання фронта≤3.5ns.

4.2.3 Принцип дії генератора сигналів ATF20B

Для генерації сигналу використовується технологія прямого цифрового синтезу (Direct Digital Synthesis, DDS), без використання коливальних контурів. Вона використовує потік цифрових даних, відповідних необхідній формі сигналу, що заздалегідь записані в пам’ять приладу. Цей потік даних подається до входу аналого-цифрового перетворювача (АЦП), де відтворюється послідовність рівнів напруги, що апроксимують потрібну форму сигналу. Наприклад, для синтезу синусоїдного сигналу використовується відліки функції y=sin(x), які зберігаються в пам’яті. Вибірки сигналу зчитується через інтервали часу, які формуються з сигналу тактового генератора, стабілізованого кварцем. В результаті синтезу формується ступінчаста синусоїда з високою стабільністю частоти. Опорний генератор стабільної напруги в ЦАП забезпечує точність амплітуди і стабільність форми сигналу. Для відсічення вищих гармонік сигнал пропускають через низькочастотний фільтр. Структурна схема цифрового генератора представлена на рис. 4.2.

Рисунок 4. 2 - Структурна схема цифрового генератора

4.2.4 Основні технічні характеристики генератора сигналів ATF20B

Діапазон частот синусоїдного сигналу 40 мГц…20 МГц; нестабільність частоти опорного генератора 5·10^-6. Вихідна напруга 2мВ..20В (50 Ом); зміщення постійної складової ±10 В. 32 форми сигналу: синусоїда, прямокутні імпульси, трикутний, пилкоподібний сигнали, білий шум та ін. 1024 точки, 8 біт, частота вибірки 100 МГц. Коефіцієнт нелінійних спотворень синусоїдального сигналу <1 % (f<20 кГц). Імпульсний режим: діапазон частот 40 мГц…1 МГц, час наростання <35нс, викиди <10%. Види модуляції АМ, ЧМ, ФМ, ЧМн.

4.2.5 Фазометри призначені для вимірювання фазового зсуву між двома гармонійними сигналами однакової частоти в широкому діапазоні частот і застосовуються при вимірюванні фазочастотних характеристик чотириполюсників: підсилювачів, атенюаторів, каналів зв'язку, фільтрів, інтегральних мікросхем, при визначенні параметрів матеріалів, при налаштуванні резонаторів, антен, тощо.

4.2.6 В основу роботи фазометра Ф2-34 покладено метод перетворення фазового зсуву в часовий інтервал. Сутність метода пояснюється структурною схемою і часовими діаграмами, наведеними на рис. 2. Гармонійні коливання U1 і U2, фазовий зсув яких необхідно виміряти, через вхідні пристрої 1 і 2 надходять на входи формувачів 3 та 4. формувачі виробляють короткі імпульси в моменти часу, що відповідають переходу напрузі гармонійних сигналів через нульове значення на висхідній ділянці сигналу (позитивний нуль-перехід). Часовий зсув Δt між послідовностями імпульсів U3 і U4 буде пропорційний зсуву фаз φ. За допомогою тригера 5, який сигналом U3 встановлюється в стан логічної одиниці (високий потенціал), а сигналом U4 в стан логічного нуля (низький потенціал), формується послідовність імпульсів U5 тривалістю Δt. Експериментально визначивши значення відношення Δt / T, легко знайти фазовий зсув за співвідношенням φ=360·Δt/T.

4.2.7 Кількість імпульсів пропорційним фазового зсуву і незалежних від частоти проходження рахункових імпульсів вміст лічильника индикується за допомогою індикатора 6, шо показує фазовий зсув в градусах або їх десяткових частках. Пристрій управління 7 координує роботу всіх вузлів схеми.

Рис. 2. Перетворення фазового зсуву в часовий інтервал	Рис. 3. Принцип аналого-цифрового перетворення відношення ∆t/T.

4.2.8 Основними джерелами похибки цифрових фазометрів є нестабільність порогів формувачів в перетворювачі фазового зсуву в часовий інтервал та похибка дискретизації. Похибка дискретизації обумовлена ​​некратністю інтервалу Δt і періоду проходження рахункових імпульсів T_сч, а також інтервалу T_вим та періоду сигналів T, вона збільшується із зростанням частоти сигналу і зменшується зі збільшенням частоти лічильних імпульсів.

Технічні характеристики Ф2-34: діапазон робочих частот від 0,5 Гц до 5 МГц; діапазон вхідних напруг від 20 мВ до 2 В; діапазон вимірювання кутів фазового зсуву від 0 до 360°; роздільна здатність 0,01°; похибка вимірювання фазового зсуву в діапазоні частот F від 20 Гц до 5 ·10⁶ Гц ±(0,1+10^-7F)°.

Дата добавления: 2015-04-30