Включение и первоначальная настройка прибора АКИП 4107.
Измерение периода сигнала.
Измерение среднеквадратического значения сигнала и его амплитуды.
Измерение параметров переменного сигнала с постоянной составляющей
Методические указания
1. По первому пункту задания выполнить следующие действия:
1.1. Подключить прибор АКИП 4107 к персональному компьютеру с помощью USB кабеля.
1.2. Включить персональный компьютер и дождаться загрузки операционной системы.
1.3. Запустить программу PicoScope 6. После запуска программы на экране появляется окно представленное на рисунке 2.
1.4. Соединить кабелем с двумя разъемами байонетного типа – BNC на обоих концах гнездо SIGNAL OUT с гнездом CHA. Подключение разъемов байонетного типа осуществляется так: «Вставил и зафиксировал, повернув по часовой стрелке на 90 градусов». Отключение производится в обратном порядке: «Снял фиксацию, повернув против часовой стрелки на 90 градусов, и вынул».
Рисунок 2
1.5. Включить генератор с помощью пиктограммы . Для этого необходимо мышкой навести курсор на пиктограмму и щелкнуть по ней левой клавишей мышки. В появившемся окне, представленном на рисунке 3, установить галочку в позиции Сигнал вкл, которая отмечена на рисунке 3 красным карандашом. По умолчанию включается сигнал прямоугольных импульсов с частотой 1 кГц и амплитудой 1 вольт и включается режим автонастройки параметров осциллографа.
Рисунок 3
1.6. Установить сигнал в соответствии с таблицей заданий по номеру варианта.
№ | Форма сигнала | Частота (Гц) | Ампли-туда (В) | № | Форма сигнала | Частота (Гц) | Ампли-туда (В) |
синусоидальный | 0,95 | наклон вниз | 0,85 | ||||
прямоугольный | 0,95 | наклон вверх | 0,85 | ||||
треугольный | 0,95 | синусоидальный | 0,8 | ||||
наклон вниз | 0,95 | прямоугольный | 0,8 | ||||
наклон вверх | 0,95 | треугольный | 0,8 | ||||
синусоидальный | 0,9 | наклон вниз | 0,8 | ||||
прямоугольный | 0,9 | наклон вверх | 0,75 | ||||
треугольный | 0,9 | синусоидальный | 0,75 | ||||
наклон вниз | 0,9 | прямоугольный | 0,75 | ||||
наклон вверх | 0,9 | треугольный | 0,75 | ||||
синусоидальный | 0,85 | наклон вниз | 0,75 | ||||
прямоугольный | 0,85 | наклон вверх | 0,75 | ||||
треугольный | 0,85 | синусоидальный | 0,7 |
1.7. Выполнить ручную настройку масштаба изображения по вертикальной оси. Для этого щелкнуть мышкой по галочке на пиктограмме в верхнем левом углу. В появившемся окне масштабов необходимо выбрать масштаб, который будет ближайшим большим значением к заданной амплитуде сигнала. Так, например, если задана амплитуда 0,45 В, то надо выбрать масштаб ±500мВ. Масштаб по вертикальной оси ±500мВ обеспечивает правильное отображение сигнала, амплитуда которого не превысит 0,5 вольта. Если по какой-то причине величина исследуемого сигнала превысит 0,5 В, то экране появится восклицательный знак, предупреждающий о превышении заданного порога чувствительности.
1.8. Выполнить ручную настройку масштаба изображения по горизонтальной оси. Для этого необходимо вычислить масштаб одной клетки по горизонтали ∆t, исходя из следующего неравенства:
При пользовании этой формулой необходимо помнить, что частота f задается в герцах, а масштаб одной клетки ∆t по горизонтали получается в секундах.
Для выполнения ручной настройки необходимо щелкнуть мышкой по галочке на пиктограмме . В появившемся окне масштабов необходимо выбрать масштаб, который будет ближайшим меньшим значением к рассчитанному масштабу изображения по горизонтальной оси.
Так, например, если задана частота 900Гц, то по формуле получим ∆t ≤ 0,000476 секунды. Поэтому выбираем масштаб по горизонтали - 200µs/div, т.е. 200 микросекунд на клетку.
1.9. Переключатель режимов канала А должен быть установлен в положение - DC. В этом режиме можно проводить измерение как переменных сигналов, так и постоянных, поэтому этот режим является универсальным. В режиме AC можно проводить измерение только переменных сигналов.
1.10. Поскольку канал B сейчас не используется, то он должен быть установлен в положение Выкл.
2. По второму пункту задания выполнить следующие действия:
2.1. Для измерения периода сигнала необходимо выполнить синхронизацию, т.е сделать так, чтобы изображение было стабильным, т.е неподвижным. Это можно сделать двумя способами.
2.2. Во-первых, можно щелкнуть один раз по пиктограмме или по пиктограмме . Оба действия приводят к прекращению работы осциллографа и изображение останавливается. Повторное нажатие на эти пиктограммы возобновляет работу осциллографа, и изображение вновь становится подвижным. Выполните эти действия по нескольку раз и ответьте на вопрос: «В каких положениях останавливается изображение сигнала относительно координатной сетки?». Ответ запишите в конспект.
2.3. Во-вторых, можно щелкнуть мышкой по галочке на пиктограмме и в выпадающем меню выбрать режим Авто. В этом случае осциллограф осуществляет постоянную развертку сигнала по горизонтальной оси начиная с того момента, когда напряжение переходит через уровень, отраженный в окошечке . По умолчанию это уровень 0 Вольт.
2.4. В режиме Авто щелкните мышкой сначала по пиктограмме , а затем по пиктограмме и ответьте на вопрос «Как осуществляется развертка сигнала по горизонтали в первом и во втором случаях?» При этом обратите внимание на то, в каком случае сигнал возрастает при прохождении через уровень 0 Вольт, а в каком случае уменьшается. Ответ запишите в конспект.
2.5. Для того, чтобы измерить период сигнала наиболее точно необходимо развертку выполнять из крайней левой точки экрана. По умолчанию развертка сигнала начинается с середины экрана, поэтому в окошечке смещения установлено значение 50% - . Установите в окошке смещения значение 0% и ответьте на вопрос: «Куда смещается ромбик желтого цвета, определяющий начало развертки, при нулевом значении?». Ответ запишите в конспект.
2.6. Если окажется так, что на экране будет более двух периодов, то необходимо растянуть изображение, увеличив масштаб по горизонтали в два раза. Для этого необходимо щелкнуть мышкой по кнопке «+» на пиктограмме в верхней части экрана. После этого необходимо с помощью ползунка в нижней части экрана передвинуть изображение так, чтобы ромбик желтого цвета оказался в крайнем левом положении.
2.7. Попробуйте два варианта развертки, нажав сначала на пиктограмму , а затем по пиктограмму . Определите период сигнала в том случае, где он отражается более точно. Результат измерения запишите в конспект.
2.8. Определите частоту сигнала по формуле:
3. По третьему пункту задания выполнить следующие действия:
3.1. Для определения величины среднеквадратического значения сигнала необходимо добавить режим определения среднеквадратических значений. Для этого щелкнуть один раз по кнопке «+» на пиктограмме в нижней части экрана. В появившемся окне (рисунок 4) необходимо щелкнуть мышкой по галочке в окне Выберите тип измерения.
Рисунок 4
3.2. В появившемся окне типов измерения (рисунок 5) выбрать сначала тип измерения Перем. СКЗ, который расположен в самой верхней строчке списка, как показано на рисунке 5. Затем щелкнуть по кнопке ОК.
Рисунок 5
3.3. Затем повторно еще раз щелкнуть по кнопке «+» на пиктограмме . В появившемся окне (рисунок 4) необходимо еще раз щелкнуть мышкой по галочке в окне Выберите тип измерения. В появившемся окне типов измерения (рисунок 6) передвинуть мышкой движок в крайнее нижнее положение и выбрать тип изменения СКЗ, который расположен в самой нижней строчке списка, как показано на рисунке 6. Затем щелкнуть по кнопке ОК.
Рисунок 6
3.4. Результат представлен а рисунке 7
Рисунок 7
3.5. Измерения среднеквадратических значений сигнала производятся по 20 выборкам. Это отмечено в столбце Число захватов. Поскольку на сигнал от генератора накладываются шумы, то значение СКЗ в столбце Значение не постоянно и изменяется в младшем разряде. Для оценки среднеквадратического значения сигнала по 20 выборкам мы будем использовать те значения, которые представлены в столбце Среднее.
3.6. Перем. СКЗ рассчитывается по формуле
,
где - среднее значение сигнала, которое рассчитывается по формуле
.
К большому сожалению, разработчики прибора АКИП 4107 не используют общепринятую терминологию. Величину σ – необходимо называть среднеквадратическим значением сигнала. В зарубежной литературе используется термин True RMS, что переводится как истинное среднеквадратическое.
В приборах с аналоговой регистрацией сигнала подобные значения получаются при подаче сигнала на «ЗАКРЫТЫЙ ВХОД».