ЭКСПЕРИМЕНТ 17 Измерения синусоидальных сигналов
Цели
После проведения данного эксперимента Вы сможете измерять при помощи мультиметра и осциллографа напряжения синусоидальных сигналов и осуществлять преобразование эффективных значении в значения размаха и наоборот.
Необходимые принадлежности
* Мультиметр (цифровой мультиметр)
* Осциллограф
* Генератор функций
* Источник постоянного напряжения
* Резистор 2,7 кОм
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Имеется два основных метода измерения напряжений синусоидальных сигналов — при помощи мультиметра и при помощи осциллографа. Если используется мультиметр, показания прибора осуществляются непосредственно в вольтах, которые отмечаются на шкале указателем аналогового прибора или в виде десятичного числа на жидкокристаллическом или светодиодном индикаторе цифрового прибора. При этом представляемое на индикации значение является эффективным значением или среднеквадратическим значением. Оно является также более точным показанием.
Осциллограф визуализирует на экране синусоидальный сигнал. Это наиболее легкий и более точный метод для измерения размаха сигнала. Из двух этих устройств значение мультиметра является более точным, как уже упоминалось. Тем не менее, осциллограф позволяет Вам видеть сигнал, а также любой шум, искажение или помехи, которые могут сопровождать сигнал.
Ограничения приборов
Мультиметр имеет ограничение по высокой частоте. Это предельное значение частоты варьирует от прибора к прибору, однако оно не превышает обычно нескольких тысяч герц. Осциллограф же может выполнять измерения напряжений сигналов с частотой до нескольких мегагерц.
Мультиметр позволяет Вам также измерять ток, тогда как осциллограф нет. При включении мультиметра последовательно с цепью или с компонентом Вы можете получить индикацию эффективной величины тока. Единственным способом измерить ток при помощи осциллографа является косвенный способ, а именно, надо измерить напряжение на резисторе, преобразовать значение размаха в эффективное значение, а затем разделить его на сопротивление резистора.
Формулы преобразования
При выполнении тестов и измерений в электронике обычно является необходимым преобразование
эффективных значении в значения размаха и наоборот. Для преобразования эффективных значении в значения размаха используйте следующие формулы:
Vpp = 2,828 Vrms Ipp = 2,828 Irms
(где: РР — размах, rms — эффективное значение) Для преобразования значений размаха, в эффективные значения используйте следующие формулы:
Vrms= 0,3535 Vpp
Irms= 0,3535 Ipp
Пример: Пусть требуется преобразовать показание 6,3 Vpp в эффективное значение:
Vrms= 0,3535 Vpp = 0,3535 (6,3) = 2,23 В
Пример: Пусть требуется преобразовать эффективное значение тока 7 мА в значение размаха:
Ipp = 2,828 Irms = 2,828 (7) = 19,8 мА
Осциллограф может выполнять также измерения по постоянному току. Смещение горизонтальной линии по вертикали относительно нулевой линии на экране осциллографа представляет собой входной уровень по постоянному току. Для измерения постоянного тока горизонтальную линию развертки совместите с линией координатной сетки, соответствующей нулю. Подайте входной сигнал постоянного тока, затем измерьте смещение по вертикали в делениях и преобразуйте в напряжение.
Краткое содержание
Вы познакомитесь с измерением токов и напряжений синусоидальных сигналов и выполните преобразования единиц в следующей процедуре.
ПРОЦЕДУРА
1. Включите осциллограф и визуализируйте горизонтальную линию.
2. Включите генератор функций, выберите формирование синусоидального сигнала и установите поворотный селектор на 1 кГц. Подключите выход генератора ко входу осциллографа. Визуализируйте сигнал. Отрегулируйте осциллограф для получения стабильной индикации. Отрегулируйте выход генератора до получения значения сигнала 4 V
3. Вычислите эффективное значение (rms) этого синусоидального сигнала. Измерьте эффективное значение при помощи цифрового мультиметра. Сравните Ваши расчетное и измеренное значения.
Vэфф(расчетное) = ______ В
Vэфф (измеренное) = ______ В
4. Измерьте период синусоидального сигнала при помощи осциллографа. Т = _______ секунд
5. Рассчитайте частоту синусоидального сигнала при помощи измеренного Вами периода. Сравните Ваши расчетное и измеренное значения и установку регулятора на генераторе функций.
f = ______ Гц
6. Повторите шаги 2—5 с синусоидальным сигналом 500 мВ на частоте 60 Гц и прямоугольным сигналом 15кГц, 3В Какое значение имеет эффективное напряжение в связи с синусоидальным сигналом?
7. Подключите выход генератора функции к резистору 2, 7 кОм. Отрегулируйте генератор для формирования 9 V с частотой 120 Гц. Проконтролируйте напряжение при помощи осциллографа.
8. Рассчитайте ток через резистор, используя закон Ома.
I = ______ мА
9. Измерьте ток через резистор, используя цифровой мультиметр. Сравните Ваши расчетное и измеренное значения. I = ______ мА
10. Отключите резистор от генератора. Включите один из лабораторных источников постоянного напряжения. Отрегулируйте его на формирование выходного напряжения+ 6 В. Измерьте это выходное напряжение при помощи цифрового мультиметра и осциллографа. Повторите действия для выходного постоянного напряжения-12 В.
11. Подключите выход генератора функций последовательно с источником постоянного напряжения и визуализируйте результирующий сигнал. Установите выходное напряжение источника питания на + 5 В и отрегулируйте генератор функций на 400 Гц и 2 Vpp. Начертите диаграмму комбинированного сигнала.
12. Приведите список источников возможных погрешностей, которые могут быть причиной раз
личий между расчетными и измеренными значениями в предыдущих шагах.
ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чему равно напряжение размаха 85 мВ в переводе на эффективное значение?
а) 6 мВ,
б) ЗОмВ,
в) 170 мВ,
г) 240 мВ.
2. Чему равно эффективное значение 16 мкА в пересчете на значение размаха?
а) 5, 7 мкА,
б) 11, 3 мкА,
в) 7, 07 мкА,
г) 45, 23 мкА.
3. Мультиметр дает индикацию:
а) значений амплитуды,
б) "значений размаха (двойной амплитуды),
в) эффективных значений,
г) средних значений.
4. Осциллограф может измерять постоянный ток:
а) высказывание истинно,
б) высказывание ложно.
5. Какое устройство дает более точные измерения?
а) осциллограф,
б) мультиметр.