Измерение периода сигнала методом калиброванной шкалы

Исследование методов измерения временных и частотных параметров сигналов с помощью осциллографа

Цель и содержание:

Цель

1. Научиться измерять временные и частотные параметры сигналов различными осциллографическими методами.

2. Оценить погрешность измерений.

Содержание

1. Измерение периода сигнала методом калиброванной шкалы.

2. Исследование фигур Лиссажу при измерении частоты сигнала методом сравнения.

Теоретическое обоснование:

Метод калиброванных шкал

Измерять период сигнала можно, калибруя масштабную сетку на экране осциллографа (т.е. определяя цену деления сетки в вольтах на сантиметр). В этом случае сетка становиться шкалой. Масштаб указывается на переключателе чувствительности осциллографа. При наличии ручки плавной регулировки чув­ствительности указанный масштаб получается лишь при одном ее положении, фиксируемом при повороте(это положение обычно обозначается специальной меткой у ручки). Из-за влияния ряда факторов - погрешностей калибровки, ви­зуального отсчета, нелинейной амплитудной характеристики канала горизон­тального отклонения и т.д. - этот метод дает погрешность измерения напряже­ния около 5%.

Фигуры Лиссажу

Это замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Впервые изучены французским учёным Ж. Лиссажу (J. Lissajous; 1822-80). Вид Л. ф. зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний. В простейшем случае равенства обоих периодов Л. ф. представляют собой эллипсы, которые при разности фаз 0 или p вырождаются в отрезки прямых, а при разности фаз p/2 и равенстве амплитуд превращаются в окружность. Если периоды обоих колебаний неточно совпадают, то разность фаз всё время меняется, вследствие чего эллипс всё время деформируется. При существенно различных периодах Л. ф. не наблюдаются. Однако, если периоды относятся как целые числа, то через промежуток времени, равный наименьшему кратному обоих периодов, движущаяся точка снова возвращается в то же положение - получаются Л. ф. более сложной формы.

Фигуры Лиссажу можно наблюдать, например, на экране катодного осциллографа; они получаются в результате перемещения светящейся точки, если к двум парам отклоняющих пластин подведены переменные напряжения с равными или кратными периодами. Наблюдение Л. ф. - удобный метод исследования соотношений между периодами и фазами колебаний, а также и формы колебаний.

Аппаратура и материалы. Для выполнения практической работы необходим персональный компьютер со следующими характеристиками: процессор Intel с тактовой частотой 800 МГц и выше, оперативная память – не менее 128 Мбайт, свободное дисковое пространство – не менее 500 Мбайт, монитор типа Super VGA (число цветов – 256) с диагональю не менее 15''. Программное обеспечение – операционная система Window 98/Nt/ME/2000/XP, программа Multisim.

Указания по технике безопасности. Техника безопасности при выполнении практической работы совпадает с общепринятой для пользователей ПК, в частности: самостоятельно не производить ремонт ПК, установку и удаление программного обеспечения; в случае неисправности ПК сообщить об этом обслуживающему персоналу лаборатории; соблюдать правила техники безопасности при работе с электрооборудованием; содержать рабочее место в чистоте.

Методика и порядок выполнения работы:

Методика

Измерение периода сигнала методом калиброванной шкалы

Собрать схему из функционального генератора и осциллографа (рис. 1). Задать амплитуду сигнала U =10 В и частоту f.

Рис.1 – Схема для измерения периода сигнала

Подбирать такое значение коэффициента развертки К_Р (время/деление), чтобы исследуемый период Т занимал большую часть экрана (рис. 2). Измерить линейные размеры периода l в делениях. По формуле определить результат измерения периода сигнала. Сравнить с рассчитанным значением и найти погрешность измерения .

Рис. 2 – Экран осциллографа при измерении периода сигнала

Таблица 1 – Результаты измерения периода сигнала методом калиброванной шкалы