!
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)_________
Кафедра «Радиотехника и электросвязь»
ИЗУЧЕНИЕ
МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЙ И УРОВНЕЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Методические указания
к лабораторной работе
МОС КВА-2003
М.У.
iNolQl 1
0 3 -1 0 1 6 4
Измчение методов измере
ния напряжений и урГОЗ
iiH iiiiiR iiim iiiiiiiM ii и в
4с
1 ощ |$ е ш | я
ДЕРАЦИИ
М ОСКОВСКИ Й ГОСУДАРСТВЕННЫ Й УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩ ЕНИЯ (МИИТ)
Кафедра «Радиотехника и электросвязь»
Утверждено
редакционно-издательским
советом университета
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЙ И УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СИГНАЛОВ
М етодические указания к лабораторным работам по
дисциплине «Измерения в волоконно-оптических системах
передачи» для специальностей СПИ и ВОСП
М осква - 2003
уч
I в И Б Г* И Д
'
М v\ И Т з
L
I
I
УДК 621.317.3
И 32
Казанский Н.А., Ерёминский Д.Е., Дементьев С.В:;
Ярочкин Д.Г. Изучение методов измерения напряжений
уровней электрический сигналов. М етодические указания
лабораторным
работам
по
дисциплине
«Измерения
волоконно-оптических системах передачи» - М .:М ИИТ, 2003
30 с.
и
к
в
-
Работа содержит необходимые теоретические сведения и
задания для изучения данной лабораторной работы.
Рекомендуется для студентов специальностей СПИ и В ОСП.
© М осковский государственный
университет путей сообщ ения
(М ИИТ), 2003
Лабораторная работа №1
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
И УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Цель работы
Практическое изучение принципа и схем милливольтметра типа ВЗ56 и электронно-цифрового вольтметра типа В7-65.
Приборы и оборудование
1. Электронно-цифровой вольтметр В7-65.
2. Милливольтметр ВЗ-56.
3.
Генератор ГЗ-118.
4. Магазин сопротивлений РЗЗ.
Задание
1. Изучить схемы и устройство вольтметров В 7-65 и ВЗ-56 и
научиться производить ими измерения.
2. Определить зависимость входного сопротивления вольтметров В765 и ВЗ-56 от частоты и сделать вывод о диапазоне частот, на котором
могут без погрешности работать эти вольтметры.
3. Измерить уровень сигнала с помощью вольтметра В7-65.
Теоретическая часть
В.технике связи для измерения напряжения и уровня используются
электронные вольтметры,
широкополосные указатели уровня,
избирательные (селективные) указатели уровня, цифровые вольтметры,
осциллографы.
Шкалы приборов градуируются либо в вольтах, либо в неперах или
децибелах. Для того, чтобы при измерении напряжения не изменялся
режим работы измерительного устройства, входное сопротивление
3
измерительного прибора должно быть в 50-100
сопротивления, на котором измеряется напряжение.
раз
больше
Электронно-цифровой вольтметр В7-65
Вольтметр предназначен для измерения постоянного напряжения,
среднеквадратического значения переменного напряжения произвольной
формы, сопротивления постоянному току, постоянного и переменного
токов, частоты и периода синусоидального и импульсного сигналов.
Вольтметр обеспечивает математическую и логическую обработку
результатов измерений по программам, заложенным в вольтметре.
Вольтметр обеспечивает измерение постоянного напряжения
положительной и отрицательной полярности на диапазонах измерения е
конечными значениями ик (далее по тексту -диапазонах) - 200 мВ, 2,
20, 200, 1000 В.
Входное сопротивление вольтметра при измерении постоянного
напряжения не менее 1 ГОм на диапазоне измерений 200 мВ, не менее
2 ГОм на диапазоне измерений 2 В и равно (10±0.5) МОм на остальных
диапазонах.
Вольтметр
обеспечивает
измерение
среднеквадратического
значения переменного напряжения на диапазонах измерения 200 мВ;
2, 20, 200, 700 В в диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц.
Входное сопротивление вольтметра при измерении переменного
напряжения равно (1±0,01) МОм, входная емкость (без входного
кабеля) не более 50 пФ.
Вольтметр обеспечивает измерение силы постоянного тока на
диапазоне измерения 2 А.
Вольтметр обеспечивает измерение среднеквадратического значения
силы переменного тока синусоидальной формы на диапазоне
измерения 2 А в диапазоне частот от 20 Гц до 5 кГц.
Вольтметр обеспечивает измерение сопротивления постоянному
току на диапазонах измерения 200 Ом, 2; 20; 200 кОм и 2 МОм по
двух- и четырехпроводной схеме, 20 МОм, 2 ГОм - по двухпроводной
схеме.
Вольтметр обеспечивает измерение частоты синусоидальных
сигналов и частоты следования импульсных сигналов любой
полярности, имеющих не более двух экстремальных значений за
период, в диапазоне от 20 Гц до 1 МГц.
Вольтметр
обеспечивает
измерение
периода
сигналов
синусоидальной и импульсной формы любой полярности при
длительности импульсов не менее 10 мкс и скважности не более 10 в
диапазоне от 100 мкс до 50 мс при напряжении входного сигнала от 1
до 30 В во всем диапазоне измеряемых периодов.
Вольтметр
обеспечивает математическую и логическую
обработку результатов измерений по 10 программам:
- измерение температуры;
- измерения в дБ;
- измерение мощности;
- расширение диапазонов по току;
- измерение среднего значения;
- экстремум;
- допусковый контроль
- накопление массива данных;
- просмотр массива данных;
- тестирование диодов и проверка цепей на короткое замыкание.
Вольтметр
представляет
собой
многофункциональный
измерительный прибор, измерительный тракт которого включает в себя
ряд функциональных преобразователей, обеспечивающих измерение
соответствующих входных сигналов.
Структурная схема вольтметра приведена на рис. 1.
Вольтметр состоит из аналоговой и гальванически связанной с ней
цифровой части. Подавление помех общего вида в вольтметре
достигается гальванической развитости измерительной части от блоков
интерфейса (для вольтметра В7-65/1 и В7-65/2), а также экранированием
ее с помощью специального экрана "G".
Аналоговая часть служит для преобразования измеряемой величины
в импульсы, длительность которых пропорциональна измеряемой
величине, и состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП),
источника, опорного напряжения (ИОН), коммутатора входа, входного
усилителя, преобразователя U~/U_ , входного делителя U,
компаратора, токового шунта Rx, источника образцового тока.
Измеряемое постоянное напряжение, поступающее на вход
вольтметра (гнезда "U,R,F" и "О"), масштабируется входным делите-
PME DAT
Порт аналоговой
части
Табло индикационное
"Ж Ж >|Ч /14
Ж Ж Ж~Ж"
Set5 Men
Dat Set? Sel8 I if
cont+ TT TF 2MHz
SO St
Коммутатор £—Fx
входов
.
счетчика v ~ SO
1MHz
FORS
< r 2MHz
Источник питания
Устройство интерфейсное IEE 488
входит » 4I1182.020-02
Устройство интерфейсноеЯ8-232
входит в 411182.020-01
Блок
гальван ической
развяж и
r m
i
|
К блоку питания
интерфейса
Рис.1. Структурная схема вольтметра В7-65
m
СЕТЬ 220 V
(UOV) 50Hz
лем и входным усилителем и подается на вход АЦП. В АЦП реализована
одна из разновидностей метода широтно-импульсной модуляции, суть
которого заключается в следующем.
На вход интегратора АЦП непрерывно поступает ток,
пропорциональный измеряемой величине и опорный ток, полярность
которого определяется состоянием выходного компаратора. Работой
выходного компаратора управляет схема, сравнивающая выходное
напряжение интегратора и треугольное напряжение постоянной
амплитуды и частоты. Полярность опорного тока автоматически
устанавливается такой, чтобы суммарный заряд емкости интегратора за
период преобразования, равный периоду треугольного напряжения, был
равен нулю.
В цифровую часть вольтметра поступают импульсы "+Счет" и
"-Счет". Импульс "+Счет" поступает при положительной, а импульс
"-Счет" при отрицательной полярности опорного тока. Разность
длительностей импульсов "+Счет" и "-Счет" содержит информацию о
значении измеряемой величины. Конец времени преобразования
определяется по срезу импульса "+Счет".
ИОН вырабатывает опорные напряжения "+и0п" и "-U0n" Для
А Ц П , а также напряжение " U obp " необходимое при измерении
сопротивлений на диапазонах от 20 МОм до 2 ГОм. Коммутатор входа
осуществляет коммутацию входного сигнала в зависимости от режима
работы вольтметра.
Измеряемое переменное напряжение подается с коммутатора входа
на преобразователь U~/U_ , где масштабируется и преобразуется в
пропорциональное постоянное напряжение, которое через коммутатор
поступает на усилитель, далее на вход АЦП.
При измерении постоянного и переменного тока используется
измерительный шунт. Входной измеряемый ток, протекая по шунту,
создает на нем падение напряжения, которое подается на вход АЦП через
масштабирующий усилитель при измерении постоянного тока, либо на
вход ПСКЗ при измерении СКЗ переменного тока.
Преобразователь сопротивления в постоянное напряжение
представляет собой источник образцового тока. Падение напряжения на
измеряемом сопротивлении, обусловленное протеканием опорного тока,
поступает в тракт измерения постоянного напряжения. Величина
опорного тока устанавливается, исходя из выбранного диапазона
измерения сопротивления.
При измерении сопротивления по четырехпроводной схеме опорный
ток подается через гнезда "+Тс" и "-Тс" на измеряемое сопротивление.
Падение напряжения на нем измеряется при подключении другой
пары проводов к гнездам "U,R,F" и "О". При измерении по
двухпроводной схеме коммутатор входа соединяет гнезда "+Тс" и
"U,R,F". Измеряемый резистор при этом подключается к гнездам
"U,R,F" и "О”.
При измерении временных характеристик переменного напряжения
(частота, период) входной сигнал с гнезд ”U,R,F" и "О" через
масштабирующий усилитель преобразователя U~/U_ поступает на
компаратор, где преобразуется в последовательность прямоугольных
импульсов с последующим подсчетом их числа за единицу времени или
числа импульсов эталонной частоты за период их следования.
Цифровая
часть
представляет собой
микропроцессорный
контроллер, основной частью которого является однокристальная
микро-ЭВМ, обеспечивающая функционирование и калибровку
измерительного тракта, математическую обработку цифрового кода с
выхода АЦП, обслуживание буквенно-цифрового информационного
табло, клавиатуры и блоков сопряжения с внешними устройствами.
Причем, в вольтметре В7-65/1 присутствует блок сопряжения с КОП, а в
вольтметре В7-65/2 - блок последовательного интерфейса "Стык С2".
Для синхронизации работы микро-ЭВМ и всего вольтметра в целом
применен кварцевый генератор, который вырабатывает также сигнал
"400 Гц", необходимый для работы АЦП и измерения частоты.
Дтя фиксации адресов, поступающих с мультиплексной шины
адрес/данные микро-ЭВМ, применен фиксатор адреса. Обращение
микро-ЭВМ ко всем узлам вольтметра осуществляется по сигналам
дешифратора.
Программа работы вольтметра хранится в ПЗУ, а в ОЗУ данные,
поступающие в процессе измерений.
Калибровочные коэффициенты, полученные в процессе калибровки
вольтметра, хранятся в энергонезависимой памяти.
Для отображения результата измерения используется блок
индикации.
Управление работой вольтметра осуществляется посредством
клавиатуры через порт клавиатуры. Информация о значении измеряемой
величины снимается со счетчика АЦП.
Управление
элементами
коммутации
аналоговой
части
осуществляется через порт аналоговой части. Формирователь временных
интервалов необходим для обеспечения режимов измерения частоты
периода.
Питание измерительной части вольтметра осуществляется от
изолированного источника питания.
Блок сопряжения с КОП обеспечивает взаимодействие вольтметра с
другими приборами и устройствами, объединенными в систему в
соответствии с ГОСТ 26.003-80.
Для обеспечения гальванической развязки между измерительной
частью вольтметра и блоками сопряжения применен блок развязки,
который расположен на плате блока сопряжения.
Блок сопряжения RS232 обеспечивает согласование уровней
сигналов при подключении вольтметра к управляющей ЭВМ.
Питание блоков сопряжения осуществляется от неизолированного
источника питания.
Порядок работы вольтметра заключается в следующем.
На передней панели вольтметра расположены:
- информационное жидкокристаллическое табло для отображения
значения измеряемой величины и вспомогательной информации;
- клавиатура, состоящая из 12 кнопок, не имеющих фиксации при
нажатии;
- входные гнезда.
Обозначение и назначение органов управления в зависимости от
режима работы вольтметра приведены в табл. 1. Надпись над кнопкой
соответствует назначению ее в режиме измерения, на кнопке - в режиме
программирования.
Таблица I.
Назначение органов управления вольтметра B7-6S
Обозначение
Назначение
'
■
З
1
2
4
в режиме
в режиме
программи­
в режиме измерения
в режиме ’’Меню"
измерения
рования
Подключение объекта
измерения постоянного и
переменного напряжений,
электрического
сопротивления, частоты и
периода сигнала
Подключение объекта
измерения в режиме из­
мерения силы постоян­
ного или переменного
Защита от помех общего
вида постоянного и
переменного тока
Подключение измеряе­
мого сопротивления при
проведении измерений по
четырехпроводной схеме
Гнезда
"U,R,F" и
”0 ”
Г нездо "1"
Гнездо "G"
"ТС+",
"ТС-",
<
0
>
Ручное управление
диапазонами измерения
tr
3
Автоматический выбор
поддиапазонов
Ручное управление
диапазонами измерения
Выбор функции,
перемещение мар­
кера
Ввод режима, кон­
станты
Выбор функции,
перемещение мар­
кера
I
1
"U"
П|П
2
3
4
"АВК"
Включение функции
измерения напряжения
Проведение авто­
калибровки
"Ф"
Включение функции
измерения тока
Включение/выключение подсветки
ингЪппмяIгапннпт
Включение/выключение звуковой сиг­
нализации
п
Включение режима
измерения постоянного
или переменного
напряжения, тока
Включение функции
измерения сопротивления
постоянному току по
двухпроводной схеме. При
повторном нажатии измерение сопротивления
постоянному току по
четырехпроводной; схеме
"R"
’Т/Т"
"0...9"
"РАЗРЕШ"
тпд
ВЫЧ
внм
Включение функции
измерения частоты, при
повторном нажатиипериода
Ввод цифр от 0 до 9
при наборе кон­
стант
Изменение разрядности
индикатора
Коррекция нуля в режиме
измерения постоянных
напряжений и тока, сопро­
тивления постоянному току
Включение/выключе ние
работы прибора по
набранной прогоамме
Включение/выключение фильтра
Включение/выключение режима
"Только передача"
Возврат на местное
управление
1
МЕНЮ
» 1__х__1»
2
3
Вход в режим про­
граммирования
Начальная установка при
сбое в работе
4
Выход из режима
программирования
При включении вольтметра в сеть заземление корпуса вольтметра
обеспечивается с помощью третьего (корпусного) вывода на вилке
сетевого кабеля, входящего в комплект вольтметра.
Подключить сетевой капель к питающей сети, предварительно
убедившись в правильности установки положения переключателя "220110 В". Включение вольтметра осуществляется установкой тумблера
СЕТЬ, расположенного на задней панели, в положение"!".
Индикация включения - кратковременное сообщение "АВТОТЕСТ”,
"АВК1", "АВК2", "АВКЗ". Затем, при успешном проведении
тестирования, вольтметр переходит в рабочий режим: измерение
постоянного напряжения на диапазоне 1000 В, фильтр включен,
разрешение 4,5 разряда.
При отсутствии индикации на информационном табло вольтметра,
необходимо выключить вольтметр, отключить его от сети и проверить
исправность предохранителей в сетевом разъеме на задней панели.
Режим автокалибровки служит для устранения влияния
значительной части источников погрешности измерений внутри
вольтметра. Он также включает в себя режим тестирования как
цифровой, так и аналоговой части. Успешное проведение
автокалибровки свидетельствует об исправности основных блоков
вольтметра, его измерительного тракта, при этом не требуется
проведения дополнительных подстроек. Для включения режима
"Автокалибровка" необходимо войти в "Меню”, нажать кнопку АВК.
При прохождении автокалибровки последовательно
индицируются
сообщения:
"АВК-Г, "АВК-2", "АВК-3".
При обнаружении неисправности вольтметра, когда вольтметр либо
не функционирует совсем, либо на табло появляется сообщение о
возникших ошибках или дефектах, вольтметр необходимо отправить в
ремонт, который осуществляется в специализированных мастерских и
на заводе-изготовителе.
Для подсоединения вольтметра к измеряемому объекту необходимо
использовать только кабели, входящие в комплект вольтметра.
Вольтметр является защищенным прибором с "плавающим" входом,
поэтому необходимо уделять особое внимание при измерениях
подсоединению измеряемого объекта к гнезду "G”, соединенного в
вольтметре с защитным экраном. Правильное использование гнезда
"G" обеспечивает наилучшее подавление помехи общего вида.
При
проведении
измерений
воспользоваться
следующими
пояснениями.
Установить режим работы вольтметра в соответствии с выбранной
функцией для чего нажать кнопки:
"U" и
напряжения;
- при измерении постоянного или переменного
"I" и
" - при измерении постоянного или переменного
тока;
"R"- при измерении сопротивления постоянному току, причем
переключение режимов (двухпроводным и четырехпроводный)
проводится повторным нажатием кнопки "R";
"F" и "Т” - при измерении частоты или периода.
Включение режимов работы вольтметра подтверждается на
информационном табло индикацией размерности измеряемых величин и
знаками "U" и
(постоянное напряжение), "U" и
(переменное
напряжение), "I" и
(постоянный ток), "I” и
(переменный ток),
"R" и "• - »" (двухпроводный), "R" и
(четырехпроводный), "F"
(измерение частоты), "Т" (измерение периода). Во время выполнения
измерений в левой части индикатора мигает индикаторная точка.
Установить необходимый диапазон измерения кнопками
"
0".
Установить необходимую разрядность индикации кнопкой
РАЗРЕШ. При повторном нажатии кнопки разрядность индикации
изменяется (изменяется быстродействие вольтметра).
Для включения фильтра необходимо войти в режим "Меню", для чего
нажать кнопку МЕНЮ, затем нажать кнопку "т". При этом на
индикаторе в верхней строке появится символ "Ф".
Следует помнить, что появление во время измерения сообщения
"OLL" свидетельствует о том, что на вход вольтметра подан сигнал,
значение которого превышает допустимый предел на установленном
поддиапазоне измерения.
При измерении переменного напряжения в низкоомных цепях
следует пользоваться кабелем "К-2" (2 шт.), при измерении в
высокоомных цепях (особенно на диапазоне с конечным значением 100
мВ) - экранированным кабелем "К-1", при этом входная емкость
вольтметра с кабелем увеличивается на 72 пФ;
При измерении напряжения несинусоидальной формы следует
отметить, что вольтметр имеет конечный динамический диапазон,
конечную полосу пропускания, конечную скорость нарастания
выходного напряжения операционных усилителей преобразователя
переменного напряжения в постоянное, поэтому в зависимости от
характера амплитудно-частотного спектра измеряемого напряжения,
величины коэффициента амплитуды Ка при одном и том же
среднеквадратическом значении (СКЗ) показания могут сильно
отличаться.
Последовательность операций при измерении
переменного
напряжения несинусоидальной формы должна быть следующая:
- определить по осциллографу длительность импульсов, период,
скорость нарастания, амплитуду сигнала;
- установить на вольтметре диапазон измерения, конечное значение
которого удовлетворяет условию:
U k > Um/3,
где U k - конечное значение диапазона измерения;
Um - амплитуда переменной составляющей, измеренная по
осциллографу;
- определить по вольтметру СКЗ напряжения;
- определить приближенно коэффициент амплитуды из выражения
Uk > U
hi / U c k 3,
где U ck 3, - показания вольтметра.
- сравнить полученные результаты с допустимыми требованиями к
сигналу.
Вольтметр В7-65 может работать в режиме программирования.
Режим программирования предназначен для задания математической
обработки результата измерения, а также для выполнения ряда других
дополнительных функций. Перечень программ и их назначение приведен
в табл. 2.
Таблица 2.
Перечень программ вольтметра В7-65
Содержание программы
№ программы
0
Измерение температуры по результатам
измерения сопротивления термопреобразователя
1
2
Измерение относительных уровней
в децибелах
Измерение мощности
3
Измерение тока с внешним шунтом
4
6
Определение среднего значения заданного
количества измерений
Определение экстремальных значений
измеряемых величин
Допусковый контроль
7
Создание массива измеряемых величин
8
Просмотр созданного массива
измеряемых величин
Определение короткого замыкания,
прозвонка диодов
5
9
В лабораторной работе требуется определить уровень сигнала.
Уровень передачи может вы р аж ат ьс я в децибелах (дБ). Уровень
передачи по мощности:
-То
Уровень по напряжению, уровень по току:
Р „ = 2 Щ ^ ~ , Р, = 2 Щ р
^о
-*о
или соответственно в неперах (Нп):
Pp = - h i ^ - , Pv = b i J^ , Pj = m 1^ ~,
2
P0
;/
b\
10
где Px , Ux , h - мощность, напряжение и ток в рассм атриваем ой
точке цепи;
Ро, Uq, 1о- мощность, напряжение и ток, принятые за исходные.
Различают абсолютные, относительные и измерительные уровни.
Если величины мощности, напряжения или тока, действующие в
какой-либо точке цепи, сравниваются с эталонными значениями
одноименных величин, то уровень называется абсолютным.
Согласно рекомендациям МККТТ принят абсолютный нулевой
уровень, где в качестве эталона является мощность 1 мВт.
Для нагрузки Z0= 600 Ом; Р0 = 1 мВт; U0= 0,775 В; 10= 1,29 мА.
Для нагрузки Z0= 135 Ом; Р0 = 1 мВт; Uf= 0,368 В; 10= 2,72 мА.
Абсолютный уровень - непосредственный отсчёт, произведённый с
помощью измерительного прибора. На практике используют так
называемый относительный уровень сигнала. О тносительный
уровень Рх , UX, I X в какой-либо точке цепи определяется отношением
рассматриваемой величины к значению одноименной величины,
действующей в начале цепи.
Р о т н ~ Р А Б С .X ~ Р А Б С .В Х .
'
Ри ~ 20?н? ~ ~ , P j = 20Ag
.
'Р о
■‘о
При измерениях уровень сигнала по напряжению ( р и ) будет равен
уровню по мощности (Рр) только в том случае, если модуль
сопротивления нагрузки (ZH), на котором производится измерение,
равен сопротивлению R#. В остальных случаях будут справедливы
соотношения:
Р р= Ри - К % ^ - , р р
+ !(% % .
Измерение относительных уровней в дБ (программа 1).
Подать на вход измеряемую величину.
Установить на вольтметре режим программирования по программе
Нажать кнопку '*[}• н. На индикаторном табло появится константа, во
всех разрядах которой будут нули, а размерность ее будет
соответствовать младшему’ пределу данного вида измерений. Если
началу’ работы по программе 1 предшествовала работа по этой же
программе, то на индикаторном табло будет индицироваться константа,
введенная ранее, а размерность ее будет соответствовать выбранному в
данный момент режиму измерения.
Установить при помощи кнопок "0...9", значение константы, равной
уровню, относительно которого будет определяться отношение.
Нажать кнопку "‘О’", МЕНЮ, ВЫЧ. На индикаторном табло будет
индицироваться результат измерения отношения относительно заданной
константы в децибелах.
Милливольтметр ВЗ-56
Милливольтметр
ВЗ-56
предназначен
для
измерения
среднеквадратического значения напряжения переменного тока
синусоидальной формы и для преобразования среднеквадратического
значения напряжения переменного тока синусоидальной формы в
пропорциональное постоянное напряжение.
Шкалы прибора проградуированы в среднеквадратических
значениях синусоидального напряжения и децибелах. Уровень 0 дБ
равен 0,775 В.
Диапазон измеряемых прибором напряжений от 0,1 мВ до 300 В
перекрывается поддиапазонами с верхними пределами 1; 3; 10; 30;
100; 300 мВ и 1; 3; 10; 30; 100 и 300 В. С делителем напряжения ДН523 (1:10) диапазон измеряемых прибором напряжений от 1 мВ до 3 В.
Диапазон частот напряжений, измеряемых прибором, от 10 Гц
до 15 МГц. Частота градуировки 1 кГц.
Прибор
имеет
выход
напряжения
постоянного
тока
положительной
полярности с
номинальной
статической
характеристикой преобразования:
U вых.н
и,
U вых
и ,
где: и Вых — номинальное значение выходного напряжения. В;
Ивыхл — нормированное значение выходного напряжения, В;
U — действительное значение входного напряжения, В;
UK — значение входного напряжения, В, соответствующее
значению шкалы на установленном поддиапазоне.
Нормированное значение выходного напряжения прибора и Вых.н ,
соответствующее входному напряжению U k, равно 1 В.
Принцип действия прибора заключается в усилении измеряемого
сигнала широкополосным усилителем с последующим линейным
преобразованием его в постоянное напряжение по уровню
средневыпрямлённого значения.
Основными составными частями прибора являются: входной
делитель напряжения (ВДН); преобразователи импеданса (ПИ1, ПИ2);
аттенюаторы
(А1,А2);
широкополосный
усилитель
(У 1);
преобразователи
средневыпрямленных
значений (ПСЗ); блок
управления переключением поддиапазонов измерения (БУ); .блок
питания (БП); миллиамперметр (РА); выносной делитель напряжения
(ДН). Структурная схема прибора приведена на рис. 2.
Входной делитель напряжения
(ВДН) расположен между
входом прибора и преобразователем импеданса (ГГИ1), Коэффициент
деления 1:1000.
Включение делителя в измерительный тракт
происходит при переходе с поддиапазона 300 мВ на поддиапазон 1 В.
Преобразователь импеданса (ПИ1) служит для согласования
высокого сопротивления прибора с низким сопротивлением
аттенюатора А1. Коэффициент передачи преобразователя импеданса
близок к единице.
Аттенюатор А1 служит для ослабления сигнала ступенями через
20 дБ и передачи его на вход широкополосного усилителя (У 1).
■■'>
"
i
i
'‘5 -JS
Рис. 2. Структурная схема вольтметра ВЗ-56
Широкополосный усилитель У 1 служит для усиления сигнала на
40 дБ.
Аттенюатор А2 служит, совместно с аттенюатором А1, для
образования поддиапазднов измерения от 1 до 300 мВ. Его
коэффициент ослабления 0 или 10 дБ.
Преобразователь
средневыпрямленных
значений (ПСЗ)
включает в себя широкополосной
усилитель (У2) и диодный
детектор (Д) и служит для линейного преобразования переменного
напряжения в постоянный ток по уровню средневыпрямленного
значения.
Миллиамперметр РА 1 служит для измерения постоянного тока на
выходе
ПСЗ.
Миллиамперметр
отградуирован
в
среднеквадратических значениях синусоидального напряжения.
С выхода А2 сигнал поступает также на вход Г1И2, который
обеспечивает выходное напряжение широкополосного усилителя
прибора.
БУ служит для переключения в измерительном тракте прибора
ослабления А1 и А2 в зависимости от выбранного поддиапазона
измерения.
БП состоит из трансформатора и двух электронных
стабилизаторов с номинальными выходными напряжениями +20 В и
минус 12,6 В, обеспечивающих питание всех функциональных узлов.
Подготовка и порядок работы заключается в следующем.
Перед началом работы с прибором:
проверить механический нуль показывающего прибора и, при
необходимости, установить его корректором, расположенным в центре
передней панели;
установить переключатель поддиапазонов в положение 300 В;
включить прибор в сеть. Время установления его рабочего режима 5
мин. После этого прибор готов для проведения измерений.
Для удобства снятия отсчета поставить прибор под углом к
горизонтальной плоскости с помощью откидывающейся скобы.
Подать измеряемое напряжение на входной коаксиальный
соединитель с помощью одного из измерительных кабелей. К прибору
придаются два измерительных кабеля и выносной делитель ДН-523.
При проведении измерений следует учитывать, что прибор
откалиброван по напряжению, приложенному к его входу
(коаксиальному соединителю). Если прибор подключается к
источнику сигнала на частотах свыше 1 МГц при помощи одного из
придаваемых кабелей, то из-за воздействия длины кабеля на процесс
передачи сигнала напряжение на входе прибора (коаксиальном
соединителе) не равно напряжению источника сигнала. Для
уменьшения погрешности измерений на частотах свыше 1 МГц (с
прилагаемыми коаксиальными кабелями) необходимо пользоваться
усредненным поправочным графиком, приведенным на рис. 3.
(Показание прибора умножить на поправочный множитель К).
/
2
3
Ч
S
6
7
3
9 10 12
16
Рис. 3. Усреднённый поправочный коэффициент
К - поправочный множитель к показанию прибора:
f - частота, МГц.
/
Рабочими участками шкал прибора являются:
на поддиапазонах, кратных десяти, участок шкалы между
числовыми отметками 1 — 10;
на поддиапазонах, кратных трем, участок шкалы между7числовыми
отметками 5— 31,6.
При работе с прибором рекомендуется использовать следующие
участки шкал:
на поддиапазоне измерения 1 мВ участок шкалы между числовыми
отметками 1— 10;
на остальных поддиапазонах, кратных десяти, участок шкалы
между' числовыми отметками 3— 10;
на поддиапазонах измерения, кратных трем, участок шкалы между
числовыми отметками 10— 31,6.
Генератор Г З-118
Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-118 представляет собой
источник синусоидального сигнала прецизионной формы волны и
предназначен для исследования, настройки и испытаний систем и
приборов.
Генератор ГЗ-118 применяется в области радиоэлектроники, связи,
автоматики,
вычислительной
и
измерительной
техники,
приборостроении.
Частота выходного сигнала устанавливается в диапазоне от 10 Гц
до 200 кГц. Установка частоты осуществляется дискретно на пяти
поддиапазонах.
Генератор ГЗ-118 представляет собой RC-генератор с дискретной
установкой частоты и системой стабилизации уровня выходного
напряжения. В частотозадающей цепи генератора использован
активный
режекторный
фильтр; стабилизация
амплитуды
осуществляется системой автоматического регулирования.
Структурная схема генератора приведена на рис. 4.
Основой
прибора
является
задающей
генератор
(ЗГ),
представляющий собой усилитель, охваченный цепью регулируемой
частотонезависимой положительной обратной связи и двумя цепями
отрицательной обратной связи.
Рис. 4. Структурная.схема генератора сигналов ГЗ-118
Одна из цепей отрицательной обратной связи частотонезависимая,
другая, содержащая активный режекторный фильтр (АРФ) является
частотозадающей RC-цепью.
На частоте режекции коэффициент передачи цепи, содержащий
АРФ, стремится к нулю. В этом случае усилитель остается
охваченным положительной и отрицательной частотонезависимыми
обратными связями, коэффициенты передачи которых обеспечивают
генерирование схемой синусоидального сигнала с частотой, равной
частоте режекции АРФ. На частотах, отличных от частоты режекции,
глубина отрицательной обратной связи возрастает и тем самым
обеспечивает подавление в выходном сигнале ЗГ высших
гармонических составляющих. Перестройка частоты осуществляется
коммутацией элементов режекторного фильтра.
Переменное напряжение с выхода выходного усилителя (ВУ)
одновременно с опорным напряжением от источника опорного
напряжения (ИОН) поступает на усилитель-ограничитель (УО). На
выходе УО возникают импульсы из отсеченных вершин синусоиды,
котопые преобразуются пиковым детектором (ПД) в постоянное
23
напряжение с уровнем, пропорциональным амплитуде импульсов
Полученное постоянное напряжение управляет сопротивлением
канала полевого транзистора и, следовательно, глубиной положи­
тельной обратной связи ЗГ.
Плавная регулировка выходного напряжения обеспечивается
изменением уровня опорного напряжения, подаваемого на У О.
Выходной сигнал ЗГ поступает на основной вход ВУ. На второй
вход через инвертор подается напряжение высших гармоник,
выделенное АРФ из выходного сигнала ЗГ. Таким образом, на входе
ВУ происходит частичная компенсация спектральных составляющих,
что приводит к снижению коэффициента гармоник на входе ВУ.
С выхода усилителя напряжение подается на аттенюатор с общим
ослаблением 60 дБ ступенями через 10 дБ и далее на гнездо
II».
Выходное сопротивление генератора на гнезде
II» 600 Ом при
всех значениях ослабления; номинальное сопротивление нагрузки также
600 Ом. При нагрузке, отличающейся от номинальной, и в случае
ненагруженного выхода ступенчатая регулировка сохраняется.
На выходное гнездо
I» сигнал подается непосредственно с ВУ.
При этом обеспечивается низкоомный выход генератора (менее 5 Ом) и
максимальное значение выходной мощности. Номинальное значение
сопротивления нагрузки для этого выхода 600 Ом; при других значениях
сопротивления величина тока в нагрузке не должна превышать 16 мА.
Низкоомный выход на гнезде
I» обеспечивается в положении
переключателя « <3 dB» — «I». Во всех остальных положениях
переключателя « <3 dB» гнездо
I» подключается к ВУ через
резистор 1,2 кОм и может быть использовано для присоединения
частотомера, осциллографа, в качестве источника сигнала синхронизации
ит. д.
Наибольшее значение уровня выходного напряжения при нагрузке
600 Ом — не менее 10 В на гнезде
I» и не менее 5 В на гнезде
п».
Плавная регулировка выходного напряжения обеспечивается для
двух выводов генератора независимо от значения установленного
ослабления.
В комплект поставки прибора входит фильтр режекторный.
используемый при определении коэффициента гармоник выходного
сигнала генератора при его поверке, Фильтр обеспечивает подавление
первой гармоники исследуемого сигнала, что позволяет расширить
динамический диапазон анализатора спектра,
Генератор является источником синусоидального сигнала.
Набор частоты производится с помощью переключателей «Hz» и
«МНОЖИТЕЛЬ». Переключатели средней и младшей декад имеют по
10 положений, а переключатель старшей— 11.
При установке переключателя старшей декады в положение «11» в
индикаторном окне фиксируется «0», являющийся второй цифрой в
отсчете установленной частоты. Первая цифра отсчета частоты
индицируется в одном из двух окон, расположенных слева от
отсчетных окон декад. Наличие 11-го положения обеспечивает
перекрытие по частоте между поддиапазонами.
В пределах перекрытия, равного основной погрешности установки
частоты, обеспечиваются все характеристики генератора.
Изменение частоты в пределах дискретности младшей декады
осуществляется с помощью ручки «РАССТРОЙКА».
При необходимости работы от низкоомного источника следует
использовать «®> I» генератора. При этом переключатель « <3 dB»
должен быть установлен в положение «I». Номинальная нагрузка для
этого выхода 600 Ом. При помощи ручки «
» устанавливается
требуемое выходное напряжение генератора, которое плавно
регулируется в пределах от 2,5 до 10 В.
Во всех положениях переключателя « <1 dB», отличных от
положения «I», включается гнездо «®> II». При этом гнездо «О* I»
остается соединенным с выходным усилителем через резистор 1,2 кОм
и может быть использовано для подключения частотомера,
осциллографа, в качестве источника сигнала синхронизации и т. д. На
гнезде « ^ П» выходное сопротивление генератора 600 Ом. Но­
минальное сопротивление нагрузки также 600 Ом. Максимальное
выходное напряжение на гнезде « & II» при номинальной нагрузке
составляет 5 В. Регулировка напряжения может быть произведена
плавно ручкой «
» и ступенями от 0 до 60 дБ через 10 дБ
переключателем « <] dB».
При необходимости получить ослабление, равное 100 дБ, к гнезду
«О* П» может быть подключен прилагаемый в комплекте ЗИП
делитель 1:100, имеющий выходное сопротивление 6 Ом.
Если нагрузка, подключенная к гнезду
II», отличается от 600
Ом, напряжение может быть определено из выражения:
U вых = и ВЫХк
RH
(Дя - 6 0 0 ) ’
где Иных - напряжение на ненагруженном выходе, В;
Rh - сопротивление нагрузки, Ом.
Порядок выполнения работы
Определить зависимость входного сопротивления вольтметров ВЗ-56
и В7-65 от частоты:
1. Ознакомиться с правилами работы с вольтметрами ВЗ-56 и ВТ65. Включить приборы и после прогрева проверить корректировку;
2. Собрать схему рис, 5;
3. Установить частоту генератора 5 кГц и напряжение на входе
вольтметра В7-65 равным 1 В при закороченном R = 1 Мбм;
4. Снять перемычку П (т. Е. включить сопротивление). Измерить
напряжение U в точках 7— 8;
5. Поддерживая напряжение генератора постоянным, измерить
напряжение в точках 7— 8 вольтметром В7-65 на частотах,
указанных в табл. 3. Показания приборов записать в табл. 3;
6. Аналогично определить зависимость входного сопротивления
вольтметров ВЗ-56, для чего собрать схему рис. 6;
7. Вычислить входное сопротивление (Мбм) для каждого
измерения по формуле:
U 7-8
.
R вх
U x_2
Результаты записать в табл. 3.
Рис. 5.
Рис. 6.
Ь 7_g
■R.
С помощью функции программирования на цифровом вольтметре
В7-65 определить уровень сигнала, подаваемого с генератора. Для
этого:
установить на выходе генератора ГЗ-118 сигнал частотой 1000 Гц,
уровень которого измерить по прибору, встроенному в генератор, в дБ.
Сигнал с генератора подать на вольтметр В7-65 и измерить его
напряжение в вольтах. Для того, чтобы показания прибора были
точнее, переключатель входного сопротивления поставить в положение
«АТТ» и включить эквивалент нагрузки. Далее определить уровень
сигнала с помощью функции программирования. Результаты
соотнести между собой.
Измерения повторить на частоте 200 кГц. Результаты занести в
таблицу.
Таблица 3.
Результаты измерений
испытываемый прибор
Частота,
кГц
5
10
15
20
30
40
50
80
150
200
В7-65
и 2,в
ZBx , МОм
ВЗ-56
ZBX, МОм
и 2,в
примечание
u BX- i В
С од ерж ан и е о тсч ета
1. Характеристики используемых приборов В7-65, ВЗ-56,
ГЗ-118.
2. По данным табл. 3 построить график зависимости
2Вх=ф(03. Представить результаты измерений уровней сигнала.
4. Привести анализ и выводы по работе.
К о н т р о л ь н ы е в о п р о сы
1. Описание вольтметров В7-65, ВЗ-56.
2. Как провести измерение напряжения с помощью
вольтметра ВЗ-56?
3. Как измерить напряжение и ток с помощью вольтметра
В7-65?
4. Как измерить частоту' и период сигнала с помощью
вольтметра В7-65?
5. Возможности вольтметра В7-65 в режиме
программирования,
6. Как измерить уровень сигнала с помощью вольтметра
В7-65?
7. Привести формулы уровня передачи по мощности,
напряжению и току,
8. Абсолютный и относительный уровни сигнала.
9. Основные виды и формулы измерительных напряжений.
10. Описание генератора ГЗ-118.
Учебно-методическое издание
Николай Александрович Казанский
Дмитрий Евгеньевич Ерёминский
Сергей Викторович Дементьев
Дмитрий Геннадьевич Ярочкин
ИЗУЧЕНИЕ М ЕТОДОВ ИЗМ ЕРЕНИЯ НАПРЯЖ ЕНИЙ И
УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
по дисциплине
«Измерения в волоконно-оптических системах передачи»
Подп. в печ.-/£01, ^.Ф орм ат 60x84/16
U ена ■ОО/Г0Л.
Уел. печ.
0,
Заказ № -3 4
Тираж- 400.
Изд. № $04Г‘дЗ,
127994, Москва, ул. Образцова, 15. Типография МЙИТа
Цена -1 3 руб. 00 коп
(по себестоимости)