Основні параметри джерел живлення
| Параметр | ВИП-009 | ВИП-010 |
| Діапазони вихідної напруги, В | 2-15 | 3-50 |
| Піддіапазони вихідної напруги, В | 2-3 | 3-10 |
| 3-6 | 10-20 | |
| 6-9 | 20-30 | |
| 9-12 | 30-40 | |
| 12-15 | 40-50 | |
| Максимальний струм навантаження, А | 1,0 | 0,5 |
| Нестабільність вихідної напруги при зміні напруги живлення %, (±10%) | ±0,01 | ±0,01 |
| Нестабільність вихідної напруги при зміні навантаження від номінального до максимального значення, % | ±0,1 | ±0,1 |
Джерела живлення захищені від перевантаження по струму для
ВИП-009 – 1,5 А і ВИП-010 – 0,8 А.
На передній панелі приладу розміщено перемикач роду роботи – поодиничне (окремо дві вихідні напруги) чи паралельне їхнє під’єднання. Кожен канал має окремий індикатор напруги (вольтметр), перемикач діапазону і регулятор напруги. Індикатор напруги (вольтметр) є досить низького класу точності (2,5) і служить як індикатор.
Для кожного каналу є індикатор перевантаження (засвічується у випадку, коли струм споживання перевищує нормоване значення).
Навантаження підключається до клем « + » і « - ».
Генератори сигналів
Для розв’язування різноманітних вимірювальних задач (визначення чутливості, зняття амплітудно-частотних і перехідних характеристик та ін.) використовують вимірювальні генератори – джерела електричних коливань, частота, напруга (потужність), спектральний склад і (або) ступінь модуляції сигналу яких можна регулювати у певних межах і встановлювати (чи зчитувати) з гарантованою похибкою.
Вимірювальні генератори поділяють на:
· генератори низькочастотних сигналів – генератори гармонічних модульованих чи немодульованих сигналів, інфразвукових (20 Гц – 20 кГц) та ультразвукових (20 кГц – 300 кГц) частот;
· генератори високочастотних сигналів (30 кГц – 300 МГц) і надвисокочастотних сигналів (300 МГц – 18 ГГц);
· генератори імпульсів;
· генератори сигналів спеціальної форми (відмінної від синусоїдної чи прямокутної);
· генератори гармонічних сигналів, частота яких автоматично змінюється в межах встановленої смуги частот;
· генератори шумових сигналів.
Сучасні генератори перекривають діапазон частот від тисячних часток герца до десятків гігагерц. Регулювання частот здійснюється двома способами: плавно і дискретно (множенням показу на шкалі на множник 10n, де п = 1, 2, ...). Вихідний сигнал генераторів регулюється за допомогою регуляторів та атенюаторів.
Дискретне регулювання здійснюється атенюатором і становить найчастіше 0, 10, 20, 30, 40 і 60 дб.
Зазначимо, що послаблення, наприклад N=40 дб, означає послаблення U1/U2 у 100 разів, оскільки:
, то 
.
Аналогічно 60 дб відповідає послабленню у 1000 разів. Детально генератори описано в [8, с. 78–114].
В лабораторії використовують такі генератори:
· низькочастотні ГЗ–109, ГЗ–112, ГЗ–118;
· високочастотні Г4–102, Г4–158;
· генератори сигналів спеціальної форми Г6–28, Г6–34.
Генератор ГЗ–112 забезпечує синусоїдні та прямокутні сигнали. Його діапазон частот становить від 10 Гц до 10 МГц, основна похибка установки частоти не перевищує ±(2+ 
)% в діапазоні від 10 Гц до 1 МГц і ±3 % в діапазоні від 1 МГц до 10 МГц, де f – встановлене значення частоти. Вихідна напруга генератора при опорі навантаження 50±0,5 Ом становить не менше 5 В, а без навантаження – не менше 10 В. Вихідна напруга регулюється атенюатором як дискретно (в межах від 0 до 70 дб), так і плавно.
Генератор ГЗ–118 видає лише синусоїдний сигнал прецизійної форми. Для генератора ГЗ–118 діапазон частот 10 Гц до 200 кГц. Основна похибка установки частоти не перевищує ±(1+ 
)% в діапазоні від 10 Гц до 20 кГц і ±1,5% в усьому останньому діапазоні, де f – встановлене значення частоти. Найбільше значення вихідної напруги генератора при навантаженні 600 Ом є не менше 10 В у гнізді 1 і 5 В – у гнізді 2. Регулювання здійснюється аналогічно.
Високочастотний генератор сигналів Г4–102 передбачає такі види роботи:
· неперервна генерація;
· внутрішня амплітудна модуляція синусоїдною напругою (частота 1000 Гц);
· зовнішня амплітудна модуляція синусоїдною напругою (50 –15000 Гц);
Генератор забезпечує діапазон частот від 0,1 до 50,0 МГц, який перекривається 8-ма піддіапазонами:
0,10 – 0,18 МГц;
0,18 – 0,35 МГц;
0,35 – 0,75 МГц;
0,75 – 1,70 МГц;
1,70 – 4,00 МГц;
4,00 – 10,0 МГц;
10,00 – 20,00 МГц;
20,00 – 50,00 МГц.
Основна похибка установки частоти не перевищує ±1%.
Вихідна напруга генератора по виходу µВ регулюється в межах від 0,5 до 5·105 мкВ. Регулювання здійснюється з допомогою плавного регулювання (0,5 ¸ 1,58) · (1…105) по чорній шкалі.
Наприклад, виставивши регулятор плавний у положення 0,7 (чорна шкала) і множник 105 (чорна шкала) – вихідна напруга дорівнює 0,7·105 мкВ = 0,07 В = 70 мВ. Якщо регулятор плавний у положенні, наприклад, 4,0 (червона шкала) і множник 105 (червона шкала) – вихідна напруга дорівнює 4,0·105 мкВ = 0,4 В = 400 мВ.
Вихідна напруга генератора по виходу 1 В є некаліброваною і перебуває в межах 1–3 В.
Генератор сигналів спеціальної форми Г6–28 дає змогу отримати сигнали таких форм.
, , ,
Регулювання частоти сигналу забезпечується плавно по шкалі (частота Гц 1–10) і відповідного множника 10-3 – 105.
Рівень сигналу регулюється дискретно для навантаження 600 Ом – 0, 10, 20, 40, 50, 60 дб і для навантаження 50 Ом – 0, 20, 40, 60 дб, а також плавно регулятором АМПЛІТУДА (від 0 до 7 В).
Сигнал спеціальної форми отримують на виході ОСНОВ в режимі неперервної генерації (НГ).
Високочастотний генератор Г4–158 забезпечує неперервну генерацію, а також, відповідно, внутрішню і зовнішню модуляцію. Значною перевагою цього генератора є можливість установки частоти за цифровим індикатором з основною похибкою не більше 0,01%. Діапазон частот генератора –
0,01 – 99,999 МГц. Вихідна напруга регулюється в межах від 10-6 до 2 В.
Міри електричних величин
Міри слугують для відтворення значень фізичних величин заданого розміру. Основною вимогою до мір є збереження незмінного протягом тривалого часу значення відтворюваної величини.
Найбільше розповсюдження знайшли зразкові і вимірювальні котушки опору, котушки індуктивності, зразкові конденсатори постійної і змінної ємності, а також магазини опору, ємності та індуктивності.
Котушки опору випускаються із номінальним значенням від 10-5 Ом до 109 Ом, класів точності від 0,0005 до 0,05. Магазини опору є багатодекадними від 0,01 Ом до 100 кОм, класів точності від 0,002 до 0,2. Важливим параметром магазинів опору є допустима потужність розсіювання на одну ступінь і становить найчастіше 0,25 Вт.
Клас точності магазина визначає границю його основної допустимої похибки:
δ=±(кл.т.+А 
),
де кл. т. – клас точності магазина; А – коефіцієнт, конкретний для даного типу магазина; m – кількість декад; R – включене значення опору на магазині.
В лабораторії використовують магазин опорів Р32 і Р33.
Магазин Р33 – це шестидекадний магазин з номінальним опором від 0,1 до 100 кОм класу точності 0,2. Основну допустиму похибку магазина визначають за формулою:
δ=±(0,2+0,1 ),
де 0,2 – клас точності; т – число декад магазина; R – значення включеного опору.
Магазин Р32 – це чотиридекадний магазин опорів з номі-нальним опором від 0,1 Ом до 100 кОм класу точності 0,2.
Міри індуктивності випускаються від 10-6 до 0,1 Гн з допустимою основною похибкою 0,02–0,2 %. В лабораторії використовують котушку індуктивності Р547 з L = 0,001 Гн, R = 0,36 Ом і Іmax = 2 А для діапазону частот 500–104 Гц з основною допустимою похибкою ±0,1%. Магазини індуктивності і взаємоіндуктивності бувають із плавним чи дискретним регулюванням індуктивності з кількістю декад від 1 до 5. Можливі значення індуктивності від 0,00001 мГн до 10 Гн. Клас точності від 0,05 до 1. Основна похибка багатодекадного магазина індуктивності не перевищує
δ=± k (1+m 
),
де k – клас точності; m – число декад магазина; Lg – дискретність молодшої декади; L – установлена індуктивність.
В лабораторії використовують змінну міру індуктивності з плавним регулюванням індуктивності в діапазоні 100–500 мГн з R = 380 Ом.
Міри ємності випускаються з номінальним значенням від частки пФ до 102 мкФ з основною допустимою похибкою від 0,0001 до 0,02%. Магазини ємностей бувають із номінальними значеннями від 103 пФ до 111 мкФ класів точності від 0,05 до 0,5.
В лабораторії використовують чотиридекадний магазин ємностей Р513 класу 0,5, який дає змогу отримувати значення ємності від 0,0001 до 1,0 мкФ в частотному діапазоні від 40 до 10000 Гц. Основну допустиму похибку визначають за формулою:
δ=±0,5(1+0,8 
),%,
де С – значення включеної ємності в мкФ.
Осцилографи
Головне призначення осцилографів – візуальне спостереження електричних сигналів і вимірювання амплітудних значень сигналів, їхньої частоти, зсуву фаз між напругами та ін. Принцип дії електронного осцилографа детально описано в [4, с. 175–183; 8, с. 114–141; ].
Наведемо дані декількох осцилографів, які використовують в лабораторії. Зазначимо, що, здебільшого, осцилографами безпо-середньо вдається виміряти амплітуди сигналів до 30 В, а для дещо вищих амплітуд використовують подільник.
Осцилограф С1–67 забезпечує:
· спостереження форми імпульсів обидвох полярностей тривалістю від 0,1 мкс до 0,2 с і амплітудою від 5 мВ до 300 В;
· спостереження періодичних сигналів в діапазоні частот від 5 Гц до 10 МГц;
· вимірювання амплітуд досліджуваних сигналів від 28 мВ до 140 В;
· вимірювання часових інтервалів від 0,4 мкс до 0,2 с.
Основна похибка вимірювання напруги не перевищує ±10% при розмірі зображень від 2 до 4 поділок і ± 5% за максимального розміру зображення.
Вхідний опір 1 МОм.
Осцилограф С1–68 забезпечує:
· спостереження форми імпульсів обидвох полярностей тривалістю від 2 мкс до 16 с і амплітудою від 2 мВ до 300 В;
· спостереження періодичних сигналів в діапазоні частот від
1 Гц до 1 МГц;
· вимірювання амплітуд сигналів в діапазоні від 2 мВ до 300 В;
· вимірювання часових інтервалів від 2 мкс до 16 с.
Основна похибка вимірювання напруги становить 5÷10% залежно від розміру зображення.
Вхідний опір 1 МОм.
Осцилограф С1–93 є двоканальним, тобто дає змогу водночас спостерігати два сигнали на екрані. Технічні дані і розмір екрана 120×100 мм дає змогу зменшити похибку вимірювання від ±3% до ±6%. Частотний діапазон – 0¸15 МГц, діапазон амплітуд від
0,01 до 200 В, а часові інтервали від 0,8·10-7 до 1,0 с.
2.7.1. Вимірювання амплітуди сигналу. Для забезпечення максимальної точності вимірювання необхідно дотримуватись таких правил:
· зображення сигналу на екрані повинно мати максимально можливий розмір і не бути спотвореним. Цього досягають вибором відповідного положення перемикача “v/cm, mv/cm” і тумблера “x10, x1”;
· калібрування і вимірювання необхідно здійснювати з урахуванням товщини лінії променя.
Досліджуваний сигнал необхідно подати на вхід осцилографа, дотримуючись вищеописаних правил, і стабілізувати зображення на екрані. Зазначимо: стабілізацію необхідно здійснювати після вибору потрібного положення перемикача “время/cм”, за якого зображення містить три – п’ять періодів досліджуваного сигналу.
Значення вимірювальної напруги Ux обчислюють за формулою
Ux = A·S,
де А – розмір зображення по вертикалі, см; S – коефіцієнт підсилення В/см (число, навпроти якого є перемикач “V/cm, mv/cm”).
Приклад. Нехай повний розмах напруги (подвійна амплітуда) на екрані становить А = 5,4 см, а позначка перемикача навпроти числа “0,1 В/см”. Тоді:
Ux = (5,4 см·0,1 В/см): 2=0,27 В.
У цьому випадку необхідно звернути увагу на положення тумблера “x10, x1”. Обчислене значення Ux перемножують на 1 або на 10 (залежно від положення зазначеного тумблера). Описаний спосіб вимірювання дає змогу визначити напругу з амплітудним значенням до 30 В (якщо зображення дорівнює 6 см). Більші значення напруги вимірюють із застосуванням зовнішнього подільника напруг, що входить у комплект осцилографа. За його допомогою вимірювана напруга попередньо зменшується у 10 разів. Це дає змогу розширити верхню межу вимірювання напруги до 300 В.
2.7.2. Вимірювання частоти (періоду) синусоїдного сигналу. Частоту синусоїдного сигналу f можна визначити, вимірявши його період Т за співвідношенням f = 1/Т. На вхід осцилографа необхідно подати досліджуваний сигнал та одержати стабільне і неспотворене його зображення. Найвища точність вимірювання періоду буде тоді, коли зображення міститиме чотири–шість періодів (не обов’язково ціле число). Розмір зображення встановити ручкою “Время/см”, у цьому випадку ручка “Длительность” перебуває у крайньому правому положенні. Обчислити тривалість періоду за формулою:
Т = l · t/n,
де l – горизонтальний розмір зображення цілого п числа періодів, см; t – коефіцієнт розгортки (час/см ); п – кількість періодів сигналу.
Нехай маємо стабільне зображення, що містить понад п’ять періодів. Горизонтальний розмір п'яти періодів становить 6,4 см, а коефіцієнт розгортки t = 20 мкс/см. Тоді Т = (6,4 см × 20 мкс/см)/5 = 25,6 мкс, а частота f = 39,1 КГц. Кількість періодів доцільно визначати як кількість додатних або від’ємних переходів сигналу через нульовий рівень.
2.7.3. Вимірювання часових параметрів імпульсних сигналів. Залежно від форми імпульсних сигналів можна виміряти тривалість імпульсу і паузи для прямокутних (або близьких до прямокутних) імпульсів, час наростання і спаду для пилкоподібних імпульсів та ін. Однак у всіх цих випадках метод вимірювання є тим самим, що і для періоду синусоїдного сигналу. Отримавши неспотворене зображення сигналу на екрані, виміряти горизонтальний розмір на екрані ділянки, що нас цікавить. За значенням коефіцієнта розгортки визначити той чи інший параметр.
2.7.4. Вимірювання зсуву фаз. Для вимірювання зсуву фаз у режимі вимкнутої розгортки (розгортка Х – для С1–68, синхронізація Х – для С1–67) на “вхід Х” подають опорний сигнал, а на “вхід Y” – сигнал, для якого ми шукаємо зсув фаз. На екрані одержують зображення еліпса (рис. 2.6):
|
| Рис. 2.6. Вимірювання фази осцилографом |
Визначивши величини А(В), і a(b), як це показано на рисунку, кут зсуву фаз обчислюють за формулою:
φ = arcsin(a/A) = arcsin(b/B).
Детальніше про вимірювання зсуву фаз можна знайти в [7, с. 199–201; 8, с. 161–163].
2.7.5. Аналіз точності вимірювань. Аналізуючи методи вимірювання електронним осцилографом, переконуємось, що в їхню основу покладено метод заміщення. За цим методом зображення калібрувального сигналу замінюється зображенням вимірювального сигналу (підсиленого чи послабленого) приблизно того ж розміру. Точність такого методу визначається похибкою калібрувальногосигналу і похибкою відліку. Основна відносна похибка калібрувального сигналу (як амплітуди, так і частоти) становить 5%. Похибка відліку визначається шириною лінії променя, що становить 0,7 мм.
Якщо максимальний вертикальний розмір зображення дорівнює 50 мм (визначається розміром екрана), то похибка відліку становить 1,2% для амплітуди і 0,9% для часових параметрів (горизонтальний розмір робочої частини екрана – 80 мм).
Отже, основна похибка вимірювання електроннимосцилографом становить приблизно 6% за умови, що зображення досліджуваного сигналузаймає всю робочу частину екрана.