37711

ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА НЕЛІНІЙНИХ СПОТВОРЕНЬ

Лабораторная работа

Физика

МЕТА РОБОТИ вивчити методи вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень; набуття навичок роботи з сучасним вимірювачем нелінійних спотворень. Причиною виникнення нелінійних спотворень у радіоелектронних колах є нелінійність вольтамперних характеристик діодів транзисторів мікросхем ламп а також нелінійні залежності в магнітних або п'єзоелектричних елементах. Прилади для вимірювання коефіцієнта гармонік називають вимірниками нелінійних спотворень.

Украинкский

2013-09-25

74.5 KB

20 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА НЕЛІНІЙНИХ СПОТВОРЕНЬ

1. МЕТА РОБОТИ

  •  вивчити методи вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень;
  •  набуття навичок роботи з сучасним вимірювачем нелінійних спотворень.

2. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Нелінійність системи з постійними параметрами виявляється в тому, що на її виході виникають спектральні складові нових частот, яких немає в спектрі вхідного коливання. Спотворення такого роду називаються нелінійними. При зміні амплітуди вхідного коливання і постійній його формі форма вихідного коливання змінюється.

Причиною виникнення нелінійних спотворень у радіоелектронних колах є нелінійність вольтамперних характеристик діодів, транзисторів, мікросхем, ламп, а також нелінійні залежності в магнітних або п'єзоелектричних елементах.

Нелінійні спотвореня періодичних сигналів, близьких до синусоїдальних, характеризуються коефіцієнтом гармонік

                                                                                                        (3.1)

де U1, U2, ..., Un — амплітудні значення основної і вищої гармонік сигналу. Прилади для вимірювання коефіцієнта гармонік  називають вимірниками нелінійних спотворень.

Найбільш поширений метод вимірювання заснований на придушення основної частоти.

Метод пригнічення основної частоти. Метод полягає у вимірюванні відношення средньоквадратичного значення напруги вищих гармонік досліджуваного сигналу до повного средньоквадратичного значення вимірюваного сигналу. Позначимо це відношення як

                                                                                                            (3.2)

Порівнявши вирази (3.1)  і (3.2) для К'г і Kг, записуємо:

                                                                                                               (3.3)

При малих значеннях коефіцієнта гармонік (Kг<10%) коефіцієнти Кг і К'г мало відрізняються (менше, ніж на 1%).

Вимірювачі нелінійних спотворень вимірюють безпосередньо коефіцієнт К'г. Якщо К'г<10%, то приймають Кг=К'г, якщо ж Кг10%,  Кг коригують за рівнянням (3.3).

Звичайно вимірювачи нелінійних спотворень загального застосування працюють у діапазоні від десятка герц до одиниць мегагерц. Структурна схема аналогового вимірювача нелінійних спотворень показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1

Досліджуваний сигнал надходить на вхідний пристрій, що містить розділювальний конденсатор, щоб розв'язати подальші кола від постійної складової сигналу, і аттенюатор для зміни рівня вхідного сигналу.

Пристрій автоматичного регулювання підсилення (АРП) призначений для підсилення і підтримки постійного рівня сигналу на виході за умови зміни вхідної напруги. На режекторний підсилювач, що складається з підсилювача і режекторного фільтра, надходить постійна за рівнем досить точно відома досліджувана напруга. Призначення режекторного фільтра полягає в тому, щоб придушити в досліджуваному сигналі першу гармоніку і залишити без зміни інші гармонійні складові.

Після режекторного фільтра досліджуваний сигнал без першої гармоніки подається на вольтметр средньоквадратичного значення напруги. Вольтметр складається з широкополосних підсилювачів, перетворювача, який забезпечує перетворення перемінної напруги на постійну, пропорційну средньоквадратичному значенню змінної напруги, і магнітоелектричного вимірювального приладу. Як перетворювач може бути використаний, наприклад, термоелектричний перетворювач.

3. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

3.1. Ознайомитись з технічними описами та інструкціями з експлуатації вимірювача нелінійних спотворень (ВНС), осцилографа.

3.2. Зібрати схему дослідження нелінійних спотворень, які вносить довільний чотириполюсник, для чого подати напругу на вхід чотириполюсника від генератора сигналів,  вбудованого у ВНС; вихід чотириполюсника з’єднати з входом ВНС і осцилографом.

3.3. Збільшуючи рівень сигналу генератора, контролювати  наростання напруги на виході чотириполюсника; визначити вхідну напругу, за якої виникають нелінійні спотворення.

3.4. Виміряти значення коефіцієнта гармонік (kг) на виході чотириполюсника у діапазоні низьких, середніх, та високих частот. Результати вимірювань занести до табл. 3.1.

Табл. 3.1

f, Гц

Uвх, В

Uвих, В

kг, %

kнс, %

Δkг Σ, %

3.5. Замалювати осцилограми напруги на виході чотириполюсника: повного неспотвореного; з видимими нелінійними спотвореннями; без основної гармоніки.

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

4.1. За даними вимірювань розрахувати значення коефіцієнта нелінійних  спотворень                                          

kнс = kг /

Результати розрахунків внести до табл. 3.1. Встановити, за яких нелінійних спотвореннях сигналу kнс   kг .

4.2. Розрахувати межі допустимих значень абсолютної похибки ВНС у робочих умовах.

ΔkгΣ = (/ Δkг доп / + / Δkrt /),

де Δkг доп, % - межі допустимих значень абсолютної основної похибки ВНС при вимірюванні коефіцієнта гармонік;

Δkrt, % - межі допустимих значень абсолютної додаткової похибки  ВНС при вимірюванні коефіцієнта гармонік, яка викликана зміною температури t оточуючого середовища:

Δkrt = ( Δkг доп/ 2) (t - tну/10),

t - поточне значення температури, tну = (205) С.

Результати розрахунків занести до табл. 3.1

5. ЗМІСТ ЗВІТУ

  •  назва і мета роботи;
  •  перелік вимірювальних приладів,  які використовуються, і їхні основні метрологічні характеристики;
  •  таблиця результатів експерименту і обробки даних (табл. 3.1);
  •  осцилограми напруги за п.3.5;
  •  висновки по роботі.

6. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

6.1. Пояснити принцип вимірювання коефіцієнта гармонік методом придушення основної гармоніки.

Нелінійні спотворення виникають в ел. колах з нелінійними елементами. Форма синусоїдальної напруги поданої на вхід спотворюється, форма вихідної напруги відрізняється від синусоїдальної.

Ступінь нелінійних спотворень характеризується коефіцієнтом гармонік :      (відношення середньоквадратичного значення суми всіх вищих гармонік, окрім першої, до середньоквадратичного значення першої гармоніки)

Через важкість визначення гармонік за допомогою спектрального аналізатора використовують принцип придушення основної гармоніки :

, при невеликих спотвореннях коефіцієнти відрізняються менш ніж на 1%.

6.2. Чому при значних нелінійних спотвореннях сигналу значення коефіцієнта гармонік, виміряне ВНС, відрізняється від значення коефіцієнта нелінійних спотворень?

Дивись формулу вище…

6.3. Як досягають придушення першої гармоніки у ВНС?

Задопомогою блоку фільтрів (ЦВП) або за допомогою перемикача калібровка/вимірювання у аналогових пристроях.

6.4. Який вимірювальний перетворювач застосовані у вольтметрі ВНС?

Призначення режекторного фільтра полягає в тому, щоб придушити в досліджуваному сигналі першу гармоніку і залишити без зміни інші гармонійні складові.

6.5. Поясніть принципи побудови вольтметра  / вимірювача коефіцієнта гармонік у ВНС.

Див. стр.2

6.6. Які значення напруги (пікове (амплітудне), середньоквадратичне, середнє, середньовипрямлене) вимірює вольтметр ВНС?

Постійну напругу, пропорційну средньоквадратичному значенню змінної напруги .

PAGE  5

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Пристрій АРП

~

~

~

Пристрій автоматичної підстройки фільтра

Кг

Пристрій вхідний

~


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69882. Перевірка закону Бойля-Маріотта 55.5 KB
  Знати: фізичний зміст ізотермічного процесу; одиниці вимірювання тиску і зв’язок між ними. Вміти: визначати ціну поділки манометра; формулювати закон Бойля-Маріотта; будувати графік залежності тиску від об’єму для ізотермічного процесу.
69883. ШИФРЫ ЗАМЕНЫ И ПЕРЕСТАНОВКИ 117.5 KB
  Шифр замены шифр подстановки метод шифрования при котором каждый элемент исходного текста взаимнооднозначно заменяется одним либо несколькими знаками некоторого алфавита. Шифр простой замены заменяет каждый знак входного алфавита на некоторый знак из того же алфавита.
69884. СТАНДАРТ КРИПТОГРАФИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАННЫХ 309 KB
  Цель работы – изучить структуру алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89, на практике осуществить формирование подключей, зашифрование и расшифрование блока данных алгоритмом ГОСТ с укороченным количеством циклов.
69885. СТАНДАРТ КРИПТОГРАФІЧНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ДАНИХ 312 KB
  Мета роботи - вивчити структуру алгоритму шифрування ГОСТ 28147-89, на практиці здійснити формування підключів, зашифрування і розшифрування блоку даних алгоритмом ГОСТ з укороченою кількістю циклів.
69886. СТАНДАРТ ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ DES 600.5 KB
  DES шифрует открытый текст разбитый на блоки по 64 бита на выходе также блоки по 64 бита с помощью ключа длиной 56 битов из которого на основе перестановок и сдвигов по специальному фиксированному алгоритму производятся раундовые ключи.
69887. Дослідження трифазної системи при з’єднанні споживачів трикутником 272.5 KB
  Вивчити основні властивості і застосування трифазних кіл при з’єднанні джерела і споживачів трикутником. Дослідити режими роботи трифазних кіл при рівномірному і нерівномірному навантаженні фаз а також при обриві фази або одного із лінійних проводів.
69888. STUDY OF MOMENTUM OF INERTIA WITH MAXWELL’S PENDULUM 156.3 KB
  Maxwell’s pendulum represents a disk, whose axis is suspended on two turning on it threads (fig. 1). It is possible to study experimentally dynamics laws of translational and rotational motions of rigid body using this pendulum, as well as the main law of physics − the law of mechanical energy conservation.