2003

Вид материала

Содержание

6.2. Описание лабораторной установки
S1 макета позволяет выбрать вид исследуемой цепи; S
6.3. Задание и указания к выполнению работы
S3 макета поставить в положение 1
RC-фильтра, существующая при t
RLC I. Перевести переключатель S

Подобный материал:

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 24

6.2. Описание лабораторной установки

Установка (рис. 6.6) состоит из лабораторного макета и подключенных к нему осциллографа и анализатора спектра.

Рис. 6.6

Лабораторный макет включает в себя генератор шума, набор фильтров (RC, RLC и ФНЧ с почти прямоугольной АЧХ) и коррелятор, позволяющий измерять нормированные КФ сигналов. Коррелятор реализует операцию, описываемую выражением (6.2), и его структурная схема содержит линию задержки на время , перемножитель и стрелочный прибор, выполняющий также функцию интегратора. Измерение КФ производится по точкам, для чего время  задержки линии можно изменять от 0 до 9,9 мкс с шагом 0,1 мкс.

Переключатель S1 макета позволяет выбрать вид исследуемой цепи; S2 — выбрать параметры выбранной цепи (кроме ФНЧ), S3 — подключать осциллограф и анализатор спектра ко входу (положение 1) или выходу (положение 2) исследуемой цепи.

Переключатель S4 определяет род работы коррелятора. В положении

он измеряет КФ входного,

— выходного процессов.

6.3. Задание и указания к выполнению работы

1. Измерить функцию СПМ и нормированную КФ процесса, создаваемого генератором шума на входе фильтров; наблюдать форму КФ на экране осциллографа.

Для измерения функции СПМ:

а) входной кабель анализатора спектра подключить к гнезду «Анализатор спектра» макета. Включить питание макета и анализатора;

б) переключатель S3 макета поставить в положение 1;

в) на анализаторе спектра установить режим измерения спектра мощности;

г) совместить отметку нулевой частоты с началом координатной сетки экрана, а регуляторами полосы обзора и усиления установить удобное для наблюдения изображение спектра. Оно будет примерно соответствовать рис. 6.3, а. Изображение зарисовать.

Измерить ширину функции СПМ по уровню 0,5 от максимума в области положительных частот с помощью частотных меток.

Для измерения нормированной КФ:

а) произвести установку нуля измерителя КФ; для этого переключатель S4 поставить в положение «Уст.0» и ручкой «Уст.0» добиться нулевых показаний стрелочного прибора;

б) КФ входного шума измеряют, поставив переключатель S4 в положение

. Перед измерением произвести нормировку КФ. Для этого переключатель «Задержка » поставить в положение «0» и ручкой «Усиление 1» установить стрелку прибора на деление «+1» (правый конец шкалы), что будет соответствовать значению

. Затем, переключая задержку  с шагом 0,1 мкс, снять правую часть КФ (до уровня значений ~ 0,1). Построить график. Определить время корреляции

по уровню 0,5. Проконтролировать выполнение соотношения



.

Для наблюдения осциллограмм КФ:

а) входной кабель осциллографа подключить к гнезду «Осциллограф» макета. Включить осциллограф. Регуляторами «Усиление Y» установить размер изображения по вертикали примерно равным половине диаметра экрана;

б) установить ждущий режим развертки осциллографа;

в) длительность развертки выбрать в пределах (2...5)

;

г) уровень запуска генератора развертки осциллографа выбрать так, чтобы запуск производился только достаточно большими положительными выбросами шума (рис. 6.5, а). Сравнить форму КФ и время корреляции, измеренные по осциллограмме и с помощью коррелятора.

Измерение функции СПМ, КФ и наблюдение осциллограмм в последующих пунктах задания удобно производить одновременно.

2. Измерить функцию СПМ, КФ и наблюдать осциллограммы КФ на выходе RC-фильтра RCI.

Переключить переключатель S3 макета в положение 2; S1 — в положение «RC», S2 — в положение 1.

На экране анализатора спектра появится изображение функции СПМ выходного сигнала, ширина которой значительно меньше, чем у входного, который, следовательно, можно считать белым шумом. Зарисовать форму спектра и измерить его ширину на уровне 0,5. Это удобно делать, увеличив масштаб изображения по частоте. Коэффициент передачи RC-фильтра

, поэтому вид функции СПМ подчиняется зависимости

. Точное значение эффективной ширины спектра

, а значение, измеренное на уровне 0,5:

. Значения R в омах и С в пико- либо нанофарадах (если рядом с цифрой стоит «н») приведены на рис. 6.6. Сопоставить измеренные и расчетные значения.

Измерение r() выходных процессов производят в положении «

» переключателя S4. Перед измерением провести нормировку КФ, как в п. 1, но ручкой «Усиление 2». Снять r(), построить график, измерить

.

Обратить внимание на изменение ширины КФ, дать этому объяснение.

Импульсная характеристика RC-фильтра, существующая при t  0, равна

. Поэтому при воздействии на вход белого шума

= 1,4 RC.

Сопоставить измеренные и расчетные значения.

Наблюдаемые осциллограммы КФ должны представлять собой затухающую экспоненту. Зарисовать их, измерить

и сопоставить с измеренными с помощью коррелятора.

Перечисленные измерения выполнить для фильтров RCII, RCIII, при этом каждый раз нормировать КФ ручкой «Усиление 2». Эти фильтры имеют относительно большие постоянные времени (RC III > RC II > RC I). Объяснить изменения

.

3. Измерить функцию СПМ, КФ и наблюдать осциллограммы КФ на выходе колебательного контура RLC I.

Перевести переключатель S1 макета в положение «RLC», S2 — в положение 1. На экране анализатора спектра появится изображение функции СПМ на выходе контура. Огибающая спектра должна соответствовать форме возведенной в квадрат АЧХ контура с максимумом на частоте резонанса.

Зарисовать изображение, измерить частоту максимума и эффективную ширину функции СПМ на уровне 0,5 от максимума.

Комплексный коэффициент передачи колебательного контура

, где

— резонансная частота,  = 1/(2RC) — коэффициент затухания. Поэтому при воздействии на его вход белого шума вид функции СПМ на выходе должен подчиняться зависимости

. Точное значение эффективной ширины спектра

, а ширина, измеренная по уровню 0,5:

.

Сопоставить измеренные и расчетные значения. Номинальные значения R в килоомах, L в микрогенри и С в пикофарадах приведены на рис. 6.6.

Измерить нормированную КФ выходного процесса, предварительно произведя нормировку ручкой «Усиление 2»; построить график, измерить

.

Полоса пропускания контура столь мала, что на его выход проходят компоненты входного спектра с частотами, мало отличающимися от резонансной. На выходе образуется типичный узкополосный процесс, который может быть представлен в виде синусоиды с медленно меняющимися по случайному закону амплитудой и фазой. Образование этого процесса можно также объяснить суммированием откликов контура с импульсной характеристикой, имеющей колебательный характер

, t  0, на выбросы входного шума. В данном случае

, что, в соответствии с (6.11), определяет и форму КФ выходного шума

в виде затухающей косинусоиды с периодом 2/₀, подобно показанной на рис. 6.4, б.

Нормированную КФ измерять до уровня 0,1; измерение

произвести по огибающей. Сопоставить измеренные и расчетные значения. Зарисовать осциллограммы и сравнить их вид с измеренной r().

Перечисленные измерения выполнить для цепей RLC II и RLC III.

Контур RLC II имеет меньшее значение коэффициента затухания  по сравнению с RLC I, а контур RLC III настроен на вдвое меньшую частоту ₀. Объяснить происходящие в связи с этим изменения функции СПМ и формы КФ.

4. Измерить функцию СПМ, нормированную КФ и наблюдать осциллограммы КФ шума на выходе ФНЧ с АЧХ, близкой к прямоугольной. Перевести переключатель S1 макета в положение «ФНЧ».

Данный фильтр имеет коэффициент передачи по мощности, близкий к 1 и почти одинаковый для всех спектральных составляющих вплоть до частоты среза