Исследование влияния параметров линии задержки на форму импульса напряжения и измерение времени задержки линии

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА.

Цель работы: изучение универсального электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО); получение навыков работы с ЭЛО; овладение методикой осциллографирования и измерения параметров импульсных сигналов с помощью ЭЛО.

Использование влияния параметров выходной цепи ЭЛО на форму импульсов напряжения.

Описание лабораторной установки: Для проведения работы требуется двухканальный ЭЛО, генератор импульсов (ГИ) и некомпенсированный делитель (НД). Схема исследования показана на рис. 1.

Рис.1. Схема подключения некомпенсированного делителя к ЭЛО	Рис.2. Осциллограмма импульсного напряжения

Рис.3. Схема исследования некомпенсированного делителя

Рабочие формулы: Рассчитаем параметры импульсов:

U_m = h_m · K _B; t_и =l _и· K _P; t_ф =l _ф· K _P; t_с =l _с· K _P

Примеры расчетов:

1) U_m = h_m · K _B = 3 дел. *2 В/дел =6 В

2) t_и =l _и· K _P = 3,4 дел*0,2мкс/дел=0,68мкс

3) t_ф =l _ф· K _P = 0,6 дел *0,2 мкс/дел = 0,12 мкс

4) t_с =l _с· K _P = 0,8 дел *0,2 мкс/дел = 0,16 мкс

Результаты измерений и вычислений Таблица 1

	hm, дел.	Кв, В/дел	Um, В	Кр, мкс/дел	lи, дел	τи, мкс	lф дел.	τф, мкс	lс дел.	τс, мкс
Вход НД				0.2	3,4	0,68	0,6	0,12	0,8	0,16
Выход НД				0.2	4,2	0,84	0,2	0,4	0,21	0,42

Рис.4. Осциллограмма для таблицы 1

Исследование влияния параметров делителя напряжения на форму выходного сигнала и измерение его коэффициента деления.

Описание лабораторной установки: Резистивно-емкостной делитель напряжения (ДН) выполнен по схеме, представленной на рис.3. Значение параметров C1, С2, R1, R2, R3 указаны на макете, а шкала потенциометра R3 проградуирована по сопротивлению.

Рис.5. Схема частотно-независимого делителя напряжения	Рис.6. Схема линии задержки с регулируемой нагрузкой

 

Рис.7. Схема исследования делителя напряжения

Рабочие формулы:

Рассчитаем:

v экспериментальное значение коэффициента деления ДН: ;

v постоянные времени:

τ₁= C1 ·(R1 + R3´), τ₂= C2 ·(R2 + R3”)

v теоретическое значение коэффициента деления ДН:

 

Примеры расчетов:

R1=R2=15кОм

R3=(0_min…30_max)кОм

С1=С2=100пФ

R3'=0 Ом, R3''=30 кОм, R3'''=20кОм

1) = 8/15 = 0,53

2) τ₁= C1 ·(R1 + R3 ') = 100 пФ *(15 Ом +20 Ом) = 3500

τ₂= C2 ·(R2 + R3 '') = 100пФ*(15 Ом +20 Ом) = 3500

3) = 0,75

Результаты измерений и вычислений Таблица 2

	h, дел.	KB, В/дел.	, В	KД	KДТ
На входе ДН				0,53	0,75
На выходе ДН				0,53	0,75

Рис.8. Осциллограмма для таблицы 2 при

Рис.9. Осциллограмма для таблицы 2 при

Рис.10. Осциллограмма для таблицы 2 при

Исследование влияния параметров линии задержки на форму импульса напряжения и измерение времени задержки линии.

Описание лабораторной установки: Линия задержки (ЛЗ) представляет собой совокупность LC секций, соединенных последовательно и имеющих регулируемую нагрузку R _H (рис.5). Исследование проводится в соответствии со схемой (рис.11).

Рис.11. Схема исследования линии задержки

 

Рабочие формулы:

Рассчитаем:

v - волновое сопротивление ЛЗ:

v экспериментальное значение времени задержки:

t_зи =l _з ·K _P

v теоретическое значение времени задержки:

 

Примеры расчетов:

L=15 мкГн С=750 пФ

R_нmax=500 Ом

R_нmin=30 Ом

n=16

a. = (15*10^-6/750*10^-12)^1/2=0,1414*10³= 141,4

b. t_зи =l _з ·K _{P =} 3,8*0,2=1,9 мкс

c. = 16(15*10^-6*750*10^-12)=1,7 мкс

1) R_н<ρ (30 Ом)

Рис.11 Осциллограмма для таблицы 3 при R_н<ρ

 

2) R_н>ρ (500 Ом)

Рис.12 Осциллограмма для таблицы 3 при R_н>ρ

 

 

3) R_н=ρ=141,4 Ом

Рис.13 Осциллограмма для таблицы 3 при R_н=ρ

Результаты измерений и вычислений. Таблица 3

	hm, дел.	Кв, В/дел	Um, В	Кр, мкс/дел	lи, дел	τи, мкс	lз дел.	τз, мкс
Вход НД	5,4		10,8	0.5	5,2	2,6	3,8	1,9
Выход НД	1,1		2,2	0.5	8,9	4,45	3,8	1,9

 

Выводы:

Таким образом, мы получили следующее:

1. Осциллограмма импульса входного сигнала наиболее приближена к идеальной прямоугольной форме в отличие от выходного сигнала, т.к. последний проходит некомпенсированный делитель, включающий в себя конденсаторы и резисторы. Длина фронта меньше длины спада, т.к. в цепи разрядки имеется цепь осциллографа, которая увеличивает длительность спада.

2. Теоретическое значение коэффициента деления делителя напряжения (K_{Д Т}=0,75) не соответствует тому же экспериментальному параметру (K_Д =0,53), что также обуславливается погрешностями такими как: погрешности делителя напряжения (люфт при передвижении потенциометра, небольшие отклонения в выбранном отношении для делителя напряжений - неточное отношение), погрешностями при выполнении лабораторной работы (субъективная погрешность), погрешность ЭЛО.

3. Указанное условие, которое соответствует минимальным искажениям выходного импульса (R _H = r, в нашем случае равное R_н=ρ=141,4 Ом) в действительности не является точным, так как минимальные искажения наблюдаются при волновом сопротивлении и сопротивлении нагрузки, равные 149,4 Ом).