Лабораторна робота № 2. Засоби вимірювань та випробовувань електронних схем

Мета роботи — ознайомитися з засобами вимірювань та випробовувань електронних схем в програмі моделювання «Electronics Workbench» і придбати навички по їх використанню.

ПІДГОТОВКА ДО РОБОТИ

• 1 Користуючись рекомендованою літературою і даними методичними вказівками вивчити: основні параметри імпульсних і гармонічних сигналів; роботу осцилографа; генератора слів; логічного аналізатора; та логічного перетворювача.
• 2 Відповісти на контрольні питання.
• 3 Відповідно до заданого варіанту (табл. 3.1) підготувати протокол результатів дослідження (табл. 3.2).

СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Параметри періодичних електричних сигналів

Сигналом називають процес зміни в часі фізичної величини (напруги, струму, швидкості та інш.), який використовується для відображення, реєстрації або передачі інформації.

Математичний опис сигналу являє собою функціональну залежність фізичної величини, в якій аргументом є час — u (t), i (t), v (t) та інш. Наприклад, математичний опис сигналу електричної напруги, що змінюється періодично за гармонічним (синусоідальним) законом має вигляд:

(2.1).

У багатьох випадках початковий повний сигнал можна представити у вигляді суми постійної U₌ і змінної U_~ складових, тобто:

(2.2).

причому ці складові можуть представляти самостійний інтерес для вимірювань.

Часто замість математичного опису сигналу через функціональну залежність користуються тільки числовими параметрами, що дають уявлення лише про окремі властивості сигналу: амплітудною напругою U_m частотою повторення f, тривалістю імпульсу t_и (якщо мова заходить про імпульсні сигнали) та інш. Всі параметри, за допомогою яких можна охарактеризувати властивості періодичних сигналів електричної напруги, можна умовно розділити на три групи:

енергетичні параметри сигналу — середня напруга Uс, амплітудна напруга U_m, розмах коливань Umm, діючя напруга Uд, середньовипрямлена напруга Uсв;

часові і частотні параметри — період повторення сигналів Т, частота повторення f, тривалість імпульсу tи, тривалість паузи, час наростання імпульсу і час спаду і т.п.;

параметри форми сигналу — коефіцієнт гармонік, коефіцієнти амплітуди, усереднення і форми, скважність і коефіцієнт заповнення — для імпульсних сигналів.

Максимальна (амплітудна, пікова) напруга U_m - параметр сигналу, що являє собою миттєву напругу максимального розміру на інтервалі часу, (частіше розглядається інтервал, рівнний періоду повторення сигналів Т):

(2.3).

Розмах сигналу Umm — параметр, що являє собою суму максимальних напруг сигналу обох знаків.

Діючя (ефективна, середньоквадратична) напруга (ДН) UД — параметр сигналу, що непрямо характеризує потужність сигналу і чисельно рівний середньоквадратичній вольтсекундній площі від квадрата сигналу:

(2.4).

Для гармонічного сигналу.

Скважність (Q) імпульсних коливань характеризує міру їх уривчастості і чисельно дорівнює відношенню періоду проходження імпульсів Т до тривалості імпульсу t_и:

(2.5).

Коефіцієнт заповнення дорівнює:

Інші параметри імпульсного сигналу представлені на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 — До визначення параметрів імпульсного сигналу.

• 1−1 — вихідний рівень сигналу в паузі;
• 2−2, 3−3 — нерівномірність початкового рівня в паузі;
• 6−6 — усереднена вершина імпульсу;
• 4−4, 5−5 — нерівномірність вершини імпульсу;

b₁ — викид на вершині імпульсу;

b₂ — вибіг після імпульсу;

h₁₁ — нахил вершини імпульсу;

U — амплітуда імпульсу;

• tф — тривалість фронту імпульсу;
• tз — тривалість зрізу імпульсу;
• tі - тривалість імпульсу.

Для формування (створення, відтворення) електричних сигналів використовують генератори різних видів, які є джерелами електричних сигналів з відомими параметрами.