Měření ve střídavých obvodech

Transkript

1 Měření ve střídavých obvodech Úloha Seznamte se s moduly a prvky výukového systému rc2000 používanými pro měření ve střídavých obvodech. Teorie Výukový systém rc2000 obsahuje následující moduly (tab.1 a 2) a prvky (tab.3) pro realizaci a měření střídavých obvodů: Moduly pro měření střídavých napětí tab.1 V CHA PC SC CHB CHA UT PC Freq CHB střídavý voltmetr PC měřící jednotka Program sciloskop PC měřící jednotka Program Frekvenční charakteristiky - efektivní hodnota (true RMS) - frekvenční rozsah 10Hz - 20kHz - vstupní impedance 10MΩ/50pF - dvoukanálové časové zobrazení - zobrazení v módu XY - zobrazení vektorů - paměťový mód - amplitudová frekvenční char. - fázová frekvenční char. - Nyquistova charakteristika Moduly pro generování střídavých napětí AC funkční generátor - frekvence 0,01Hz - 10kHz - amplituda 0,2V - 10V - offset +/- 8V - plovoucí zdroj - výstupní odpor R out < 0,1Ω tab.2 bvodové prvky rezistor proměnný rezistor kondenzátor proměnný kondenzátor - 100Ω - 1MΩ v řadě 1, 2, 5, 10-20Ω Ω - 1kΩ - 999kΩ - 1nF - 100nF v řadě 1, 3.3, 10-1nF - 999nF - 1µF - 10µF tab.3 indukčnost - 1H / 35Ω. 1

2 Pomůcky Moduly 1 x MDULE BARD 10 1 x FUNCTIN GENERATR 1 x VLTMETER DC & AC RMS 1 x CMPNENT BARD 1 x ANALG&DIGITAL DATA UNIT Prvky 2 x R 0 1 x R 5k 1 x R 10k 1 x R 20k 1 x R 50k 1 x C 100n Měření a) Měření střídavých napětí modulem VLTMETER Měřící obvod Zapojte na modulu CMP BARD sériový RC obvod podle obr.1. Jako zdroj napětí U použijte modul FUNC GEN s nastavenými počátečními podmínkami (stiskněte Init). RC obvod obr. 1 5V AC 100Hz U R 20k C 100n U R U C Postup měření Modulem VLTMETER (mód AC) změřte napětí zdroje U, napětí na kondenzátoru U C a napětí na rezistoru U R - tab. 4. RC obvod U [V] U R [V] tab.4 U C [V] Napětí U, U C a U R musí splňovat vztah (1) 2 U = U R + U 2 C (1) 2

3 b) Měření střídavých napětí Programem SCILLSCPE Program SCILLSCPE (SCPE) ve spojení s modulem ANALG&DIGITAL DATA UNIT (ADDU) umožňuje měřit a zobrazit dva nezávislé průběhy napětí přivedené na vstupy kanálů CHA a CHB. Tyto průběhy lze zobrazit v módech YT, XY a Phasor (vektorové zobrazení). Program také umožňuje změřit a zobrazit čtyři měření do jednoho grafu (Memory). Měřící obvod Zapojte na modulu CMP BARD sériový RC obvod podle obr.2. Jako zdroj napětí U použijte modul FUNC GEN s nastavením počátečních podmínek (stiskněte Init). RC obvod obr. 2 +IN A 5V AC 100Hz U R 20k IN A C 100n U R U C +IN B IN B Zapojte modul měřící jednotky ADDU a modul FUNC GEN podle obr.3. Měřící obvod obr. 3 ž žluto-zelená sonda 5V AC 100Hz FUNC GEN 20k 100n CMP BARD z m b + IN A - IN A + IN B - IN B ADDU modro-bílá sonda Postup měření Mód měření Acquisition Normal Cycle Volba měřícího módu. Pro běžné měření je vhodný mód Normal, pro analýzu více průběhů je určen mód Memory. Tento měřící mód umožňuje změřit a zobrazit do jednoho grafu pouze jedno měření (průběh na kanálu CHA a CHB). Při startu měření se předchozí zobrazený průběh smaže a zobrazí se nový změřený průběh. pakovaný start měření. Po změření a zobrazení průběhu do grafu se automaticky spustí měření nové. Stavový panel umístěný v bloku Acquisition určuje stav osciloskopu. 3

4 Spusťte program rc SCILLSCPE Cycle Stavový panel - Trig. Nastavte postupně na modulu FUNC GEN frekvence podle tab. 5 a sledujte zobrazení průběhů. FUNC GEN tab. 5 Freq [Hz] Nastavte postupně na modulu FUNC GEN amplitudu podle tab. 6 a sledujte zobrazení průběhů. FUNC GEN tab. 6 Ampl [V] 7,00 4,00 3,00 2,00 2,50 Nastavte postupně na modulu FUNC GEN offset podle tab. 7 a sledujte zobrazení průběhů. FUNC GEN tab. 7 ffs [V] +1,00 +2,00-2,00-1,00 0,00 Cycle V bloku Acquisition je zobrazeno Stop - konec spouštění měřícího cyklu. Single Jednorázový start měření. Po změření a zobrazení průběhu do grafu je osciloskop připraven k další činnosti. Stavový panel umístěný v bloku Acquisition určuje stav osciloskopu. Nastavte na modulu FUNC GEN hodnoty podle tab. 8. FUNC GEN Frequency Amplitude ffset Function tab Hz 4,00 V 0,00 V Single V bloku Acquisition blikne Trig. Memory Postupný záznam a zobrazení 1 až 4 měření do jednoho grafu. Měřené pr ůběhy lze porovnávat a analyzovat navzájem mezi sebou. Pro porovnání měřených průběhů, je nutné, aby byla jednotlivá měření zaznamenána za stejných spouštěcích podmínek. K tomuto slouží kanál CHA, který je určen pro spouštění měření. Průběh na CHA musí být pro všechna měření totožný (nesmí se měnit v amplitudě, frekvenci a ani tvaru - při nesplnění této podmínky program nahlásí chybu). Na kanále CHB potom můžeme postupně zaznamenat jednotlivá měření. typ paměti využití předpoklad PARAMETER TPLGY Analýza chování obvodu při změně parametrů komponent Analýza stavu napětí v různých částech obvodu CHA - totožný CHB - trvale připojen CHA - totožný CHB - přepojován v obvodu 4

5 B1 Clr B2 B3 B4 Smaže všechny křivky. Start jednotlivých měření. Memory Nastavení paměťového módu Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init. Resistor R=20k nahraďte resistorem R=5k. věřte typ paměti Parameter - změna hodnoty rezistoru B1 1. měření - R = 5k (zobrazení žluté křivky). B2 2. měření - R = 10k (zobrazení modré křivky). B3 3. měření - R = 20k (zobrazení zelené křivky). B4 4. měření - R = 50k (zobrazení červené křivky). věřte typ paměti Topology - měření napětí na rezistoru a kondenzátoru Resistor R=50k nahraďte resistorem R=20k. Clr B1 B2 Smazání křivek. 1. měření - CHB připojen na rezistor (zobrazení žluté křivky). 2. měření - CHB připojen na kondenzátor (zobrazení modré křivky). Parametry měření Time Nastavení časové osy. Změna nastavení časové osy v násobcích 1, 2, 5, 10. Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init. Normal Nastavení módu Normal. Cycle V bloku Acquisition bliká Trig. Nastavte postupně časovou základnu od 0,1ms/div až do 1s/div - sledujte vliv alliasingu od 0,5s/div (málo vzorkovacích bodů na periodu měřeného průběhu). Nastavte časovou osu zpět na 5ms/div. Gain CHA CHB Nastavení rozsahu napěťové osy kanálu CHA a CHB. Nastavení rozsahu napěťové osy kanálu CHA. Nastavení rozsahu napěťové osy kanálu CHB. věřte funkci nastavování zesílení na jednotlivých kanálech CHA a CHB. Axis Bip Uni Volba bipolárního nebo unipolárního rozsahu kanálu CHA a CHB. Bipolární rozsah kanálu CHA a CHB. Unipolární rozsah kanálu CHA a CHB. věřte funkci přepínání unipolárního a bipolárního rozsahu na jednotlivých kanálech. 5

6 Trigger Source Volba spouštěcí podmínky. Volba zdroje spouštěcího signálu. Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init. Init Nastavení počáteční podmínek programu SCPE. CHA CHB Spouštění signálem na kanálu CHA. Spouštění signálem na kanálu CHB. věřte funkci přepínání zdroje signálu pro spouštění z kanálu CHA a CHB. Ext Spouštění signálem TTL na vtupu EXT TRIG. Ext V bloku Acquisition je zobrazeno Wait. Propojte kabelem výstup Sync na modulu FUNC GEN a vstup Ext Trig na modulu ADDU - V bloku Acquisition bliká Trig. ff Měření bez synchronizace. ff Měřené křivky jsou zobrazeny bez synchronizace. Slope Volba hrany spouštěcího signálu. Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init. Nastavte parametry programu podle tab. 9. Spouštění na náběžnou hranu signálu. Spouštění na sestupnou hranu signálu. CHA V bloku Trigger bliká Trig. věřte funkci přepínání náběžné a sestupné hrany. Level 0.00V Nastavení napěťové úrovně spouštění. Zobrazení napěťové úrovně spouštění. Změna napěťové úrovně spouštění. věřte funkci změny spouštěcí úrovně na zobrazovaný průběh. 6

7 Zobrazení měření Display YT Volba módu zobrazení naměřených dat - 1 měřící cyklus - Normal Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB. Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init. Init Nastavení počáteční podmínek programu sciloskop. Single V bloku Acquisition blikne Trig. Výsledné měření - viz graf 1. XY Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB a současné zobrazení obou kanálů v XY módu (kanál CHA - osa X, kanál CHB - osa Y). XY Zobrazení kanál CHA - osa X, kanál CHB - osa Y. Phasor Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB a současné zobrazení obou kanálů ve vektorovém módu s kontrolou průběhů (chybová diagnostika). Phasor Výsledné měření - viz graf 2. Cycle V bloku Acquisition bliká Trig. Nastavte postupně na modulu FUNC GEN frekvence podle tab. 11 a sledujte zobrazení průběhů v módu vektor. FUNC GEN tab. 11 Freq [Hz] Ref Volba referenčního průběhu (nulová fáze). A B Posuv časových průběhů. Volba referenčního průběhu (nulová fáze). Posuv časových průběhů. Display YT Volba módu zobrazení naměřených dat - 4 měřící cykly - Memory Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB. Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init. Init Nastavení počáteční podmínek programu sciloskop. Memory B1 B2 B3 B4 Nastavení paměťového módu 1. měření - R = 5k (zobrazení žluté křivky). 2. měření - R = 10k (zobrazení modré křivky). 3. měření - R = 20k (zobrazení zelené křivky). 4. měření - R = 50k (zobrazení červené křivky). Výsledné měření - viz graf 3. 7

8 XY Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB a současné zobrazení obou kanálů v XY módu (kanál CHA - osa X, kanál CHB - osa Y). XY Zobrazení kanál CHA - osa X, kanál CHB - osa Y. Phasor Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB a současné zobrazení obou kanálů ve vektorovém módu s kontrolou průběhů (chybová diagnostika). Phasor Výsledné měření - viz graf 4. Ref Volba referenčního průběhu (nulová fáze). Posuv časových průběhů. A B1 B2 B3 B4 Volba referenčního průběhu (nulová fáze). Posuv časových průběhů. Graph Line Point Volba módu zobrazení křivek. Měřící body jsou spojeny čarou. Měřící body nejsou spojeny. Analýza měření Cursor Paired 1 2 Analýza dat pomocí kurzorů. Zobrazení dvou párových (YT) kurzorů pro kanály CHA a CHB. Posuv kurzoru 1. Posuv kurzoru 2. YT Paired Časové zobrazení naměřených křivek. Zobrazení dvou párových (YT) kurzorů. Analyzujte naměřené průběhy. věřte funkci kurzorů také v módech XY. Popis měření Legend Edit Delete Popis názvu úlohy a jednotlivých měření. Aktivuje popisová pole. Smaže všechny popisová pole. Edit Popište název úlohy a jednotlivé průběhy. 8

9 c) Měření frekvenčních charakteristik Programem FREQUENCY CHARACTERISTICS Program FREQUENCY CHARACTERISTICS (FREQ CHAR) ve spojení s modulem ANALG&DIGITAL DATA UNIT (ADDU) umožňuje změřit amplitudovou a fázovou frekvenční charakteristiku v rozsahu frekvencí 10Hz až 10kHz. Modul ADDU generuje v bloku Analog utput vstupní napětí pro měřený obvod. Toto napětí se přivádí do bloku Analog Input na kanál CHA. Výstupní napětí měřeného obvodu se přivádí do bloku Analog Input na kanál CHB. Program vypočte přenos a fázový posuv měřeného obvodu a zobrazí je v požadovaném módu. Měřící obvod Zapojte na modulu CMP BARD sériový RC obvod podle obr. 4. RC obvod obr. 4 UT +IN A GND U R 5k IN A C 100n U R U C +IN B IN B Zapojte modul měřící jednotky ADDU podle obr. 5. Měřící obvod obr. 5 ž žluto-zelená sonda 5k 100n CMP BARD z m b + IN A - IN A + IN B - IN B ADDU UT GND ž modro-bílá sonda z žluto-zelená sonda Postup měření Mód měření Acquisition Normal Start Volba měřícího módu. Pro běžné měření je vhodný mód Normal, pro analýzu více průběhů je určen mód Memory. Tento měřící mód umožňuje změřit a zobrazit do jednoho grafu pouze jednu frekvenční charakteristiku. Při startu měření se předchozí zobrazená křivka smaže a zobrazí se nový změřený průběh. Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky. Po změření a zobrazení průběhu do grafu je měřící jednotka připravena k další činnosti. Stavový panel umístěný v bloku Acquisition určuje stav měření. 9

10 Spusťte program rc FREQUENCY CHARACTERISTICS. Start Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky. Sledujte stavový panel v průběhu měření. Výsledné měření - viz graf 5. Display All Ampl Phase Nyquist Volba zobrazení frekvenční charakteristiky - 1 měřící cykl - Normal Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika. Amplitudová frekvenční charakteristika. Fázová frekvenční charakteristika. Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika v komplexní rovině. Ampl Phase Nyquist Pouze amplitudová frekvenční charakteristika. Pouze fázová frekvenční charakteristika. Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika v komplexní rovině - výsledné měření - viz graf 6. Memory Postupný záznam a zobrazení 1 až 4 frekvenčích charakteristik do jednoho grafu. Měřené průběhy lze porovnávat a analyzovat navzájem mezi sebou. M1 Clr M2 M3 M4 Smaže všechny křivky. Start jednotlivých měření. Memory Nastavení paměťového módu věřte paměťový mód - změna hodnoty rezistoru M1 M2 M3 M4 1. měření - R = 1k (zobrazení žluté křivky). 2. měření - R = 5k (zobrazení modré křivky). 3. měření - R = 20k (zobrazení zelené křivky). 4. měření - R = 100k (zobrazení červené křivky). Výsledné měření - viz graf 7. Display Ampl Phase Volba zobrazení frekvenční charakteristiky - 4 měřící cykly - Memory Amplitudové frekvenční charakteristiky. Fázové frekvenční charakteristiky. Ampl Phase Zobrazené pouze amplitudové frekvenční charakteristiky. Zobrazené pouze fázové frekvenční charakteristiky. Výsledné měření - viz graf 8. 10

11 Parametry měření Decades Nastavení frekvenčního rozsahu měření. Volba počtu měřených dekád. Begin Nastavení počáteční frekvence měření. 10 Hz 100 Hz 10 khz Volba počáteční frekvence měření. Scale db/div Nastavení rozsahu zobrazení amplitudové charakteristiky Rozsah (db/div). ffset db Nastavení posunu zobrazení amplitudové charakteristiky. Posun amplitudové charakteristiky. Scale deg/div Nastavení rozsahu zobrazení fázové charakteristiky Rozsah (deg/div). Zapojte na modulu CMP BARD sériový RC obvod podle obr R=20k Normal Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky. Nastavte parametry programu FREQ CHAR podle tab. 5. FREQ CHAR tab.5 Display All Scale db/div 5 Begin 10Hz ffset db 15 Decades 2 Scale deg/div 30 Start Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky. Analýza měření Cursor n Analýza dat pomocí kurzorů. Zobrazení dvou kurzorů. Posuv kurzoru. n Analyzujte naměřené průběhy. Popis měření Legend Edit Delete Popis názvu úlohy a jednotlivých měření. Aktivuje popisová pole. Smaže všechny popisová pole. Edit Popište název úlohy a jednotlivé průběhy. 11

12

13

14

15

16 Integraèní a derivaèní RC èlánek - èasová konstanta Schema Integraèní èlánek Derivaèní èlánek 5V AC 300Hz 10k 250n IN B R C 5V AC 300Hz 250n 10k IN B Mìøení

17 Dolní a horní propust - mezní frekvence f r Schema Dolní propust Horní propust 5V AC 318,3Hz 5k 100n 1 f r 2 RC 5V AC 318,3Hz 100n 5k Mìøení

18 Dolní a horní propust - frekvenèní charakteristika Schema Dolní propust Horní propust UT 5k UT 100n GND 100n 1 f r 2 RC GND 5k Mìøení