Měření ve střídavých obvodech

Měření ve střídavých obvodech

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

V

CHA

PC OSC CHB CHA

OUT

PC Freq CHB

tab.1

střídavý voltmetr

- efektivní hodnota (true RMS) - frekvenční rozsah 10Hz - 20kHz - vstupní impedance 10MΩ/50pF

PC měřící jednotka Program Osciloskop

- dvoukanálové časové zobrazení - zobrazení v módu XY - zobrazení vektorů - paměťový mód

PC měřící jednotka - amplitudová frekvenční char. Program Frekvenční - fázová frekvenční char. charakteristiky - Nyquistova charakteristika

Moduly pro generování střídavých napětí

AC

funkční generátor

tab.2

- frekvence 0,01Hz - 10kHz - amplituda 0,2V - 10V - offset +/- 8V - plovoucí zdroj - výstupní odpor Rout < 0,1Ω

Obvodové prvky

tab.3

rezistor proměnný rezistor

1

- 20Ω - 1019Ω - 1kΩ - 999kΩ

kondenzátor

- 1nF - 100nF v řadě 1, 3.3, 10

proměnný kondenzátor

- 1nF - 999nF - 1µF - 10µF

indukčnost

.

- 100Ω - 1MΩ v řadě 1, 2, 5, 10

- 1H / 35Ω

Měření ve střídavých obvodech

Pomůcky Moduly

Prvky

1 x MODULE BOARD 10

2xR0

1 x R 5k

1 x R 10k

1 x FUNCTION GENERATOR

1 x R 20k

1 x R 50k

1 x C 100n

1 x VOLTMETER DC & AC RMS 1 x COMPONENT BOARD 1 x ANALOG&DIGITAL DATA UNIT

Měření a) Měření střídavých napětí modulem VOLTMETER Měřící obvod

Zapojte na modulu COMP BOARD sériový RC obvod podle obr.1. Jako zdroj napětí U použijte modul FUNC GEN s nastavenými počátečními podmínkami (stiskněte Init).

RC obvod

5V

obr. 1

AC

U

100Hz

R 20k

UR

C 100n

UC

Postup měření

O Modulem VOLTMETER (mód AC) změřte napětí zdroje U, napětí na kondenzátoru UC a napětí na rezistoru UR - tab. 4. RC obvod

U [V]

tab.4

UR [V]

UC [V]

O Napětí U, UC a UR musí splňovat vztah (1) 2

U = UR + U C

2

(1)

2

Měření ve střídavých obvodech b) Měření střídavých napětí Programem OSCILLOSCOPE Program OSCILLOSCOPE (SCOPE) ve spojení s modulem ANALOG&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 COMP BOARD 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

5 V AC 100Hz

U

−IN A

R 20k

UR

+IN B

C 100n

UC

−IN B

Zapojte modul měřící jednotky ADDU a modul FUNC GEN podle obr.3. Měřící obvod

obr. 3 ž z

5V 100Hz

AC

20k 100n

m

žluto-zelená sonda + IN A - IN A + IN B - IN B

b

FUNC GEN

COMP BOARD

ADDU modro-bílá sonda

Postup měření Mód měření

3

Acquisition

Volba měřícího módu. Pro běžné měření je vhodný mód Normal, pro analýzu více průběhů je určen mód Memory.

Normal

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.

Cycle

Opakovaný start měření. Po změření a zobrazení průběhu do grafu se automaticky spustí měření nové. Stavový panel umístěný v bloku Acquisition určuje stav osciloskopu.

Měření ve střídavých obvodech


Spusťte program rc2000 - OSCILLOSCOPE


Cycle

Stavový panel - Trig.


Nastavte postupně na modulu FUNC GEN frekvence podle tab. 5 a sledujte zobrazení průběhů. FUNC GEN Freq [Hz]

tab. 5 100

200

300

400

100


Nastavte postupně na modulu FUNC GEN amplitudu podle tab. 6 a sledujte zobrazení průběhů. FUNC GEN Ampl [V]

tab. 6 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 Offs [V]




Single

Cycle

tab. 7 +1,00 +2,00

-2,00

-1,00

0,00

V bloku Acquisition je zobrazeno Stop - konec spouštění měřícího cyklu.

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 Offset Function


Memory

Single

tab. 8 250 Hz 4,00 V 0,00 V

V bloku Acquisition blikne Trig.

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 spouš těcích 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

Analýza chování obvodu při změně parametrů komponent

CHA - totožný

TOPOLOGY

Analýza stavu napětí v různých částech obvodu

CHA - totožný

CHB - trvale připojen CHB - přepojován v obvodu

4

Měření ve střídavých obvodech B1 Clr

B2

B3

B4

Start jednotlivých měření.

Smaže všechny křivky.


Memory

Nastavení paměťového módu


Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init.
Resistor R=20k nahraďte resistorem R=5k.
Ověřte typ paměti Parameter - změna hodnoty rezistoru B1 B2 B3 B4

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).


Ověřte 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




Cycle

Nastavení módu Normal. 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

Nastavení rozsahu napěťové osy kanálu CHA a CHB.

CHA

Nastavení rozsahu napěťové osy kanálu CHA .

CHB

Nastavení rozsahu napěťové osy kanálu CHB.
Ověřte funkci nastavování zesílení na jednotlivých kanálech CHA a CHB.

Axis

Volba bipolárního nebo unipolárního rozsahu kanálu CHA a CHB.

Bip

Bipolární rozsah kanálu CHA a CHB.

Uni

Unipolární rozsah kanálu CHA a CHB.
Ověřte funkci přepínání unipolárního a bipolárního rozsahu na jednotlivých kanálech.

5

Měření ve střídavých obvodech

Trigger

Volba spouštěcí podmínky.

Source

Volba zdroje spouštěcího signálu.
Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init.


Init

Nastavení počáteční podmínek programu SCOPE.

CHA

Spouštění signálem na kanálu CHA .

CHB

Spouštění signálem na kanálu CHB .
Ověřte 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. Off

Měření bez synchronizace.


Slope

Off

Měřené křivky jsou zobrazeny bez synchronizace.

Volba hrany spouštěcího signálu.
Nastavte na modulu FUNC GEN počáteční podmínky tlačítkem Init.
Nastavte parametry programu podle tab. 9.

Ç

Spouštění na náběžnou hranu signálu.

È

Spouštění na sestupnou hranu signálu.


CHA

V bloku Trigger bliká Trig.


Ověřte funkci přepínání náběžné a sestupné hrany. Level

Nastavení napěťové úrovně spouštění.

0.00V

Zobrazení napěťové úrovně spouštění. Změna napěťové úrovně spouštění.
Ověřte funkci změny spouštěcí úrovně na zobrazovaný průběh.

6

Měření ve střídavých obvodech

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




Single

Nastavení počáteční podmínek programu Osciloskop. 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).


Phasor

XY

Zobrazení

kanál CHA - osa X, kanál CHB - osa Y.

Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB a současné zobrazení obou kanálů ve vektorovém módu s kontrolou průběhů (chybová diagnostika).


Phasor




Cycle

Výsledné měření - viz graf 2. V bloku Acquisition bliká Trig.


Nastavte postupně na modulu FUNC GEN frekvence podle tab. 11 a sledujte zobrazení průběhů v módu vektor. FUNC GEN Freq [Hz]

Ref

tab. 11 120

140

160

60

100

Volba referenčního průběhu (nulová fáze). Posuv časových průběhů.

A

B

Volba referenčního průběhu (nulová fáze).


Display YT

Posuv časových průběhů.

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




Memory

Nastavení počáteční podmínek programu Osciloskop.

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

Měření ve střídavých obvodech

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).


Phasor

XY

Zobrazení

kanál CHA - osa X, kanál CHB - osa Y.

Zobrazení časových průběhů na kanále CHA a CHB a současné zobrazení obou kanálů ve vektorovém módu s kontrolou průběhů (chybová diagnostika).


Ref

Phasor

Výsledné měření - viz graf 4.

Volba referenčního průběhu (nulová fáze). Posuv časových průběhů.

A B1 B2 B3 B4




Graph

Volba referenčního průběhu (nulová fáze). Posuv časových průběhů.

Volba módu zobrazení křivek.

Line

Měřící body jsou spojeny čarou.

Point

Měřící body nejsou spojeny.

Analýza měření

Cursor Paired

Analýza dat pomocí kurzorů. Zobrazení dvou párových (YT) kurzorů pro kanály CHA a CHB.

1

Posuv kurzoru 1.

2

Posuv kurzoru 2.


YT





Paired

Časové zobrazení naměřených křivek. Zobrazení dvou párových (YT) kurzorů. Analyzujte naměřené průběhy.


Ověřte 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

Měření ve střídavých obvodech c) Měření frekvenčních charakteristik Programem FREQUENCY CHARACTERISTICS Program FREQUENCY CHARACTERISTICS (FREQ CHAR) ve spojení s modulem ANALOG&DIGITAL DATA UNIT (ADDU) umožňuje změřit amplitudovou a fázovou frekvenční charakteristiku v rozsahu frekvencí 10Hz až 10kHz. Modul ADDU generuje v bloku Analog Output 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 COMP BOARD sériový RC obvod podle obr. 4. RC obvod

obr. 4 +IN A

OUT

R 5k

UR

+IN B

C 100n

UC

−IN B

U GND

−IN A

Zapojte modul měřící jednotky ADDU podle obr. 5. Měřící obvod

obr. 5

ž

žluto-zelená sonda

z + IN A - IN A

5k

m

100n

OUT GND

+ IN B - IN B

b

COMP BOARD ž z

ADDU modro-bílá sonda žluto-zelená sonda

Postup měření Mód měření

9

Acquisition

Volba měřícího módu. Pro běžné měření je vhodný mód Normal, pro analýzu více průběhů je určen mód Memory.

Normal

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.

Start

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.

Měření ve střídavých obvodech

O Spusťte program rc2000 - FREQUENCY CHARACTERISTICS. O

Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky.

Start

O Sledujte stavový panel v průběhu měření. Výsledné měření - viz graf 5.

Display

Volba zobrazení frekvenční charakteristiky - 1 měřící cykl - Normal

All

Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika.

Ampl

Amplitudová frekvenční charakteristika.

Phase

Fázová frekvenční charakteristika.

Nyquist

Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika v komplexní rovině.

Memory

M1

O

Ampl

Pouze amplitudová frekvenční charakteristika.

O

Phase

Pouze fázová frekvenční charakteristika.

O

Nyquist

Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika v komplexní rovině - výsledné měření - viz graf 6.

Postupný záznam a zobrazení 1 až 4 frekvenčích charakteristik do jednoho grafu. Měřené průběhy lze porovnávat a analyzovat navzájem mezi sebou.

M2

Clr

M3

M4

Start jednotlivých měření.

Smaže všechny křivky. O

Memory

Nastavení paměťového módu

O Ověřte 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

Volba zobrazení frekvenční charakteristiky - 4 měřící cykly - Memory

Ampl

Amplitudové frekvenční charakteristiky.

Phase

Fázové frekvenční charakteristiky. O

Ampl

Zobrazené pouze amplitudové frekvenční charakteristiky.

O

Phase

Zobrazené pouze fázové frekvenční charakteristiky. Výsledné měření - viz graf 8.

10

Měření ve střídavých obvodech

Parametry měření

Decades

Nastavení frekvenčního rozsahu měření.

1

Volba počtu měřených dekád.

2

3

Begin

Nastavení počáteční frekvence měření.

10 Hz 100 Hz 10 kHz

Volba počáteční frekvence měření.

Scale dB/div Nastavení rozsahu zobrazení amplitudové charakteristiky. 5 10 15

Rozsah (dB/div).

Offset dB

Nastavení posunu zobrazení amplitudové charakteristiky. Posun amplitudové charakteristiky.

Scale deg/div Nastavení rozsahu zobrazení fázové charakteristiky. 30 60

Rozsah (deg/div). O Zapojte na modulu COMP BOARD sériový RC obvod podle obr. 4. - R=20k O

Normal

Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky.

O Nastavte parametry programu FREQ CHAR podle tab. 5. FREQ CHAR Display Begin Decades

O

Start

All 10Hz 2

Scale dB/div Offset dB Scale deg/div

tab.5 5 15 30

Jednorázový start měření frekvenční charakteristiky.

Analýza měření

Cursor On

Analýza dat pomocí kurzorů. Zobrazení dvou kurzorů. Posuv kurzoru. O On

Analyzujte naměřené průběhy.

Popis měření

Legend Edit Delete

Popis názvu úlohy a jednotlivých měření. Aktivuje popisová pole. Smaže všechny popisová pole. O

11

Edit

Popište název úlohy a jednotlivé průběhy.

Integraèní a derivaèní RC èlánek - èasová konstanta Schema Integraèní èlánek

Derivaèní èlánek

+ IN A 10k 5V 300Hz

Mìøení

t = R× C

250n

AC

- IN A

+ IN A

+ IN B

- IN B

5V 300Hz

+ IN B

250n 10k

AC

- IN A

- IN B

Dolní a horní propust - mezní frekvence fr Schema Dolní propust

Horní propust

+ IN A 5k

5V 318,3Hz

Mìøení

AC

+ IN A

+ IN B

fr =

100n - IN A

- IN B

1 2p RC

+ IN B

100n 5V 318,3Hz

5k

AC

- IN A

- IN B

Dolní a horní propust - frekvenèní charakteristika Schema Dolní propust

OUT

Horní propust

+ IN A 5k

+ IN B

fr =

100n GND

Mìøení

- IN A

- IN B

1 2p RC

OUT

+ IN A 100n

GND

- IN A

+ IN B

5k - IN B