Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki Skrypt do ćwiczenia T.02. Woltomierz RMS oraz Analizator Widma

2 1. Woltomierz RMS oraz Analizator Widma Ćwiczenie to ma na celu poznanie możliwości zastosowania Woltomierza RMS / Miernika mocy jako Woltomierza wartości skutecznych (ang. Root Mean Square - RMS) międzyszczytowych (ang. peak - to - peak) napięcia oraz zapoznanie się z obsługą Analizatora Widma i jego funkcjami wykorzystywanymi w kolejnych ćwiczeniach wykonywanych na zajęciach Laboratorium Telekomunikacji Woltomierz RMS - Część teoretyczna Rodzaje pomiarów jakie będą wykonywane w tym ćwiczeniu dla różnych sygnałów okresowych zostały pokazane na rysunku 1.1. Rysunek 1.1. Sygnały okresowe. Maksymalną wartością amplitudy sygnału okresowego jest wartość A, nazwana wartością szczytową. Poza sygnałem z rysunku 1.1 (e), amplituda wszystkich sygnałów zawiera się pomiędzy maksimum (+A) a minimum (-A) wartości. Amplituda pomiędzy (+A) i (-A) nazywana jest amplitudą międzyszczytową i wynosi 2A.

3 W momencie gdy wykonywane są pomiary napięć, A nazywane jest napięciem szczytowym lub U szczyt. Pomiar od wartości (+A) do (-A) pozwala na poznanie wartości napięcia międzyszczytowego, oznaczanego jako U p-p. Wartość średnia. Średnia wartość sygnału równa jest polu powierzchni zawartej pomiędzy krzywą sygnału a osią poziomą, podzieloną poprzez długość jednego okresu. Rysunek 1.2. Wartość średnia sygnału. Według powyższej definicji, średnia wartość sygnału z rysunku 1.2 (a) wyliczana jest w następujący sposób: ( 40 1) + ( 20 1) ( 10 2) 40 A = = = 10 Śr 4 4 Takie same obliczenia można wykonać dla sygnału sinusoidalnego z rysunku 1.2 (b), lecz nie jest to konieczne ponieważ powierzchnia (1) = powierzchni (2), w związku z czym wartość średnia dla tego sygnału wynosi zero (ponieważ znaki są przeciwne). Z zerową wartością średnią mamy do czynienia zawsze wtedy, gdy dodatnie i ujemne powierzchnie zdefiniowanej krzywej są sobie równe. Wartość RMS Ponieważ wartość średnia nie jest używana przy opisie falowych sygnałów okresowych, dlatego do ich opisu używana jest wartość RMS nazywana wartością skuteczną sygnału okresowego (ang. Root Mean Square - RMS). Istniejący związek pomiędzy szczytową wartością amplitudy a wartością RMS został pokazany na rysunku 1.3.

4 Rysunek 1.3. Relacja pomiędzy wartością szczytową a wartością RMS. Zazwyczaj, przyrządy pomiarowe takie jak woltomierze AC przygotowane są do odczytu napięcia RMS, podczas pomiaru sygnału sinusoidalnego. Dlatego wartość 10 [V] sygnału AC, odczytana poprzez przyrząd wyposażony w odczyt RMS napięcia odpowiada wartości ok. 14,2 [V] napięcia szczytowego lub 28,4 [V] napięcia międzyszczytowego. Woltomierz wartości RMS powinien odczytywać wartość napięcia RMS niezależnie od częstotliwości lub kształtu fali. Tylko taki przyrząd pomiarowy może być używany do pomiaru napięcia RMS, dźwięku, etc.

5 1.2. Woltomierz RMS - Część praktyczna Opis ćwiczenia Ćwiczenie to w początkowej fazie polega na pomiarze amplitudy różnych sygnałów elektrycznego. W zależności od kształtu mierzonego sygnału (sygnał: sinusoidalny, prostokątny, piłokształtny, impulsowy) otrzymuje się różne pomiary wartości skutecznej napięcia. Na Rysunku 1.4 zostały pokazane elementy wykorzystywane w ćwiczeniu. Składają się na nie: - Zasilacz / Dwukanałowy wzmacniacz audio (ang. Power supply / Dual audio amplifier) - Dwukanałowy generator funkcji (ang. Dual function generator) - Woltomierz rzeczywistej wartości RMS (ang. True RMS voltmeter) - Oscyloskop (ang. Oscilloscope) RMS wartość skuteczna (ang. Root Mean Square) Dwukanałowy Generator Funkcji Wyjście kanału A Wejście kanau 1 Oscyloskop Wejście pomiarowe Woltomierz RMS Rysunek 1.4. Schemat układu do pomiaru wartości skutecznej i średniej napięcia. Sygnał wyjściowy z kanału A Dwukanałowego Generatora Funkcji zostaje podany na wejście kanału 1 w Oscyloskopie oraz na wejście pomiaru napięcia w Woltomierzu RMS. W ramach ćwiczenia zostaną także sprawdzone związki zachodzące miedzy wartościami szczytowymi amplitud a wartościami skutecznymi sygnałów Analizator Widma - Część teoretyczna Wstęp Analizator Widma jest urządzeniem, które pozwala na obserwację właściwości sygnałów w dziedzinie częstotliwości. Na przykład w ćwiczeniu 14: Kluczowanie częstotliwości (FSK) Analizator Widma został wykorzystany do obserwacji: widma sygnału FSK oraz wpływu stosunku f/r b na widmo sygnału FSK. Na Rysunku 1.5 został przedstawiony przykładowy przebieg z Analizatora Widma, który wyraźnie ilustruje wpływ stosunku f/r b na widmo sygnału FSK. Łatwo zauważyć, że przebieg taki pozwala na dogłębną analizę danego sygnału oraz jego właściwości.

6 a) b) Moc Moc 0 Częstotliwość 0 Częstotliwość Rysunek 1.5. Wpływ stosunku f/r b na widmo sygnału FSK: a) f/r b =2, b) f/r b =0.25 Analizator Widma wykorzystywany w symulatorze zawiera dwie pamięci, które umożliwiają zapamiętanie dwóch różnych widm sygnałów. Posiadanie dwóch sygnałów pozwala na dokładne ich porównanie. Aby zapamiętać dany przebieg należy w polu MEMORY kliknąć przycisk STORE 1 lub STORE 2 odpowiadające kolejno pamięci 1 i 2 (Przyciski te znajdują się u dołu Analizatora Widma). W celu wyświetlenia zapamiętanych przebiegów należy w polu MEMORY kliknąć przycisk VIEW 1 lub VIEW 2. Ponadto w każdej chwili można zatrzymać obserwowane widmo sygnału. Do zatrzymania widma sygnału służy przycisk REFRESH znajdujący się nad wyświetlaczem Analizatora Widma. W obszarze SPECTRAL DATA Analizatora Widma znajdują się przyciski O, V, H, które służą do wywołania i wygaszenia (O) kursorów pionowych (V) i poziomych (H). Kursory te służą do odczytania wartości amplitudy bądź częstotliwości w dowolnym miejscu obserwowanego widma. Ponadto w Analizatorze Widma można dokonać następujących ustawień: - Impedancja wejścia (ang. Input Impedance), - Maksymalny sygnał wejściowy (ang. Maximum Input), - Pasmo częstotliwości (ang. Frequency Range), - Zakres częstotliwości (ang. Frequency Span), - Podziałka amplitudy (ang. Scale). Gałki ADJUST służą do dokładnego wyregulowania zakresu częstotliwości oraz wartości maksymalnego sygnału wejściowego. Cyfrowy wyświetlacz znajdujący się w obszarze CENTER FREQUENCY służy do wyświetlenia wartości częstotliwości w miejscu położenia kursora CF.