Файл: Сигналов цель работы освоить работу на персональном компьютере с программным обеспечением Electronics Workbench.pdf

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ
СИГНАЛОВ
Цель работы: освоить работу на персональном компьютере с программным обеспечением Electronics Workbench; измерить параметры детерминированных сигналов.
Подготовка к выполнению работы
1 Изучить по

1

параметры и характеристики сигналов.
2 Изучить по

2

теорию моделирования схем, элементную базу и характеристики виртуальных осциллографа, мультиметра, измерителя амплитудно-частотных характеристик программы
Electronics
Workbench.
3 Построить временную диаграмму кодовой комбинации первой буквы своей фамилии в международном телеграфном коде МТК-2, приведенном в приложении 1.
4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.
Вопросы для самопроверки
1 Составьте определение термина электрический сигнал.
2 Перечислите параметры и характеристики сигналов.
3 Что такое период и длительность сигнала?
4 Что такое амплитуда и размах сигнала?
5 Что такое первичные и вторичные сигналы?
6 Составьте определения терминов информация, сообщение, сигнал.
В чем отличие между ними?
7 Какие формы представления сигналов Вы знаете?
8 Приведите классификацию сигналов по информативности и форме.
9 Приведите параметры цифрового сигнала.
10
Приведите классификацию сигналов по регулярности повторения и изменению во времени.
Аппаратное и программное обеспечение
1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
2 Графический манипулятор мышь.
3 Программа Electronics Workbench 5.12.

Порядок выполнения работы
1 Ответить на вопросы программированного допуска.
2 Получить инструктаж по технике безопасности.
ВНИМАНИЕ!
Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.
3
Включить персональный компьютер. Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.
4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу
D:\Work\EWB512\WEWB32.exe.
Получить изображение стандартного окна программы.
5 Щелкнуть манипулятором мышь на изображение Instruments
(см. рисунок 1.1). Нажать левую клавишу манипулятора мышь на изображении генератора (Function Generator). Перемещая манипулятор мышь по коврику, поместить генератор на белый лист рабочего поля, отпустить клавишу. Также переместить осциллограф (Oscilloscope) и условные графические обозначения заземления (см. рисунок 1.2).
Рисунок 1.1 – Элементы папки Instruments

Рисунок 1.2 – Элементы папки Sourсes
6 Измерить параметры детерминированных сигналов, для этого:
6.1 Собрать схему для проведения исследований согласно рисунку
1.3. Для этого соединить выход генератора со входом осциллографа.
Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения.
Рисунок 1.3 – Схема исследований
6.2 Щелкнуть два раза на изображение генератора на белом листе рабочего поля. Установить режим генерации гармонических

(синусоидальных) колебаний, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
63 Установить частоту (frequency), амплитуду (amplitude), длительность импульса (duty cycle) и постоянную составляющую
(offset) сигнала на выходе генератора с помощью клавиатуры и манипулятора мышь по варианту согласно таблице 1.1, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора. Номер варианта соответствует номеру
персонального компьютера.
Примечание: Длительность импульса (duty cycle) определяется в %
как отношение длительности импульса к периоду следования
импульсов (для сигналов импульсной формы!).
Таблица 1.1– Параметры сигналов
Номер варианта
F, Гц
U
m
, В
t
u
,%
U
uo
(offset)
1 100 1
50 0
2 5000 20 20 1
3 200 13 25 2
4 2500 4
30 3
5 300 5,5 10
-1 6
3500 6
25
-2 7
400 15 10
-3 8
4500 8
15 0
9 500 1,9 45 1
10 550 2
55
-1 11 6000 11 60
-2 12 650 10 65 2
13 700 13 70
-3 14 10000 7,7 75 3
15 1500 3,5 80 0
6.4 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя
, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.
6.5 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временную диаграмму сигнала на экране осциллографа. Выключить

режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение 0 включателя
6.6 Щелкнуть на изображение Expand на лицевой панели осциллографа. Наблюдать временную диаграмму сигнала на расширенном экране осциллографа (см. рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 – Лицевая панель осциллографа
1 – переключатель «Время на деление» (Time base) – отражает масштаб временнòй диаграммы по оси х (ось времени) – количество секунд (s), милисекунд (ms), микросекунд (μs) на одно деление (клетку);
2 – переключатель, который позволяет перемещать временнýю диаграмму по оси
X (вправо-влево);
3 – переключатель «Вольт на деление» (V/div) канала осциллографа А (Channel
A) – отражает масштаб временнòй диаграммы по оси y (ось амплитуды) – количество
Вольт (V), миливольт (mV), микровольт (μV) на одно деление (клетку). Аналогичный переключатель есть в канале осциллографа В (Channel В);
4 – переключатель, который позволяет перемещать временнýю диаграмму по оси Y
(вверх-вниз);
5 – переключатель режима работы схемы: DC (Direct Current) – режим постоянного тока, AC (Alternating Current) – режим переменного тока;
6 – наблюдаемая временнàя диаграмма.

6.7 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «время на деление» (Time base)
–
время, соответствующее наблюдению двух или трех периодов колебания.
6.8 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) масштаб по оси амплитуд удобный для наблюдения диаграммы.
6.9 Зарисовать временную диаграмму сигнала в отчет.
Подписать.
6.10 Определить время начала периода сигнала (Т1). Для этого установить визирную линию на начало периода гармонического
(синусоидального) сигнала, нажав левую клавишу манипулятора мышь на красном треугольнике 1. Переместить визирную линию на начало периода, удерживая ее и двигая манипулятор мышь по коврику.
6.11 Определить время окончания периода сигнала (Т2).
Установить синюю визирную линию 2 на конец периода гармонического сигнала, используя методику п. 6.10 (см. рисунок 1.5).
6.12 Записать значения Т1, Т2 и периода Т в отчет.
6.13 Измерить минимальное значение напряжения гармонического сигнала. Установить курсор манипулятора мышь на красном треугольнике 1и, нажав клавишу манипулятора, перемещать визирную линию на минимальное значение амплитуды. Записать минимальное значение VA1 в отчет.
6.14 Измерить максимальное значение напряжения VA2 используя методику п. 6.13 для синей визирной линии 2 (см. рисунок 1.6).
Измерить размах U
p
=VA2-VA1 и рассчитать амплитуду. Данные
занести в отчет.
Примечание: амплитуда рассчитывается по формуле U
m
=U
p
/2.
6.15 Проделать пп. 6.2
–
6.14 для сигналов прямоугольной и треугольной формы. Данные записать в отчет и сравнить значения амплитуды, частоты и скважности с ранее установленными на генераторе.
6.16 Удалить линию соединения заземления с генератором
(рисунок 1.3), щелкнув манипулятором мышь на линию и нажав клавиши Delete клавиатуры и Enter при появлении запроса.
6.17 Подключить заземление к левой клемме генератора согласно методике п. 6.1.
6.18 Проделать пп. 6.2
–
6.14 для сигналов прямоугольной формы.
Данные записать в отчет и сравнить значения амплитуды, частоты и скважности с ранее установленными на генераторе.

Рисунок 1.5 – Методика измерения периода сигнала
Рисунок 1.6 – Методика измерения размаха сигнала
7
Выполнить измерение параметров двух одновременно
наблюдаемых сигналов. Для этого:

7.1 Собрать схему для проведения исследований согласно рисунку
1.7. Для этого соединить выход генератора со входом осциллографа.
Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения.
Рисунок 1.7 – Схема исследований
7.2 Установить частоту (Frequency), амплитуду (Voltage), длительность импульса (Duty cycle) сигнала на выходе формирователя прямоугольных импульсов (см. рисунок 1.2) с помощью клавиатуры и манипулятора мышь по варианту согласно таблицы 1.2. Номер
варианта соответствует номеру персонального компьютера.
7.3 Установить частоту (Frequency), амплитуду (Voltage), фазу
(Phase) сигнала на выходе источника переременного напряжения гармонической формы (см. рисунок 1.2) с помощью клавиатуры и манипулятора мышь по варианту согласно таблицы 1.3. Номер
варианта соответствует номеру персонального компьютера.
7.4 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя
, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

Таблица 1.2 – Параметры сигналов
Номер варианта
Frequency
F, кГц
Voltage
U
m
, В
Duty cycle
t
u
,%
1 10 2
50 2
2 3
20 3
8 4
25 4
3 1
30 5
11 2
10 6
20 7
25 7
15 6
10 8
18 5
15 9
7 1,5 45 10 5,5 5
55 11 12 6
60 12 4
8 65 13 14 7
70 14 25 2
75 15 30 3
80
Таблица 1.3 – Параметры сигналов
Номер варианта
Frequency
F, кГц
Voltage
U
m
, В
Phase
градусы
1 15 3
0 2
1 4
45 3
10 2
0 4
1,5 3,5 90 5
17 1
0 6
25 3
60 7
8 7
0 8
9 2,5 30 9
11 5
0 10 2
3 45 11 6
4 0
12 7
6 90 13 12 9
0 14 20 5
30 15 19 1
0

7.5 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временные диаграммы сигналов на экране осциллографа. Выключить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение 0 включателя
Рисунок 1.8 – Временные диаграммы наблюдаемых сигналов
7.6 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению 3 – 5 периодов колебаний (чтобы можно было наблюдать форму сигналов).
7.7 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) масштаб по оси амплитуд удобный для наблюдения диаграмм (см. рисунок 1.8).
7.8 Осциллограф программы Electronics Workbench позволяет наблюдать временные диаграммы и проводить измерения одновременно двух сигналов. При этом задействованы два канала осциллографа: Channel A – канал А и Channel В – канал В. На вход канала А подан периодический импульсный сигнал, на вход канала В – переменное напряжение гармонической формы.

7.9 Разместить временные диаграммы одна над другой, используя переключатель Y position в каналах А и В. Зарисовать временные
диаграммы сигналов в отчет в одинаковом масштабе.
Рисунок 1.9 – Методика измерения размаха импульсного сигнала
Рисунок 1.10. – Методика измерения размаха гармонического сигнала

7.10 Измерить период импульсного сигнала согласно методике пп.
6.10 – 6.12. Рассчитать частоту, записать в отчет.
7.11 Измерить амплитуду (размах) импульсного сигнала согласно методики пп. 6.13 – 6.14 (см. рисунок 1.9). Записать в отчет.
7.12 Измерить период гармонического сигнала согласно методики пп. 6.10 – 6.12. Рассчитать частоту, записать в отчет.
7.13 Измерить амплитуду (размах) гармонического сигнала согласно методики пп. 6.13 – 6.14 (см. рисунок 1.10). Записать в отчет.
Примечание: гармонический сигнал подан на вход осциллографа В.
8 Показать результаты выполнения работы преподавателю.
9 Сделать выводы.
10 Выключить оборудование.
11 Составить отчет по работе.
Содержание отчета
1 Наименование и цель работы.
2 Наименование аппаратного и программного обеспечения.
3 Схемы измерений.
4 Результаты измерений, вычислений и наблюдений пп. 6.5 и 6.6.
5 Выводы по работе.
6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).
Контрольные вопросы
1 Какова особенность использования программы Electronics
Workbench?
2 Укажите назначение и особенности измерительных приборов программы Electronics Workbench.
3 Как измерить амплитуду периодического сигнала при помощи виртуального осциллографа?
4 Чем отличаются виртуальные измерения от реальных измерений?
5 Поясните наличие погрешности измерений при виртуальных и реальных измерениях.
6 Какие виртуальные генераторы входят в состав программы
Electronics Workbench?
7 Поясните, в чем отличие колебаний с симметричного и не симметричного выхода генератора.

Литература
1 Шинаков Ю. С., Колодяжный Ю. М. Теория передачи сигналов электросвязи. – М.: Радио и связь, 1989. – 288 с.
2 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. – М.:
Солон-Р, 1999. – 253 с.
Краткие теоретические сведения
Информация – совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах, предназначенных для передачи, приема, обработки, преобразования, хранения или непосредственного использования.
Сообщение – форма представления информации, подлежащей передаче.
Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Он всегда является функцией времени, даже если сообщение (например, неподвижное изображение) таковым не является.
Электрический сигнал – форма представления сообщения для передачи его системой электросвязи. Электрические сигналы количественно можно характеризовать мощностью, напряжением или током.
Детерминированными называют сигналы, мгновенные значения которых в любые моменты времени заранее известны. Для их математического описания служат детерминированные математические модели. Такие сигналы не являются переносчиками информации.
Используются в качестве несущих колебаний для получения модулированных сигналов, испытательных сигналов для испытаний системы связи или отдельных ее элементов.
Случайными называют сигналы, мгновенные значения которых в любые моменты времени заранее не известны. Для их математического описания служат вероятностные математические модели. Только случайные сигналы являются переносчиками информации. Реальные сигналы всегда случайны.
Гармоническими являются сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса:
)
cos(
)
(


+
=
t
A
t
a
m
или
)
sin(
)
(


+
=
t
A
t
a
m