Аппаратура лабораторного стенда


Скачать 153.08 Kb.
НазваниеАппаратура лабораторного стенда
Дата публикации05.07.2013
Размер153.08 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Химия > Документы

Приложение 1

АППАРАТУРА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА


Лабораторный стенд состоит из персонального компьютера с дополнительной платой серии М для сбора и обработки данных и настольной рабочей станции NI ELVIS (рис. П.1.1).

NI ELVIS – это полный набор приборов для лаборатории, в который включено и аппаратное, и программное обеспечение.

Для обеспечения функциональных возможностей набора обычных измерительных приборов в NI ELVIS используются программы-приборы, написанные на LabVIEW, многофункциональный прибор DAQ, настольная рабочая станция и макетная плата.


Рис. П.1.1. Лабораторный стенд:

1 – настольный компьютер, 2 – прибор DAQ серии M
с 68-штырьковым разъемом,
3 – экранированный
кабель для приборов серии М,
4 – макетная плата
NI ELVIS,
5 – настольная рабочая станция NI ELVIS

Лабораторный стенд обеспечивается двумя комплектами программного обеспечения.

Первый состоит: а) из дополнительной платы обработки данных (АЦП и ЦАП с частотой дискретизации 1.25 МГц и разрешением 12…16 бит); б) рабочей станции NI ELVIS (с макетной платой); в) программного обеспечения в среде LabVIEW. Этот комплект позволяет проводить измерения реальных цепей виртуальными приборами и виртуальных цепей реальными приборами на низкой рабочей частоте (150 Гц…200 кГц) и с малым разрешением (12 бит). Однако этого вполне достаточно для построения учебных лабораторных макетов.

Второй комплект программного обеспечения работает в среде Multisim и предназначен для функционирования только с виртуальными цепями и приборами, но на более высокой частоте (до 100 МГц) и с большим разрешением. Это позволяет исследовать более сложные цепи и использовать сложные современные приборы в виртуальном виде. Одна из последних версий Multisim-10 имеет около двух десятков виртуальных приборов большой сложности, вплоть до точных копий стандартных приборов выпускаемых различными фирмами. Например, Tektronix TDS 2024 Oscilloscope. Они выглядят и действуют точно в соответствии с техническим описанием производителя. В этом приложении кратко рассмотрены наиболее популярные приборы. Более подробная информация о каждом приборе есть в руководстве пользователя Multisim (User Guide) и файле справки (help file).

Мультиметры


Мультиметры предназначены для измерения переменного или постоянного тока или напряжения, сопротивления, а более сложные – частоты и некоторых других параметров сигнала. Диапазон измерения мультиметра подбирается автоматически.


^

Генераторы сигналов


Генератор сигналов (Function generator) – это источник напряжения, который может генерировать синусоидальные, пилообразные и прямоугольные импульсы. Можно изменять форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами от нескольких герц до аудио- и радиочастотных.

Более сложные генераторы могут генерировать модулированные сигналы с амплитудной или частотной модуляцией и позволяют плавно изменять несущую частоту.

Осциллографы


В Multisim есть несколько модификаций осциллографов, которыми можно управлять как обычными невиртуальными. Они позволяют устанавливать параметры временной развертки и напряжения, выбирать тип и уровень запуска измерений и вид синхронизации осциллографа. Ниже показаны простые и наиболее часто используемые осциллографы: двухканальный и четырехканальный. При необходимости можно использовать фирменные приборы, воспользоваться осциллографом смешанных сигналов Agilent 54622D или упоминавшимся ранее Tektronix TDS 2024.

Данные осциллографов Multisim и описываемых далее измерителя АЧХ и анализатора спектра можно посмотреть после эмуляции с помощью самописца (Grapher) из меню Вид/Плоттер (View/Grapher).

^

Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter)


Измеритель предназначен для анализа амплитудно-частотных (Magnitude) и фазочастотных (Phase) характеристик при логарифмической (Log) или линейной (Lin) шкале по осям Y и X. Настройка измерителя заключается в выборе пределов изменения коэффициента передач и девиации частоты с помощью кнопок в окошках F – максимальное и I – минимальное значение. 1 – анализ ФЧХ; 2 – анализ АЧХ; 3 – максимальное значение Кп; 4 – минимальное значение Кп; 5 – максимальное значение частоты; 6 – минимальное значение частоты.


^

Спектральный анализатор


Спектральный анализатор (spectrum analyzer) служит для измерения амплитуд гармоник с заданными частотами. Также он может измерить мощность сигнала и его частотных компонент, определить наличие гармоник в сигнале.

Результаты работы спектрального анализатора отображаются в спектральной области, а не временной. Обычный сигнал – это функция времени, для его измерения используется осциллограф. Если сигнал не гармонический и содержит дополнительные гармоники, то понятие амплитуды сигнала теряет смысл. В результате невозможно корректно измерить уровень сигнала. При измерении спектральным анализатором получается частотный состав сигнала, т. е. амплитуда основной и дополнительных гармоник.



Кроме указанных приборов, программа Multisim располагает множеством других, в том числе приборами для работы с логическими цепями (Word Generator, Logic Analyzer и др.) и даже для работы с СВЧ цепями (Network Analyzer). Всего программа насчитывает около двадцати приборов повышенной сложности.
^

Вспомогательная аппаратура


Вспомогательная измерительная аппаратура входит в общий перечень измерительной аппаратуры. Около двух десятков различных генераторов, от простых генераторов для постоянного тока и напряжения, до достаточно сложных генераторов с амплитудной и частотной модуляцией. Более десятка различных вольтметров, амперметров и световых индикаторов.



Каждый из основных и вспомогательных приборов может вызываться в виде копии неограниченное число раз, и каждая копия является полноценным прибором. Таким образом, лабораторная база виртуальных приборов программы Multisim позволяет строить схемы большой сложности и вести их исследование.
^

лабораторная рабочая станция NI ELVIS


Фотография станции приведена на рис. П.1.2, а схема расположения частей панели ее управления – на рис. П.1.3. Здесь 1 – индикатор System Power (питание системы), 2 – переключатель Prototyping Board Power (питание макетной платы), 3 – переключатель Communications (связь), 4 – элементы управления регулируемыми блоками питания, 5 – элементы управления функциональным генератором, 6 – клеммы мультиметра, 7 – клеммы осциллографа.


Рис. П.1.2. Станция NI ELVIS



Рис. П.1.3. Передняя панель

Cтанция имеет следующие элементы управления и индикаторы:

  • индикатор System Power – показывает, включен ли NI ELVIS;

  • переключатель Prototyping Board Power – управляет питанием макетной платы;

  • переключатель Communications – отключает программное управление NI ELVIS.
^

Элементы управления регулируемыми блоками питания


  • Элемент управления Supply (Переключатель Manual) определяет режим управления питанием (ручной или программный) для отрицательных значений выходного напряжения. В ручном режиме ручка регулировки напряжения voltage управляет источником отрицательного напряжения. В программном режиме источником отрицательного напряжения управляет программно регулируемый источник.

  • Ручка Voltage Adjust (регулировка напряжения) управляет отрицательным выходным напряжениям от –12 до 0 В. Для использования этой ручки вам необходимо установить переключатель Manual в ручной режим управления питанием (положение Manual).

  • Элементы управления Supply+.

  • Переключатель Manual определяет режим управления питанием (ручной или программный) для положительных значений выходного напряжения. В ручном режиме ручка регулировки напряжения voltage управляет источником отрицательного напряжения. В программном режиме источником отрицательного напряжения управляет программно регулируемый источник.

  • Ручка Voltage Adjust (регулировка напряжения) управляет положительным выходным напряжениям от 0 до +12 В. Для использования этой ручки вам необходимо установить переключатель Manual в ручной режим управления питанием (положение Manual).

  • Более подробную информацию о программных элементах управления блоками питания можно найти в NI ELVIS Help.
^

Элементы управления функциональным генератором


  • Переключатель Manual определяет режим управления генератором функций (ручной или программный).

  • В ручном режиме функциональным генератором управляют переключатель Выбор функции, ручки Amplitude, Coarse Frequency и Fine Frequency.




  • В программном режиме функциональным генератором управляет программа прибор FGEN.

  • Выбор функции – определяет форму генерируемого сигнала.
    NI ELVIS может генерировать синусоидальный, прямоугольный и треугольный сигналы.

  • Ручка Amplitude регулирует амплитуду генерируемого сигнала.

  • Ручка Coarse Frequency устанавливает диапазоны частот на выходе функционального генератора.

  • Ручка Fine Frequency настраивает выходную частоту функционального генератора.

  • Более подробную информацию о программных элементах управления функциональным генератором можно найти в NI ELVIS Help.
^

Разъемы цифрового мультиметра (DMM)


  • Разъемы штекерного типа для тока (Current).

  • HI – вход положительной полярности для всех функциональных возможностей мультиметра, кроме измерения напряжения.

  • LO – вход отрицательной полярности для всех функциональных возможностей мультиметра, кроме измерения напряжения.

  • Разъемы штекерного типа для напряжения (Voltage)

  • HI – вход положительной полярности для измерения напря-жения.

  • LO – вход отрицательной полярности для измерения напряжения.

  • Если вы используете входы цифрового мультиметра на передней панели, не используйте его входы на макетной плате.
^

Разъемы осциллографа (SCOPE)


  • Разъем CH A BNC – вход канала A осциллографа.

  • Разъем CH B BNC – вход канала B осциллографа.

  • Разъем Trigger BNC – вход синхронизации осциллографа.

  • Если вы используете входы осциллографа на передней панели, не используйте его входы на макетной плате.



Внимание! Подключая разные сигналы одновременно к разъемам осциллографа на макетной плате и к разъемам на панели управления, вы их замыкаете, что может повредить схему, собранную на макетной плате.
^

Задняя панель NI ELVIS


На задней панели NI ELVIS расположены следующие компоненты, показанные на рис. П.1.4.

  • Выключатель питания рабочей станции. Используйте этот выключатель для полного отключения от сети рабочей станции.

  • Разъем для подключения источника постоянного/переменного тока. Используйте этот разъем для электропитания станции.

  • Разъем для подключения DAQ прибора с 68-контактным разъемом. Используйте этот разъем для подключения DAQ прибора к рабочей станции.




Рис. П.1.4. Задняя панель NI ELVIS:

1 – выключатель питания рабочей станции, 2 – разъем для подключения источника постоянного /переменного тока, 3 – разъем
для подключения DAQ прибора с 68-контактным разъемом

^

Макетная плата


Макетная плата NI ELVIS соединяется с настольной рабочей станцией. Макетная плата предназначена для монтажа электронной схемы и содержит необходимые разъемы для доступа к сигналам. С одной рабочей станцией можно использовать несколько взаимозаменяемых макетных плат.

Макетная плата подключается к рабочей станции с помощью стандартного разъема PCI, поэтому вы можете создавать собственные печатные платы и подключать их к NI ELVIS. Все контактные разъемы макетной платы расположены по обеим ее сторонам. Каждому сигналу соответствует ряд контактов, причем ряды объединены в соответствии с их функциональностью.

Схема расположения частей макетной платы приведена на рис. П.1.5.


Рис. П.1.5. Макетная плата:

1 – контактные площадки аналогового ввода, осциллографа и программируемого функционального ввода/вывода, ^ 2 – контактные площадки цифрового ввода/вывода, 3 – массив индикаторов, 4 – разъем D-Sub, 5 – контактные площадки счетчика-таймера, настраиваемого ввода/вывода и источника постоянного тока, 6 – контактные площадки мультиметра, аналогового вывода, функционального генератора, настраиваемого ввода/вывода, 7 – индикаторы питания, 8 – BNC-
разъемы,
9 – разъемы штекерного типа

На макетной плате есть разъемы источника питания на ±15 и 5 В. Этого достаточно, чтобы собрать многие универсальные схемы.
^

Приложение 2

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ гармонического СИГНАЛа
В БАЗИСЕ ФУНКЦИЙ УОЛША


Анализ. Найти спектр колебания , .

Интервал ортогональности (разложения) в данном примере следует приравнять периоду синусоиды . При переходе к безразмерному времени имеем

.

Как следует из формулы (2.3), коэффициент – это площадь подынтегральной функции, представляющей собой произведение сигнала на ФУ . Само же произведение – это стробирование синусоиды n-й функцией Уолша.

Для 16 ФУ произведения вида показаны на рис. П.2.1. Поскольку синусоида нечетна относительно точки , площади и, следовательно, коэффициенты при всех четных ФУ равны нулю. Далее из оставшихся восьми произведений четыре также дадут нулевые площади и коэффициенты. Это соответствует ФУ , , и из-за их нечетности и четности относительно точек и .

Таким образом, лишь четыре коэффициента , , и не равны нулю. Определим эти коэффициенты по формуле (2.3) с учетом рис. П.2.1:

,

=

= – = – 0.265,



































0 1/4 1/2 ¾ 1 0 1/4 1/2 3/4 1

Рис. П.2.1. Произведение

+

+ = – 0.052,

+

+ = – 0.128.

Спектр синусоиды (для ) в базисе шестнадцати ФУ представлен на рис. П.2.2.






Рис. П.2.2. Спектр синусоиды

Синтез. В соответствии с формулой (2.4) и по найденным ранее коэффициентам имеем (для :

++ + =

= 6.36– 2.65– 0.52 – 1.28.

На рис. П.2.3 приведены графики исходного сигнала (штриховая линия) и синтезированного в базисе 8 (пунктирная) и 16 ФУ (сплошная).



Рис. П.2.3. Исходный и синтезированный сигналы

Мощность исходного сигнала

= = = 50 В2.

Мощность синтезированного (аппроксимированного) сигнала

= = 49.3809 В2.

Относительная ошибка синтеза

= 1 – 0.9876 = 0.0124 (1.24 %).

При синтезе в базисе 8 ФУ относительная ошибка синтеза составила бы всего 5.06 %.
^

Приложение 3

НОРМАЛЬНЫЙ (ГАУССОВСКИЙ) СЛУЧАЙНЫЙ ПРОЦЕСС


Большое число различных по своей природе случайных величин (СВ) имеет нормальное распределение или близкое к нормальному. Объясняется это тем, что при суммировании большого числа независимых или слабо зависимых СВ распределение суммы близко к нормальному при любом распределении отдельных слагаемых. Это положение сформулировал А.М. Ляпунов, и оно называется центральной предельной теоремой.

Нормальный закон используется во всех областях человеческих знаний и в том числе в радиотехнике. Примерами СП с нормальным распределением являются различные шумы (тепловые – в проводниках, «дробовые» – в электронных приборах и др.), а также различные помехи в каналах связи (рис. П.3.1, а).


а б

Рис. П.3.1. Шумы

Плотность вероятности и функция распределения (рис. П.3.2):

,

,

где относительное отклонение случайной величины ; следовательно, ; плотность вероятности с единичной дисперсией; – табулированный интеграл вероятности

.



а б

Рис. П.3.2. Плотность вероятности (а) и функция рас-
пределения (
б) нормального СП
^

Основные числовые характеристики


математическое ожидание

среднеквадратическое отклонение

срединное отклонение

второй центральный момент (дисперсия)

третий центральный момент

коэффициент асимметрии

Четвертый центральный момент

Коэффициент эксцесса

Энтропия
Усеченный нормальный процесс

Здесь понимается процесс, полученный из нормального ограничением «снизу» на нулевом уровне (рис. П.3.1, б).

Плотность вероятности и функция распределения (рис. П.3.3):

, .

Математическое ожидание, СКО и мощность:

, , .


Рис. П.3.3. Плотность вероятности (а) и функция рас-
пределения (
б) усеченного нормального СП
^

Приложение 4

Функции Берга (коэффициенты гармоник)







Рис. П.4.1. Функции Берга

, ,

, ,

, ,




при , при .
^

Библиографический список





  1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1986.

  2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов по спец. «Радиотехника». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 2000.

  3. Радиотехнические цепи и сигналы. Задачи и задания: учеб. пособие / под ред. А.Н. Яковлева. – М.: ИНФРА-М; Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.

  4. Яковлев А.Н., Меренков В.М., Баскей В.Я. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005.

  5. Васюков В.Н. Теория электрической связи: учебник – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005 («Учебники НГТУ»).



Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

Лабораторная работа № 1. ДИСКРЕТНЫЕ (КОМПЬЮТЕРНЫЕ) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ВИРТУАЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХ СХЕМАХ 9

Лабораторная работа № 2. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ В БАЗИСЕ ФУНКЦИЙ УОЛША 15

Лабораторная работа № 3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В БАЗИСЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 28

Лабораторная работа № 4. СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 39

Лабораторная работа № 5. ^ RC-ФИЛЬТРЫ НИЖНИХ И ВЕРХНИХ ЧАСТОТ 60

Лабораторная работа № 6. ПРОХОЖДЕНИЕ ВИДЕОСИГНАЛОВ
ЧЕРЕЗ RC-ЦЕПИ 67

Лабораторная работа № 7. КОЛЕБАТЕЛЬНЫе КОНТУРы 81

Лабораторная работа № 8. ПРОХОЖДЕНИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ РЕЗОНАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 96

Лабораторная работа № 9. НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ. УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ 106

Лабораторная работа № 10. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ СМЕЩЕНИЯ 118

Лабораторная работа № 11. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ 128

Лабораторная работа № 12. ^ LC-ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИЙ С АВТОТРАНСФОРМАТОРНОЙ
ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 139

Приложение 1. Аппаратура лабораторного стенда 147

Приложение 2. анализ и синтез гармонического сигнала в базисе функций уолша. 158

Приложение 3. НОРМАЛЬНЫЙ (ГАУССОВСКИЙ) СЛУЧАЙНЫЙ ПРОЦЕСС 161

Приложение 4. Функции Берга (коэффициенты гармоник) 164

Б


иблиографический список 165

Коллектив авторов
РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

^

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ



Учебное пособие

Редактор И.Л. Кескевич

Выпускающий редактор И.П. Брованова

Корректор И.Е. Семенова

Дизайн обложки А.В. Ладыжская

Компьютерная верстка С.И. Ткачева

Подписано в печать 27.02.2009. Формат 60  84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз.
Уч.-изд. л. 9,76. Печ. л. 10,5. Изд. № 330. Заказ № . Цена договорная

Отпечатано в типографии

Новосибирского государственного технического университета

630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20




Похожие:

Аппаратура лабораторного стенда iconЭлектроника
На первом лабораторном занятии студенты знакомятся с правилами техники безопасности, устройством лабораторного стенда и порядком...
Аппаратура лабораторного стенда iconМетодические указания содержат краткие теоретические сведения по...
Исследование освещенности рабочих мест: методические указания к лабораторной работе / Лустгартен Т. Ю., Видзон Е. З., Румянцев С....
Аппаратура лабораторного стенда iconТема №9: Загальна фармакологія (І)
Після клінічного та лабораторного обстеження хворому на цукровий діабет призначили інсулін
Аппаратура лабораторного стенда iconТема №9: Загальна фармакологія (І)
Після клінічного та лабораторного обстеження хворому на цукровий діабет призначили інсулін
Аппаратура лабораторного стенда iconОсобенности рекламы на выстовочно-ярморочных мероприятиях
Оформление выставочного стенда. Основные зоны Работа персонала туристкой фирмы во время выставки. Основные типы посетителей
Аппаратура лабораторного стенда iconТехнический райдер
Звукоусилительная аппаратура должна соответствовать вместимости зала (до 30 кВт) или открытой площадки (40-60 кВт)
Аппаратура лабораторного стенда iconИсследование мочи
Цель: овладение студентами методикой лабораторного исследования мочи и клинической оценкой полученных данных
Аппаратура лабораторного стенда icon«Хирургический инструментарий и сшивающая аппаратура»
Актуальность темы: Знание хирургического инструментария и правил пользования им необходимо для усвоения основных этапов оперативной...
Аппаратура лабораторного стенда iconМикки открыл глаза: белоснежный потолок, накрахмаленные простыни,...

Аппаратура лабораторного стенда iconОписание автоматизированного стенда стр
Гпс). Гибкие производственные системы оснащаются современными станками с числовым программным управлением (чпу) или управляемыми...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница