Ответы на экз. вопросы радиоизмерения. 1. Основные параметры напряжений амплитудное, среднее, среднеквадратическое и средневыпрямленное значение

Скачать 2.58 Mb. Название 1. Основные параметры напряжений амплитудное, среднее, среднеквадратическое и средневыпрямленное значение Анкор Ответы на экз. вопросы радиоизмерения.docx Дата 12.04.2017 Размер 2.58 Mb. Формат файла Имя файла Ответы на экз. вопросы радиоизмерения.docx Тип Документы #309 страница 1 из 7

1   2   3   4   5   6   7 1. Основные параметры напряжений: амплитудное, среднее, среднеквадратическое и средневыпрямленное значение. Уровень переменного напряжения можно определить по амплитудному, среднеквадратическому, среднему или средневыпрямленному значениям. Амплитуда(пиковое значение) Um-наибольшее мгновенное значение напряжения за интервал наблюдения или за период. Измеряемые на практике напряжения могут иметь различный вид, например, форму импульсов, синусоидального или несинусоидального колебаний- суммы синусоиды с постоянной составляющей и т.д. При разнополярных несимметричных кривых формы напряжения различают два амплитудных значения: положительное Um и отрицательное Um. Среднее квадратическое значение напряжения есть корень квадратный из среднего квадрата его мгновенного значения за время измерения(за период): Если периодический сигнал несинусоидален, то квадрат среднего квадратического значения равен сумме квадратов постоянной составляющей и средних квадратических значений гармоник : = + + + … Среднее значение(постоянная составляющая) напряжения равно среднему арифметическому всех мгновенных значений за период : Средневыпрямленное напряжение определяется как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период : Для напряжения одной полярности среднее и средневыпрямленное значения равны. Для разнополярных напряжений эти значения могут существенно отличаться. Так, для гармонического напряжения . Чаще измеряют среднее квадратическое изменение напряжения, так как этот параметр связан с мощностью, нагревом, потерями. Однако проще измерить амплитудное или средневыпрямленное значение и произвести пересчёт с применением коэф. Амплитуды Ка и формы Кф : Ка = , Ка = . В частности, для синусоидальной (гармонической) формы переменного напряжения : Ка = 1,41; Кф = 1,11. Значения этих коэффициентов для наиболее употребляемых видов сигналов и соотношения между ними даны в табл., где все напряжения для упрощения обозначены буквой . 2 Преобразователи пикового значения: с открытым и закрытым входами: схемы, принцип действия. Преобразователи пикового значения. Особенность преобразователя этого вида заключается в том, что напряжение на его выходе непосредственно соответствует пиковому (амплитудному) значению напряжения, поданного на вход преобразователя. Он должен содержать элемент, запоминающий пиковое значение напряжения. Обычно это конденсатор, заряжаемый через диод до пикового значения. Необходимо подчеркнуть, что преобразователи пикового значения, которые в дальнейшем для кратности будем называть пиковыми, — самые широкополосные преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Пиковый (амплитудный) детектор — это детектор, напряжение на выходе которого непосредственно соответствует измеряемому пиковому (амплитудному) значению напряжения. Пиковый детектор должен содержать элемент, запоминающий пиковое значение напряжения. Таким элементом обычно служит конденсатор, заряжаемый через диод до пикового значения. Пиковые детекторы а — с открытым входом; б — с закрытым входом. При измерении напряжений, не содержащих постоянной составляющей, детекторы с открытым и закрытым входом дают одинаковые результаты: напряжения на конденсаторах С в обоих случаях весьма близки к Uм и показания обоих вольтметров пропорциональны амплитуде измеряемого напряжения. Если ко входу (рис. а), подводится напряжение uх = Uо + U′мsinωt, в котором содержатся и постоянная и переменная составляющие, то прибор будет измерять пиковое значение Uм =Uо + U′м. В случае подачи пульсирующего напряжения на вход детектора с закрытым входом вольтметр измеряет пиковое значение U′м напряжения без постоянной составляющей. 3 Преобразователь среднеквадратического значения на терморезисторах: схема, принцип действия Преобразователи на терморезисторах построены по принципу сбалансированного моста Уитстона. СВЧ мощность рассеивается на согласованном резисторе и полученное тепло изменяет сопротивление термо- резистора, установленного в одно из плеч согласован ного моста. Это изменение сопротивления приводит к рассогласованию моста и создает дифференциальный входной сигнал для усилителя. Недостатком этих типов преобразователей является их чувствительность к из менениям температуры. Для решения этой проблемы может быть добавлен второй терморезистор, чтобы корректировать результаты измерения в зависимости от температуры окружающей среды 4. Преобразователь среднеквадратического значения термоэлектрический: схема, принцип действия. Схема квадратичного детектора с термопреобразователями, применяемая в современных электронных вольтметрах, имеет особенности, отличающие ее от обычных измерительных термоэлектрических преобразователей приборов для измерения среднеквадратического значения переменного тока высокой частоты: использование бесконтактных термопреобразователей, у которых нагреватель Н и термопара Т изолированы друг от друга; наличие усилителя постоянного тока (выполненного по схеме с конвертированием на микроэлементах); введение термопреобразователя в цепь отрицательной обратной связи УПТ, что линеаризует зависимость выходного тока детектора от среднеквадратического значения напряжения на его входе                При измерении    среднеквадратического значения напряжения сложной формы, постоянная составляющая которого отлична от нуля, необходимо применять детектор с параболической                характеристикой без линейного члена, т.е. характеристикой вида i = βu2, и открытым входом. Следует иметь в виду, что: только квадратичный детектор позволяет измерять среднеквадратическое значение напряжения сложной формы. В качестве примеров вольтметров с квадратичными детекторами можно назвать приборы ВЗ-28, ВЗ-40, ВЗ-42, ВЗ-45, ВЗ-48 и др. 5. Преобразователь средневыпрямленного значения: схема, принцип действия. Детектор средневыпрямленного значения — это преобразователь переменного напряжения в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению измеряемого напряжения. Часто подобный преобразователь представляет собой двухполупериодный выпрямитель, сочетаемый с магнитоэлектрическим усредняющим измерительным прибором. Наиболее распространены мостовые схемы. Примеры детекторов средневыпрямленного значения Такие схемы детекторов средневыпрямленного значения выполняют свое назначение только при выпрямлении напряжений, размер которых достаточен для работы на линейном участке вольт-амперной характеристики диода. Детектор, работающий в этом режиме, обычно называют линейным. При малых напряжениях, когда используется начальный участок характеристики, детектирование получается квадратичным. В качестве примеров вольтметров с детекторами средневыпрямленного значения можно указать приборы ВЗ-ЮА, ВЗ-28, содержащие все три вида детекторов, ВЗ-44, вольтметр в генераторе звуковой частоты ГЗ-36 и др. 5. Преобразователь средневыпрямленного значения: схема, принцип действия. Принцип действия заключается в преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов, измеряемую цифровым частотомером. Одна из простейших схем такого вольтметра (рис. 1, а) работает следующим образом. Измеряемое напряжение Uхпоступает на вход интегратора, и конденсатор С заряжается по закону Рис. 1. Цифровой вольтметр с частотным преобразованием. Через интервал времени Т1(рис. 1, б) напряжение на конденсаторе достигнет значения образцового напряжения, получаемого от источника ИОН: (1) В этот момент сравнивающее устройство СУ включает формирующее устройство ФУ, вырабатывающее отрицательный импульс обратной связи с постоянной площадью, равной произведению U о. с. T2. Этот импульс поступает через резистор R2на вход интегратора и разряжает конденсатор С до нуля. Время разряда равно Т2. Далее процесс повторяется с периодом Тх= T1 + T2, или частотой fx=1 / Тх. Процесс разряда конденсатора можно записать так: (2) Приравняв результат интегрирования (2) напряжению из формулы (2), получаем измеряемое напряжение где коэффициент k = R1T2Uо. с./R2— постоянная величина для данного вольтметра; частота fxизмеряется электронным счетчиком ЭСч1. Погрешность преобразования напряжения в частоту определяется точностью номиналов и стабильностью сопротивлений резисторов R1и R2, нестабильностью образцового напряжения и порога срабатывания сравнивающего устройства, а также возможным дрейфом нуля интегратора и нестабильностью площади импульсов обратной связи. Общая погрешность составляет в современных вольтметрах 0,1 %. Для увеличения помехоустойчивости импульсы частоты fxпропускаются через электронный ключ ЭК в течение известного интервала времени ΔТобрзадаваемого генератором образцового интервала времени ГОИВ. С помощью второго электронного счетчика ЭСч2 число прошедших импульсов N = fxΔТобр фиксируется и отображается на цифровом индикаторе в единицах напряжения Ux. Интервал ΔТобр выбирается равным периоду помехи Тп , которая, усредняясь, ослабляется. Главным источником помехи является питающая сеть, поэтому ΔТобр = 20 мс. 7. Цифровой вольтметр с кодо-импульсным преобразованием: структурная схема, принцип действия. В ЦВ с кодоимпульсным преобразованием происходит последовательное сравнение значений измеряемой величины с рядом дискретных значений известной величины, изменяющейся по определенному закону. Цифровой вольтметр с кодоимпульсным преобразованием называют еще вольтметром поразрядного кодирования. В кодоимпульсных цифровых вольтметрах (в вольтметрах с поразрядным уравновешиванием) реализуется принцип компенсационного метода измерения напряжения. Упрощенная структурная схема такого вольтметра представлена на рис. 8.12. Измеряемое напряжение U‘x, полученное с входного устройства, сравнивается ,с компенсирующим напряжением Uк вырабатываемым прецизионным делителем и источником опорного напряжения. Компенсирующее напряжение имеет несколько уровней, квантованных в соответствии с двоично-десятичной системой счисления. Например, двухразрядный цифровой вольтметр, предназначенный для измерения напряжений до 100 В, может включать следующие уровни напряжений: 80,40,20, 10, 8,4,2,1 В. Сравнение, измеряемого U‘x и компенсирующего Uк напряжений производится последовательно по командам управляющего устройства. Процесс сравнения напряжений показан на рис. 8.13. Управляющие импульсыUy через определенные интервалы времени переключают сопротивления прецизи онного делителя таким образом, что на выходе делителя последовательно возникают значения напряжения: 80, 40, 20, 10, 8, 4, 2, 1 В; одновременно к соответствующему выходу прецизионного делителя подключается устройство сравнения. Если Uк > U'x, то с устройства сравнения поступает сигнал Uср на отключение в делителе соответствующего звена, так, чтобы снять сигнал Uк . Если Uк  < U'х ,'то сигнал с устройства сравнения не поступает. После окончания процесса сравнения полученный сигнал Uкод положения ключей прецизион-ного делителя и является тем кодом, который считывается цифровым отсчет-ным устройством. 8.12. Упрощенная структурная схема кодоимпульсного вольтметра   На рис. 8.13 для наглядности показан процесс кодирования аналогового напряжения с амплитудой 63 В, из которого видно, что код, соответствующий этому сигналу, будет 01100011. Процесс  измерения напряжения в кодоимпульсном приборе напоминает взвешивание на весах, поэтому приборы иногда зазывают поразрядно-уравновешивающими. Точность кодоимпульсного прибора зависит от стабильности опорного напряжения, точности изготовления делителя, порога срабатывания сравнивающего устройства. Для создания нормальной помехозащищенности (60…70 дБ) на входе приборов ставится помехоподавляющий фильтр. В целом такой цифровой прибор  обладает хорошими техническими характеристиками и используется как лабораторный. Первые цифровые приборы создавались по методу взвешивания, но сейчас более широкое распространение получили приборы вре-мяимпульсного типа. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ ПОРАЗРЯДНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ (метод взвешивания). Сущность метода взвешивания заключается в последовательном сравнении измеряемого значения напряжения с рядом образцовых напряжений, размеры которых различаются по определенному закону, например по закону последовательного расположения разрядов в двоичной системе счисления. Любое число N можно представить в виде где m — основание системы счисления; ai — разрядный коэффициент; i — номер разряда;n — количество разрядов числа N. Для формальной записи числа используют только разрядные коэффициенты, т.е. N → an-1 an-2 ...an-k...a1a0 Число N определено, если определены все разрядные коэффициенты ai. Эта задача при измерении напряжений и решается методом взвешивания. Известно несколько вариантов осуществления метода взвешивания. Схема цифрового вольтметра с поразрядным кодированием Измеряемое напряжение подается через входное устройство на один вход схемы сравнения (нуль-органа), ко второму входу которого подводятся напряжения из блока образцовых напряжений. Схема управления, задающая принудительный ритм работы, посылает в блок образцовых напряжений тактовые импульсы, с помощью которых последовательно подключаются образцовые напряжения, соответствующие разрядам кода. Подключение начинается со старшего разряда. В схеме сравнения измеряемое напряжение сравнивается с образцовым напряжением (суммой образцовых напряжений Uобр). Это сравнение заключается в вычитании Uобр  из Uизм. Если Uобр <� Uизм («мало»), т.е. разность Uизм — Uобр > 0, то выходное напряжение схемы сравнения не оказывает воздействия на схему управления. Последняя работает обычным образом и в следующий очередной такт выдает тактовый импульс, подключающий к предыдущему образцовому напряжению (предыдущей сумме образцовых напряжений) напряжение следующего низшего разряда. Если и после этого Uизм— Uобр > 0 , то схема управления, не реагируя на выходное напряжение схемы сравнения, а следующий такт прибавляет к сумме образцовых напряжений еще одно напряжение — следующего низшего разряда и т. д. В случае же, когда после тактового импульса Uобрстановится больше Uизм («много»), т.е. разность Uизм — Uобр < 0, выходное напряжение схемы сравнения действует на схему управления. Последняя посылает в блок образцовых напряжений импульс, снимающий образцовое напряжение подключенного в данном такте разряда. Таким образом, этот разряд пропускается. Далее в очередной такт подключается напряжение следующего за пропущенным более низкого разряда и т. д. Процесс заканчивается после сравнения измеряемого напряжения с полным набором образцовых напряжений. Образцовые напряжения, оставшиеся включенными к моменту равновесия, дают значение измеряемого напряжения в определенном коде. С помощью схемы вывода информации, в состав которой обычно входит дешифратор, преобразующий данный код в десятичный, число, соответствующее использованному набору образцовых напряжений, передается в устройство цифрового отсчета. Применяемые аналого-цифровые преобразователи дают высокую точность (при стабильных источниках питания) и позволяют получить высокое быстродействие (при использовании быстродействующих коммутаторов и других элементов в схеме управления). Имеются схемы вольтметров поразрядного уравновешивания, выполненные полностью на элементах микроэлектронной техники.   1   2   3   4   5   6   7