R,L,C 272-308 (Раздаточные материалы)
Описание файла
Файл "R,L,C 272-308" внутри архива находится в папке "Раздаточные материалы". Документ из архива "Раздаточные материалы", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "испытания радиоэлектронных систем" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "испытания радиоэлектронных систем" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "R,L,C 272-308"
Текст из документа "R,L,C 272-308"
Глава 10
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
10.1. Общие сведения
Радиотехнические цепи, физические размеры которых гораздо меньше рабочей длины волны, называют цепями с сосредоточенными параметрами. Свойства таких цепей практически не зависят от конфигурации выводов (электродов) активных и пассивных элементов и размеров соединительных проводов. Радиотехнические цепи, физические размеры которых соизмеримы с рабочей длиной волны колебаний, относятся к цепям с распределенными параметрами. Каждый элемент или соединительный провод этой цепи обладает сопротивлением (активными, т.е. невозвратимыми, потерями мощности), индуктивностью и емкостью. Подобные цепи называют длинными линиями или СВЧ-трактами.
Элементы радиотехнической цепи можно соединить в двухполюсники и четырехполюсники. Двухполюсник (одиночный элемент или сложная электрическая цепь) имеет два вывода — полюса; четырехполюсник — пару входных и пару выходных выводов — четыре полюса.
В электрических цепях с сосредоточенными параметрами широко применяют линейные компоненты общего назначения: резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. При определенных допущениях эти элементы рассматривают как линейные пассивные двухполюсники, характеризуемые некими идеальными параметрами — сопротивлением R (величина, обратная сопротивлению — проводимость Y), индуктивностью L, емкостью С.
При измерениях не всегда удается определить значение того или иного параметра, соответствующее идеальному виду элемента. Несовершенство конструкции и характеристик применяемых материалов является причиной появления паразитных параметров элементов. Так, наряду с главным параметром резистора — активным сопротивлением, он имеет и определенную индуктивность; катушка индуктивности, обладая индуктивностью, имеет паразитную емкость и активное сопротивление (сопротивление потерь) и т.д.
С учетом паразитных параметров резистор, конденсатор или катушку индуктивности можно соответственно характеризовать некоторым эффективным значением сопротивления, емкости, индуктивности, которые зависят от частоты протекающих по ним токов. Поэтому эффективные параметры компонентов необходимо измерять на рабочих частотах, если их влиянием на результат измерения нельзя пренебречь. Необходимо еще знать и ряд вторичных параметров этих элементов, например: добротность Q катушки индуктивности, тангенс угла потерь δ конденсатора, характеристическое сопротивление ρ контура, что позволяет более точно определять измеряемые параметры.
Параметрами длинных линий, по аналогии с цепями с сосредоточенными постоянными, являются погонные активное сопротивление, индуктивность и емкость. Однако в отличие от цепей с сосредоточенными постоянными, эти параметры не имеют такого четкого физического смысла и поэтому их не измеряют. В то же время элементы СВЧ-трактов служат аналогами двух- и четырехполюсников, из которых состоят цепи с сосредоточенными постоянными. Эта аналогия позволяет рассматривать параметры СВЧ-трактов как параметры двух- и четырехполюсников.
10.2. Измерение активных сопротивлений
Значения измеряемых активных сопротивлений лежат в пределах от 10-8 до 1010 Ом. Измеряют активное сопротивление как на постоянном, так и на переменном токе. Активное сопротивление на переменном токе целесообразно измерять в цепях, где есть потери при перемагничивании (цепи со стальными сердечниками: катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы). Измерение активного сопротивления проводят чаще.
Среди промышленных методов измерения активных сопротивлений на постоянном токе можно выделить следующие: основанные на использовании амперметра или вольтметра, логометрические, мостовые.
Измерение методом амперметра и вольтметра
Измерение методом амперметра и вольтметра сводится к определению тока или напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома. Метод можно использовать для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и емкости. На рис. 10.1 показана структурная реализация этих методов при измерениях активного сопротивления. Измерение активных сопротивлений проводят на постоянном токе, при этом включать резистор Rx в измерительную цепь можно по двум схемам.
Рис. 10.1. Измерение активных сопротивлений методом: а — амперметра; б — вольтметра
В схеме с амперметром (рис. 10.1, а) отклонение показаний миллиамперметра пропорционально току
и обратно пропорционально измеряемому сопротивлению Rx. По такой схеме измеряют достаточно большие сопротивления (от 1 Ом до 200 МОм). Перед измерениями зажимы х замыкают ключом Кл (тем самым закорачивают резистор Rx) и переменным резистором Rдоб устанавливают такой ток, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу, что соответствует точке 0 Ом.
Для измерения небольших сопротивлений (0,01... 100 Ом) используют схему с вольтметром (рис. 10.1, б). Показания вольтметра определяют по формуле:
при условии, что Rдоб >> Rx, U ≈ ERX/Rдоб, т.е. имеет место прямая зависимость напряжения (показания вольтметра) от измеряемого сопротивления Rx. Перед измерением стрелку на приборе совмещают с отметкой « ∞» при разомкнутых зажимах х.
Обе схемы приводят к методическим погрешностям измерения ΔRх, зависящим от внутренних сопротивлений приборов. Очевидно, что в схеме, изображенной на рис. 10.1, а, методическая погрешность измерения тем меньше, чем меньше внутреннее сопротивление амперметра (при RА → 0, ΔRх → 0), а в схеме, показанной на рис. 10.1, б, эта погрешность тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление вольтметра (при RV → ∞, ΔRх → 0). Итак, схемой, показанной на рис. 10.1, а, следует пользоваться для измерения больших сопротивлений, а схемой, показанной на рис. 10.1, б, — для измерения малых сопротивлений. Точность обоих методов невысока — погрешность измерения составляет 1,5...2 %.
Измерение с помощью логометра
Уменьшить влияние источника питания Е на точность измерения активных сопротивлений позволяет применение магнитоэлектрического прибора — логометра, встречающегося в лабораторной измерительной практике. Устройство и схема включения магнитоэлектрического логометра представлены на рис. 10.2.
Логометр содержит две жестко скрепленных между собой рамки, помещенные в неравномерное поле постоянного магнита (рис. 10.2, а), которое реализуется за счет специальной конфигурации полюсных наконечников. Неравномерным поле создают для того, чтобы вращающие моменты, приложенные к рамкам, зависели не только от токов, протекающих в рамках, но и от положения рамок в магнитном поле, т.е. М1 = ψ1(α)I1; . М2 = ψ2(α)Ix, где I1, Ix — токи, протекающие в рамках; ψ1(α), ψ2(α) — значения
Рис. 10.2. Магнитоэлектрический логометр:
а — устройство; 6 — схема включения
потокосцеплений магнитов с их рамками. Положение равновесия наступит при М1 = М2, ψ1(α)I1 = ψ2(α)Ix и, следовательно, угол отклонения подвижной системы определится как
Для схемы, приведенной на рис. 10.2, б,
где Rp — сопротивление рамок; R0 — образцовое сопротивление. Итак согласно (10.4), показания логометра не зависят от колебания напряжения питания. Зависимость показаний от Rx позволяет создавать лабораторные логометры с погрешностью измерений, не превышающей 0,5 %. Нечувствительность логометра к колебаниям напряжения питания позволила также разработать класс приборов, питающихся от генераторов, ротор которых вращают вручную и еще иногда использующиеся для определения сопротивления изоляции телефонных сетей и на производстве.
Электронные омметры
Электронные омметры аналогового типа выполняют на основе инвертирующего усилителя на ОУ, охваченного отрицательной обратной связью с помощью измеряемого сопротивления Rx (рис. 10.3). Напряжение на выходе усилителя омметра нетрудно вычислить по формуле:
Рис. 10.3. Схема электронного омметра
Поскольку выходное напряжение в схеме линейно связано с измеряемым сопротивлением Rx, то шкала прибора может быть проградуирована непосредственно в единицах сопротивления. Шкала получается равномерной в широких пределах и практически не зависит от внешних (навесных) элементов усилителя. Погрешности измерения электронных омметров значительные — 2.. .4 %.
В приборах для измерения особо больших активных сопротивлений (тераомметрах) сопротивления Rx и R1, меняют местами, при этом шкала измерительного прибора получается обратной и напряжение
Погрешность измерения сопротивлений тераомметрами достигает 10 %.
Электронные измерители сопротивлений, построенные по приведенным схемам, используют для измерения сопротивлений и на переменном токе.
10.3. Мостовые измерители параметров элементов
Для измерения параметров элементов цепей методом сравнения применяют мосты. Сравнение измеряемой величины (сопротивления, индуктивности, емкости) с образцовой мерой при помощи моста в процессе измерения осуществляют вручную или автоматически, на постоянном или переменном токе. Мостовые схемы обладают высокой чувствительностью, большой точностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров элементов. На основе мостовых методов строят средства измерения, предназначенные как для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные аналоговые и цифровые приборы.
Рис. 10.4. Схемы четырехплечих мостов:
а — обобщенная; б — для измерения активных сопротивлений;