62744 (Приборы для радиоизмерения)

_{Московский} Государственный Технический Университет

Гражданской Авиации

Кафедра теоретической радиотехники

Контрольная работа

по дисциплине "Радиоизмерения"

студента 3 курса заочного факультета

Табуреткина Ивана Ивановича

Специальность XXXXXX

Шифр: XXXXXX

Адрес: город N.

Москва 2009

План

1. Высокочастотные амперметры: схемы, принцип действия, погрешности

1.1 Особенности измерения токов высоких частот

2. Характеристика основных видов разверток и синхронизация в универсальном электронно-лучевом осциллографе

2.1 Генераторы непрерывной развёртки

2.2 Синхронизация частоты генераторов непрерывной развертки

2.3 Генераторы ждущей развертки

3. Электронно-счетный частотомер при измерении частоты СВЧ сигналов: схема, принцип действия, погрешности

4. Цифровые измерители сопротивления, индуктивности, емкости: схемы, принцип действия.

5. Аналоговые измерители спектральной плотности мощности случайного сигнала (метод фильтрации, по корреляционной функции): схемы, принцип действия

5.1 Краткие технические данные анализатора спектра С4-27 и его структурная схема

Литература, используемая при подготовке к выполнению контрольной работы

1. Высокочастотные амперметры: схемы, принцип действия, погрешности

1.1 Особенности измерения токов высоких частот

При настройке и контроле режима антенных и других колебательных систем радиотехнических устройств возникает необходимость в измерении токов высоких частот. Электромагнитные и электродинамические приборы непригодны для этой цели из-за больших значений индуктивностей катушек и входных емкостей. Ограниченно используются и выпрямительные приборы, обладающие значительной входной емкостью. Наибольшее применение для измерения токов в широком диапазоне высоких и низких частот получили термоэлектрические приборы.

Эквивалентные схемы высокочастотной цепи при двух возможных вариантах включения в нее амперметра (миллиамперметра) показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Варианты включения амперметра.

Амперметр представляет для этой цепи комплексное сопротивление, состоящее из активного сопротивления R_а и индуктивности L_a рабочей части прибора, емкости С₂ между входными зажимами и емкостей С₁ и С₃ входных зажимов по отношению к корпусу. Поэтому включение амперметра приводит к изменению тока в цепи, размер и характер которого зависят от частоты тока. Кроме того, часть протекающего в цепи тока ответвляется через шунтирующие емкости С₁, С₂ и С₃. Следовательно, ток I₁ в цепи источника, ток I₂, измеряемый прибором, и ток I₃, протекающий через нагрузку Z, будут различны (для схемы на рисунке - I₁ > I₂ > I₃). Поскольку соотношения между этими токами зависят от частоты, то возникает дополнительная частотная погрешность, возрастающая с повышением частоты. Даже в лучших приборах при частотах выше 100 МГц погрешность становится недопустимо большой.

Для получения достаточно высокой точности измерений необходимо, чтобы полное сопротивление прибора было значительно меньше сопротивления исследуемой цепи и носило по возможности активный характер. Это легче достигается при малых размерах измерительного механизма и удалении его от массивных металлических масс.

Влияние прибора на режим цепи можно уменьшить включением его в точки цепи с наименьшим высокочастотным потенциалом относительно корпуса (земли) (рисунок 1, б). В этом случае емкость С₃ оказывается замкнутой накоротко, а ответвление тока через емкости С₁ и С₂ уменьшается и не ведет к шунтированию нагрузки Z.

Правильное включение приборов для измерения высокочастотных токов показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Правильное включение приборов для измерения ВЧ токов.

Амперметр А измеряет контурный ток. В индуктивную ветвь контура, например в точке 1, его включать нельзя, так как результат измерений будет искажен прохождением через прибор постоянной составляющей I анодного тока. Нежелательно включать амперметр и в точке 2, так как емкость прибора относительно корпуса установки будет вызывать расстройку контура. По указанным выше причинам невозможно включение амперметра и в точке 3 с целью измерения высокочастотной составляющей анодного тока. Для связи миллиамперметра тА1 с анодной цепью используется (обычно в мощных передатчиках) измерительный трансформатор тока Тр. Миллиамперметр тА2 входит в состав термовольтметра, измеряющего переменную составляющую анодного напряжения.

Выключение измерительного прибора из колебательной системы (контура, цепи антенны) после настройки последней неизбежно ведет к некоторой расстройке этой системы, изменению режима ее работы. Поэтому часто прибегают к постоянному включению высокочастотных приборов в контролируемые цепи.

2. Характеристика основных видов разверток и синхронизация в универсальном электронно-лучевом осциллографе

Электроннолучевые осциллографы выполняются по самым разнообразным схемам, различающимся по компоновке и системе управления, степени универсальности и сложности.

Рисунок 3. Функциональная схема простейшего осциллографа.

На рисунке 3 представлена функциональная схема простейшего осциллографа, предназначенного для воспроизведения на экране кривых периодических колебаний, подводимых к входу У. Помимо блока питания и ЭЛТ, осциллограф содержит усилитель с несимметричным выходом и генератор непрерывной развертки. Усилитель вертикального отклонения (канала Y) обеспечивает возможность исследования слабых колебаний. Сильные входные сигналы ослабляются с помощью входного потенциометра R; последний используется также для плавной регулировки размаха (по вертикали) наблюдаемой осциллограммы. Генератор непрерывной развертки вырабатывает напряжение пилообразной формы, которое периодически воздействует на отклоняющие пластины XI, Х2 и заставляет электронный луч перемещаться с постоянной скоростью в горизонтальном направлении, развертывая на экране во времени кривую напряжения, подводимого к пластинам Yl, Y2. Стабилизация частоты повторения пилообразного напряжения на требуемом уровне достигается воздействием на генератор синхронизирующего напряжения, в качестве которого может быть использован сам исследуемый сигнал, подводимый, например, от усилителя канала У. Если амплитуда пилообразного напряжения оказывается недостаточной для развертки изображения в пределах ширины экрана, то на выходе генератора включается широкополосный усилитель.

Большинство осциллографов широкого применения являются универсальными - они позволяют проводить исследование и измерение параметров как непрерывных периодических процессов, так и импульсных сигналов. Функциональная схема универсального осциллографа приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Функциональная схема универсального осциллографа.

Исследуемое напряжение подводится к входу Y, при необходимости ослабляется калиброванным входным делителем напряжения. Усилитель вертикального отклонения с плавно регулируемым коэффициентом усиления имеет симметричный выход на отклоняющие пластины Yl, Y2. Амплитуда входного сигнала может быть измерена посредством сравнения ее с известной амплитудой калибровочного сигнала частоты 50 Гц, выдаваемого калибратором амплитуды. Усилитель с симметричным выходом используется и в канале горизонтального отклонения X.

Основной особенностью универсального осциллографа является наличие в нем, помимо генератора непрерывной развертки (ЯР), генератора ждущей развертки (ЖР). Последний позволяет исследовать кратковременные импульсы со сравнительно низкой частотой повторения, которые при непрерывной развертке наблюдаются на экране в виде острых световых всплесков. Режим развертки определяется установкой переключателя ВЗ. Сигнал, используемый для синхронизации частоты генератора HP или запуска генератора ЖР, выбирается переключателем В1 и при необходимости может быть усилен. В режиме ЖР при каждом импульсе запускающего напряжения генератор выдает импульс пилообразного напряжения фиксированной амплитуды и длительности, обеспечивающий развертку импульсного сигнала, проходящего по каналу Y, на значительную часть ширины экрана.

2.1 Генераторы непрерывной развёртки

Генераторы непрерывной развертки являются источниками периодического пилообразного напряжения, регулируемого по частоте повторения в широком диапазоне, с которым должна быть согласована полоса пропускания усилителя вертикального отклонения. Например, если частота генератора может изменяться в пределах от 10 до 50 кГц, то на экране достаточно детально (с числом наблюдаемых периодов не более десяти) могут воспроизводиться кривые колебаний с основной частотой в диапазоне 10-500 кГц, гармонические составляющие которых занимают еще более обширную полосу частот. Амплитуда пилообразного напряжения должна обеспечивать отклонение светового пятна по горизонтали вдоль всего диаметра экрана.

Напряжение пилообразной формы создается в результате периодического процесса заряда-разряда конденсатора. Для автоматического управления этим процессом используются коммутирующие схемы, которые обычно представляют собой различные варианты несимметричных мультивибраторов или триггеров.

2.2 Синхронизация частоты генераторов непрерывной развертки

Рисунок 5 - Изображение формы сигнала на осциллографе.

Условие устойчивости наблюдаемого на экране изображения рисунка, первоначально удовлетворяемое регулировкой частоты f_пл генератора развертки, с течением времени самопроизвольно нарушается вследствие неизбежных колебаний частот f_у и f_пл, обусловленных нестабильностью питающих напряжений, самопрогревом аппаратуры и другими факторами. В результате изображение на экране начинает перемещаться и приходится вновь регулировать частоту f_пл. Чтобы избежать этого, частоту генератора развертки обычно синхронизируют с частотой исследуемого напряжения (или кратной ей частотой).

Сущность процесса синхронизации частот поясняется графиком на рисунке 5 - на экране трубки будет наблюдаться устойчивое изображение одного периода кривой исследуемых колебаний.

При увеличении напряжения синхронизации амплитуда пилообразного напряжения, а с ней и ширина линии развертки на экране уменьшаются. При чрезмерном синхронизирующем напряжении в отдельные моменты времени напряжение U_м может оказаться близким к напряжению Uн; это вызовет искажение формы кривой напряжения развертки, поскольку каждому периоду напряжения U_син будут отвечать два или большее число импульсов пилообразного напряжения различных амплитуд и длительностей.

Если частота автоколебаний генератора в несколько раз меньше частоты /С) Ш, то имеет место синхронизация на субгармониках последней, принцип которой поясняется графиком на рисунке. При увеличении напряжения синхронизации не только уменьшается амплитуда пилообразного напряжения, но также возможно и понижение кратности синхронизации, т.е. отношение частот U_син / U_пл может стать равным двум или даже единице. При малом напряжении U_син амплитуда пилообразного напряжения и кратность синхронизации возрастают, однако синхронизация становится неустойчивой и при небольших колебаниях напряжения U_син возможно скачкообразное изменение кратности синхронизации, а, следовательно, и числа наблюдаемых на экране периодов исследуемого напряжения.

Таким образом, синхронизирующее напряжение систематически в каждый его период или через фиксированное число N периодов прерывает процесс постепенного заряда или разряда времязадающего конденсатора на прямом участке формирования пилообразного напряжения, в результате чего автоматически поддерживается кратность частот U_син и U_пл.

В различных генераторах оптимальное значение напряжения U_син заключено в пределах от десятых долей вольта до десятков вольт.д.ля обеспечения устойчивой синхронизации в осциллографах предусматривают плавную регулировку напряжения U_син, а иногда и возможность его усиления.

Осуществлять синхронизацию рекомендуется в следующем порядке. Сперва напряжение U_син уменьшают входным потенциометром до минимума и регулировкой частоты генератора добиваются получения неподвижного изображения кривой процесса с требуемым числом периодов; затем частоту генератора немного понижают и, постепенно повышая напряжение синхронизации, добиваются устойчивости наблюдаемой кривой.