Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Общее число этих импульсов г„р+ а Л1 н 2Т Т,, 2Т 360' Во втором полуцикле счетчик вычитает импульсы, которые на него поступают. Число вычитаемых импульсов Л7 ~~~ а1з ~но (8.15) 2Т Т„2Т„360' За цикл измерений счетчик подсчитывает число импульсов: )111 )1Т2 (8.16) 2Тг При выбранном отношении 1„((2Т„)=36.10" число й( соответствует величине <р в градусах (или в долях градуса)-.
Показания счетчика не зависят от частоты исследуемых напряжений. Действительно, в формулу (8.16) период исследуемых на- пряжений не входит. Эта схема, подобно приведенной на рис 8.8, а, обеспечивает существенное уменьшение случайных погрешностей, а также устраняет погрешность за счет неидентичности каналов фазометра. Рассмотрим работу структурной схемы (рис. 8.9, а) в.том случае, когда формирующие устройства не идентичны и имеют разный порог срабатывания.
Предположим, что в верхнем формирующем устройстве импульсы создаются в моменты перехода напряжения через нуль, а в нижнем — при переходе через уроненная (рис. 8.9, б). Это значит, что импульсы с нижнего формирующего устройства поступят на триггер с дополнительной задержкой на время бй В течение первого полуцикла на выходе триггера формируются импульсы с длителыюстью м1= — (р+а+йср), ° Т (8.17) где Л<р — систематическая погрешность измерения фазового сдвига, обусловленная временем бй При втором полуцикле формируются импульсы с длительностью Мз= — (а+й р).
Т (8.18) 360' Количество счетных импульсов при первом н втором полуциклах г,, у+а+ йч 2Т 360' (8.19) а+ йч лги =в 2Т„360' За цикл измерений, учитывая реверсивность счетчика, будет подсчитано число импульсов Л'=№ — №= — ' —. ги г 2Тг 360 Систематическая погрешность Ьр исключается при вычитании им- пульсов. $ 8.5. Измерение фазового сдвига с преобразованием частоты 172 Для расширения частотного диапазона фазометров применяют' преобразование частоты исследуемых колебаний. Основным является гетеродинное преобразование частоты, позволяющее свести измерение фазового сдвига колебаний практически любых частот к измерению фазового сдвига на фиксированной промежуточной частоте.
При измерении малых фазовых сдвигов применяют умножение частоты. Прп атом фазовый сдвиг увеличивается во столько же раз, во сколько и частота. Это повышает точность измерений. Фазометр с гетеродинным преобразованием частоты. Структур- ная схема его приведена на рис. 8.10. Исследуемые напряжения ' а, и ит преобразуют по частоте с помощью смесителей, на которые подают напряжение и, от общего гетеродина. Избирательные усилители выделяют напряжения и,' и ит' промежуточной частоты („а=1 — )г. Фазовый сдвиг междУ этими напРЯжениЯми измеРЯют низкочастотным фазометром.
Если оба канала схемы идентичны, фазовые соотношения между исследуемыми напряжениями при преобразовании частоты сохраняются. В этом случае фазовый Рис. 8.10. ч ааометр с гетерохвнвым преобрааова- пвем частоты сдвиг между напряжениями и~' н ит' равен фазовому сдвигу меж.ду исследуемыми напряжениями. Погрешность измерений связана с неидентичностью каналов и погрешностью низкочастотного фаэометра. В случае необходимости преобразование частоты может быть многократным. Измерение малых фазовых сдвигов. В этом случае целесообразно дополнить измерительную схему умножителями частоты. Умножение частоты в и раз можно получить, если выделить на выходе умножителя (нелинейного элемента) и-ю гармонику исследуемого колебания.
Напряжение (),з(п(ы(+ф) преобразуют в колебание с)1'з(пХ Х (лом'+лф). Такое же преобразование выполняют н для второго напряжения. Фазовый сдвиг между п-ми гармониками равен тир. Схема измерений подобна изображенной на рис. 8.10, но вместо смесителей включают умножители частоты, а гетеродин отсутствует.
При измерении фазового сдвига указанным способом сталкиваются с погрешностями, называемыми шумами умножения. Сторонние шумы, поступающие вместе с исследуемыми напряжениями, а также йестабильность гараметров входных устройств приводят к тому, что фаза каждого из исследуемых напряжений получает небольшие случайные отклонения. При умножении ча- 173 стоты интенсивность флуктуаций фазы возрастает. Чем больше номер гармоники, выделяемой на выходе умножителя, тем больше интенсивность флуктуаций фазы, а следовательно, и погрешность измерений. Глава 9 ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ $9.1. Общие вопросы измерений Несмотря на ограниченное црактическое применение такой характеристики сигналов, как напряжение, вольтметры Являются одним из наиболее распространенных типов приборов.
Рассмотрим основные разновидности этой характеристики, подлежащие измерению Напряжение между точками А и В есть скалярная величина, определяемая выражением в пАВ где Š— напряженность электрического поля. Применяемые в радиотехнике сигналы представляют собой сложные функции времени. Следовательно, напряжение, определяемое соотношением' (9.1), также будет зависеть от времени Поэтому необходимо установить такие значения напряжения, которые являлись бы характеристикой сигнала любой формы. Рассмотрим. измерение основных значений переменных напряжений; среднеквадратического (действующего), пикового (амплитудного) и среднего.
Среднехвадрагимеское (действующее) знамение — зто средне- квадратическое из всех мгновенных значений напряжения за время накопления (или за период при периодическом законе изменения напряжения): г Ц вЂ” и — ~ пз(г) Щ. 1 Т, 6 Время накопления Т определяется постоянной времени наиболее инерционного звена прибора. Пиковое знамение (амплитудное для гармонических сигналов) — наибольшее абсолютное значение измеряемого напряжения за время накоплении (или за период). В общем случае пиковое напряжение может быть различным при положительной и отрицательной полярностях.
Среднее значение (постоянная составляющая) — среднеарифметическое мгновенных значений за время накопления (за период): и, = — ~ и(У)гИ. 1 т О Различают также среднеаыпрямленное значение напряжения— среднеарифметическое из абсолютных мгновенных значений: и р ~ и (() 1 ~И (9.4) Для напряжения одной полярности — среднее н средневыпрямденное значения — равны. Для разнополяриых напряжений этн два значении могут существенно отличаться друг от друга. Так, для гармонического напряжения и,р — — О, и,р,— — 0,637(/ . Между пиковым, действующим и средневыпрямленным значепиями напряжения определенной формы может быть-установлена связь, характеризуемая коэффициентами амплитуды А, и формы йэ.. й,— — (3„~их, ага — — и,/и, .
(9.5) '9 9.2. Построение электронных вольтметров .аналогового типа Вольтметры выполняют на основе методов сравнения и прямого действия. К первому относятся приборы компенсационного типа (см. гл. 3), выполняемые по схеме на рис. 1.2, б. Большинство электронных вольтметров построено по второму методу приборов прямого действия, т. е. в соответствии с обобщенной схемой на рис. 1.2, а. Основным узлом схемы является преобразователь— обычно нечинейный элемент.
Для их построения широко применязот полупроводниковые приборы, реже электронные лампы. Применение полупроводниковых элементов основано на наличии не.линейной зависимости между приложенным напряжением и протекающим током. При электронных лампах это зависимость между анодным током и напряжением на сетке. Вследствие нелинейности характеристики элемента протекающий ток содержит составляющие частот, кратных частоте измеряемого напряжения, а также постоянную составляющую, содержащую информацию о значении измеряемой величины. Технически наиболее удобно выделить постоянную составляющую тока (или напряжения), значение которой связано функциональной зависимостью с измеряемым 'напряжением и которая может служить сигналом измерительной информации.
Сигнал измерительной информации усиливают и затем измеряют. В этом случае основные операции, выполняемые схемой вольтметра, следующие; преобразование измеряемого напряжения с помощью нелинейного устройства и выделение посто:янной составляющей, усиление этой составляющей (при необходи- 175 где аз=сонэ(. На отдельных участках характеристики элемента нелинейная зависимость может быть более простой, например квадратичной или линейной. Такая зависимость имеет место для измеряемого напряжения, ограниченного по величине, т.
е. для определенного интервала значений измеряемого напряжения. Прн построении вольтметров наиболее распространены нелинейные элементы с характеристиками следующих типов 1, Нелинейный элемент с квадратичной характеристикой )=а,и+а,и'. (9.7) При гармоническом входном напряжении постоянная составляющая тока, протекающего через нелинейный элемент, пропорциональна квадрату действующего значения напряжения: 1 ч 1= — а,(1„=а,и„. 2 (9.8) Поэтому нелинейное устройство с квадратичной характеристикой целесообразно применять в приборах для измерения действующего значения напряжения.
Квадратичную зависимость можно получить, например, при работе диода на начальном участке вольт-амперной характеристики, т. е. при малых измеряемых напряжениях. Расширить квадратичный участок характеристики можно с помощью диодных цепей (рис. 9.1). Квадратичная характеристика получается как кусочно- линейная или кусочно-гладкая аппроксимация параболической кривой (рис. 9.1, а). Параболическая кривая как бы разбивается на ряд участков 1 — д, на каждом из которых имеет место аппроксимация параболы квадратичным участком характеристики диода (или линейным участком). Каждая ячейка цепи состоит нз диода и делителя на двух сопротивлениях (рис. 9.1, б), с помощью которого иа диоде создается напряжение смещения. Учитывая, что прямое сопротивление диода Й,р-+-О, а обратное Л,е-эоо, можно считать, что ток через диод не протекает, пока подводимое напряжение меньше напряжения смещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
