Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Рассмотрим зависимость между средними значениями напряжения на конденсаторе и резисторе )г. Так через резисторы протекает только при разряде конденсатора С. При заряде это сопротивление шунтировано внутренним сопротивлением диода, напряжение на котором весьма мало, т. е. за период входного напряжения ток через сопротивление протекает в течение времени Т вЂ” т (рис. 9.5, б). Среднее значение тока, протекающего через сопротивление )г при разряде, равно (р=иср/)1.
Поэтому постоянная составляющая напряжения на сопротивлении )г г — ч 1 ( т) па= — ~ и (г)г(г=п о~1 — — ) ° Т Т (9.18) (9.19) 188 Погрешность измерений определяют выражением дг — (про пя)/про — т/ТДля импульсов малой длительности, когда т/Т к,1, можно считать ив и,р. При импульсах большой длительности ошибка может быть значительной. Систематические погрешности Л~ и Лг опреде- ляют в сумме результирующую погрешность при измерении импульсных напряжений. В схеме на рис. 9.3, б возможно измерение амплитуды только положительных импульсов, для отрицательных необходимо обрат. ное включение диода. Схема на рис. 9.6 позволяет измерять амплитуды положительных и отрицательных импульсов.
При измерении положительных импульсов переключатель устанавливается в положение 1. За время импульса конденсаторы С Рис. 9.6. Нелинейное устройст- во пикового вольтметра: 2 — положение пти намерении положительнмн импульсов; 2-- положение при намерении отрипатель- нмн импульсов заряжаются через нелинейный элемент (диод), разряд происходит через сопротивления )ст и 112 за время Т вЂ” т. Постоянная составляющая напряжения на сопротивлении Ж ил=ив(1 — т1Т)=11 0 — т1Т). Напряжение тии равно напряжению импульса, отсчитываемому от среднего значения этого импульсного напряжения.
В положении 2 переключателя напряжение подводится к цепи С)сЯ2С. Постоянная составляющая напряжения на сопротивлении тс в этом случае равна среднему значению импульсного напряжения. Сумма первого и второго измерений равна амплитудному напряжению исследуемых импульсов. Аналогично протекают процессы при измерении отрицательных импульсов. При исследовании радиоимпульсов процессы в схеме протекают так же, как и при измерении видеоимпульсов.
При этом заряд конденсатора происходит только при пололсительных полупериодах несущей частоты. Погрешность Лт (см. равенство (9.17Ц в этом случае может возрасти. При измерении импульсных напряжений йеобходимо иметь в виду, что спектр частот, занимаемый импульсами, бывает широким (Л)ж1Й), особенно спектр радиоимпульсов малой длительности. Составляющие спектра могут находиться в области высоких частот, на которых появляются дополнительные погрешности. При измерении напряжений высокой частоты появляется погрешность, обусловленная влиянием следующих факторов: а) входными емкостями детектора, емкостью и индуктивностью монтажа; наличие этих емкостей приводит к резонансным явлениям; при этом напряжение, приложенное к конденсатору и диоду, не равно измеряемому напряжению, как это имеет место на низких частотах; б) инерционностью носителей заряда; например, время пролета электронов между катодом и анодом электронной лампы мало, но это конечная величина.
На низких частотах приложенное 187 напряжение не меняется за время, в течение которого электроны летят от катода к аноду. На высоких частотах приложенное напряжение изменится за время пролета электронов. При соизмеримости времени пролета электронов и периода измеряемого напряжения появляется дополнительная погрешность измерений. Для уменьшения погрешности первого вида необходимо частоту резонанса входной цепи удалить от диапазона рабочих частот вольтметра и предельно уменьшить длину соединительных проводов.
Для этого нелинейное устройство выполняют в виде отдельного выносного блока, который можно непосредственно подключать в точках, где измеряется напряжение. При этом максимально снижаются емкости и индуктивности соединительных проводников Иногда измеряемое напряжение подается на вход вольтметра через отрезок длинной линии. Следует подчеркнуть, что резонансные процессы во входной цепи приводят к завышению значения измеряемого напряжения. Инерционность электронов ведет к тому, что вольтметр показывает заниженное значение измеряемого напряжения, причем занижение тем больше, чем выше частота.
Время пролета электронов уменьшается при увеличении напряжения между катодом и анодом, т..е. при увеличении напряжения У вЂ” и,. Отсюда следует, что погрешность, обусловленная временем пролета электронов, будет тем меньше, чем больше амплитуда измеряемого напряжения. Погрешности за счет резонанса и инерционности носителей заряда имеют противоположные знаки, и поэтому происходит их частичная (или полная) компенсация.
$9.5. Цифровые вольтметры Цифровые вольтметры (ЦВ) наряду с частотомерами являются наиболее распространенными цифровыми приборами. Общая структурная схема цифрового вольтметра включает предварительный преобразователь измеряемого переменного напряжения в пропорциональное постоянное напряжение, аналого-цифровой преобразователь и цифровое отсчетное устройство (см. гл. 3). Если не учитывать предварительный преобразователь, то основные метрологические свойства (точность, быстродействие, помехозащищенность) цифровых вольтметров определяются способом преобразования измеряемого постоянного напряжения в дискретный сигнал измерительной информации. Поэтому цифровые' вольтметры классифицируются в соответствии с используемым типом аиалого-цифрового преобразователя (АЦП).
Различаются цифровые вольтметры прямого и уравновешивающего преобразования (рис. 9.7). Цифровые вольтметры прямого преобразования более просты по устройству, но имеют меньшую точность. Их делят на приборы с временнйм или частотным промежуточным преобразованием. Среди приборов прямого преобразования выделяют интегрирующие цифровые вольтметры с повышенной помехозащищенностью. В свою очередь, цифровые приборы уравновешивающего преобразования делят на цифровые вольтметры развертывающего Рис.
9.7. Структурные схемы цифровых вольтметров: и — прямого преобразования; б — уравновеганвамыего преобразования (циклического) и следящего преобразования. Для измерения переменного напряжения в структурную схему ЦВ включают предварительный преобразователь. Структурные схемы универсальных ЦВ содержат дополнительно преобразователи тока, сопротивления и других физических величин в пропорциональное напряжение постоянного тока.
ЦВ прямого преобразования. а Функциональная схема ЦВ (рис. +е 9.7, а) включает: входное устройство, схему для определения по- 1 .чярности (знака) напряжения, устройство автоматического выбо- р аг г и ! б ра предела измерения, АЦП„ счетчик импульсов, дешифратор и цифровое отсчетное устройство.
Входное устройство состоит из интегрирующего усилителя и делителя напряжения. Определение рис 98 Определение полярности ивполярности измеряемого напряже- меряемето напряжения ния (рис. 9.8) основано на фиксации последовательности, в которой срабатывают две схемы сравнения при изменении пилообразного напряжения от — Е до +Е. Одна нз схем фиксирует момент (г+ или г ) равенства измеряемого и пилообразного напряжения, а вторая — момент (о равенства пилообразного напряжения нулю. 189 Рассмотрим варианты построения структурных схем ЦВ прямого преобразования. Цифровые вольтметры временнбго (времяимпульсного) преобразования содержат АЦП с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени (см.
гл. 3). Дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид последовательности счетных импульсов, число которых пропорционально квантованной величине одного дискретного отсчета входного напряжения. А и х "ег рема + — г-+ пм ~ "нгг др И л Рис. 9.9. Погрешности измерения цифровых вольтметров: и — иа-еа порога етиствительности схем срааненииг б — ие-ва нелинейности пилообраеного иапременин; в — вффехт нигегрипованих помехи в циФровых волыметрах с частотным преобразованием Погрешность измерений определяется следующими факторами: дискретизацией, нестабильностью частоты счетных импульсов, наличием порога чувствительности у схемы сравнения н нелинейностью пилообразного напряжения, поступающего на схему сравнения.
Возникновение погрешности измерения из-за наличия порога чувствительности (зоны нечувствительности) схемы сравнения рассмотрим на примере ее простейшей реализации (рис. 9.9). Если считать, что равенство сравниваемых напряжений фиксируется в момент времени, когда выходное напряжение схемы получает приращение Лио, то с учетом переходных процессов в цепи диода погрешность преобразования будет равна М. Соответственно погрешность промежуточного преобразования из-за нелинейности пилообразного напряжения (рис. 9.9, б) равна: 190 Рнс. 9.10.
Упрощенная схема цнфро-ана- логового преобразователя: и†реаиетввяая матрица е клычами: б — еке- ма адвай декады ЦАП [мледтеий разряд) ь е ьь ьь т< Р дбм ек е,ь и ф. гь~ иь 14 е ьь ев е;1 ььь ф 191 агй=Ьи/(а а=ои1(г(и,/Ж). Относительная погрешность прибоРов этого типа составлЯет -+-0,05е1е. СУщественным недостатком рассмотренных приборов является их низкая помехозащищенность от внешних помех. Интегрирующие ЦВ временнбго (времянмпульсного) преобразования содержат ЛЦП двойного интегрирования с промежуточным преобразованием аналогового напряжения в интервал времени (см. гл.
3). Дискретный сигнал измерительной информации также имеет вид последовательности импульсов. 1 1 Полная погрешность измерений слагается из погрешностей за счет дискретизации, наличия порога 'чувствительности схемы сравнения, нестабильности частоты следования счетных импульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
