Тема 1.1. Измерение электрического тока и напряжения на низких и высоких частотах (ВЧ)

Электромеханические измерители токов и напряжений, их классификация, устройство и принципы работы. Детекторные преобразователи средневыпрямленных значений.

Термоэлектрические преобразователи и приборы (амперметры на ВЧ). Электронные ВЧ вольтметры среднеквадратических (действующих) и средневыпрямленных значений, амплитудные (ВЧ и СВЧ) вольтметры с пиковыми детекторами на входах. Селективные (избирательные) вольтметры. Универсальные вольтметры. Цифровые вольтметры с разными АЦП.

Методические указания

Все вопросы этой темы достаточно подробно изложены в литературе. Следует обратить внимание на то, что особенности измерителей токов и напряжений на ВЧ связаны с использованием преобразователей переменного тока в постоянный (термоэлектрических в ВЧ-амперметрах и детекторных в вольтметрах) и с необходимостью учитывать на ВЧ влияние паразитных реактивностей элементов преобразователей, которые могут заметно исказить результаты измерений. В электронных вольтметрах для умеренно высоких частот (до 100 МГц) для повышения чувствительности используется широкополосные измерительные усилители, включенные до детектора (при этом детекторы могут быть как среднеквадратическими, так и более простыми средневыпрямленными). В ВЧ и СВЧ-вольтметрах (работающих на частотах до 1 ГГц и выше) с пиковыми (амплитудными) детекторами на входах для повышения чувствительности используют сложные (автокомпенсационные) схемы с цепью обратной связи по постоянному току, охватывающей и сам пиковый детектор. Используя вольтметры с разными видами детекторов для измерения переменных напряжений различной формы (синусоидальной и несинусоидальной) необходимо учитывать особенности градуировки различных вольтметров и уметь использовать коэффициенты амплитуды и формы для разных форм напряжения.

При изучении селективных (избирательных) вольтметров следует учесть их сходство с радиоприемниками двух видов: прямого усиления и супергетеродинных и особенности, связанные с обеспечением селективности.

Литература: [1, п.3.5], [2, гл. 4], [3, п.2.7, 2.8], [4, гл. 9].

Вопросы для самопроверки

1. Как связаны между собой параметры переменного напряжения (тока): пиковое, амплитудное, среднеквадратическое (действующее) и средневыпрямленное значения для разных форм напряжения (тока): гармонической, треугольной, пилообразной, прямоугольной (импульсной)?

2. Как определяются коэффициенты амплитуды и формы и каковы их численные значения для переменного напряжения (тока) различной формы?

3. Какие существуют разновидности схем электронных аналоговых вольтметров для измерения переменных напряжений различной формы в широком диапазоне частот?

4. Какие типы преобразователей переменного напряжения (тока) в постоянное используются в высокочастотных амперметрах и электронных вольтметрах?

5. Каковы источники дополнительных погрешностей измерения высокочастотных амперметров и электронных вольтметров на высоких частотах и для различных величин измеряемых напряжений (токов)?

6. Какие требования предъявляются к входным цепям высокочастотных амперметров и вольтметров?

7. Каковы особенности схем построения высокочувствительных и широкополосных электронных вольтметров?

8. Каковы особенности схем построения селективных (избирательных) вольтметров, как обеспечивается их селективность?

9. Каковы возможности реализации универсальных вольтметров (приборов аналоговых и цифровых), в чем особенности их схем построения?

Тема 1.2. Наблюдение формы высокочастотных сигналов электронными осциллографами

Скоростные электронные осциллографы с отклоняющими системами бегущей волны. Стробоскопические осциллографы. Запоминающие осциллографы на специальных ЗЭЛТ. Цифровые электронные осциллографы.

Методические указания

Так как осциллографы являются в настоящее время одними из наиболее распространенных и удобных измерительных приборов, подробному изучению из устройства и возможности применения на высоких частотах необходимо уделить большое внимание. Исходя из задачи получения на экране осциллографа неискаженного и неподвижного изображения, нужно четко уяснить необходимость линейной развертки и синхронизации её исследуемым сигналам, а также необходимость ждущей развертки для наблюдения импульсных сигналов. По имеющейся литературе нужно ознакомиться со всеми разновидностями осциллографов (скоростных, стробоскопических, запоминающих) и особенностями их применения, обратить внимание на новое поколение цифровых осциллографов, в которых используются узлы, типичные для вычислительных устройств, и имеются дополнительные широкие возможности для обработки сигналов.

Литература: [1, гл. 4], [2, гл.6], [4, гл.6 ].

Вопросы для самопроверки

1. Чем определяется высокочастотный предел применимости электронно-лучевой трубки?

2. Каким образом расширяется полоса частот в скоростных осциллографах, как устроены отклоняющие системы бегущей волны?

3. В чем заключается метод стробоскопического осциллографирования?

4. Какими способами можно измерить амплитуду напряжения при помощи осциллографа? Какова погрешность измерения при этом?

5. В каких случаях надо применять ждущую развертку?

6. В каких случаях используется внешняя синхронизация?

7. Какие методы применяют при одновременном наблюдении нескольких сигналов?

8. В чем особенности запоминающих осциллографов?

9. Каковы особенности схем построения и работы цифровых осциллографов? Каковы их возможности?

Тема 1.3. Измерительные генераторы

Генераторы гармонических колебаний низких частот (RC) и генераторы колебаний сложной формы. Генераторы гармонических колебаний высоких частот (LC) с модуляцией (АМ и ЧМ). Генераторы с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты (синтезаторы частот). Измерительные генераторы импульсных колебаний. Генераторы шумовых (случайных) сигналов. Физические источники шума.

Выходные цепи измерительных генераторов (аттенюаторы).

Методические указания

Следует отметить, что при определенном сходстве структурных схем и наличии общих элементов у измерительных генераторов различных типов (например, выходных аттенюаторов и т.д.) в них используются существенно различные принципы и схемы формирования исходных колебаний, усиления и модуляции в зависимости от заданной формы (синусоидальные, импульсные или шумовые), диапазона частот и других факторов. Необходимо уяснить особенности схем построения синтезаторов частот.

Литература: [1, п.6.2], [2, гл.5], [3, п.7.7.6 ], [4, гл.5].

Вопросы для самопроверки

1. Какова общая структурная схема измерительного генератора и его основные характеристики?

2. Какие схемы используются для построения задающих генераторов низких и инфранизких частот?

3. В чём состоят особенности построения генераторов сигналов и генераторов стандартных сигналов синусоидальной формы?

4. Каковы особенности построения измерительных генераторов ВЧ и СВЧ диапазонов?

5. Как осуществляется амплитудная и частотная модуляция колебаний генератора?

6. Какие существуют структурные схемы построения синтезаторов частот? В чем их достоинство?

7. В чём состоят специфические особенности импульсных измерительных генераторов?

8. Какие физические источники шума используются в генераторах шумовых сигналов, каковы их основные характеристики?

Тема 1.4. Измерения частоты и периода колебаний высоких и низких частот

Аналоговые измерители частоты (конденсаторные, резонансные и др.), оценка их погрешностей.

Цифровые измерители частоты и периода колебаний, структурные схемы и особенности работы в обоих режимах, оценка погрешности измерения, расширение возможностей цифровых частотомеров в области СВЧ с помощью понижающих преобразователей частоты.

Применение микропроцессоров в цифровых частотомерах. Сличение образцовых генераторов с эталоном. Компараторы частот.

Методические указания

Тема является одной их важнейших в изучаемой дисциплине, поэтому следует уяснить физический смысл понятия частота, знать определение «мгновенной» частоты как производной от полной фазы электрического сигнала и «средней» частоты как числа периодов сигнала в единицу времени, связь между ними. Необходимо обратить внимание на то, что различные методы измерения частоты эффективны, как правило, в определенных диапазонах частот в различных условиях. Особое внимание необходимо уделять изучению цифровых частотомеров и способам расширения их возможностей, так как они находят все большее применение, поскольку удобны для применения в автоматизированных системах.

Литература: [1, гл.6], [2, гл.7], [3, р.7], [4, гл.7].

Вопросы для самопроверки

1. Что принимается за абсолютный эталон частоты?

2. Что такое первичные и вторичные эталоны частоты и каковы их схемы построения?

3. Какие методы применяют для измерения звуковых частот?

4. Какие методы применяют для измерения радиочастот?

5. Как действует гетеродинный волномер?

6. Какие методы измерения частоты с применением осциллографа вам известны?

7. Как действует резонансный волномер?

8. Опишите дискретный метод измерения частоты и функциональную схему электронно-счетного частотомера. Как расширить его диапазон работы в области СВЧ?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: