Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Рекомендовано Научно-методическим советом ПГУ им.Т.Г. Шевченко





Рекомендовано Научно-методическим советом ПГУ им.Т.Г. Шевченко

 

© А.В. Костантиновская Составление: 2016


 

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение
   
Раздел 1. Государственная система обеспечения единства измерений
Тема 1.1. Основные виды и методы измерений, их классификация.
Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерения
  Раздел 2. Приборы формирования стандартных измерительных сигналов
Тема 2.1. Генераторы сигналов низкой частоты
Тема 2.2. Генераторы сигналов высокой частоты
Тема 2.3. Генераторы импульсных сигналов
  Раздел 3. Измерение токов, напряжений, мощности
Тема 3.1. Измерение постоянных токов и напряжений электромеханическими измерительными приборами
Тема 3.2. Аналоговые электронные и цифровые вольтметры
Тема 3.3. Измерение мощности
  Раздел 4. Исследование формы сигналов
  Раздел 5. Измерение параметров сигналов
Тема 5.1. Измерение частоты и временных интервалов электрических сигналов
Тема 5.2. Измерение фазы гармонических сигналов
   
Раздел 6. Измерение амплитудно-частотных характеристик
  Раздел 7. Измерение параметров компонентов электрических и электронных цепей
Тема 7.1. Измерение параметров с сосредоточенными параметрами
Тема 7.2. Измерение параметров полупроводниковых приборов
   
Раздел 8. Влияние измерительных приборов на точность измерений
   
  Раздел 9. Автоматизация электротехнических измерений
   
Литература

 

ВВЕДЕНИЕ

Электротехнические измерения представляют собой совокупность электрических и электронных измерений, которые можно рассматривать как один из разделов метрологии.

Название «метрология» образовано от двух греческих слов: metron — мера и logos — слово, учение; дословно: учение о мере. В современном понимании метрологией называют науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Познание человеком окружающего мира неразрывно связано с наблюдениями и экспериментами. Получение информации в процессе наблюдения и экспериментов базируется на измерениях. На протяжении всей истории развития науки и техники перед человеком возникало и возникает множество вопросов и проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явлении, процессе, веществе, изделии, теле и др.). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильном выполнении которых находится результат измерения, с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта познания.

В первой половине восемнадцатого века один из французских ученых Шарль Дюфе изобрел прибор для изучения электричества в атмосфере, и назвал его электроскоп. Спустя несколько лет, его дело подхватил российский естествоиспытатель М.Ломоносов. Проходит совсем немного времени и в середине 80-х годов восемнадцатого века такая наука, как электростатика совершает рывок вперед, после изобретения Ш.Кулоном его знаменитых крутильных весов (электростатическое устройство).

После изобретения первых электроизмерительных приборов начался период накопления знаний. В девятнадцатом веке они достигли такого объема, что науке об электричестве пришлось выделять отдельные отрасли. Такой отраслью стала электродинамика. В это время появляются первые гальванометры – приборы для измерения постоянного и переменного тока. Приблизительно в этот же период, ученые выделяют еще одну отрасль – электротехнику. Физики по всему миру начинают разрабатывать новые методы электроизмерений. Э.Ленц выделяет баллистический метод, Кристи – мостовой, а И. Поггендорф – компенсационный.

Для любого измерения, необходимо оперировать какими-то эталонными величинами. Ученые начинают разрабатывать свои единицы измерений. Российский физик Б.С.Якоби предлагает за одну единицу электрического сопротивления принять сопротивление медной проволоки, длина которой составляла 25 футов (7,62 м), а вес равнялся 345 гран (22,5 г). Французскими академиками принимается несколько другая единица измерения – единица Бреге. Бреге равнялась сопротивлению стальной проволоки длиной 1 км. и диаметром 4 мм. В Германии за единицу сопротивления приняли ртутный столб и т.д.

Электротехника начала свое активное развитие после создания и применения в разных отраслях электрогенераторов. Лучшие электротехники девятнадцатого века трудились над созданием различных приборов для электроизмерений. Без этих технических средств дальнейшее развитие этой области стало бы невозможно.

В конце 19-го столетия двое французских ученых д’Арсонваль и Депре создают первый высокочувствительный гальванометр. Спустя несколько лет российский физик М. Доливо-Добровольский создает приборы, которые позже лягут в основу современных вольтметров, амперметров и ваттметров.

Электротехнические измерения широко используются во многих сферах жизни:

-медицине (компьютерная томография, кардиографы и многое другое);

-торговле (весовая измерительная база, терминалы);

-службе ГИБДД (определение скорости перемещения автомобиля, основанное на эффекте Доплера);

-службе времени (разнообразные часы);

-быту (счетчики для учета расхода воды, электроэнергии, тепла).

Широкое использование электротехнических измерений в смежных отраслях, например в микроэлектронике для оценки изделий и технологических процессов, решает проблемы повышения качества продукции, а качество в условиях рыночной экономики является важнейшим показателем конкурентоспособности любого изделия.

Одно из главных направлений развития современной измерительной техники — переход на цифровые методы с использованием приборов с цифровым отсчетом, автоматизация измерений и дальнейшее развитие компьютерно-измерительных систем (КИС), в частности, их разновидности — виртуальных измерительных приборов.

Огромное количество измерений производится с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения. Результаты измерений, полученные экспериментаторами в разное время и в разных местах, должны быть сопоставимы между собой. Необходимо также обеспечить единство измерений в масштабах каждого предприятия и всего государства в целом. Поэтому органы метрологического надзора наделены законодательными функциями. Нормативно-техническая документация разрабатывается с учетом норм и правил выполнения измерений, а также требований, направленных на достижение единства измерений. Порядок разработки и испытаний средств измерения, термины, определения, единицы физических величин и правила их применения унифицированы и узаконены стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и другими обязательными к применению нормативными документами.

Электротехнические измерения играют существенную роль в развитии современной техники. Это касается не только таких отраслей, как электроэнергетика, радиоэлектроника, вычислительная техника, но и многих других, поскольку электронные измерительные приборы применяются для измерения любых электрических и неэлектрических величин. Создание информационно-измерительных систем (комплексов измерительной аппаратуры, объединенных с ЭВМ) позволило автоматизировать сложные технологические процессы и функционирование различных систем. Внедрение в измерительную технику микропроцессоров облегчило дальнейшее совершенствование средств измерений, создание нового поколения программируемых измерительных приборов с повышенными метрологическими характеристиками.


 

Методы измерений.

В зависимости от способа обработки экспериментальных данных измерений для получения результата различают следующие виды измерений − прямые, косвенные, совместные, совокупные и измерения корреляционно связанных величин.

Прямое измерение − это измерение, при котором значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате выполнения измерения. Пример прямого измерения − измерение вольтметром напряжения источника.

Косвенное измерение − это измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенном измерении значение измеряемой величины получают путем решения уравнения y = F(x1 ,x2 ,x3 ,...,xn), где x1 ,x2 ,x3 ,...,xn − значения величин, полученные в результате прямых измерений.

Пример косвенного измерения − сопротивление резистора находят из выражения , в которое подставляют результат прямых измерений падения напряжения U и протекающего через резистор тока I.

Совместные измерения − одновременные измерения значений нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, требуется определить градуировочную характеристику термосопротивления.

Совокупные измерения − одновременные измерения нескольких значений одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, составленных по результатам прямых измерений различных сочетаний значений этих величин.

Измерение корреляционно связанных величин − измерение значений семейства функций хk(t) и уk(t), являющихся реализациями процессов Рх и Ру с целью установления взаимосвязи между ними.

Наличие взаимосвязи выражается в том, что в определенный момент времени t0 существует такой параметр, при котором реализации процессов Рх и Ру совмещаются наилучшим способом.

Методы измерения выделяются в зависимости от их взаимодействия с мерой, их классификация показана на рис. 1.4.

 

Рис. 1.4. Классификация методов измерения

 

Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки - метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода непосредственной оценки - измерение тока амперметром.

Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую искомую величину сравнивают с однородной величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей:

- дифференциальный метод,

- нулевой метод,

- метод замещения,

-совпадения.

Нулевой метод – это метод, в котором разность между измеряемой величиной и воспроизводимой мерой сводится к 0.

 

Рис. 1.5. Структурная схема нулевого метода,

 

где НИ – нуль-индикатор; Ех – объект измерения; Uо – мера.

Полярность важна: здесь устройства включены встречно; мы подбираем такую меру, выходной сигнал которой равен сигналу объекта измерения (т.е. iНИ=0). Разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой в процессе измерения сводится к нулю, что фиксируется с помощью нуль-индикатора. Результат измерения равен значению меры.

Метод обеспечивает высокую точность, если мера обладает высокой точностью, а НИ – высокой чувствительностью. Обычно

Подобный метод лежит в основе построения измерительных мостов. Достоинство метода – точность.

При дифференциальном методе, так же как и при нулевом, измеряемая величина находится путем измерения разницы между искомой величиной и непосредственно или косвенно с мерой.

 

Рис 1.6. Структурная схема дифференциального метода.

 

Разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой измеряется с помощью средства измерения – вольтметра (на рис. 1.6.). Результат определяется как сумма показания средства измерения и величины воспроизводимой мерой . Для этого метода

Метод замещения – метод, при котором измеряемая величина замещается воспроизведенной мерой.

 

Рис 1.7. Структурная схема метода замещения,

 

где Rx – объект измерения; R0 – мера.

В зависимости от положения ключа К можно записать уравнение:

ixRx=uпит, ioRo=uпит.

Откуда ixRx=ioRo,

и (1.8)

Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производится от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлением.

Метод совпадений – это такой метод, при котором измеряемая величина определяется по периодическим сигналам или специальным шкалам. Фигура Лиссажу – классический пример метода совпадений.

 

Классификация измерительных приборов.

 

Электроизмерительные приборы различаются по следующим признакам:

- по роду измеряемой величины;

- по роду тока;

- по степени точности;

- по принципу действия;

- по способу получения отсчета;

- по характеру применения.

Кроме этих признаков, электроизмерительные приборы можно также отличать:

- по способу монтирования;

- по способу защиты от внешних магнитных или электрических полей;

- по выносливости в отношении перегрузок;

- по пригодности к применению при различных температурах;

- по габаритным размерам и другим признакам.

Для измерения электрических величин применяются различные электроизмерительные приборы, а именно:

- тока — амперметр;

- напряжения — вольтметр;

- электрического сопротивления — омметр, мосты сопротивления;

- мощности — ваттметр;

- электрической энергии — счетчик;

- частоты переменного тока — частотомер;

- коэффициента мощности — фазометр.

По роду тока приборы делятся на приборы постоянного тока, приборы переменного тока и приборы постоянного и переменного тока.

По степени точности приборы делятся на девять классов:0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. Цифры указывают значение допустимой приведенной погрешности в процентах.

По принципу действия приборы подразделяются на: магнитоэлектрические; электромагнитные; электродинамические (ферромагнитные); индукционные и другие.

По способу получения отсчета приборы могут быть с непосредственным отсчётом и самозаписывающие.

По характеру применения приборы делятся на стационарные, переносные и для подвижных установок.


 

Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерений.

Общими характеристиками электроизмерительных приборов являются их погрешности, вариация показаний, чувствительность к измеряемой величине, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.

Вариация показаний прибора — это наибольшая разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины. Она определяется при плавном подходе стрелки к испытуемой отметке шкалы при движении ее один раз от начальной, а второй раз от конечной отметок шкалы. Вариация показаний характеризует степень устойчивости показаний прибора при одних и тех же условиях измерения одной и той же величины. Она приближенно равна удвоенной погрешности от трения, так как причиной вариации в основном является трение в опорах подвижной части.

Чувствительность электроизмерительного прибора к измеряемой величине х называется производная от перемещения указателя а по измеряемой величине x. Перемещение указателя а, которое выражается в делениях или миллиметрах шкалы, для обширной группы приборов определяется, в первую очередь, углом отклонения подвижной части измерительного механизма. Кроме того, оно зависит от типа отсчетного устройства и его характеристик (стрелочный или световой указатель, длина шкалы, число делений шкалы и др.).

Чувствительность собственно механизма приборов этой группы (независимо от применяемого отсчетного устройства) равна:

(1.9)

Выражением определяется чувствительность прибора в данной точке шкалы. Если чувствительность постоянна, т.е. не зависит от измеряемой величины, то ее можно определить из выражения

(1.9)

В этом случае чувствительность прибора численно равна перемещению указателя, соответствующему единице измеряемой величины. У приборов с постоянной чувствительностью перемещение указателя пропорционально измеряемой величине, т.е. шкала прибора равномерна.

Чувствительность прибора имеет размерность, зависящую от характера измеряемой величины, поэтому, когда пользуются термином «чувствительность», говорят «чувствительность прибора к току», «чувствительность прибора к напряжению» и т.д. Например, чувствительность вольтметра к напряжению равна 10 дел./В.

Величина, обратная чувствительности, называется ценой деления (постоянной) прибора. Она равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы:

(1.10)

Например, если S=10 дел./В, то С—0,1 В/дел.

При включении электроизмерительного прибора в цепь, находящуюся под напряжением, прибор потребляет от этой цепи некоторую мощность. В большинстве случаев эта мощность мала с точки зрения экономии электроэнергии. Но при измерении в маломощных цепях в результате потребления приборами мощности может измениться режим работы цепи, что приведет к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление мощности от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством прибора.

Мощность, потребляемая приборами в зависимости от принципа действия, назначения прибора и предела измерения, имеет самые различные значения и для большинства приборов лежит в пределах от 10-12 до 15 Вт.

После включения электроизмерительного прибора в электрическую цепь до момента установления показаний прибора, когда можно произвести отсчет, проходит некоторый промежуток времени (время успокоения). Под временем установления показаний следовало бы понимать тот промежуток времени, который проходит с момента изменения измеряемой величины до момента, когда указатель займет положение, соответствующее новому значению измеряемой величины. Однако если учесть, что всем приборам присуща некоторая погрешность, то время, которое занимает перемещение указателя в пределах допустимой погрешности прибора, не представляет интереса.

Под временем установления показанийэлектроизмерительного прибора понимается промежуток времени, прошедший с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1,5% длины шкалы. Время установления показаний для большинства типов показывающих приборов не превышает 4 с.

Цифровые приборы характеризуются временем измерения, под которым понимают время с момента изменения измеряемой величины или начала цикла измерения до момента получения нового результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью.

Под надежностью электроизмерительных приборов понимают способность их сохранить заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Если значение одной или нескольких характеристик прибора выходит из заданных предельных значений, то говорят, что имеет место отказ. Количественной мерой надежности является минимальная вероятность безотказной работы прибора в заданных промежутке времени и условиях работы.

Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что в течение определенного времени Т непрерывной работы не произойдет ни одного отказа. Время безотказной работы указано в описаниях приборов. Часто пользуются приближенным значением этого показателя, определяемым отношением числа приборов, продолжающих после определенного времени Т безотказно работать, к общему числу испытываемых приборов. Например, для амперметров и вольтметров типа Э8027 минимальное значение вероятности безотказной работы равно 0,96 за 2000 ч. Следовательно, вероятность того, что прибор данного типа сохранит заданные характеристики после 2000 ч работы, составляет не менее 0,96, иными словами, из 100 приборов данного типа после работы в течение 2000 ч, как правило, не более четырех приборов будут нуждаться в ремонте,

К показателям надежности относят также среднее время безотказной работы прибора, которое определяется как среднее арифметическое время исправной работы каждого прибора.

Обычно, когда приборы начинают выпускать серийно, некоторая небольшая часть их отбирается для испытаний на надежность. Показатели надежности, определенные по результатам этих испытаний, присваивают всей серии приборов.

Гарантийным сроком называют период времени, в течение которого завод-изготовитель гарантирует исправную работу изделия при соблюдении правил эксплуатации прибора. Например, для микроамперметров типа М266М предприятие-изготовитель гарантирует безвозмездную замену или ремонт прибора в течение 36 мес со дня отгрузки с предприятия, а для частотомеров типа Э373 этот срок составляет 11 лет.

 

Погрешности измерений.

При любом измерении физической величины неизбежны погрешности, какими бы точными и совершенными ни были средства и методы измерения и как бы тщательно ни выполнялись эти измерения. Поэтому истинное значение физической величины определяется только приблизительно.

Погрешность характеризует несовершенство измерения.

Характеристикой качества измерения является точность измерения v, отражающая меру близости результата измерения к истинному значению измеряемой физической величины.

Вопросы погрешности являются основополагающими в теории и практике метрологии, в которой используются два понятия: погрешность результата измерения и погрешность средства измерения. Эти понятия близки друг к другу и классифицируются по одинаковым признакам.

Погрешность результата измерения — это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической величины. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то при количественной оценке погрешности измерения используют значение физической величины, найденное экспериментально и настолько близкое к истинному значению, что в реальной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Погрешность средства измерения — это разность показаний средства измерения и истинного (действительного) значения измеряемой физической величины. Она характеризует точность измерений, выполняемых с помощью данного прибора.

В электротехнических измерениях различают несколько видов погрешностей, которые можно разделить на две большие группы: основная и дополнительная.

Основная погрешность определяется при нормальных условиях работы (температуре, давлении и влажности окружающей среды, частоте, форме и значению питающего напряжения).

Дополнительная погрешность появляется при отклонении значений, влияющих на результат измерения, от нормальных.

Основная погрешность включает в себя две составляющие: систематическую и случайную.

Систематическая погрешность при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же прибором остается постоянной или изменяется по определенному закону. В обоих случаях она легко обнаруживается и может быть исключена из результата измерений. Источниками систематической погрешности могут быть средство измерения (инструментальная составляющая), метод измерения (методическая составляющая), оператор (субъективная составляющая).

Практическими рекомендациями по уменьшению систематической погрешности являются предварительная установка показания индикатора на нуль, предварительная калибровка прибора и введение поправки.

Предварительная (перед измерением) установка показания индикатора на нуль может производиться с помощью:

- механического корректора (для электромеханических приборов);

- регулировочного потенциометра, обозначенного символом (для электронных приборов — аналоговых и цифровых).

Предварительная калибровка (только для электронных приборов) выполняется с помощью регулировочного потенциометра, выведенного на лицевую панель прибора и обозначенного символом . Значение калибровочного сигнала обычно указывается на шильдике (лицевая панель) и в паспорте прибора.

Случайная погрешность при повторных измерениях изменяется случайным образом. Она резко выделяется на фоне систематической погрешности. Основным способом уменьшения случайной погрешности является обработка результатов измерений методами статистики и теории вероятности.

 

Низкочастотные генераторы.

Низкочастотные генераторы, или генераторы низких частот (ГНЧ), являются источниками синусоидального сигнала в разных диапазонах частот: F<20 Гц (инфразвуковые), 20 Гц ... 20 кГц (звуковые), 20...200 кГц (ультразвуковые). Диапазон частот может быть расширен до F> 200 кГц. В приборах некоторых типов наряду с синусоидальным сигналом вырабатывается сигнал, называемый меандром.

Рис. 2.1. Структурная схема аналогового ГНЧ

 

ГНЧ применяются для всестороннего исследования трактов радиоприемных устройств, для питания мостов переменного тока и пр.

Задающий генератор определяет форму и все частотные параметры сигнала: диапазон частот, погрешность установки частоты, нестабильность частоты, коэффициент нелинейных искажений.

Если на лицевой панели прибора форма сигнала не указана, то она всегда синусоидальная. В качестве задающего используются генераторы типа RC, колебательная система которых состоит из фазирующих RC - цепей. Весь частотный диапазон генератора поделен на 3—4 поддиапазона. Каждому поддиапазону соответствует определенное значение сопротивления резистора (рис. 2.2), что позволяет изменять частоту дискретно.

 

Рис. 2.2. Принцип установки частоты задающего генератора

Плавная установка частоты осуществляется конденсатором переменной емкости, который обслуживает все поддиапазоны. Задающие генераторы типа RC просты, дешевы, имеют малый коэффициент нелинейных искажений и малые массогабаритные размеры.

Формула частоты колебаний генератора типа RC:

. (2.1)

В некоторых ГНЧ дискретное регулирование частоты осуществляется не резистором, а конденсатором. Тогда плавная установка частоты обеспечивается переменным резистором-потенциометром. Усилитель ослабляет влияние последующих блоков на задающий генератор, делая его частотные параметры более качественными, обеспечивает усиление сигнала по напряжению (мощности) и позволяет плавно изменять напряжение на выходе.

Согласующий трансформатор предназначен для ступенчатого согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением подключаемой нагрузки.

Наличие у трансформатора средней точки (с.т.) позволяет получать два одинаковых по значению, но противоположных по фазе выходных напряжения (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3. Электрическая принципиальная схема согласующего трансформатора со средней точкой

Выходной согласующий трансформатор используется в генераторах с повышенным уровнем выходной мощности. У большинства низкочастотных генераторов выходной трансформатор отсутствует.

Переключатель нагрузки обеспечивает согласование выходного сопротивления Двых генератора с сопротивлением нагрузки Rn. Если не выполняется согласование, то напряжение на выходе не соответствует установленному по индикатору генератора, генератор даже может выйти из строя. Наиболее распространенными значениями Двых являются 5, 50, 600 и 6000 Ом. Для согласования сопротивлений по выходу 1 в комплекте с прибором поставляется специальная нагрузка 50 Ом с кабелем.

Контроль выходного напряжения обеспечивается электронным вольтметром типа У—Д либо электромеханическим вольтметром выпрямительной системы. Индикатор выходного напряжения всегда показывает среднеквадратичное значение синусоидального сигнала.

Аттенюатор обеспечивает получение на выходе разных по значению напряжений, изменяющихся дискретно. При этом входное и выходное сопротивления аттенюатора не меняются и согласование не нарушается. Иногда ослабление указывается не в вольтах, а в децибелах.

Ослабление, вносимое аттенюатором, рассчитывается по формуле:

, (2.2)

где Uвх (B) — напряжение на входе аттенюатора; Uвых(B) — напряжение на выходе аттенюатора.

Рассмотрим два примера.

Пример 1. Определить напряжение на выходе генератора в вольтах, если на входе оно составляет 1 В, а на выходе U = 60 дБ. На основании формулы запишем:

Пример 2. Определить значение затухания, вносимого аттенюатором генератора, если напряжение на его входе составляет 1 В, а на выходе 100 мВ.

На основании формулы запишем

.

Цифровые ГНЧ.

Цифровые ГНЧ по сравнению с аналоговыми имеют более качественные метрологические характеристики: меньшую погрешность установки и нестабильности частоты, меньший коэффициент нелинейных искажений, стабильность уровня выходного сигнала.

Такие генераторы получают все большее распространение по сравнению с аналоговыми за счет более высокого быстродействия, упрощения установки частоты, исключения субъективной ошибки в задании параметров выходного сигнала. Благодаря встроенному микропроцессору в цифровых ГНЧ можно по заданной программе автоматически перестраивать частоту сигнала.

Работа цифровых ГНЧ основана на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал, который аппроксимируется функцией, моделируемой с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Структурная схема цифрового ГНЧ представлена на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Структурная схема цифрового ГНЧ

 

Задающий генератор импульсов с кварцевой стабилизацией частоты вырабатывает короткие импульсы в периодической последовательности, которые поступают на делитель частоты. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления образуется последовательность импульсов с заданным периодом следования, определяющим шаг дискретизации.

Счетчик подсчитывает поступающие на него импульсы, кодовая комбинация накопленных в счетчике импульсов подается в цифро–аналоговый преобразователь, который вырабатывает соответствующее напряжение. После переполнения счетчик обнуляется и готов к началу формирования следующего периода.


 

Тема 2.2. Генераторы сигналов высокой частоты

 

Высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы, или генераторы высоких и сверхвысоких частот (ГВЧ и ГСВЧ), являются источниками синусоидального и не менее одного модулированного по какому-либо параметру сигналов (амплитудно-модулированного —АМ-сигнал, частотно-модулированного — ЧМ-сигнал) с известными параметрами. Форма сигналов на выходе ГВЧ представлена на рис. 2.5.

 

Рис. 6.5. Синусоидальный (а) и амплитудно - модулированный (б) сигналы на выходе ГВЧ

 

Если на лицевой панели прибора форма сигналов не указана, то это всегда синусоидальный и АМ-сигнал.

Приведенные сигналы характеризируются следующими параметрами: f - несущая (модулированная) высокая частота, F — модулирующая низкая частота, M —коэффициент амплитудной модуляции.

М=(А-В)·100%/(А+В) (2.3)

ГВЧ и ГСВЧ перекрывают следующие диапазоны несущих частот: 200 кГц ... 30МГц (высокие) и f > 30 МГц (сверхвысокие). Диапазон частот может быть расширен до f< 200 кГц. Такие генераторы применяются для всестороннего исследования высокочастотных трактов теле- и радиоприемных устройств, для питания схем напряжением высоких и сверхвысоких частот. Структурная схема ГВЧ приведена на рис. 2.6.

 

Рис. 2.6. Структурная схема ГВЧ

 

Задающий генератор I определяет значение несущей частоты и форму сигнала. В качестве задающего генератора используется генератор типа LC, колебательная система которого представляет собой параллельный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора С. Частота колебаний выражается формулой:

(2.4)

Весь частотный диапазон ГВЧ поделен на поддиапазоны, количество которых может достигать восьми. Каждому поддиапазону соответствует конкретная катушка индуктивности, а плавная установка частоты (в границах поддиапазона) осуществляется с помощью конденсатора переменной емкости. ГВЧ имеет два выхода: микровольтовый и одновольтовый.

С выхода задающего генератора I напряжение поступает на два канала: основной и вспомогательный. Основной канал содержит усилитель-модулятор и высокочастотный аттенюатор (выход «μV»). С этого выхода снимается немодулированное синусоидальное или модулированное регулируемое высокочастотное колебание, калиброванное по напряжению. Как и в ГНЧ, индикатор показывает среднеквадратичное значение синусоидального напряжения.

Вспомогательный канал содержит усилитель и выход «1V». С этого выхода снимается неконтролируемое, смодулированное (т.е. синусоидальное), нерегулируемое высокочастотное напряжение 1...2 В на согласующую нагрузку

Вход AM предназначен для подключения внешнего модулирующего генератора (задающего генератора I) при положении тумблера «Внеш.» или внутреннего модулирующего генератора (задающего генератора II) при положении тумблера «Внутр.». Обычно значение модулирующей частоты — фиксированное (400 или 1000 Гц). Если на лицевой панели оно не указано, то принимается равным 1000 Гц.

Особенностью ГСВЧ является использование специальных сверхвысокочастотных усилительных приборов: клистронов, ЛОВ-ламп обратной волны, лавинно-пролетных диодов, диодов Ганна, магнитронов, а также колебатель







Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2023 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.