100

Введение

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех специальностей радиотехнического факультета, изучающих дисциплину «Метрология и радиоизмерения» или «Метрология, стандартизация и сертификация».

По этому пособию студенты могут ознакомиться с основными видами радиотехнических колебаний, параметры которых измеряются радиоизмерительными приборами, с назначением и основными характеристиками некоторых функциональных узлов радиоизмерительных приборов, без понимания которых невозможно уяснить принципы действия измерительных приборов, а также с принципами действия одноканального и двухканального электронно-лучевых осциллографов и методикой проведения измерений с их помощью.

При составлении учебно-методического пособия основное внимание уделялось качественным, а не количественным описаниям свойств колебаний и функциональных узлов, так как студенты первого курса еще не имеют достаточных знаний по математике, основам теории цепей, усилительным устройствам, радиотехническим цепям и сигналам и т.п. По этой же причине не приводятся ссылки на литературу по радиоизмерительной технике.

Существенной отличительной чертой данного учебного пособия является то, что большая часть вводимых в нём новых для студентов понятий сопровождается примерами в виде программ на языке LabVIEW. Эти примеры-программы, называемые виртуальными приборами (ВП), позволяют получить наглядное представление о параметрах наиболее распространенных радиотехнических колебаний и глубже разобраться в принципах действия основных радиотехнических устройств. Важно подчеркнуть, что использование данных виртуальных приборов не требует знаний в области программирования на языке LabVIEW. При этом пособие может изучаться как с использованием примеров-программ, так и без них.

Для работы с примерами-программами студент должен получить набор исполняемых файлов (с расширением *.ехе), которые могут быть запущены на персональном компьютере без использования пакета LabVIEW, но после установки на нем его ядра. Для установки ядра необходимо в папке с примерами-програм­мами найти папку lv82rte, войти в нее и запустить инсталлятор lv82runtime, который установит ядро LabVIEW на используемый компьютер. После этого можно запускать примеры-программы.

1. Объекты радиотехнических измерений

1.1. Общие положения

Объектами радиотехнических измерений являются значения электрических физических величин: параметры и характеристики электрических колебаний, радиотехнических цепей и их режимов работы. Понятие цепи в современной радиотехнике включает в себя технические устройства или их компоненты для преобразования, передачи и приема сигналов.

Необходимо четко представлять, что нельзя измерять физическую величину, колебание или цепь вообще. Измерять можно только их конкретные параметры или характеристики.

Для измерения параметров или характеристик исследуемого сигнала необходимо выбрать для него модель, параметры или характеристики которой (модели!) и определяются при исследовании сигнала. Первым этапом выбора модели исследуемого сигнала является его классификация, то есть отнесение к тому или иному виду. Признаки классификации могут быть весьма многообразными. Обычно при проведении измерений колебания различают по характеру их изменения (детерминированные или случайные), по роду тока (постоянный, переменный, импульсный) и т.д. Все это существенно влияет на последующий выбор принципов и методов проведения измерений, а также на необходимые для проведения измерений свойства конкретных измерительных приборов. Таким образом, измерение параметров и характеристик колебания базируется на определенной априорной (известной до измерения) информации о его виде, о возможной его модели и о примерных значениях ее параметров. На основе этой информации (обычно дополненной предположениями экспериментатора) строится модель исследуемого колебания необходимой сложности и подробности. В зависимости от принятой модели колебания и цели измерений (то есть от решаемой задачи, которая потребовала провести измерения) определяется набор параметров и характеристик модели, подлежащих измерению, и требуемая точность их измерения.

Важным моментом является то, что существенное несоответствие модели, используемой в эксперименте, реальному колебанию (а модель всегда проще объекта, который она описывает!) может явиться причиной значительной погрешности измерений.

В равной мере изложенные выше рассуждения относятся и к исследованию радиотехнических цепей, которому также должен предшествовать выбор их моделей и определение параметров и характеристик, которые нужно измерять. Модели цепей строят с учетом цели измерений на основе математических выражений, описывающих свойства звеньев, из которых эти цепи состоят. Модели всегда лишь приближенно соответствуют реальным устройствам, и это (как и в случае с колебаниями) также может привести к значительным погрешностям измерений.

Ниже будут описываться модели некоторых радиотехнических колебаний и функциональных узлов средств измерений, знание которых необходимо для понимания свойств и принципов действия широко распространенных радиоизмерительных приборов: универсальных электронно-лучевых осциллографов, измерительных генераторов и вольтметров.