44. Пояснить при помощи потенциально-временных диаграмм принцип работы времяимпульсного ацп. Чем определяются погрешности преобразования?

времяимпульсный метод преобразования заключается в том, что входному напряжению U_вх ставится в соответствие временной интервал, длительность которого пропорциональна U_вх. Этот интервал заполняется импульсами стабильной частоты. Число их и представляет цифровой эквивалент преобразуемого напряжения. Схема, реализующая указанный принцип, изображениа на рис.10.7.а. Импульс с входа генератора ГТИ тактовых импульсов (импульсов дискретизации) обнуляет счетчик, запускает генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) и переключает триггер в состояние Q=1. Сигналом Q=1 генератор счетных импульсов (ГСИ) через элемент И подключается к счетчику. Когда нарастающее напряжение ГЛИН станет равным выборке преобразуемого напряжения U_вх, на выходе компаратора появится логическая 1, которая переключит триггер в состояние Q=0 и прервет ГСИ со счетчиком.

45.СВЗ на диодных детекторах.ПР СВЗ на ДИОд быв 2 тип: Однополупериодная схема (рис. 14, а) обычно применяется в простейшихизмерительных приборах (тестерах). Ток через измеритель проходит во время положительного полупериода измеряемого напряжения (диод D1). Диод D2 служит для защиты диода D1 от пробоя обратным напряжением. В качестве вухполупериодного преобразователя чаще используется мостовая схема (рис. 14, б). Средний ток, протекающий через измеритель, в этом случае в два раза больше, чем в однополупериодной схеме, что повышает чувствительность вольтметра в два раза. Это вызвано тем, что ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении в течении обоих полупериодов переменного напряжения (направление тока в схеме соответствует проводящему направлению диодов).

47.Расскажите о преобразователе скз.

Для измерения напряжений (токов) на ВЧ используются приборы с термопреобразователями. Уравн шкалы: , (8.2) Частотн диап термоэл-их вольт-ов исчисл-ся велич-ой от неск десятков герц до неск десятков мегагерц (30-40 МГц). Для уменьш утечки тока через паразитн ёмк (прибор-земля) миллиамперметр вкл-ся у заземл точки схемы. Общим недостатком всех термопр-ей явл-ся их малая перегруз способность, так как с увелич-ем нагрузки темпер-ра нагре-еля возр-ает проп-но квадрату тока, а это ведёт к резкому увелич-ю термопотерь и возможному оплавлению нагревателя. Шкала термоэл вольтм-ов квадратичная, отград-ая в действ знач напряж-я. Показания прибора не зависят о формы измер-го напря-ия. Наивыс-ий клточности таких воль-ров 1,0. Наиболее часто термовольтметры используются для измерения действующих значений напряжений с различной формой кривой и для градуировки вольтметров других систем на звуковых и высоких частотах.

49.Коэффициент нелинейных искажений.

(КНИ) — величина для количественной оценки нелинейных искажений, равная отношению среднеквадратичной суммы спектральных компонентов выходного сигнала, отсутствующих в спектре входного сигнала, к среднеквадратичной сумме спектральных компонентов входного сигнала. КНИ — безразмерная величина, выражается обычно в процентах. Кроме КНИ уровень нелинейных искажений можно выразить с помощью коэффициента гармоник.

Коэффициент гармоник — величина, выражающая степень нелинейных искажений устройства (усилителя и др.), равная отношению среднеквадратичного напряжения суммы высших гармоник сигнала к напряжению первой гармоники при воздействии на вход устройства синусоидального сигнала. Коэффициент гармоник так же как и КНИ выражается в процентах. Коэффициент гармоник (K_Г) связан с КНИ (K_Н) соотношением :

Қ: Нелинейн искаж – изменения формы колебаний, проходящих через эл цепь (М: через усилитель), вызванные нарушениями пропорц-ти между мгн значениями напряжения на выходе этой цепи и на ее входе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного или, иными словами, коэффициент передачи цепи меняет свою величину в зависимости от уровня сигнала, подаваемого на вход устройства. Рисунок поясняет это явление. Нелинейные искажения при малой их величине изменяют тембр звучания, затрудняют раздельное восприятие звуков инструментов и голосов. При более сильных нелинейных искажениях появляются неприятные хрипы и дребезжание.

5 1.В паспорте цифрового вольтметра. 0,05 + 0,05 Uk/U – абсолютная погрешность. Для преобразователей пределы допускаемой абсолютной основной погрешности задаются в виде двухчленной формулы _{у нас 0,05=a 0.05/U = b Uk = A} где А – показания прибора; a и b – положительные числа независящие от А; – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, отраженной в единицах измеряемой величины на входе.

5 2.Принцип работы омметра. Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения сопротивлений от сотен ом до нескольких мегаом измеритель и измеряемое сопротивление rx включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны: I = U/(r0 + rx), где U — напряжение источника питания; r0 — сопротивление измерителя. При малых значениях rx (до нескольких ом) измеритель и rx включают параллельно. На этом принципе построены схемы прибора для непосредственного измерения сопротивления – омметры Для такой схемы имеем уравнение шкалы где , ,

53 Компенсаторы — приборы в которых измерение производится методом сравнения измеряемой величины с эталонной. Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксируется индикаторным прибором (нуль-индикатором), Раз­работаны компенсаторы переменного и постоянного тока. Компенсационный метод применяется также в цифровых измерительных приборах. С помощью переключателя нуль-индикатор вначале включается в цепь установочного сопротивления Rу (положение переключателя 1). При этом регулировочным сопротивлением Rрег  добиваются отсутствия тока в цепи нуль-индикатора. Это означает, что Iр Rу= Енэ, откуда значение рабочего тока определяется через соотношение Iр = Енэ / Rу=10-nА(для каждого типа компенса­тора величина п — число индивидуальное и неизменное, что обеспечивается по­стоянством параметров источника напряжения Енэ и установочного сопротивления Rу ). Затем нуль-индикатор включается в измерительную цепь (положение переключателя 2) и изменением измерительного сопротивления Rи -добиваются нулевого тока, а значит; равенства Ux=IрR= ЕнэR/Rу. Итак, измеряемое напряже­ние определяется с достаточно высокой точностью и без нарушения работы из­мерительной цепи, так как в момент измерения ток через индикатор не протекает/

5 4 В двойных мостах сопротивления соединительных проводов при измерениях неучитываются, что представляет возможность измерять сопротивления до 10-6 Ом. В этих мостах равновесие достигается изменением сопротивлений R1, R2, R3 и R4. При этом достигается равенства R1 = R3 и R2 = R4. Условие равновесия моста определяется выражением Rх= RN•(R1/R2). Здесь сопротивление RN - образцовое сопротивление, составная часть моста. К измеряемому сопротивлению Rх подсоединяют четыре провода: провод 2 - продолжение цепи питания моста, его сопротивление не отражается на точности измерений; провода 3 и 4 включены последовательно с сопротивлениями R1 и R2 величиной больше 10 Ом, так что их влияние ограничено; провод 1 является составной частью моста и его следует выбирать как можно короче и толще. При измерениях сопротивления в цепях, обладающих большой индуктивностью, во избежание ошибок и для предотвращения повреждений гальванометра необходимо производить измерения при установившемся токе, а отключение - до разрыва цепи тока.При измерении малых сопротивлений (< 10 Ом) заметную погрешность вносят сопротивления соединительных проводов и контактов. Для исключения влияния сопротивлений соединительных проводов и контактных соединений измеряемое сопротивление R_x присоединяется по четырехзажимной схеме включения: двумя токовыми зажимами оно включается в цель питания моста, а двумя потенциальными зажимами в измерительную цепь. Аналогичные зажимы имеет и образцовое сопротивление R_N.В цепь источника питания входят регулировочное сопротивление R_P, измеряемое сопротивление R_x , образцовое сопротивление R_N и сопротивление Rш соединительной шины. Сопротивления R₁. R₂,R₃,R₄, входящие в измерительную цель, выбирают достаточно большими (сотни и тысячи ом).Таким образом, при работа двойного моста в цепи источника питания обеспечивается большой ток (до 10 А}, позволяющий получить заметное напряжение на малых сопротивлениях R_x и R_N, чем обеспечивается требуемая чувствительность схемы. В то же время через потенциальные зажимы и высокоомную измерительную цепь ответвляется малый ток, создающий малые падения напряжений в контактных соединениях, что заметно снижает их влияние на погрешность измерения.

59, 55 Резонансный метод измерения частоты заключается в сравнении измеряемой частоты с собственной резонансной частотой градуированного измерительного колебательного контура.

ЭСв

ИК

ЭСв

f_x

3 . Структурная схема измерения частоты резонансным методом

Э тот метод применяется в диапазоне высоких и сверхвысоких частот. Структурная схема его реализации приведена на рис. 3. Источник напряжения измеряемой частоты fx с помощью эле­мента связи ЭСв соеди­няется с прецизионным из­мерительным контуром ИК, который настраивается в резонанс с частотой f_x Момент резонанса фиксируется по максимальному по­казанию индикатора, при­соединенного к контуру через второй элемент связи. Из­меряемая частота определяется по градуированной шкале микрометрического механизма настройки с большим числом отсчетных точек. Контур и индикатор конструктивно объеди­нены в устройство, называемое резонансным частотомером. Если шкала механизма настройки градуирована в длинах волн, то такое устройство называют резонансным волноме­ром.

Схема резонансного частотомера (рис. 4) позволяет выявить источники погрешности измерения. Погрешность градуировки определяется качеством механизма настройки;

ее можно уменьшить путем предварительной градуировки шкалы частотомера с помощью образцовой меры. Неста­бильность частоты измерительного контура возникает вслед­ствие изменения его геометрических размеров под влиянием изменения температуры окружающей среды; ее можно вычислить по следующей формуле: где f — отклонение частоты от резонансной под влиянием изменения температуры на T, К;  — линейный темпе­ратурный коэффициент расширения материала контура; k — конструктивный коэффициент. Нестабильность настройки кон­тура возникает также при изме­нении вносимых реактивных со­противлений со стороны источника fx и индикатора. Активные вноси­мые сопротивления уменьшают доб­ротность контура.

Рис.5 резонансная кривая колебательного контура

Уменьшение влияния вносимых сопротивлений достигается ослаблением связи с источником fx и индикатором.

Неточность фиксации резонанса определяется значением добротности контура Q нагруженного измеритель­ного контура и разрешающей способностью индикатора. Из уравнения резонансной кривой (рис. 5) можно по­лучить формулу для расчета относительной погрешности от неточности фиксации резонанса:

(3)

где U₀ — показание индикатора при резонансе; U_p — показание при расстройке измерительного контура на f.

Измерительный контур резонансного частотомера в зави­симости от диапазона частот, для которого он предназначен, выполняется с сосредоточенными или распределенными параметрами. Резонансные частотомеры с сосредоточенными параметрами в настоящее время полностью вытеснены циф­ровыми частотомерами, а с распределенными параметрами широко применяются в диапазоне СВЧ.Резонансные частотомеры характеризуются диапазоном измерения частот, погрешностью и чувствительностью, т.е. минимальной мощностью, поглощаемой от источника измеряемой частоты, необходимой для уверенного отсчета показаний индикатора при резонансе.Колебательный контур частотомера выполняют либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора. Настройка коаксиальной линии производится изменением ее длины, объемного резонатора — изменением его объема.

60 Бие́ния - колебания с периодически меняющейся амплитудой, возникающие в результате наложения двух гармонических колебаний с несколько различными, но близкими частотами. Б. возникают вследствие того, что разность фаз между двумя колебаниями с различными частотами всё время изменяется так, что оба колебания оказываются в какой-то момент времени в фазе, через некоторое время — в противофазе, затем снова в фазе и т.д. Если А₁ и А₂ — амплитуды двух накладывающихся колебаний, то при одинаковых фазах колебаний амплитуда результирующего колебания достигает наибольшего значения A₁ + A₂, а когда фазы колебаний противоположны, амплитуда результирующего колебания падает до наименьшего значения A₁ — A₂. В простейшем случае, когда амплитуды обоих колебаний равны, их сумма достигает значения 2А при одинаковых фазах колебаний и падает до нуля, когда они противоположны по фазе (рис.). Результат наложения колебания можно записать в виде:

                 где ω₁ и ω₂ — соответственно угловые частоты двух накладывающихся

гармонических колебаний (начальные фазы обоих колебаний полагаются равными нулю, т.к. они не играют роли в образовании Б.; играет роль только разность фаз между обоими колебаниями, которая всё время меняется от 0 до 2π).

         Если ω₁ и ω₂ мало различаются, то в выражении (1) величину

       можно рассматривать как медленно меняющуюся амплитуду колебания

        Угловая частота Ω = ω₁ — ω₂; называется угловой частотой Б. Именно, поскольку частота ω₁ + ω₂ много больше частоты Б., мы вправе рассматривать переменную величину (2) как амплитуду колебаний (3), т.к. величина (2), хотя и не постоянная (какой должна быть амплитуда), но меняющаяся лишь медленно. По мере сближения частот ω₁ и ω₂ частота Б. уменьшается, исчезая при ω₁ → ω₂ («нулевые» Б.), этим пользуются при настройке музыкальных инструментов. В радиотехнике гетеродинный приём (см. Гетеродин) называется «приёмом на Б.». Суть его заключается в том, что если 2 гармонических колебания подать на нелинейный элемент — Детектор, то получается гармоническое колебание с разностной частотой Ω. Т. к. разностная частота много ниже частоты принимаемых колебаний, то при некоторых соотношениях частот она может восприниматься на слух.

         Определение частоты тона Б. между измеряемым и эталонным колебанием — один из наиболее точных методов сравнения измеряемой величины с эталлонной, широко применяемый на практике. С помощью Б. можно обнаружить чрезвычайно малые разности частот; поэтому «метод Б.» применяют в разнообразных приборах для измерения частот, ёмкости, индуктивности и т.д.

    Биения, возникающие при наложении двух близких по частоте колебаний; Т — период биений.

Некоторые примеры применения метода:Настройка музыкального инструмента по камертону — в этом случае настройщик улавливает колебания громкости суммарного звука (от струны и камертона) непосредственно ухом.Измерение частоты гетеродинным методом — поскольку при этом используются высокие частоты, суммарный сигнал подаётся на диодный детектор, для выделения огибающей. Выделенные на диоде низкочастотные импульсы подаются на индикаторное устройство — стрелочный прибор, лампочку или головные телефоны. При таком способе можно измерять частоты даже в несколько раз выше максимальной частоты гетеродина, так как благодаря нелинейному элементу — диоду, образовываются гармонические составляющие, с частотами, кратными частоте гетеродина.

6 9- Компенсационный метод измерений электрического напряжения в цепи постоянного тока состоит в следующем. Измеряемое напряжение Ux (см. рис.) компенсируется падением напряжения, создаваемым на известном сопротивлении r током от вспомогательного источника Uвсп (рабочим током lp). Гальванометр Г (нулевой прибор) включается в цепь сравниваемых напряжений перемещением переключателя (П на рис.) в правое положение. Когда напряжения скомпенсированы, ток в гальванометре, а следовательно, и в цепи измеряемого напряжения Ux отсутствует. Это является большим преимуществом Компенсационный метод измерений перед другими методами, так как он позволяет измерять полную эдс источника Ux и, кроме того, на результаты измерений этим методом не влияет сопротивление соединительных проводов и гальванометра. Рабочий ток устанавливают по нормальному элементу EN с известной эдс, компенсируя её падением напряжения на сопротивлении R (переключатель П - в левом положении). Значение напряжения Ux находят по формуле Ux = EN·r/R, где r - сопротивление, падение напряжения на котором компенсирует Ux.

П ри измерении компенсационным методом силы тока Ix этот ток пропускают по известному сопротивлению R0 и измеряют падение напряжения на нём lxR0. Сопротивление R0 включают вместо показанного на рис. источника напряжения Ux. Для измерения мощности необходимо поочередно измерить напряжение и силу тока. Для измерения сопротивления его включают во вспомогательную цепь последовательно с известным сопротивлением и сравнивают падения напряжения на них. Электроизмерительные приборы, основанные на Компенсационный метод измерений, называются потенциометрами или электроизмерительными компенсаторами. Компенсационный метод измерений применим также для измерений величин переменного тока, хотя и с меньшей точностью. Компенсационный метод измерений широко применяется в технике в целях автоматического контроля, регулирования, управления.

70-Сущность ждущей развертки заключается в том, что при отсутствии исследуемого сигнала генератор развертки развертывающее напряжение не вырабатывает, он ждет. Поступивший исследуемый сигнал через блок синхронизации запускает генератор развертки и генератор вырабатывает одиночный пилообразные импульс, который поступает на пластины X. Исследуемый сигнал в это время задерживается в линии задержки и только после поступления Up на пластины X исследуемый сигнал подается на пластины Y и полностью воспроизводиться на экране те, для осуществления ждущей развертки необходимо, чтобы Uр поступило на пластины X чуть раньше, чем исследуемый сигнал на пластину Y.

Без линии задержки. С линией задержки

Основное требование к напряжению ждущей развертки: длительность напряжения развертки должна быть чуть больше длительности исследуемого сигнала. Только при этом условии исследуемый сигнал полностью вписывается в напряжение развертки, и воспроизводиться на экране.

7 2-

Рис. 4.4. Прямоугольные импульсы:

а, б— периодическая последовательность и ее спектр;

в, г — одиночный импульс и его спектральная плотность

П ериодическая последовательность импульсов описывается рядом:

Здесь u_o(t) — форма одиночного импульса, характеризующаяся следую­щими параметрами: амплитудой (высотой) Е; длительностью (шириной) т_и; периодом следования Т= 1/F (F = ₁/2 — циклическая частота следования); положением импульсов во времени относительно тактовых точек.

Одиночный прямоугольный импульс (рис. 4.4, а) описывают уравнением:

т.е. он формируется как разность двух единичных функций включения, или функций Хевисайда), сдвинутых во времени на т_и.

Последовательность прямоугольных импульсов представляет собой из­вестную сумму одиночных импульсов:

Отношение периода к длительности прямоугольного импульса называет­ся скважностью q = T/_и

71. на экране ЭЛТ будет наблюдаться изображение спектра частот исследуемого сигнала. абциссы определяют частоту гармоник, а высота вертикальных линий(ординат) соотвествует значениям напряжения или мощности. гармоники частота которых лежит в полосе пропускания узкополостного фильтра усиливаются и подаются на вертикальные пластины ЭЛТ. отклонение луча по вертикали пропорционально амплитуде определенной узкой полосы спектра исследуемого сигнала.

73.Угол сдвига фаз представляет собой модуль разности фаз двух гармонических сигналов U₁(t) и U₂(t) одинаковой частоты. Таким образом, если сигналов U₁(t) = U_1m sin(ωt+ϕ₁), а U₂(t) = U_2msin(ωt+ϕ₂) , то согласно определению угол сдвига фаз равен Угол сдвига фаз обычно находят при условии, что один из сигналов является опорным, а его начальная фаза равна нулю. Тогда второй сигнал имеет начальную фазу, совпадающую с углом сдвига фаз.

Основной метрологической характеристикой фазометра является его погрешность. Погрешность характеризует отклонение результата измерения угла сдвига фаз от его действительного значения. Основу метрологического обеспечения средств измерения фазы составляют специальные эталоны и образцовые средства измерения. Государственный эталон угла сдвига фаз представляет собой резистивно-емкостной фазовращатель, который на частоте 1000 Гц воспроизводит угол сдвига фаз в пределах 0...360° со среднеквадратическим отклонением 0,3·10-3. Погрешность образцовых средств измерения не превышает 0,1°. погрешность удовлетворенная. Причинами погрешности измерений в данном случае являются смещение горизонтальной оси, неточность измерений отрезков AB(U1-U2) и AC(TU1), толщина светового луча

74-

Схема четырёхплсчного измерит. моста: rx— измеряемое сопротивление; r1, r2, r3 — известные сопротивления; НИ — нулевой индикатор; Uпит — питающее напряжение.

связанных. М. и. наз. также измерит. приборы, содержащие эту цепь.

На рис. изображён четырёхплечный (одинарный) мост для измерения сопротивления (rх). Сопротивления rх, r1, r2, r3, образующие четырёхугольник, наз. плечами моста. На одну из

диагоналей моста подается напряжение от источника питания, в др. диагональ включён нулевой индикатор (чувствит. гальванометр). Регулируя сопротивление одного из плеч, добиваются равновесия моста, при к-ром ток в диагонали с нулевым индикатором равен нулю. Зная значение r1 и отношение сопротивлений r2 и r3, соответствующие условию равновесия, можно вычислить rх. В мостах пост. тока для достижения равновесия достаточно регулировать один параметр (элемент) моста; в мостах перем. тока, сопротивление плеч к-рого имеет не только активную, но и реактивную составляющую, для достижения той же цели необходима регулировка не менее двух параметров. Различают частотно-независимые и частотно-зависимые М. и. перем. тока. Для первых условие равновесия достигается при любой частоте питающего напряжения, для вторых — только при определ. частоте. Для измерения малых сопротивлений (до 10-6 Ом) с целью исключения влияния соединит. проводов и переходных сопротивлений контактов применяют схемы двойных мостов. Помимо М. и. с ручным уравновешиванием широко применяются а в т о м а т и ч е с к и е М. и., в к-рых вместо нулевого индикатора используют нулевой усилитель. Усиленный сигнал рассогласования приводит во вращение реверсивный двигатель, к-рый изменяет сопротивление одного из плеч моста до момента достижения равновесия. М. и., особенно автоматические, применяются для измерения неэлектрич. величин, преобразованных в к.-л. пассивные параметры электрич. цепи. Наиболее распространены М. и. для измерения темп-ры в комплекте с термосопротивлением.

Неуравновешенный М. и. может служить преобразователем измерительным. Как правило, неуравновешенные М. и. применяются в приборах для измерения неэлектрич. величин. При нестабильном источнике питания в качестве измерит. механизма используют логометр.

77. Измерение индуктивности (например, индуктивности контурной катушки), когда для этих целей нет специальных приборов, а имеется осциллограф и генератор сигнала соответствующего диапазона, поступают следующим образом. На параллельный колебательный контур через конденсатор С1 небольшой емкости (10—20 пФ) подают сигнал от генератора. Через аналогичный конденсатор С2 подключают «Вход Y» осциллографа (рис.). Выходной сигнал генератора и чувствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы на экране можно было наблюдать изображение сигнала. Горизонтальную развертку лучше отключить, тогда на экране будет вертикальная линия, по размаху которой удобнее вести настройку.

П риставка для измерения индуктивности.Перестраивая генератор, добиваются наибольшего размаха отклонения луча. При этом частота сигнала генератора будет равна резонансной частоте колебательного контура. Отсчитав по шкале генератора значение частоты, определяют индуктивность катушки (в микрогенри) по формуле

где f — частота генератора, МГц; Ск - емкость, пФ.Точность измерений индуктивности этим методом тем выше, чем меньше емкость, вносимая в контур генератором, осциллографом и соединительными кабелями. Уменьшить вносимые емкости позволяют конденсаторы, связи С1 и С2. Причем если емкость конденсаторов С1+С2<<Ск, можно не учитывать емкость, вносимую в контур, в том числе емкость конденсаторов связи. Однако необходимо иметь в виду, что уменьшение емкости конденсаторов связи требует увеличения выходного напряжения генератора или (и) чувствительности осциллографа.

78. Измерение частоты методом сравнения для измерения частоты получил широ­кое распространение, благодаря его простоте, пригодности для использования практически в любом диапазоне частот и сравнительно высокой точности результата измерения. Измеряемая частота определяется по равенству или крат­ности образцовой частоте. Следовательно, для измерения частоты f_x. методом сравнения необходимо иметь источник образцовых частот f_обр индикатор равенства или крат­ности f_x. и f_обр Сущность измерения частоты методом сравнения при помощи осциллографа заключается, в том что если частоты колебаний относятся друг к другау как целые числа, то и отношение количества колебаний на экране осциллографа будет таким же.

Пример: Fx:Fy = 2:1. Значит ny:nx = 2:1