4.2 Измерение напряжений

Общие требования к вольтметрам

1. Большое входное сопротивление; (сотни кОм – десятки Мом).

2. Малая погрешность измерения. У аналоговых вольтметров – (0,1-5)%, у ЦВ на несколько порядков меньше.

3. Малая входная емкость (1-20) пФ.

4. Широкие пределы измерений (единицы микровольт – десятки тысяч вольт).

5. Широкий диапазон рабочих частот (от постоянного тока до ~ 1 ГГц).

Вольтметры и частотомеры (счетчики) составляют (50-70)% от всех измерительных приборов.

4.2.1 Классификация вольтметров

1. По принципу действия: выпрямительные, термоэлектрические, цифровые, цифровые с микропроцессором.

2. По назначению: постоянного тока, переменного тока, универсальные, комбинированные, специального назначения (импульсные, фазочувствительные, селективные), установки для поверки вольтметров, измерители нестабильностей напряжения.

3. По назначению измеряемого напряжения: пиковые (амплитудные), действующего (среднеквадратического) значения, средневыпрямленного значения.

4. По методу измерения: вольтметры непосредственной оценки, измерители методом сравнения (компенсационные).

5. По способу индикации: со стрелочной индикацией, цифровые, с осциллографическим индикатором, с печатающим устройством.

6. По частотному диапазону: постоянного тока, низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.

Примечание: мгновенные значения напряжений наблюдают на осциллографе и определяют для каждого момента времени по осциллограмме.

Вольтметры градуируют на синусоидальное напряжение (k =1,41; k =1,11) в действующих или пиковых значениях.

k - коэффициент амплитуды. Определяется по формуле k = .

k - коэффициент формы. Определяется по формуле k = , где Um – амплитудное значение, U – действующее значение, Uср.в – средневыпрямленное значение.

Если с помощью этих приборов измеряют не синусоидальное напряжение, то показания прибора следует переоценить в соответствии с другими соотношениями между амплитудным, действующим и средневыпрямленным значениями напряжения, т.е. необходимо учесть значения k и k .

Аналоговые вольтметры (кроме измерителей импульсных напряжений) градуируются в действующих значениях синусоидального напряжения.

Примеры форм напряжений

1. Напряжение пилообразной формы (Рис. 4.7 а)

k = = 1,73; k = =1,16

2. Напряжение прямоугольной формы

U=Um; Uср.в.= Um; k =1; k =1

Пример: определим амплитудное значение пилообразного напряжения (k =1,16; k = 1,73) при условии, что показания вольтметра, реагирующего на средневыпрямленные значения и градуированного в действующих значениях напряжения равно .

= =1,8

Методы измерения

1. Метод непосредственной оценки – основан на использовании прямо показывающих приборов.

2. Метод сравнения (более высокая точность) – с помощью компенсаторов постоянного и переменного токов; компенсационных схем. Это косвенный метод измерения (применяется при градуировании).

4.2.2 Аналоговые вольтметры

Приборы непосредственной оценки

Включают измерительный преобразователь и измерительный механизм (Рис. 4.8)

Рис. 4.8 Приборы непосредственной оценки

- угол отклонения стрелки прибора.

В зависимости от вида преобразования приборы называются детекторными (выпрямительными) или термоэлектрическими .

Аналоговые вольтметры выполняются в основном по двум схемам:

а) детектор – усилитель постоянного тока (Рис. 4.9 а);

б) усилитель переменного тока – детектор (Рис. 4.9 б).

Вольтметры типа а) измеряют постоянное и переменное напряжение от десятых долей вольта до нескольких сотен вольт в диапазоне от единиц Гц до порядка единиц ГГц.

Вольтметры типа б) измеряют малые напряжения переменного тока от единиц мкВ (и меньше) до единиц вольт.

ВУ – обеспечивает большое входное сопротивление ( до 10 МОм ; - (1÷30) пФ).

Большое входное сопротивление с усилителем переменного тока обеспечивается эмиттерным повторителем, при детектировании сигналов в выносной головке (а) – применением детекторных схем с высокоомным входом.

Различают детекторы с “открытым” и “закрытым” входом для постоянной составляющей.

Усилители переменного тока имеют заданный, высокостабильный коэффициент усиления.

Калибраторы вырабатывают синусоидальные напряжения высокой стабильности и определенного значения. Напряжение подается на вход прибора для проверки показаний. Если показания отличаются от требуемого, производится корректировка коэффициента усиления.

Погрешности измерений аналоговых вольтметров

Разделительный конденсатор С в схеме с закрытым входом является источником дополнительных частотных погрешностей на НЧ и ограничивает частотный диапазон. и поэтому R_C=f(ω). При ω=0, R_C=∞.

Рассмотрим влияние входной цепи на погрешность измерения (рис. 4.10).

- собственная частота паразитного контура

Рис.4.10 Эквивалентная схема входной цепи аналогового вольтметра на СВЧ.

L_вх – индуктивность вводов и соединительных проводов;

С_вх – емкость соединительных проводов, монтажа вольтметра;

R_вх – входное сопротивление вольтметра.

Если частота измеряемого напряженияU_x – ω приближается к ω₀, то полное сопротивление вольтметра на зажимах А, Б падает резко. Это приводит к резонансной погрешности; которая определяется как:

Погрешность не превышает 1% для случая ≥10. У диодных вольтметров ω₀ порядка нескольких ГГц

Второй источник погрешности на СВЧ. (дм, см волны). Причина – инерция электронов; когда время пролета электронов между электродами лампы сравнимо с периодом измеряемого напряжения Uизм. Резонансная погрешность играет основную роль. Погрешность за счет резонанса и инерции электронов противоположны по знаку и до частот 100МГц в значительной мере компенсируют друг друга.

Пример: МГц (λ=25см) f=600 МГц.

Резонансная погрешность 25%. Погрешность за счет инерции электронов 6%.

Методы борьбы с погрешностями:

1. Применение специальных выносных пробников со временным диапазоном, которые непосредственно подключаются к источнику измеряемого напряжения. С остальной частью вольтметра пробник связан гибким кабелем, по которому течет постоянный ток. При этом Сх и Lх резко уменьшаются, что приводит к уменьшению погрешностей при измерениях в высокочастотном диапазоне.

2. Применение спецдиодов с расстоянием между катодом и анодом ≈0,05 мм.

Измерение амплитуды импульсного сигнала

Рассмотрим влияние параметров схемы вольтметра и параметров измеряемого сигнала на примере измерения амплитуды импульсного напряжения детектором с открытым входом (рис. 4.11).

а)

б)

Рис. 4.11 Схема вольтметра а) и поясняющие графики б)

Rід – сопротивление диода при прямом включении;

C – зарядная емкость;

R – сопротивление нагрузки;

Rп – сопротивление прибора (при расчётах пренебрегаем).

График напряжения при измерении пиковым детектором в установившемся режиме представлен на рис. 4.11 б.

Um – амплитуда импульсного напряжения;

Uc – напряжение на конденсаторе;

Uср – среднее значение напряжения на конденсаторе;

 – длительность импульса;

Т – период импульсного процесса;

t_p =T- .

Uср = (4.1);

Um –Uср – абсолютная погрешность измерения;

– относительная погрешность измерения.

Пример: для t_p/;Uср = 0,99Um; = = 0,01; Погрешность равна 1%.

t_p/ ; Uср = 0,5Um; = = 0,5;

Погрешность равна 50%

Используя (4.1), можно решать ряд задач. Например: 1. При фиксированных значениях отношения ( ; ; ; ; ) построить графики зависимостей для отношений (1000; 500; 100; 50; 10).

2. Для значений = 1%; 2%; 5% фиксированных ( ; ; ; ; ) определить соотношения при которых погрешность измерения 1%; 2%; 5%.

4.2.3 Цифровые вольтметры с „жесткой» логикой.

Цифровые вольтметры (ЦВ) делятся на ЦВ с «жесткой» логикой и программируемые ЦВ. Рассмотрим несколько типов широко распространенных ЦВ с «жесткой» логикой.

Цифровой вольтметр с время-импульсным преобразованием.

ЦВ с время-импульсным преобразованием (ВИП) реализует преобразование измеряемого постоянного напряжения Ū(t) во временной интервал Δt с последующим измерением Δt путем заполнения счетными импульсами с периодом следования Т_сч и подсчета количества импульсов, заполнивших интервал Δt. Структурная схема ЦВ с ВИП и поясняющие диаграммы напряжений показаны соответственно на рис. 4.12 и рис. 4.13.

Рис. 4.12. Структурная схема ЦВ с ВИП.

Структурная схема ЦВС ВИП

Рис. 4.13. Диаграммы напряжений, поясняющие работу ЦВ с ВИП.

В начале цикла измерения импульс устройства управления (УУ) устанавливает счетчик (СТ) в положение “0”, запускает генератор пилообразного напряжения (ГПН) и генератор счетных импульсов (ГСИ). В моменты равенства пилообразного напряжения “0” и “ ” (измеряемое напряжение постоянного тока) на выходе устройств сравнения (УС1 и УС2) формируются опорный “0” и интервальный “И” импульсы.

Опорный «О» импульс опрокидывает триггер «Т», при этом открывается временной селектор (ВС) и импульсы, вырабатываемые генератором счетных импульсов (ГСИ) поступают на счетчик «СТ». С приходом интервального импульса «И», «ВС» закрывается и счет импульсов на «СТ» прекращается.

Рассмотрим причины возникновения некоторых инструментальных погрешностей ЦВ с ВИП. Нелинейность пилообразного напряжения и приводит к тому, что равенство и реально произойдет не в момент времени , а в момент времени , что вызывает погрешность преобразования в пропорциональное значение , равную .

- абсолютная погрешность преобразования в из-за нелинейности пилообразного напряжения.

Нестабильность порога срабатывания устройства сравнения УС2, равная приводит к абсолютной погрешности .

Абсолютная погрешность преобразования в вследствие рассмотренных причин равна .

Погрешность преобразования измеряемого напряжения во временной интервал также обусловлена шумовой помехой, проявляющейся при формировании стробирующего импульса (временных ворот) из опорного и интервального импульсов. Формирование производится с помощью триггерных схем. Так как крутизна фронта импульсов конечна, то в результате суммирования напряжения помехи с напряжением опорного и интервального импульсов смещаются моменты перебросов триггера относительно моментов достижения этими импульсами уровня запуска в отсутствии помехи. Следовательно, длительность сформированных триггером временных ворот Δt, отличается от длительности измеряемого интервала Δt и появляется погрешность, которую называют погрешностью запуска триггера. Так как эта погрешность случайная, то ее характеризуют среднеквадратическим значением. Погрешность измерения, обусловленная шумовой помехой, уменьшается с увеличением отношения крутизны фронта импульса к среднеквадратическому значению напряжения помехи, а также при усреднении результатов n измерений интервала Δt.

Результирующая погрешность цифровых вольтметров с время импульсным преобразованием равна ±(0,1÷0,5)% ±1 младшего разряда.

ЦВ с двойным интегрированием.

Обеспечение линейности ГПН требует сложных схемных решений, высокостабильных элементов, термостатирования. Поэтому на практике часто применяют метод двойного интегрирования ("вверх" - "вниз").

Идею метода можно проиллюстрировать с помощью рис. 4.14

Рис. 4.14 Графики, иллюстрирующие работу вольтметра с двойным интегрированием

На графиках указаны:

1. Т₁ – калиброванное время заряда конденсатора интегратора измеряемым напряжением U_x;

2. T₂ – временной интервал между импульсами длительностью Т₁.

3. Т_ц – цикл измерения;

4. U_{вых инт} – напряжение на выходе интегратора (при заряде за интервал времени Т₁ и разряде до момента, U_{вых инт} = 0 ) ;

5. U_дц – напряжение на выходе дифференцирующей цепи.

Соответствующая структурная схема ЦВ представлена на рис. 4.15

Рис. 4.15 Структурная схема ЦВ с двойным интегрированием

Работа схемы

1. Устройство управления (УУ) вырабатывает прямоугольный импульс длительностью Т₁. При появлении фронта импульса переключающее устройство (ПУ) подает измеряемое напряжение постоянного тока Uх на интегратор (S). Напряжение на интеграторе растет по линейному закону – интегрирование "вверх"; угол пропорционален Uх.

2. В момент окончания импульса УУ подключает ко входу интегратора образцовое напряжение U_обр блока образцовых напряжений (БОН), полярность которого обратна полярности Uх. Начинается процесс интегрирования "вниз". - пропорционален значению U_обр. Одновременно в результате дифференцирования отрицательный импульс перебрасывает триггер (Т), открывает ВС по входу 1 и импульсы от ГСИ поступают на СТ .

3. В момент, когда U_{вых инт} = 0, устройство сравнения (УС) вновь опрокидывает триггер (возвращает в исходное состояние 0), в результате чего поступление счетных импульсов в СТ прекращается. Одновременно прекращается подача образцового напряжения на интегратор.

Определим связь между длительностью стробирующего импульса и результатом измерения .

1. Напряжение на выходе интегратора при интегрировании “вверх” в момент определяется из выражения:

.

2. При интегрировании “вниз” в момент, когда

,

т.е. ; ; (4.2)

Из полученного выражения (4.2) видно, что прямо пропорционально измеряемому напряжению и не зависит от постоянной времени интегратора, т.е. изменения параметров элементов интегратора не влияет на погрешность измерения. Это основное достоинство – не требуются высокостабильные элементы схемы.

; .

Подавление сетевой помехи ( =50 Гц) осуществляют выбором интервала интегрирования кратным периоду сетевой помехи (1/50 c= 20 мс).

Интегрирующие цифровые вольтметры с преобразованием напряжения в частоту

Интегрирующие вольтметры сочетают высокую помехоустойчивость с достаточным быстродействием. Один из вариантов – рассмотренный метод двойного интегрирования. Второй вариант основан на преобразовании измеряемого напряжения в частоту с последующим измерением среднего значения частоты за установленный период времени (рис. 4.16)

Рис. 4.16 Структурная схема интегрирующего цифрового вольтметра с преобразованием напряжения в частоту.

На схеме указаны:

1. ВУ – входное устройство;

2. ПНЧ – преобразователь напряжения в частоту;

3. ЦЧ – цифровой частотомер;

4. УУ – управляющее устройство.

Преобразования Ux в частоту должно быть линейным

– постоянное напряжение

.

При действии симметричной помехи (напряжение питания и др.)

обеспечивается усреднением за интервал, кратный периоду напряжения помехи.

. т.е. = , т.е. измеренное среднее значение частоты равно частоте соответствующей напряжению , искаженному помехой.

Преобразование в импульсные, частоты следования которых пропорциональны этому напряжению, т.е.

позволяет заменить интегрирование измерением за определённый временной интервал

Цифровой вольтметр с микропроцессором

Структурная схема вольтметра представлена на рис.4.17

Рис.4.17 Структурная схема микропроцессорного вольтметра

На схеме указаны:

1. ВУ – входное устройство;

2. ИОН – источник образцовых напряжений;

3. МПС – микропроцессорная система;

4. УС – устройство сравнения (компаратор);

5. ГТИ – генератор тактовых импульсов.

Принцип действия. По командам микропроцессора, подаваемым на управляющий вход мультиплексора, вход 1 компаратора может последовательно поключаться к входу 1, 2 или 3 мультиплексора. На вход 2 УС подаётся напряжение с выхода интегратора. Пока микропроцессор не получит сигнала команды преобразования, он находится в состоянии ожидания. В этом состоянии от него периодически поступают сигналы сброса на интегратор. После каждого сброса интегратор формирует пилообразный импульс напряжения, значения длительности и размаха которого постоянны (например, =50 мс; =10 В), а паузы между импульсами достаточно велики для разрядки ёмкости интегратора (интегратор может быть выполнен на операцонном усилителе).

С приходом на микропроцессор команды преобразования (рис.4.18, момент времени ) мультиплексор соединяет вход I компаратора со своим первым входом, т.е. с корпусом прибора. При этом потенциал на входе 1 равен нулю. Микропроцессор находится в ожидании очередного пилообразного импульса. Получив с выхода компаратора сигнал о моменте равенства пилообразного напряжения нулю, микропроцессор измеряет интервал времени , причём роль счётных импульсов играют импульсы тактового генератора. Результат измерения А1 запоминается. После этого по команде микропроцессора соединяются вход 1 компаратора и вход 2 мультиплексора: на вход 1 компаратора подается измеряемое напряжение . Оно сравнивается с линейноизменяющимся напряжением, в момент равенства напряжений компаратор посылает сигнал микропроцессору и тот измеряет интервал времени . Затем по команде микропроцессора мультиплексор подключает ко входу 1 компаратора свой вход 3, т.е. выход источника образцового напряжения. Значение ИОН определяет верхний конечный предел измерения (полную шкалу). В момент равенства линейноизменяющегося напряжения образцовому с выхода компаратора поступает импульс в микропроцессор, и он измеряет интервал времени . Результат измерения А3 поступает в память. Микропроцессор вычисляет значение измеряемого напряжения по формуле:

,

где С – коэффициент, зависящий от характеристик прибора и единиц, в которых выражается результат измерения.

Рис.4.18.

Дрейф нуля практически не сказывается на результате измерения. Например, при частоте следования тактовых импульсов =3МГц и приведённых характеристиках =5мс и =10В значению напряжения 10В соответствует 100000 импульсов и, следовательно, даже малые смещения нуля измеряются достаточно точно.

4.3 Измерение напряженности поля

Общие сведения

Электромагнитное поле плоской бегущей волны определяется в любой точке пространства вектором напряженности электрического поля Е, вектором напряженности магнитного поля Н и вектором интенсивности потока энергии Э (вектором Умова-Пойнтинга), перпендикулярным друг к другу и связными между собой соотношениями: и . Для исследования электромагнитного поля плоской волны достаточно измерить одну их этих величин. Практически электромагнитное поле определяют, измеряя напряженность электрического поля, которую выражают как градиент потенциала, т.е. В В/м, мВ/м и мкВ/м.

Если в рассматриваемой точке пространства поместить приемную антенну с действующей высотой , расположенную параллельно вектору напряженности электрического поля Е, то электродвижущая сила, наведенная на зажимах этой антенны, равна

. (4.3)

Если приемной антенны известна или может быть рассчитана, то величину Е легко найти, измерив наведенную в антенне эдс е. Её определяют или непосредственно с помощью вольтметра, ваттметра (в случае сильных полей), или путем сравнения (компарирования). Последние осуществляют, замещая эдс, наведенную в антенне исследуемым полем, эдс, создаваемой с помощью градуированного генератора, или используя стандартную излучающую систему, напряженность поля которой легко рассчитать.

На сантиметровых волнах удобнее измерять мощность, а не напряженность, и поэтому напряженность поля определяют через мощность Р, создаваемую на выходе приемной антенны и связанную с интенсивностью Э потока энергии в месте приема соотношением:

,Вт, (4.4)

где - эффективная поверхность антенны в м².

Вт/м2.

В таком случае

. (4.5)

Из сказанного следует, что основными элементами измерения напряженности поля являются антенна, параметры которой или должны быть известны, и приемник с выходным индикатором, который должен быть проградуирован в функции входного напряжения или мощности, или должно иметься устройство, дающее возможность производить эту градуировку в процессе измерения.

Для приема исследуемых колебаний может быть использована любая антенна, действующая высота которой легко рассчитывается. Практически для измерения напряженности поля используют рамочную, полуволновую и штыревую антенны, а в диапазоне сантиметровых волн – рупорную и симметричный вибратор, помещенный в фокусе параболического зеркала.

Рамка представляет собой катушку, состоящую из одного или нескольких витков, размеры и собственная длина волны которой значительно меньше рабочей длины волны. В этом случае рамку можно рассматривать как систему с сосредоточенными постоянными.

Если рамку поместить в исследуемое поле так, чтобы её плоскость была параллельна направлению напряженности электрического поля Е, то в рамке будет действовать эдс, которую можно рассматривать включенной в любой точке рамки и равную

. (4.6)

Здесь - действующая высота рамки, равная

, м, (4.7)

где - число витков рамки,

- площадь, охватываемая одним витком, м²,

- длина рабочей волны, м,

- угол между направлением распространения энергии колебаний и плоскостью рамки (рис. 4.19.).

Максимальная эдс наводится на рамке при =0º, т.е. когда направление распространения совпадает с плоскостью рамки. Если же =90º, то эдс, действующая в рамке, равна нулю.

С целью ослабления воздействия мешающих полей и повышения величины измеряемого напряжения рамку присоединяют к переменному конденсатору (рис.4.20), образуя настраиваемый колебательный контур. Ориентируя вертикально стоящую рамку так, чтобы её плоскость совпадала с направлением распространения приходящей волны (вектор напряженности электрического поля предполагается направленным вертикально), и, настраивая рамку, получим при резонансе максимальное показание вольтметра , равное

, (4.8)

где - активное сопротивление рамки при рабочей частоте,

- резонансное значение емкости С,

- рабочая частота.

Рис.4.19. Рамка в поле плоской Рис. 4.20. Схема индикатора

волны поля

Искомая напряженность поля

. (4.9)

Эти результаты справедливы, если: 1) рамку можно рассматривать как систему с сосредоточенными постоянными, т.е. если длина собственной волны рамки значительно меньше рабочей длины волны; 2) рамка не обнаруживает никакого антенного эффекта.

На длинных волнах применение рамки не встречает затруднений; на очень коротких волнах рамку выполняют в виде одного витка малых размеров. Такая рамка обладает очень малой , вследствии чего даже незначительный антенный эффект вызывает значительные ошибки.

При исследовании поля волн длиннее 10 м следует пользоваться только рамкой, при волнах короче 5 м – только полуволновой антенной.

Измерение "слабого" поля

Для измерения "слабого" поля (Е<десятков мВ/м) применяют метод замещения. Структурная схема такого индикатора представлена на рис.4.21.

Рис.4.21 Структурная схема индикатора поля.

На рис. 4.21 указаны:

ИА – измерительная антенна;

АП – переключающее устройство;

СРПУ – супергетеродинное радиоприемное устройство;

И – индикатор;

ГСС – генератор стандартных сигналов;

Атт. – аттенюатор.

Методика проведения измерений.

1. ГСС отключен от приемника. Напряжение от ИА с помощью АП подается на вход приемного устройства через аттенюатор. Меняя положение ИА в пространстве и перестраивая приемное устройство добиваются максимального показания на индикаторе (метод двойного максимума). Фиксируют показания на индикаторе.

2. ИА отключена от приемника. Через АП подается сигнал от ГСС. Перестройка приемника при выполнении п.2 не допускается. Меняя положение ручек настройки ГСС добиваются на индикаторе тех же показаний, что и при выполнении п.1.

3. По шкалам ГСС фиксируют частоту и интенсивность сигнала, соответствующего измеряемому.

Индикаторы поля применяются в области защиты информации: это финансовые организации, бизнесструктуры, силовые организации.

Задача: поиск радиозакладок; поиск подслушивающих устройств, уровень сигнала которых на 10-15 дб выше фонового радиоизлучения.

В аэропортах исследование ЭМП производится с помощью передвижной лаборатории (ПАЛ).

В диапазоне сантиметровых волн используют рупорные антенны или сантиметровый вибратор, установленный в фокусе параболического экрана, определяя напряженность поля по мощности, развиваемой на выходе антенны.

Индикаторы поля

Исследование сильных полей можно производить с помощью так называемых индикаторов поля. Под сильными полями понимают поля такой напряженности, при которой оказывается возможным определять эдс, ток или мощность в измерительной антенне непосредственно с помощью вольтметра, амперметра и ваттметра.

Одна из схем такого индикатора поля изображена на рис.4.20. При ориентировке рамки на исследуемую радиостанцию и настройке рамки в резонанс с принимаемыми колебаниями на зажимах вольтметра V получится напряжение, определяемое уравнением (4.8). Зная параметры рамки и ёмкость , нетрудно определить Е.

Если положить, что минимальное напряжение, измеряемое вольтметром, составляет примерно 0,1 В, то из уравнения (4.9) следует

(4.10)

Здесь - затухание рамки, которое можно считать порядка . Если , то

м.

В таком случае

.

Нетрудно убедится в том, что при замене рамки на очень коротких волнах полуволновой антенной минимальная напряжённость исследуемого поля должна быть такого же порядка (десятков милливольт). Поэтому индикаторы поля пригодны для измерения лишь полей излучения мощных передатчиков и на близких расстояниях от последних.

На рис.4.22. приведен пример схемы индикатора поля с термисторным мостом для диапазона сантиметровых волн.

Рис.4.22. Индикатор поля для сантиметровых волн

Здесь 1 – приемная рупорная антенна, на выходе которой установлен термистор 3, включенный в цепь моста 4, последним определяется мощность высокой частоты, выделяемая в термисторе. Поршни 5,6,7 служат для согласования сопротивления термистора с волновым сопротивлением антенны. Аттенюатор 2 предназначен для поддерживания мощности, поступающей на термистор, на допустимом уровне. Расчёт напряженности поля проводится по формуле (4.5), где мощность Р должна быть определена с учётом ослабления, вносимого аттенюатором.

Измерители напряженности поля и измерительные приемники

Для измерения малых напряженностей поля разработаны специальные устройства – измерители напряженности поля и измерительные приемники. Эти устройства представляют собой чувствительные супергетеродинные радиоприемники с вольтметром на выходе, делителем напряжения в тракте промежуточной частоты и аттенюатором на входе. Для уменьшения погрешности перед каждым измерением шкала выходного прибора калибруется по напряжению внутреннего калибровочного генератора. Если такой приемник укомплектован измерительными эталонными антеннами, то он является измерителем напряженности поля, без антенн – по существу, выполняет роль селективного вольтметра.

Упрощенная структурная схема измерителя напряженности поля представлена на рис. 4.23.

Рис. 4.23. Структурная схема измерителя напряжения поля

Процесс измерения делится на три этапа: предварительную настройку, калибровку и измерение. Для предварительной настройки ко входу измерителя напряженности поля подключают антенну и настраивают его на частоту радиостанции, напряженность поля которой измеряется. Чтобы откалибровать прибор точно на рабочей частоте, настройку осуществляют по максимальному показанию выходного вольтметра при произвольных значениях ослабления входного аттенюатора и коэффициента деления в тракте промежуточной частоты.

Калибровка состоит в том, что на вход усилителя высокой частоты подают известное напряжение калибровочного генератора и, регулируя усиление по высокой частоте (при отсутствии деления в тракте промежуточной частоты), устанавливают стрелку выходного вольтметра на условное деление. При этом усиление всего приемника приводится к известному значению. После калибровки генератор отключают, включают антенну и, регулируя ослабление аттенюатора высокой частоты и коэффициента деления на промежуточной частоте, устанавливают стрелку выходного вольтметра в удобное для отсчета положение. Шкала вольтметра проградуирована в значениях входного напряжения усилителя высокой частоты. Показание , где и - коэффициенты ослабления аттенюатора и делителя напряжения соответственно. Напряженность поля . Значения и для каждой частоты известны, поэтому определение значения не вызывает затруднения.