ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СПО

«БЕЛГОРОДСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Рассмотрено:

на заседании ЦК

протокол № _________ от _________

председатель ЦК _________________

Конспект лекций

по дисциплине

«Электрорадиоизмерения»

для специальности 2004

Разработал:

Преподаватель Косова Л. А.

2006

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение. Общие понятия измерительной техники…………………………..3

2 Измерение тока, напряжения, мощности…………………………………….30

3 Приборы формирования стандартных измерительных сигналов…………..81

4 Исследование формы сигнала………………………………………………...99

5 Измерение параметров сигнала……………………………………………...126

6 Измерение характеристик электрорадиотехнических цепей……………...150

7 Измерение параметров компонентов электрорадиотехнических цепей….178

8 Измерение параметров цепей с распределенными параметрами….……...204

9 Автоматизация электрорадиоизмерений……………………………………219

Список рекомендуемой литературы…………………………………..………222

Раздел 1 Введение. Общие понятия измерительной техники

1.1. Общие сведения

Бурное развитие различных направлений средств радиоаппаратостроения и радиотехники в целом предъявляет все более высокие требования к метрологическому обеспечению и уровню электрорадиоизмерений (проще, радиоизмерений, измерений). В этой связи для теории и практики радиоизмерений характерны:

• расширение пределов измеряемых величин и повышение точности их измерений;

• разработка новых методов измерений и приборов с использованием новейших физических принципов действия;

• внедрение автоматизированных измерительных систем обладающих высокой точностью, быстродействием и надежностью.

Технике радиоизмерений свойственен ряд особенностей:

1) Очень широкий диапазон измеряемых величин, например, по мощности от долей микроватт до сотен киловатт, по напряжению - от долей микровольт до сотен тысяч вольт, по частоте - от10^-2 до 3·10¹² Гц и более, по величине сопротивления - от 10^-6 до 10¹² Ом и т д.

2) Так как основной объект исследования в радиотехнических цепях электрический сигнал - является носителем используемой информации, необходимы наблюдения и исследование формы и спектра электрических колебаний, а также генерирование их копий и образцов. Этим вызвано широкое применение в практике радиоизмерений приборов для наблюдения и регистрации колебаний (осциллографов, анализаторов спектров) и источников электрических колебаний (измерительных генераторов);

3) Из-за сложности структуры современных радиотехнических устройств и большого количества всевозможных параметров, описывающих их работу, характерно разнообразие измерений даже в одном эксперименте, необходимость комплексного их проведения, быстродействие, точность, а следовательно, автоматизация измерений.

Основная задача научиться правильно и обосновано выбирать метод и измерительные приборы, обеспечивающие наилучшую достоверность данного измерения, обработать полученные показания с учетом неизбежных погрешностей и определить значение измеренной величины наиболее приближенное к истинному.

Для того чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами электрорадиоизмерений, студентам необходимо освоить ряд общих принципов их решения, определить единую научную и законодательную базу, обеспечивающую на практике высокое качество измерений независимо от того, где и с какой целью они выполняются. Такой базой является метрология (от греч. «метрон» - мера, «логос» - учение)

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Тема 1.1 Основные виды и методы измерений, их классификация

1.1.1 Виды измерений

Виды измерений определяются физическим характером измеряемой величины, требуемой точностью и необходимой скоростью измерения, условиями измерений и пр. Можно выделить виды измерений в зависимости от их цели: контрольные, диагностические, лабораторные, технические, эталонные, поверочные, абсолютные, относительные и т.д.

По общим приемам получения результатов измерений они делятся на: прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Прямые - измерения, при которых значение физической величины находится непосредственно из опытных данных. Прямые измерения характеризуют формулой:

А = х, (1.1)

где х - значение величины, найденное путем ее измерения и называемое результатом измерения.

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения можно охарактеризовать следующей формулой:

A = f(x₁, x₂, … , х_m), (1.2)

где х₁, х₂, ... , х_m - результаты прямых измерений величин, связанных функциональной зависимостью f с искомым значением измеряемой величины А.

К косвенным измерениям относится определение резонансной частоты колебательного контура по результатам прямых измерений емкости и индуктивности и т.д.

Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых или косвенных измерениях различных сочетаний этих величин. При этом могут измеряться несколько комбинаций значений величин. Например, измеряя сопротивления R_ab, R_ac и R_bc между вершинами треугольника электрической цепи, в котором соединены сопротивления резисторов R₁, R₂ и R₃ (рис. 1.1) и, решая систему уравнений типа (1.5) можно определить искомые значения сопротивлений R₁, R₂ и R₃ методом совокупных измерений:

Рисунок 1.1 К методу совокупных измерений

(1.3)

Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для установления зависимости между ними.

Как видно из определений, совокупные и совместные измерения весьма близки друг к другу. В обоих случаях искомые значения находят в результате решения системы уравнений, коэффициенты в которых получены путем прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно определяют несколько одноименных величин, а при совместных - разноименных.

Наиболее известный пример совместных измерений - определение зависимости сопротивления резистора от температуры:

R₁ = R ₂₀ [1+ α (t - 20) + β (t - 20)²], (1.4)

где R₂₀ - сопротивление резистора при t = 20 °С; α, β - температурные коэффициенты.

Для определения R₂₀, α и β вначале измеряют сопротивление R_t резистора при, например, трех различных значениях температуры (t₁, t₂, t₃), а затем составляют систему из трех уравнений, по которой находят параметры R₂₀, α и β.

Косвенные, совместные и совокупные измерения объединены общим свойством: их результаты рассчитывают по известным функциональным зависимостям между измеряемыми величинами и величинами, определяемыми прямыми измерениями. Различие между этими видами измерений заключается лишь в виде функциональной зависимости, используемой при расчетах. При косвенных измерениях она выражается одним уравнением в явном виде, при совместных и совокупных - системой неявных уравнений.

В зависимости от выражения результатов измерения делят на: абсолютные и относительные.

Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких величин с использованием значений физических констант. Результат абсолютного измерения непосредственно выражают в единицах измеряемой величины.

Относительные измерения - измерения соотношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

При относительных измерениях используют внесистемную безразмерную единицу - децибел (дБ), определяемую при сравнении напряжений (иногда токов) U₂ и U₁:

1 дБ = 20 lg (U₂ /U₁), при U₂/U₁ = 1О^1/20 = 1,122;

а при сравнении мощностей Р₂ и P₁;

1 дБ = 101g (Р₂/Р₁), при Р₂/Р₁ = 10^1/10 = 1,259.

Для перевода отношений мощностей и напряжений (токов) в децибелы и обратно применяют справочные таблицы.