Тема 2.5 Вольтметры импульсного напряжения

2.5.1 Измерения импульсных напряжений

Импульсные напряжения измеряют с помощью импульсных вольтметров, построенных по схеме, показанной на рис. 2.8,а. В этой схеме возможно измерение амплитуды только положительных импульсов, для отрицательных необходимо обратное включение диода. Специальные импульсные вольтметры градуируют в амплитудных (пиковых) значениях.

При исследовании радиоимпульсов процессы в схеме вольтметра протекают так же, как и при измерении видеоимпульсов. Однако заряд конденсатора происходит только при положительных полупериодах несущей частоты, т.е. при положительной огибающей. Погрешность измерений в этом случае может возрасти.

В случае измерения импульсных напряжений необходимо иметь в виду, что спектр частот, занимаемый импульсами, бывает широким, особенно спектр радиоимпульсов малой длительности. Составляющие спектра могут находиться в области высоких частот, на которых появляются дополнительные погрешности.

2.5.2 Измерение шумового напряжения

Наиболее точно среднее квадратическое значение шумового напряжения можно измерить вольтметром с квадратичным детектором. Градуировка такого вольтметра не зависит от формы напряжения, а следовательно, пригодна и в данном случае.

При измерении шумовых напряжений необходимо учитывать ряд специфических требований:

1. Шумовое напряжение может иметь большие выбросы, превышающие в 3-4 раза его среднее квадратическое значение.

Поэтому протяжённость квадратичного участка характеристики детектора должна быть большой, при этом не должно быть ограничения шумового напряжения в усилителях, включенных до детектора.

Амплитудная характеристика входного усилителя должна быть линейной до уровня, вероятность превышения которого шумовым напряжением невелика;

2. Спектральная плотность шумового напряжения обычно занимает широкую полосу частот. Усилители, включенные до нелинейного устройства, не должны вносить линейных искажений;

3. При измерении показания вольтметра определяются реализацией исследуемого процесса за конечное время накопления, т.е. измеряется среднее квадратическое значение отдельных реализаций шумового напряжения.

Пусть исследуемый шум - стационарный случайный процесс и его математическое ожидание и дисперсия не зависят от времени. Показания вольтметра будут различны для разных реализаций, т.е. имеет место ошибка измерений, обусловленная конечностью времени накопления. Разброс показаний от одной реализации к другой тем меньше, чем больше время накопления. При этом ошибка измерений также уменьшается.

Контрольные вопросы:

1. Как измеряют импульсные напряжения?

2. Принцип измерения шумовых напряжений.

3. Поясните работу вольтметра импульсных напряжений.

Тема 2.6 Измерители уровня

2.6.1 Широкополосные измерители уровня

Широкополосные измерители уровня (ИУ) отличаются от вольтметров по градуировке и требованиям к входному устройству. Кроме того, в силу необходимости измерений весьма низких уровней (до - 80 дБ и менее) у ИУ усилительные каскады всегда предшествуют детекторному (рис. 2.19).

Рисунок 2.19 Схема широкополосного измерителя уровня

Градуировка ИУ производится, как правило, в абсолютных уровнях напряжения, когда за нулевой уровень принято напряжение = 0,775 В эфф. Во входном устройстве ИУ всегда имеется ослабитель, уменьшающий поступающий на вход усилительных каскадов уровень напряжения обычно на 10, 20, З0, 40 дБ (или на 1, 2, 3, 4, 5 Нп) и дающий, следовательно, возможность измерить уровни напряжения соответственно меньшие, чем обычная величина крайней левой отметки шкалы (-20 дБ), например: -12 дБ по шкале и -40 дБ на ослабителе соответствуют уровню -52 дБ.

Требования ко входному устройству ИУ обусловлены тем, что в технике связи возможны два способа включения ИУ: 1) параллельно уже имеющемуся в цепи какому-то сопротивлению («впараллель») и 2) последовательно, когда сам ИУ (его входное сопротивление) оказывается включенной «в разрез» нагрузкой, на которой и измеряется уровень. Если в первом случае ИУ, чтобы не изменить режима работы цепи и не дать большой погрешности при определении уровня, существовавшего на некоторой нагрузке до включения ИУ, должен обязательно иметь возможно большее сопротивление (ключ, управляющий входным сопротивлением, должен стоять в положении «Высокоомный»), то во втором случае входное сопротивление ИУ делается соответствующим стандартным сопротивлениям для цепей проводной связи: 600, 135, 75 Ом. При установке ключа, управляющего входным сопротивлением на одно из этих значений ИУ, включенный «в разрез» оказывается практически согласованной нагрузкой для соответствующей цепи. При этом измеряемый уровень напряжения равен уровню мощности на такой нагрузке, если отсчет произведен по соответствующей шкале.

Часто ИУ имеет две шкалы: одну, проградуированную в абсолютных уровнях напряжения, т. е. для 600-омной цепи («0» соответствует 0,775 В), другую для 135-омной («0» соответствует 0,367 В), или же одну для 135-омной и вторую для 75-омной («0» соответствует 0,274 В).

Совершенно ошибочным (хотя и часто встречающимся) было бы при включении «впараллель» установить ключ, управляющий входным сопротивлением на одно из низкоомных значений (якобы для «согласования»). Очевидно, что такой низкоомный вход существенно шунтирует уже имеющиеся сопротивления нагрузки и возникнет значительная систематическая погрешность измерений.

Входное устройство ИУ, используемых на воздушных и симметричных кабельных цепях, содержит обычно трансформатор, симметричный по отношению к земле. Для коаксиальных цепей вход несимметричен, при этом (как и в большинстве электронных вольтметров) к зажиму «Земля» следует подключать провод, связанный с землей. Примером широкополосного измерителя уровня может служить ИУ-600.