Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка електрорадіовим. практика.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
2.23 Mб
Скачать

Тема № 3

Вимірювання послаблення та амплітудо – частотних характеристик

  1. Мета роботи

1.2. Отримати навички роботи з вимірювальними приладами для вимірювання послаблення та АЧХ.

1.3. Придбати вміння обробляти і оформляти результати вимірювань послаблення та АЧХ.

  1. Перелік лабораторного обладнання

2.1. Вимірювальний генератор.

2.2. Вимірювач рівня широкосмуговий.

2.3. Вимірювач рівня виборчий.

2.4. Магазин послаблення.

2.5. Панорамний вимірювач АЧХ.

2.6. Комутаційний пульт.

2.7. Магазини опорів.

2.8. Об'єкти дослідження.

  1. Порядок виконання практичної роботи

3.1. Ознайомитися з метрологічними характеристиками і правилами експлуатації використовуваних приладів.

3.2. Виміряти робоче послаблення чотириполюсника вимірником рівня (умови вимірювання та об'єкт задає викладач):

а) методом відомого генератора,

б) методом Z.

3.3. Виміряти власне послаблення чотириполюсника.

3.4. Виміряти внесене послаблення чотириполюсника.

3.5. Виміряти робоче послаблення об'єкта методом порівняння.

3.6. Дослідити частотну характеристику послаблення об'єкта вимірювання панорамним вимірником.

3.7. Дослідити похибку вимірювання послаблення, викликану не лінійністю гармонійних коливань.

4. Підготовка до роботи

4.1. Вивчити теоретичний матеріал з літератури / 1 / - с. 298 – 305, / 2 / - с. 11 – 12, 345 – 364, / 3 / – с. 8 – 14, 23 – 28, конспекту лекцій.

4.2. Розробити схеми вимірювань, таблиці для запису результатів спостережень і результатів їх обробки по кожному пункту програми практичної роботи, заготовити їх у звіті з практичної роботи

Навести у звіті необхідні розрахункові формули з обробки результатів спостережень та оцінки похибки вимірювань.

4.3. Для самоперевірки готовності до виконання роботи сформулювати відповіді на наступні питання:

  • дати визначення абсолютного, відносного і вимірювального рівнів;

  • як здійснюється перехід від абсолютних одиниць вимірювання (вольт, ампер, ват) до відносних (непер, децибел)?

  • дати визначення робочого, внесеного і власного послаблення;

  • чим відрізняються схеми вимірювання робочого послаблення методом відомого генератора, методом Z, методом Z із застосуванням схеми порівняння?

  • в якому випадку робоче послаблення чотириполюсника дорівнюватиме власному?

  • намалювати схему вимірювання власного послаблення (посилення) чотириполюсника методом вимірювання рівнів;

  • яким має бути вхідний опір вимірника рівня у відомих Вам методах вимірювання робочого послаблення та посилення?

  • які методи вимірювання внесеного послаблення Ви знаєте?

  • на якому принципі ґрунтується отримання на екрані електронної трубки АЧХ досліджуваного об'єкта?

  • пояснити призначення всіх вузлів на структурній схемі панорамного вимірювача АЧХ.

  1. Основні теоретичні відомості

5.1. Робоче послаблення і його вимір

Робоче послаблення (посилення) є мірою передачі енергії через чотириполюсник в реальних умовах. Цей захід залежить не тільки від параметрів чотириполюсника, а й від параметрів джерела сигналу (генератора), є навантаженням з боку вхідних затискачів, і опору навантаження, підключеного до вихідних затискачів чотириполюсника (рис.1). Робоче послаблення аР ( робоче посилення SP) чотириполюсника визначають співвідношеннями :

(5.1)

де: Р1 – повна потужність, яку міг би віддати генератор в навантаження за умови, що опір навантаження рівний одному внутрішньому опору генератора Zг (тобто в узгоджене з ним навантаження) (рис. 2).

Рисунок 1. Схема вимірювання абсолютного рівня напруги РU2 при вимірюванні робочого послаблення методом відомого генератора

1 – вхідні затиски чотириполюсника,

2.– вихідні затискачі чотириполюсника.

Рисунок 2. Схема визначення потужності у формулі для робочого послаблення.

Р2 – повна потужність, яка надходить від генератора в навантаження, включену на виході чотириполюсника (рис.1). Таким чином, в робочому послабленні фактична потужність (Р2) надходить в навантаження Zн чотириполюсника, порівнюється в логарифмічному масштабі з потужністю Р1, що віддається генератором в оптимальному режимі (у узгоджене навантаження). Потужності Р1 і Р2 можуть бути виражені через ЕРС генератора Е і напругу U2 на навантаженні Zн, включеної на виході чотириполюсника (рис.1).

Підставивши ці вирази в 5.1, отримаємо:

(5.2)

де Zн – опір навантаження чотириполюсника;

Zг – внутрішній опір генератора.

Для робочого посилення вираз буде мати вигляд:

(5.3)

З цих виразів випливає, що процес вимірювання робочого послаблення та посилення при відомих значеннях Zн і Zг зводиться до виміру розмірів ЕРС генератора Е і напруги U2 на навантаженні, включеної на виході чотириполюсника. Цей спосіб вимірювання прийнято називати методом відомого генератора. Вимірювання розміру напруги на навантаженні (рис. 1) проводиться електронним вольтметром (ЕВ) з високоомним опором, проградуйованим у відносних логарифмічних одиницях виміру – децибелах (вимірником рівня). У цьому випадку вираз для аК можна перетворити, перейшовши від абсолютних значень напруги і ЕРС до рівнів напруги і ЕРС.

де РЕ – абсолютний рівень ЕРС генератора;

РU2 – абсолютний рівень напруги на навантаженні чотириполюсника;

Рe / 2 – абсолютний рівень E/2, рівний абсолютному рівню напруги на виході узгодженого навантаженого генератора;

U0 – напруга, відповідна нульовому рівню потужності при даному градуювальному опорі.

Рівень ЕРС РЕ з достатнім ступенем точності можна визначити, вимірявши напругу на виході генератора на холостому ході з допомогою покажчика рівня з високоомним вхідним опором. Якщо вихідний опір Zг вимірювального генератора, наявного в розпорядженні експериментатора, не дорівнює необхідному значенню навантаження з боку вхідних затискачів досліджуваного об'єкта або відомо з недостатньою точністю, метод відомого генератора застосовувати не можна. У цьому випадку використовують метод Z. Методом Z можна здійснювати вимірювання за допомогою генератора з будь – яким, в тому числі і невідомим, внутрішнім опором (рис. 3). У цьому методі роль навантаження з боку вхідних затискачів виконує опір Z'г , а напруга U1 виконує роль ЕРС джерела сигналу. Якщо у формулах 5.4 замінити ЕРС Е на напругу U1 , а Zг на Z'г, то отримаємо вираз для розрахунку робочого послаблення методом Z:

(5.5)

При вимірах абсолютних рівнів напруг U1 і U2 покажчик рівня повинен мати високий вхідний опір (Zv >> Zн, Zv >> Zг).

Рисунок 3 Вимірювання робочого послаблення методом Z.

З метою підвищення точності вимірювання послаблення його вимірюють методом порівняння з зразковою мірою – магазином послаблення (МП), який являє собою регульований чотириполюсник з відомим з високою точністю послабленням. Метод порівняння може бути реалізований двома способами: методом відомого генератора із застосуванням схеми порівняння і методом із застосуванням схеми порівняння.

Схема виміру робочого послаблення методом відомого генератора наведена на рис. 4.

Рисунок 4. Вимірювання робочого послаблення методом відомого генератора із застосуванням схеми порівняння.

При вимірі переводять ключ В1 по черзі в перше і друге положення і регулюють магазин послаблень до тих пір, поки індикатор напруги (з високоомним вхідним опором) не показуватиме однакові значення в обох положеннях ключа.

Розмір робочого послаблення визначають за формулою:

(5.6)

УВАГА! При вимірі цим методом необхідно, щоб Zг = R0, де R0 – характеристичний опір магазину послаблень, тобто характеристичний опір магазину послаблення має дорівнювати необхідному значенню навантаження чотириполюсника з боку вхідних затискачів. Якщо цю умову виконати неможливо, вимірювати цим методом не можна!

Рисунок 5. Схема виміру робочого послаблення методом Z із застосуванням схеми порівняння.

Тут на відміну від схеми на рис. 4 вхідне коло не комутується, а постійно пов'язане з входами досліджуваного чотириполюсника та магазину послаблення. Процес вимірювання полягає у вирівнюванні показників індикатора напружень в першому (1) і другому (2) положеннях ключа В1 шляхом регулювання магазину послаблення. При рівності показників індикатора справедливий вираз:

(5.7)

В якості індикатора напруг може бути використаний будь – який вимірник напруги з високоомним вхідним опором. R0 – опір навантажень магазину, рівний характеристичному опору магазину послабленія.5.2.

Внесене послаблення і його вимір. Внесене послаблення є мірою передачі енергії через чотириполюсник, в якому порівнюють в логарифмічному масштабі фактичну потужність, що надходить від джерела сигналу (генератора) в навантаження через чотириполюсник, з потужністю, яку міг би віддати цей генератор в це ж навантаження, якщо його підключити до генератора безпосередньо (виключивши чотириполюсник). Внесене послаблення чотириполюсника визначають за формулою:

(5.8)

де Р'1 – повна потужність, яка надходить в навантаження чотириполюсника Zн при підключенні її безпосередньо до вихідних затискачів генератора з внутрішнім опором Zг (див. рис. 6);

Р2 – повна потужність, яка надходить в навантаження через даний чотириполюсник (рис.1).

Рисунок 6. Визначення потужності Р'1, напруги U'2 і абсолютного рівня напруги РU'2 при вимірюванні внесеного послаблення.

Виразивши потужності через напругу і навантажувальний опір, отримаємо наступний вираз для визначення aвн.

(5.9)

З нього випливає, що для вимірювання внесеного послаблення можна застосувати ті ж методи, що і для вимірювання робочого послаблення (порівняйте 5.9 з виразом 5.2), а знаючи робоче послаблення, можна розрахувати внесене послаблення.

(5.10)

Однак внесене послаблення можна легко визначати шляхом вимірювання напруг на навантаженні при підключенні її безпосередньо до генератора (U'2) (рис.6) і через чотириполюсник (U2) (рис.1). У цьому випадку внутрішній опір генератора має дорівнювати заданому значенню опору навантаження з боку вхідних затискачів. Тоді внесене послаблення буде визначатися виразом:

(5.11)

Цей метод вимірювання отримав назву – метод вимірювання рівнів на навантаженні.

    1. Власне послаблення і його вимір.

Власне (характеристичне) послаблення це речова частина власної постійної передачі чотириполюсника, вона є параметром чотириполюсника і повністю визначається його властивостями.

Власне послаблення ас (власне посилення Sс) чотириполюсника можна визначити і шляхом порівняння потужностей:

(5.12)

де Р1 і Р2 – повні потужності на вході і виході чотириполюсника, навантаженого на характеристичні опори (узгоджено). Ці співвідношення можна перетворити, враховуючи, що:

(5.13)

(5.14)

де ZC1 і ZC2 – характеристичні опори чотириполюсника;

U1 і U2 – напруги на вхідних і вихідних затискачах узгоджено навантаженого чотириполюсника;

РU1, і PU2 – абсолютні рівні цих напруг.

Вимірявши ці напруги вольтметром чи їх рівні вимірником рівня з високоомними вхідними опорами, легко розрахувати власне послаблення ас. Цей метод прийнято називати методом вимірювання рівнів. Так як при узгодженому включенні робоче послаблення дорівнює власному, то за таких навантаженнях ( Zг = ZC1, Zн = ZC2) всі методи вимірювання робочого послаблення можуть бути використані для вимірювання власного послаблення. Крім того, можуть бути використані й інші методи: метод холостого ходу і короткого замикання, метод порівняння з магазином послаблення, компенсаційний метод.