- •1. Классификация измерений. Методы измерений. Единство измерений.
- •2. Средства измерений. Метрологические характеристики средств измерений.
- •3. Классификация погрешностей измерения. Класс точности средств измерений.
- •4. Систематические погрешности. Методы обнаружения и устранения систематических погрешностей.
- •5. Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения. Моменты случайных погрешностей.
- •6. Нормальный закон распределения вероятности случайной составляющей погрешности.
- •7. Оценка числовых характеристик нормального закона распределения.
- •2.6 Нормальное распределение и его числовые характеристики
- •8. Обработка результатов при малом числе измерений. Распределение Стьюдента.
- •9. Порядок обработки результатов прямых значений
- •10. Суммирование погрешностей.
- •11. Измеряемые параметры переменного тока. Влияние формы кривой напряжения на показания вольтметра.
- •11. Измеряемые параметры переменного тока. Влияние формы кривой напряжения на показания вольтметра.
- •12. Измерение постоянного напряжения методом сравнения
- •13. Обобщенная структурная схема аналогового вольтметра. Основные узлы, назначение, требования.
- •14. Типы электромеханических преобразователей. Характеристика, область применения.
- •15. Виды преобразователей/детекторов. Преобразователи пикового значения.
- •16. Преобразователи средневыпрямленного и среднеквадратического значений.
- •17. Основные положения цифровых методов измерения.
- •18. Ацп время импульсный
- •22. Назначение осцилографа. Электронно-лучевая трубка (элт). Принципы получения изображения сигнала.
- •23. Виды разверток эло.
- •24. Синхронизация разверток эло.
- •25. Структурная схема эло. Канал вертикального отклонения. Назначение. Основные регулировки.
- •26 Структурная схема эло. Канал горизонтального отклонения. Назначение. Основные регулировки.
- •27. Факторы, ограничивающие применение классической схемы эло. Стробоскопический эло.
- •28. Осциллографические измерения. Искажения осциллограмм.
- •29. Многолучевые и многоканальные осциллографы.
- •30. Классификация методов измерения частоты. Аналоговые методы.
- •31. Цифровые методы измерения частоты и временных интервалов. Погрешности.
- •32. Цифровой измеритель временных интервалов с нониусным преобразованием.
- •Анализ спектров
- •37. Фильтровой анализатор спектра последовательного действия с элт.
- •38. Измерение Амплитудно-частотных характеристик цепей.
- •39. Измерения параметров компонентов цепей с сосредоточенными параметрами. Классификация методов и их метрологическая оценка.
- •1.Прямые методы
- •2.Резонансные методы
- •3.Мостовые методы
- •4.Метод дискретного счета
- •5. Метод непосредственной оценки
- •6. Метод вольтметра – амперметра
- •40. Цифровые методы измерения r, c.
38. Измерение Амплитудно-частотных характеристик цепей.
ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – это зависимость модуля ко- эффициента передачи от частоты. Для неискажающего сигнал тракта (его модель – четырёхполюсник) эта характеристика представляет собой горизонтальную пря- мую, что означает одинаковый коэффициент усиления для всех частотных состав- ляющих сигнала K() = const. По определению АЧХ можно записать:
Как следует из этой формулы, схема для снятия АЧХ должна быть представ- лена в следующем виде – рис. 144.
Рис. 144. Измерение АЧХ
Процесс измерения заключается в изменении частоты сигнала генератора си- нусоидального сигнала, измерении напряжения на входе и выходе, нахождении их отношения и построения по точкам зависимости. Затем точки соединяются и полу- чается график АЧХ:
Практическая реализация данного метода требует определенного навыка из- мерений. Например, если АЧХ имеет большие перепады (наличие режекторных или резонансных частот), надо быть внимательным при выборе входного сигнала. Может оказаться, что выбранный за исходный входной сигнал окажется слишком малым на частотах режекции и выходной сигнал не может быть измерен вольтмет- ром 2. Может случиться, что входной сигнал слишком велик и на частоте резонанса в исследуемом объекте возникнут нелинейные искажения, что приведет к «упло- щению» АЧХ в месте её подъема. Следует так же правильно выбрать шаг частот. Чем больше дискретность выбора, тем быстрее можно выполнить измерения, од- нако редкое расположение точек, на основе которых строится экспериментальная АЧХ на графике, тем больше вероятность потерять какие-либо детали характери- стики.
Дополнение:
В телекоммуникационных системах часто используются линейные четырехполюсники (линейные цепи), важной характеристикой которых является частотный коэффициент передачи (проще, коэффициент передачи). Коэффициент передачи цепи определяют как отношение комплексных амплитуд выходного Uвых(jω) = Uвых и входного Uвх(jω) = Uвх гармонических напряжений одной частоты ω:
(14.32)
Напомним, что модуль коэффициента называют АЧХ, а аргумент φ(ω) - фазочастотной характеристикой (ФЧХ) четырехполюсника.
В области некоторой полосы частот отклик линейного четырекполюсника на входное воздействие практически всегда начинает уменьшаться. В связи с этим используют понятие «полосы пропускания» (рабочей полосы) - области частот, где модуль коэффициента передачи К(ω) становится не менее своего максимального значения. Полоса пропускания линейного четырехполюсника заключена в области от нижней ωн до верхней ωв частоты, и поэтому ее ширина составляет Δω0 =ωв – ωн. При практических расчетах используют не круговую частоту ω, а циклическую частоту f. При этом полоса пропускания линейного четырехполюсника Δfo = fв - fн, где fв - верхняя, а fн - нижняя граничные циклические частоты.
Приборы для исследования (точнее - снятия) АЧХ позволяют снимать кривую зависимости амплитуды напряжения на выходе цепи от частоты синусоидального напряжения на входе при постоянной его амплитуде. При исследовании ФЧХ определяют частотную зависимость разности фаз между синусоидальными напряжениями на выходе и входе исследуемого устройства.
Измерительные приборы для исследований АЧХ линейных цепей и устройств называют измерителями АЧХ. Их широко используют для настройки и контроля радиоаппаратуры, в частности усилителей и радиоприемников.
Структурная схема измерителя АЧХ линейных цепей приведена на рис. 14.12, а. Диапазонный генератор гармонических колебаний перестраивают в исследуемом диапазоне частот. Амплитудночастотную характеристику удобно снимать с помощью цифрового вольтметра по точкам при последовательной настройке генератора на частоты f1 f2 f3 и т. д. По результатам измерений графически строят искомую АЧХ (рис. 14.12, б). Этот метод достаточно трудоемок. Кроме того, могут быть упущены изменения АЧХ в промежутках между точками измерений. Недостатки метода особенно заметны при настройке радиотехнических схем, когда после каждого изменения элементов схемы всю процедуру снятия АЧХ приходится повторять.
б
Рисунок 14.12. К методу снятия АЧХ по точкам: а- структурная схема измерителя; б- графическое построение АЧХ
Широкое применение находят панорамные измерители АЧХ с электронно-лучевым или современным дисплеем, построенные на основе генератора качающейся частоты и цифровой схемы управления и настройки. По принципу действия панорамные измерители близки к гетеродинным анализаторам спектра. Однако между этими приборами имеются и различия, связанные с тем, что анализаторы спектра служат для измерения параметров сигналов, а измерители АЧХ - для исследования характеристик цепей и устройств.
Рисунок 14.13. Структурная схема панорамного измерителя АЧХ
Структурная схема панорамного измерителя АЧХ приведена на рис. 14.13. Основой прибора является ГКЧ, создающий высокочастотное напряжение с периодически меняющейся частотой. Закон изменения частоты определяется формой модулирующего напряжения, в качестве которого используют пилообразное напряжение развертки. Огибающая напряжения на выходе цепи повторяет форму АЧХ. Если это напряжение подать на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ, то на экране появится изображение АЧХ.
Напряжение на индикатор можно подавать непосредственно с выхода исследуемой цепи - режим первый или после детектора и усилителя низкой частоты - режим второй (ключ на рис. 14.13 в положениях 1 или 2 соответственно). Соответствующие изображения на экране дисплея приведены на рис. 14.14.
Рисунок 14.14.
Первый режим применяют тогда, когда напряжение на выходе линейной цепи имеет достаточно большую амплитуду. Этим устраняют ошибки, связанные с нелинейностью характеристики детектора и неравномерностью АЧХ усилителя низкой частоты. Второй режим используют при исследовании четырехполюсников с малым коэффициентом усиления.
Показанная на рис. 14.14 горизонтальная линия на экране индикатора прочерчивается автоматически во время обратного хода луча. Генератор качающейся частоты на это время запирают напряжением генератора развертки.
Применяемые измерители АЧХ линейных цепей кроме элементов, показанных на рис.14.13, имеют ряд дополнительных устройств, повышающих точность воспроизведения исследуемых АЧХ на экране дисплея и улучшающих ряд других свойств прибора. Назначение этих устройств нетрудно пояснить на примере структурной схемы панорамного измерителя АЧХ (рис. 14.15).
Рисунок 14.15
Согласно принципу действия измерителя АЧХ, отклонение электронного луча на экране дисплея по горизонтали должно быть пропорционально частоте, т. е. в схеме необходимо обеспечить линейную зависимость между мгновенными значениями напряжения развертки и частоты ГКЧ. Отклонения указанных параметров от линейной зависимости может привести к неравномерности частотного масштаба на экране панорамного измерителя и искажениям формы исследуемых АЧХ. Для устранения недостатка, в измеритель АЧХ вводится схема линеаризации модуляционной характеристики ГКЧ. Однако качание частоты может сопровождаться изменением амплитуды выходного напряжения, что приведет к искажениям формы исследуемых АЧХ на экране дисплея. Поэтому в данном измерительном приборе предусмотрено устройство автоматической регулировки амплитуды (на рис. 14.15 не показано), стабилизирующее напряжение на выходе ГКЧ.
Чтобы изменить напряжение, подаваемое на исследуемую цепь, на выходе ГКЧ включен переменный калиброванный аттенюатор. Измерение частот в характерных точках исследуемых АЧХ производят с помощью генератора частотных меток. Как правило, метки формируют из нулевых биений, полученных смешением напряжения ГКЧ с напряжением, спектр которого содержит набор калибровочных частот. Усиленное напряжение меток подается на дисплей и образует частотную шкалу на экране измерительного прибора.