книги из ГПНТБ / Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения

анализатора спектра определяется полосой пропускания его изби­ рательного элемента. Если в полосу усилителя промежуточной частоты попадает несколько спектральных линий исследуемого сиг­

нала, анализатор их не разделяет.

Связь между разрешающей способностью и полосой пропуска­

/уменьшается. Рис. 10.8,в соответствует

5.Диапазон частот развертки. Частота развертки характери­ зует число циклов качания частоты гетеродина в секунду и пред­ ставляет собой величину, обратную продолжительности анализа.

6.Погрешности:

—измерения отношения амплитуд спектральных составляющих;

—измерения частотных интервалов (определяется погреш­

ностью калибратора);

— градуировки шкал установки средней частоты и девиации

частоты гетеродина.

В качестве примера приведем характеристики анализатора спектра С4-9:

— полный диапазон частот 50—1400 МГц;

'— диапазон качания частоты (полоса обзора) 0,1—5 МГц;

—разрешающая способность 2,15 кГц;

— чувствительность 5 • 10 Вт;

170

—длительность развертки 0,1; 1; 2; 4; 8 с;

—погрешность измерения частотных интервалов 3%;

--погрешность измерения отношения амплитуд ± (0,5—1) дБ. Низкочастотный анализатор спектра С4-12 характеризуется

следующими данными:

—полный диапазон частот 75—500 кГц (с блоком преобразо­ вания 20 Гц—500 кГц);

—полоса обзора 200 Гц—20 кГц;

—разрешающая способность 7± 2; 30± 5; 90±20 Гц;

—чувствительность 300 мкВ;

—погрешность измеряемых частотных интервалов

Степень нелинейных искажений периодического сигнала харак­ теризуется коэффициентом нелинейных искажений (коэффициен­ том гармоник) k u который представляет собой отношение дейст­ вующего значения напряжения высших гармоник к действующе­ му значению напряжения первой гармоники:

(10.5)

Наиболее распространенным методом измерения .коэффициента нелинейных искажений является метод «подавления основной час­ тоты». Он заключается в сравнении действующего значения полно­ го напряжения искаженного сигнала с действующим значением напряжения высших гармоник, начиная со второй, имеющихся в искаженном сигнале. В этом случае измеряется коэффициент k{

чаются меньше, чем на 1%).

Структурная схема, реализующая метод «подавления основной частоты», приведена на рис. 10.9.

При установке переключателя П в положение «К» (калибровка) исследуемый сигнал с выхода усилителя подается на вольтметр,

171

минуя фильтр. Вольтметр измеряет действующее значение всего искаженного сигнала. Усиление усилителя регулируют так, чтобы при любой величине входного сигнала стрелка индикатора уста­ навливалась на конечное деление его шкалы, принятое за едини­ цу. Эга операция называется калибровкой.

Рис. 10.9.

После этого переключатель переводят в положение «Я» (изме­ рение) и настраивают фильтр на частоту первой гармоники, о чем судят по минимуму показаний индикатора вольтметра. Настроен­ ный фильтр практически полностью подавляет колебания первой гармоники, пропуская почти без ослабления высшие гармоники. Квадратичный вольтметр в этом случае измеряет действующее зна­

рактеристика на рис. 10.11. Коэффициент передачи такого фильтра на холостом ходу определяется выражением

172

Фильтр настраивают на частоту сщ с помощью конденсаторов переменной емкости С, а изменением сопротивления резистора R2 добиваются баланса моста (т. е. 0). Для перехода с одно­ го поддиапазона частот настройки фильтра на другой переключа­ ют резисторы R.

Входящий в состав прибора вольтметр обычно используется также для измерения напряжения переменного тока, в том числе напряжения шумов. Примером может служить измеритель нели­ нейных искажений С6-1А, который имеет следующие метрологиче­ ские характеристики:

—рабочий диапазон частот 20 Гц—20 кГц;

—погрешность измерения ± (5% +0,05 kf%);

—диапазон измерения напряжений 0,005—100 В в диапазоне частот 20 Гц—200 кГц.

173

Г Л А В А І1

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

В данной главе рассматриваются основные методы измерения параметров цепей с сосредоточенными и распределенными постоян­ ными.

§11.1. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ССОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ

Косновным параметрам линейных элементов цепей с сосредо­ точенными постоянными относятся сопротивление резистора R, ем­ кость конденсатора С; индуктивность катушки L и добротность колебательного контура Q, а также тангенс угла потерь конден­ сатора tg б. Для измерения этих параметров наиболее широко при­ меняются мостовой и резонансные методы.

Для измерения R, L, С может применяться также метод вольт­

метра-амперметра, известный из кур­ са электрических измерений. В пос ледние годы внедряются приборы, ,1 которых используется метод дискрет­ ного счета.

Мостовой метод

Мостовой метод в основном исполь­ зуется на низких частотах. Схема чегырехплечего моста переменного тока показана на рис. 11.1. Измеряемое комплексное сопротивление включает­

ся в одно из плеч моста. При выполнении условия равновесия моста

174

напряжение в измерительной диагонали равно нулю. Так как в общем случае сопротивления плеч моста являются комплексными величинами

Отсюда следует, что для уравновешивания моста необходимы две регулировки — модуля и фазы. Обычно с этой целью изменяют в одном из плеч активную и реактивную составляющую сопротивле­ ния либо активные составляющие в двух плечах. Так как при из­ менении любой из них происходит одновременное изменение как модуля, так и фазы, равновесие моста может быть достигнуто лишь

175

или

Приравнивая вещественные и мнимые части последнего выра­ жения, получим

Q = «>/?0C0.

При неизменных со и С0 орган регулировки Ro можно проградуи­ ровать в значениях добротности.

Отметим, что условие равнове­ сия моста (рис. 11.2) по фазе имеет вид

На рис. 11.3 приведена схема моста для измерения емкости

конденсаторов. Условие равновесия моста имеет вид

Равновесие достигается поочередным изменением R2 и /?0 по мини­ муму показаний индикатора И.

176

При неизменных R і и Со орган регулировки R2 можно програ­ дуировать непосредственно в единицах емкости. Расширение пре­

При неизменных « и Со орган регулировки Ro можно програ­ дуировать непосредственно в значениях tg б. Условие равновесия такого моста по фазе имеет вид

®3 = 'Р4.

где

ронные вольтметры с магнитоэлектрическими указателями. Питание мостов осуществляется от встроенных генераторов низ­

кой частоты, форма колебаний которых должна быть возможно более близкой к синусоидальной. В противном случае наличие гармоник затрудняет балансировку моста (мост, сбалансирован­ ный по основной частоте, в общем случае может оказаться неурав­ новешенным по частотам гармоник). Поэтому применяют фильт­ рацию напряжения питания, однако неидеальная фильтрация и наличие паразитных емкостных связей между плечами моста не позволяют полностью уравновесить схему. В силу указанных при­ чин состояние баланса моста определяют не по нулевому, а по ми­ нимальному показанию индикатора.

Погрешности мостового метода в основном определяются влия­ нием паразитных связей элементов места друг с другом и с кор­ пусом прибора, а также погрешностью индикации минимума по­ казаний. Для ослабления паразитных связей элементы моста и соединения тщательно экранируют, а для повышения чувствитель­ ности индикатора применяют усилители. Общая погрешность из­ мерения с помощью мостов переменного тока на низких частотах составляет ± (1—3)%.

Мостовые схемы применяются для измерения емкостей конден­ саторов от единиц нФ до сотен мкФ, индуктивностей катушек от единиц мкГ до сотен Г, сопротивлений резисторов от десятых долей ома до десятков МОм (при измерении сопротивлений резис­ торов мост питается постоянным током).

В качестве примера можно привести универсальный мост Е7-2(Е12-2), который имеет следующие метрологические харак­ теристики:

1) пределы измеряемых величин:

—сопротивление резисторов 0,1 Ом—5 МОм;

—индуктивность катушек 10 мкГ—100 Г;

—емкость конденсаторов 10 пФ—100 мкФ;

—добротность катушек 0,5—500;

Резонансные методы применяются для измерения параметров R, L, С, Q на высоких частотах. В простейшем случае резонансный метод реализуется в схеме, приведенной на рис. 11.4. Контур со­ ставляется из измеряемого и образцового элементов. Метод основан на использовании зависимости резонансной частоты контура от

параметров его элементов / 0 =• 1/2 тс у LC. Настройка контура в резонанс при L0 = const осуществляется изменением частоты гене­ ратора, слабо связанного с контуром, до получения максимально­ го отклонения стрелки электронного вольтметра.

Измеряемая емкость определяется по формуле

на рабочей частоте. Контур настраивают в резонанс изменением частоты генератора либо изменением емкости Со образцового кон­ денсатора. Этот способ измерения является косвенным.

Основными причинами погрешностей измерения являются не­ точность настройки контура в резонанс, нестабильность частоты генератора во время измерения и наличие паразитных параметров контура (например, собственной емкости катушки индуктивности).

Погрешность измерения обычно составляет + (2 —5)%. Умень­ шить погрешность измерения емкости можно, сочетая резонансный метод с методом замещения, для чего параллельно контуру (рис. 11.4) дополнительно подключается образцовый конденсатор пере­ менной емкости Со (при этом в контуре может быть использована любая катушка индуктивности).

178

Измерение производится следующим образом. Установив мак­ симальное значение емкости образцового конденсатора С0ь изме­ нением частоты генератора ВЧ добиваются резонанса при отклю­ ченном конденсаторе Сх. Затем подключают к контуру конденса­ тор Сх и, не изменяя частоту генератора, настраивают контур в резонанс уменьшением емкости об­ разцового конденсатора до значе ния С0 2 . Измеряемую емкость оп­ ределяют по формуле

Су. — Си1 С02. (11.4.

Такой метод измерения является прямым и позволяет исключить влияние паразитных параметров на погрешность измерения.

Резонансный метод используется также в приборах, которые на­ зываются куметрами (измерителями добротности). Куметры позво­ ляют измерять емкость конденсаторов, индуктивность катушек, добротность катушек и контуров, а также величины активных со­ противлений на высокой частоте и тангенс угла потерь .конденса­ торов. Упрощенная схема куметра приведена на рис. 11.5.

Ток генератора ВЧ создает на образцовом резисторе Ro малого сопротивления падение напряжения, которое поддерживается по­ стоянным (E0 — InR0 — const) и контролируется с помощью тер­ моэлектрического амперметра. Напряжение Е0 служит источником возбуждения последовательного колебательного контура, состоя­ щего из катушки индуктивности и .конденсатора. При настройке контура в резонанс напряжение на каждом из реактивных эле­ ментов контура в Q раз больше напряжения возбуждения Ео, т. е.

чениях добротности. О настройке контура в резонанс судят по максимальному отклонению стрелки вольтметра.