Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник

.pdf
Скачиваний:
64
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.82 Mб
Скачать

структивно М3 выполняются состоящими из ряда одина­ ковых звеньев, собранных по схеме рис. 2.6 или 2.7. Ве­ личины сопротивлений в звеньях рассчитываются по формулам теории связи, например, для Т- и Я-образных схем:

S . = « .t h - f - = Ä

, ^ ;

R , = - f - = R c - ^ - r .

(2.8)

 

 

Rc

2

е" -f- 1

 

sh а

е20 — 1

 

где

— характеристическое

сопротивление магазина;

а

— характеристическое затухание звена в неперах.

 

 

 

а)

 

 

і)

 

 

в)

о— *-----

С771-----

т-----О

^

*

(1*

д)

 

в)

Рис. 2.6. Схемы звеньев магазинов затуханий:

а), в), д) несимметричных по отношению к земле; б), г), е) симметричных по отношению к земле

Магазиныв, д),

монтируются обычно из однотипныхе).

звень­

ев либо несимметричных по отношению к

земле

(рис.

2.6 а,

либо симметричных (рис. 2.6 6, з,

 

 

Нередко звенья магазинов собираются по схемам со

средней точкой (рис. 2.7), дающей возможность

осу­

ществить как симметричную, так и несимметричную от-

30

НосМтельйо

земли

схему.

 

ф

 

Путем

заземления

сред­

 

 

 

ней точки

между

нею и

 

 

 

одной из клемм получа­

 

 

 

ется несимметричная схе­

 

 

 

ма с половинным харак­

 

 

 

теристическим сопротив­

Рмс. 2.7. Схемы магазинов за­

лением

(150

и 75 Ом).

тух аіШііі

со средней

точкой

Чаще всего М3 имеют

 

 

 

три декады со ступенча­

через

10; 1; 0,1

дБ (I; 0,1;

тым изменением затухания

0,01 Нп). Иногда для получения больших затуханий пре­ дусматриваются дополнительные звенья по 20—60 дБ (3—7 Нп), коммутируемые отдельными ключами.

Характеристические сопротивления М 3 выбирают в соответствии с § 1.6 (чаще всего 600 или 135; 75; 100; 150; 1400 Ом).

Высокочастотные М 3 выполняют с тщательной экра­ нировкой и рациональным размещением резисторов. При частотах выше 600 кГц применяют М3 с несимметричной схемой, при более низких частотах используют симмет­ ричные схемы.

Емкость монтажа трехдекадного магазина имеет ве­ личину порядка 150—200 пФ, индуктивность 0,2— 1 мкГ, собственная частота 100 МГц. При затуханиях порядка 50 дБ на верхней частоте диапазона использования фа­ зовый сдвиг в М 3 может иногда достигать десятка граду­ сов [28]. Начальное затухание М 3 (при нулях на всех курбелях), как правило, не превышает нескольких сотых долей децибела (миллинепер).

Класс точности магазина затуханий (в соответствии с общими электротехническими ГОСТ) определяется до­ пуском примененных в нем резисторов. В большинстве случаев можно считать абсолютную основную погреш­ ность магазина равной 0,1 дБ (0,01 Нп). Дополнительная

частотная погрешность

обычно

не

превышает основ­

ной [28].

допустимая

для М 3,

невелика.

Мощность рассеяния,

Не следует подавать на вход М 3

более ТО— 15

В. Допол­

нительная температурная погрешность М 3 считается не превышающей основной их погрешности. Дополнитель­ ной погрешности, возникающей при несогласованной на­ грузке М 3, всегда стараются избежать, поскольку ее рас­ чет довольно сложен, так как ее значение зависит от величины установленного на М3 затухания [28].

31

2.6. Делители напряженйл

В измерительной технике связи, кроме мага­ зинов затуханий, находят применение калиброванные делители напряжения, дающие возможность непосредст­ венного отсчета отношения (1 /т) напряжения U% сни­ маемого с делителя, к напряжению Ui, поданному на него.

Делители могут быть выполнены: из активных сопро­ тивлений (рис. 2.8), емкостных (рис. 2.9) и индуктивных

Рис. 2.8. Делитель

Ріис. 2.9. Емкостный де-

наеряжения из ре-

литель 'напряжения

знсторов

 

(рис. 2.10). В общем виде коэффициент деления дели­ теля, приведенного на рис. 2.8, выражается соотноше­ нием

 

 

Д>

Z H

 

 

(2.9)

 

 

+

Zu

 

 

=

При Zh> lR2 коэффициент деления для рис. 2.8

т —

 

(Ri+Rz)/R%

а для делителя рис. 2.9

т =

(С^ + Сг)/^.

 

Емкостные делители можно применять для более вы­

соких частот, чем делители из активных

сопротивлений,

Рис. 2.10. Индуктивный делитель напряжения

32

Hb их входное сопротивление резко падает с увеличением

частоты.

 

 

 

2.11R uпредставлен^ R z

 

Си

 

На схеме рис.

так называемый комт =­

пенсированный= (Ri+Rz)IRz

делитель. Если,

меняя

 

подобрать

/?іС і = /?2Сн,

то при

коэффициент

деления

 

 

практически не будет зависеть от частоты.

Однако входное сопротивле­

 

 

 

 

ние делителя

оказывается

 

 

 

 

частотиозавпсимым. В боль­

 

 

 

 

шинстве

случаев

делители

 

 

 

 

выполняют

по

схемам, не­

 

 

 

 

сим метр и ч н ы м ■ относится ы-ю

 

 

 

 

земли.

 

 

 

делители

 

 

 

 

И идуктивные

 

Р.ис. 2.11. Компенсированный

напряжения

(ИДН) выпол­

делитель и аиряжени я

няют путем намотки тща­

 

 

 

 

тельно

свитых

изолирован­

 

 

 

 

ных проводников на тор, изготовленный из тонких листов магнитного материала с высокой проницаемостью (по­ рядка 5 - ІО'1). Все секции проверяют па идентичность высокочувствительными дифференциальными индикато­ рами. Рабочий диапазон И Д Н большей частью ограничи­ вается частотами от 0,05 до 10 кГц, хотя имеются и вы­ сокочастотные делители; входное сопротивление порядка

десятков кплоом;

основная погрешность

при частоте

1 кГц может быть

доведена до 10-4%.

Поэтому такие

делители можно использовать для проверки обычных магазинов затуханий.

2.7. Образцовые приборы задержки времени

Длительность задержки времени обычно оп­ ределяют между точками, соответствующими 50% амп­ литуды передаваемого сигнала. Звенья приборов задерж­ ки времени монтируют либо из контуров LC, либо из от­ резков коаксиального кабеля. Звенья с контурами LC представляют собой звенья фильтров нижних частот

(рис. 2.12).

Величина задержки может быть найдена из формулы

[28]

2

2

(2. 10)

f _

 

= ___ ____

 

 

3~ ШоУ'Г-п

 

 

LC.

где ц = со/соо и граничная частота фильтра ич ш0 = 2/}/

 

При

т)<0,4

можно считать

2/соо=

]/"

L C

(см. рис.

2.126).

 

 

 

 

 

2— 301

33

Задержка времени на одно звено

обычно не болеё

0,5 мкс, граничная

частота

в типовыхt3n = iit3.звеньях лежит в

пределах от 1 до 30

мГц. При

п

звеньях можно прибли­

зительно считать суммарное время

Магазины за­

держки времени содержат

обычно

несколько десятков

Рис. 2.12. Звено лишни задержки:

а) схема звена; б) зависимость фазовой постоянной от ча­

стоты

звеньев. Увеличение числа звеньев уменьшает искажение формы сигнала, но вызывает увеличение затухания.

Звенья в виде отрезков коаксиального кабеля обеспе­ чивают постоянство характеристического сопротивления в диапазоне частот от 0,3 до 20 М Гц, п поэтому легко согласовываются друг с другом. Коаксиальные кабели нормальной конструкции имеют время задержки около 0,005 мкс на метр длины. Кабели специальной конструк­ ции, имеющие спиральный наружный или внутренний провод, могут иметь время задержки до 0,5 мкс на метр.

Иногда в качестве образцовых мер задержки времени применяются четырехполюсники специальных схем [28].

2.8. Образцовые приборы частоты

Технические образцовые приборы частоты представляют собой либо активную схему, выдающую на­ пряжение со строго установленной и достаточной малой частотной погрешностью и высокой стабильностью, обес­ печенной, как правило, применением термостатирован­ ных генераторов с кварцевой стабилизацией (см. гл. 8), либо пассивную схему, состоящую из контура L C с высо­ кой добротностью и могущую, следовательно, служить для настройки на собственную частоту с достаточно ма­ лой погрешностью (см. гл. 11).

Для поверки частоты могут быть также использованы регулярно передаваемые радиосигналы.

34

2.9. Порядок проверки измерительной аппаратуры

Аппаратуру, применяемую для измерений в технике связи, следует систематически проверять по об­ разцовым приборам, класс точности которых, по крайней мере, в три раза выше, чем класс точности проверяемо­ го прибора. Схемы и порядок проверки выбирают в за­ висимости от наличия образцовых приборов. Желательно в максимальной степени использовать в таких схемах ме­ тод сравнения или замещения, когда испытуемый прибор строго в том же режиме работы схемы замещается при­ бором более высокого класса точности.

Когда приходится прибегать к косвенным измерени­ ям, т. е. к суждению о качестве проверяемого прибора, измеряющего некоторую величину А, по показаниям об­ разцовых приборов, измеряющих другие величины (В, С, Д ), функционально связанные с величиной А, следует обращаться к литературе по математической обработке результатов измерений [24] (см. задачи №№ 181, 184). Государственную проверку измерительных приборов про­ изводят органы Госстандарта С С С Р или ведомственные поверители в соответствии с утвержденными инструк­ циями на каждый вид приборов.

2.10. Симметрирующие трансформаторы и дифференциальные дроссели

В качестве приборов, с помощью которых в измерительной технике проводной связи обеспечивается симметрия выходных или входных зажимов различных элементов схем (генераторов и измерителей уровня) от­ носительно земли, чаще всего применяют симметрирую­ щие трансформаторы.

Путем специального выполнения обмоток, тщательной их экранировки, обеспечения высокого сопротивления изоляции и применения дополнительных регулировок в этих трансформаторах достигается пренебрежимо малая разность полных сопротивлений между каждым из зажи­ мов и землей. Коэффициент трансформации таких транс­ форматоров обычно равен единице, а разность, например, между емкостями зажим — земля доводится до едини­ цы и даже долей пикофарад.

2*

35

Если в измерительной схеме имеется средняя зазем­ ленная точка, то для получения высокой степени симмет­ рии относительно земли применяют симметрирующие дифференциальные дроссели, состоящие из двух строго идентичных обмоток, соединенных между собой и намотанных на один

сердечник.

На рис. 2.13 показана схема сов­ местного включения симметрирую­ щего трансформатора и дифферен­ циального дросселя, обеспечиваю­ щая высокую степень симметрии.

ДДр 6Тр

Рис. 2.13. Включение симметрирующего

трансформатора совместно с дифференци­

 

альным дросселем

ЗАДАЧИ

24. Переменный конденсатор с воздушным диэлектриком и мак­

симальной

емкостью

1000 тгФ имеет паразитную .индуктивность вы­

водов 0,1

мкГ и используется при частоте 4 М Гц. Каковы абсолют­

ная и относительная

систематические погрешности, происходящие

из-за наличия паразитной индуктивности выводов 0,1 мкГ при от­ счете: д) 1000 пФ; б) іЮО пФ; д) как изменятся эти погрешности при частоте 1; 0,25; 15 МГц; в) при каких частотах относительная

систематическая

погрешность

для

любого

отсчета

не превысит

1; 5%?

 

 

 

 

 

 

 

 

25. При каком последовательно включенном сопротивлении по­

терь конденсатор

емкостью 0,1

мкФ

имеет

угол

потерь

6 < 0 ,0 ü l

для

частот: а) I кГц;

б) 10 кГц;

в) 100 кГц;

г)

1

М Гц;

д)— з) то

же,

но при параллельном включении сопротивления потерь к той же емкости.

 

26. Класс точности четырехдекадного магазина емкостей 0,2 с

дополнительной погрешностью ± 5

пФ. Каковы предельные относи­

тельная и абсолютная погрешности отсчета емкости

по

магазину,

когда на нем установлено: а)

0.72

мкФ; б) 0,15 мкФ;

п)

0,04 мкФ;

г) 0,005 мкФ; д) 0,0008 мкФ;

е)

60 нФ?

 

 

 

27. Переменный конденсатор с номинальной емкостью

1000 нФ

и

tg 6 = 5 -4 0 ~ ‘ для частоты '100

000

Гц зашуптнрован

резистором в

1

М Ом . Полагая сопротивление

потерь в конденсаторе

постоянным,

определить, для каких частот угол полного сопротивления полу­

ченного двухполюсника: а)

> 8 9

°;

б)

> 8 5 °; в) < 8 0 °; г) < 7 5 °;

д)

равен 89°50'?

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Имеется

проволочный

пятндекадный

магазин

сопротивлений

с

максимальным

сопротивлением

 

1 0 0 0 0

0

класса

точности 0 , 1 .

Найти предельные абсолютную и относительную погрешности при

отсчетах

(для

постоянного

тока):

а) 3000

Ом;

б) 275,2

Ом;

в) 28,7 Ом; г)

6,5 Ом; д) 0,7

Ом; е):—к) то же,

при частоте 5000

Гц,

если частотная

погрешность не превышает основной.

Температурной

по-грешігостыо пренебречь.

 

 

 

 

 

29.

Проволочный резистор в 10

кОм имеет

постоянную времени

т=40~а

с.

а) Для каких частот погрешность его по

модулю не

пр.е-

36

высит:

0,01;

0,1; 1; 10%?

б) Для каких частот угол этого сопротив­

ления

(как комплексного)

не превысит: 1 ;

1 0 мин.;

1 ; 6 °?

 

 

 

 

30. Какую величину .постоянной времени резистора можно до­

пустить, чтобы: а) его частотная погрешность по

модулю

на частоте

1 М Гц

не превышала

1

;

5; 0,2%?

б)

то

же, для

частоты

100 кГц?

в) то же, для 10 «Гц?

г) то же, для .1

кГц?

 

 

 

 

 

 

 

31. Для каких частот эффективная 'индуктивность катушки от­

личается от

нолишальной

(при

1000 .Гц) не более чем на: а)

1%;

б)

5%;

в)

10%; г)

20%,

если

эффективная добротность

катушки

при іЮОО Гц

Q = 30, собственная емкость 20 пФ, а Дюоо=10

мГ?

 

 

32. Магазин затуханий .проградуирован в неперах и состоит из

трех декад ‘(7X1; 0,1 Х;11;

0,01 Х'11) и добавочного

затухания 7

Нп.

Каково

соотношение

мощностей

на входе (Рпх)

и

выходе

(Ръых)

для

.согласованной

нагрузки

М 3,

если

на

«ем

установлено;

а)

1,76

Нп; б) 7,23 Нп; в) 0,02 Нп; г) максимально возможное за­

тухание; д)

26 дБ; е)

112 дБ; ж)

каково

 

в этих

случаях

соотноше­

ние напряжений на входе Н,ІХ

и

выходе

U BыХ;

з) как

изменится

соотношение

Упх/Нвых

и

РвхІРпых,

если

 

к затуханию

пунктов

а),

б ) , в), д), е) добавить 7 Нп?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33.

Если

основная погрешность М 3 задачи № 32 Д = ±0,01

Нп,

то:

а)

как

записать

с

учетом

этой

.погрешности,

как

предельной,

ответы

к пунктам ж ),

з)

этой

з а д а « ;

б) как изменится

ответ к

п. а), если учесть еще и возможную частотную погрешность, пола­ гая ее не превышающей основной?

34. Как отличается напряжение на выходных зажимах М 3 при холостом ходе от напряжения на этих же зажимах при согласован­

ной нагрузке М 3: а)

для амаг = 7

Нп;

б)

для а маг = 20 дБ;

в)

для

амаг=1,5

Нп; г) для

амаг = 0,2

Нп;

д)

для

амаг= |П2 дБ?

 

 

 

35. Для цепи с характеристическим сопротивлением 600 Ом тре­

буется собрать удлинитель с характеристическим затуханием

18 дБ.

а) какие

сопротивления понадобятся, при этом для схемы

рис. 2 .6 а;

б) то же,

для затухания 40 дБ; в)

то же, .при Z c= 135 Ом;

г)

то

же,

при Z c=il400 Ом; д)

то

же,

что

а), в),

г), но для затуханий

1,0

Нп,

5 дБ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36. а)

Для схемы

рис.

2.8

определить

2 П резистора,

при кото­

ром относительная погрешность установленного коэффициента деле­ ния [т= (Ri+Rz)/R2] не превышает 6 К, %. б) В схеме рис. 2.9 в ка­

честве емкости

С 2 взят переменный воздушный конденсатор с номи­

нальными пределами

10— 1000 пФ. Какова должна

быть постоянная

емкость С і,

чтобы обеспечить возможность получения коэффициента

деления от 2

до 1 0 ?

 

 

 

37.

Звено

линии

задержки (рис. 2.12) имеет время задержки

? 3 = 0,05

мкс. а)

Для

каких частот рассчитано это звено? б) Найти

величины элементов

схемы звена

{L іи С ), если характеристическое

сопротивление звена

Z c=,135 Ом

при г|=0,3? (Z= у

- ^ - У і — '0 s )•

Г Л А В А И ЗМ ЕРЕН И Я Л И НИ Й СВЯЗИ

2 постоянным током

3.1. Общие сведения

Простейшими измерениями для контроля со­ стояния цепей связи являются измерения их при постоян­ ном токе. Хотя такие измерения нельзя считать доста­ точными для окончательного суждения о пригодности це­ пи для передачи по ней разнообразных сигналов связи, но соблюдение норм по постоянному току необходимо для передачи любых сигналов.

При постоянном токе в основном контролируются: а) сопротивление изоляции между проводами и каж­

дым из проводов и землей; б) сопротивление проводов;

в) так называемая омическая асимметрия цепи — разность между сопротивлениями проводов цепи постоян­ ному току.

В случаях передачи по цепи дистанционного питания необходимо также контролировать электрическую проч­ ность изоляции.

Широко используются измерения постоянным током и для определения расстояния до места повреждения це­ пей связи.

3.2. Приборы типа омметра. Авометры, мегомметры

Простейшим прибором, применяемым для ориентировочного контроля сопротивлений резисторов, является омметр. В основе его работы лежит способ из-' мерения сопротивлений с помощью вольтметра (рис. 3.1), рассматриваемый в курсе электротехники.

за

Так как в применяемых схемах омметров величина сопротивления источника питания (гге]1) пренебрежимо мала сравнительно с R v и Ra0п, то

Rx

ä ;

и

0 -

иУ

и /•„

RzoüRy

'

(3.1)

Rv

 

 

 

 

 

L'v

 

 

^ д о б + Ry u'0 — u'v

 

Здесь U(\tzzE и U'qE[Rvl{R roö~\~'Rv )]> t . e. и Uq и U'о

показания вольтметра, соответствующие максимальному

f)

Рис. 3.1. Схема омметра последовательного (о) м парал­ лельного (б) типа

току, протекающему через прибор, что UV(по= UрасчетуІІпри'Ѵ=­

боров— U'o!2Rx=) вызоветR v ,

 

отклонениеrx= R vRw6!{Rv+Rx>e)стрелки

-на

 

всю

шкалуR v

R(иномR )./('Rv фR

 

(3.1))

видно, что при

 

 

 

0/2

и

 

И з

 

а

 

 

Величины

и

v roö

rog

называются входными

сопротивле­

ниями омметров

(измеренными с зажимов

гх,

когда вме­

 

 

сто источника эдс поставлено сопротивление, равное ну­ лю). Следовательно, в средней (по длине) точке шкалы омметр магнитоэлектрической системы показывает свое

входное сопротивление гвх.

 

 

 

 

Не рекомендуется измерять омметром сопротивления,

более чем в 10—20 раз отличающиеся от его

в

входного

сопротивления, чтобы не получить

ошибку

десятки

процентов.

 

 

Rx

 

 

 

 

 

Основная погрешность измерения омметром некото­

рого сопротивления

 

может быть подсчитана в зависи­

мости от±

входного сопротивления омметра по формуле

б,пред =

І Р + 1)( Р+2) ,

 

 

(3.2)

где

 

 

Р

б*(пред минимально

в середине

шкалы

 

р = Rx/гвх;

(р=

1) и все же превышает класс точности измеритель­

ного механизма

К)

в шесть раз.

 

 

 

 

Существенную ошибку при измерениях омметром вно­

сит изменение напряжения (и сопротивления)

источника

питания,

в качестве

какового часто

используют сухие

39

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ