
книги из ГПНТБ / Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник
.pdfструктивно 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 ,м |
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'q— E[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-л |
|
(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