3. Измерение тока и напряжения

Измерение тока и напряжения является одним из наиболее распространенных в практике электрорадиоизмерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, поскольку именно этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических устройств, их узлов и блоков. К тому же подключение вольтметров не ведет к нарушению схемы соединений а при измерении тока - цепь приходится размыкать и в ее разрыв включать амперметр. Однако в целом ряде случаев необходимы прямые или косвенные измерения тока, поэтому вопросы измерения тока и напряжения рассматриваются совместно.

3.1. Измеряемые параметры тока и напряжения

Измерение тока и напряжения в практике электрорадиоизмерений характеризуется рядом принципиальных особенностей, основными из которых являются исключительно широкая область частот (от постоянных токов и напряжении до частот где эти понятия еще имеют физический смысл); очень широкие пределы измеряемых токов (от 10-14 до 106 А) и напряжений (от долей микровольта до сотен киловольт); большое многообразие форм переменных токов и напряжений; малая мощность источников сигналов, предъявляющая жесткие требования к входному импедансу амперметров и вольтметров.

Большое многообразие форм переменных токов и напряжении требует уточнения и определения их измеряемых параметров. Определим эти параметры, опираясь на терминологию ГОСТ 16465—70.

Электрические сигналы в виде напряжения или тока характеризуются прежде всего мгновенным значением, т. е. значением напряжения или тока в заданный момент времени. Мгновенные значения напряжений (токов) представляют интерес при исследовании формы сигналов, например, с помощью осциллографа. Вольтметрами и амперметрами измеряют остальные параметры. К этим параметрам относятся, в частности, наибольшее и наименьшее мгновенные значения сигнала в заданном интервале времени, называемые максимальным и минимальным значениями. Обозначим их соответственно tMAX и fMIN для напряжения, а для тока IMAX и IMIN. При определении остальных параметров будем пользоваться обозначениями только для напряжения, имея в виду, что все приводимые соотношения справедливы и для тока.

Если сигнал содержит постоянную составляющую, она называется средним значением сигнала и определяется, как правило, за период (интервал усреднения) Т:

, (3.1)

В этом случае важным параметром сигнала являются наибольшие и наименьшие значения переменной составляющей сигнала, называемые соответственно пиковым отклонением «вверх» (UВ) и пиковым отклонением «вниз» (UН).

Если сигнал не содержит постоянной составляющей (например, гармонический сигнал или меандр), он будет характеризоваться средневыпрямленным значением:

, (3.2)

И амплитудой UM. Величина:

A=Umax-Umin=Uв-Uн=2Um, (3.3)

называется размахом сигнала. Для однополярных сигналов:

Наконец, важным параметром является среднеквадратическое значение сигнала, определяемое по формуле:

, (3.4)

и характеризующее энергетический уровень его (в литературе UСК называют еще действующим или эффективным значением сигнала).

Существует определенная связь между всеми перечисленными параметрами, зависящая от формы сигнала. Эту связь принято характеризовать коэффициентами амплитуды (пиковости) kа и формы kФ, причем

ka=Umax/Uск (3.5)kФ=Uск/Uсв .

В табл. 3.1 в качестве примеров приведены значения kа и kФ для гармонического и пилообразного напряжений, а также для меандра.

Таблица 3.1 - Значения ka и kФ для некоторых сигналов

Форма напряжения	ka	kФ
Гармоническая	1,41	1,11
Пилообразная	1,73	1,16
Меандр	1,00	1,00