Măsurători de inginerie electrică și radio. În funcție de scop, instrumentele de măsură sunt împărțite în trei tipuri

MĂSURĂTORI DE INGINERIE RADIO

Admis

Ministerul Comunicațiilor al URSS ca manual pentru școlile tehnice de specialități de comunicații 0701, 0706

„COMUNICARE” DE LA MOSCOVA 1980

Kushnir F.V.

Măsurători de inginerie radio: Manual pentru școlile tehnice de comunicare - M.: Svyaz, 1980. - 176 e., ill.

Sunt prezentate elementele de bază ale măsurătorilor de inginerie radio. Sunt luate în considerare principiile și metodele de măsurare a cantităților de inginerie radio care caracterizează parametrii semnalelor, sistemelor și dispozitivelor de radiocomunicații și radiodifuziune în întregul interval de frecvență aplicabil. Sunt furnizate informații privind construcția diagramelor bloc ale instrumentelor de măsură, erorile și metodele de luare în considerare și de reducere a influenței acestora. O atenție deosebită se acordă dispozitivelor digitale și celor realizate pe microcircuite. Sunt furnizate scurte informații de bază despre multe instrumente de măsurare.

Destinat studenților școlilor tehnice de comunicare care învață la specialitățile „Comunicații radio și radiodifuziune”, „Echipamente de televiziune și comunicații radio releu”.

30405-028 BBK 32.842

K————————————– 6-80 2402020000

045(01)-80 6F2.08

Recenzători: A. M. Varbansky, V. A. Magda

Flor Vasilievich Kushnir MĂSURĂTORI TEHNICE RADIO

Industria produce un număr mare de instrumente de măsurare radio de primă clasă pentru a răspunde nevoilor tot mai mari ale industriei de comunicații și ale altor domenii ale economiei naționale pentru măsurători precise. Aceste dispozitive folosesc pe scară largă dispozitive semiconductoare, microcircuite și circuite integrate și noi principii de proiectare. Pe această bază, flota de echipamente de măsurare radio de uz general este intens actualizată. Cu toate acestea, un număr mare de dispozitive întrerupte sunt și vor fi în funcțiune de mult timp.

Principalele direcții de dezvoltare a echipamentelor de măsurare radio pentru Rețeaua de comunicații automate unificate a URSS, radiodifuziune și televiziune sunt în prezent: automatizarea și accelerarea proceselor de măsurare, creșterea simultană a preciziei; efectuarea măsurătorilor. fără întrerupere a comunicării sau transmiterii programelor de radio și televiziune; îmbunătățirea caracteristicilor tehnice și operaționale ale dispozitivelor prin introducerea unei noi elemente de bază și creșterea fiabilității acestora. Implementarea acestor zone asigură o creștere a eficienței și calității măsurătorilor, și în același timp, a eficienței și calității comunicațiilor radio, radiodifuziunii și televiziunii.

Tema măsurătorilor de inginerie radio, în conformitate cu programul, cuprinde următoarele secțiuni: concepte metrologice de bază; informații scurte despre erorile de măsurare, modalități de a le lua în considerare și de a reduce influența acestora asupra rezultatelor măsurătorilor; măsurarea curentului, tensiunii și puterii pe o gamă largă de frecvențe; studiul generatoarelor de semnal de măsurare; osciloscoape; măsurarea defazajului, a frecvenței și a intervalelor de timp; măsurarea parametrilor de modulație, indicații neliniare; măsurători în circuite radio cu parametrii concentrați și distribuiți; măsurători de tensiune. câmp electromagnetic și interferențe radio.

Subiectul se studiază la clasă și la orele practice, iar abilitățile de lucru cu instrumentele și de evaluarea erorilor de măsurare sunt dobândite în procesul de lucru în laborator. Ca urmare a stăpânirii acestui curs, studenții ar trebui să stăpânească principalele metode de măsurare a cantităților de bază ale ingineriei radio, să înțeleagă principiile de funcționare a instrumentelor de măsurare radio, să citească fluent schemele de circuite și să înțeleagă procesele fizice care au loc în dispozitive, să selecteze corect în fiecare specific cazați cea mai potrivită metodă, metodă și dispozitiv și efectuați în mod independent măsurarea și. evalua rezultatul obtinut.

Subiectele de bază pentru măsurătorile ingineriei radio sunt: inginerie electrică și măsurători electrice, dispozitive electronice, amplificatoare electronice, fundamente ale ingineriei radio, automatizări și tehnologie de calcul. O bună cunoaștere a acestor subiecte asigură o înțelegere liberă și un curs solid de măsurători de inginerie radio în timpul alocat de curriculum.

V.Z. CONCEPTE METROLOGICE DE BAZĂ

Știința măsurătorilor, a metodelor și a mijloacelor de asigurare a unității acestora și a modalităților de atingere a preciziei cerute. Uniformitatea rezultatelor măsurătorilor este asigurată de cerințele reglementate privind caracteristicile instrumentelor de măsurare și verificarea acestora. Cel mai important rol îl au unitățile de măsură, al căror sistem este stabilit prin lege. acceptat să<Международаня система единиц» (система СИ), в основу которой положены семь основных единиц: длины--метр (м), массы--килограмм (кг), времени - секунда (с), силы электрического тока - ампер (А), термодинамической температуры- кельвин (К), силы света - (ад), количества вещества - моль (моль). На базе основных единиц определены производные для всех отраслей науки и техники. В нашем курсе будут использоваться следующие единицы электрических величин: .количества электричества - кулон (Кл), напряжения, потенциала, ЗДС - (В), напряженности ‘электрического поля - вольт на метр (В/м), электрического сопротивления - ом (Ом), электрической проводимости - сименс (См), емкости - фарада (Ф), индуктивности - генри (Гн), частоты - герц (Гц), энергии, работы, количества теплоты - джоуль (Дж), мощности - ватт (Вт).

Pentru determinarea relativă a câștigului, atenuării, nivelului semnalului față de interferență, inconsecvența căii de transmisie și caracteristicile inegale, o unitate convenabilă adimensională bazată pe logaritmul zecimal al raportului de cantități - decibeli (dB) - este utilizată pe scară largă. A-prioriu

i dB = 10 log A la A = 1010 = 1,259, Pi Pr

ada Pi și P-2 - puteri comparate sau alte cantități de energie;

1 dB = 20 lg ^ =20lg A la A = 1020 =1,12, U| 1g 11

unde U și I sunt tensiune și curent sau alte cantități de „putere”.

Modificarea coeficientului „10” la coeficientul „20” în timpul tranziției de la cantitățile de energie la cele de forță este explicată după cum urmează. Să scriem o expresie pentru puterea prin tensiune sau curent: P=U2/R sau P=PiR; Să substituim unul dintre ele în formula care determină decibelul în raport cu puterea:

10lgA= 10:£/?//?!)= 101g-^+l01g-^-10lg^.

Daca rezistentele sunt egale, R\ si 10 lg~- = 0 deci

Dacă raportul de valori este mai mare decât unu, decibelii sunt pozitivi, dacă sunt mai mici, decibelii sunt negativi. Pentru confortul convertirii raporturilor de putere și tensiune (curent) în decibeli și invers, se folosesc tabele speciale.

Este util să ne amintim câteva relații des întâlnite în practica ingineriei radio:

Știind că1 metoda logaritmică reduce înmulțirea și împărțirea la adunare și scădere, este ușor să găsiți alte rapoarte.

Exemple: 1. La intrarea amplificatorului de joasă frecvență se aplică o tensiune de 10 mV; ieșirea este de 0,5 V. Determinați câștigul în decibeli.

K = 20 lg ^ = 20Sh50 = 20 lg 100-20 lg2 = 40-6 = 34 dB.

2. La intrarea unei bucăți de cablu de tip RK.-1 se aplică o tensiune de 1 V, a cărei frecvență este de 100 MHz. Determinați tensiunea la ieșirea cablului dacă atenuarea sa a la o frecvență dată este a = -0,096 dB/m, iar lungimea segmentului I este de 42 m. Impedanța caracteristică a cablului și rezistența sunt consistente.

Atenuare introdusă de cablu, A = a/=-0,096-42=-4 dB; -4 dB=-(10-6) dB. Din tabelul de mai sus rezultă că 10 dB corespunde unui raport de tensiune de 3,16, iar 6 dB la 2. Rezultă că -4 dB corespunde unui raport de 2/3,16 = 0,63 iar tensiunea la ieșirea cablului este de 0,63 V.

Există o unitate adimensională bazată pe logaritmul natural - (Np); 1 Np=8,686 dB; 1 dB = 0,115 Ni. Unitatea neper în prezent. încă se aplică.

Termenii și definițiile metrologice sunt stabiliți de GOST și trebuie să fie utilizați atunci când se efectuează măsurători.

Instrumentele de măsurare sunt dispozitive tehnice destinate măsurătorilor și având proprietăți standardizate. Instrumentele de măsură includ: măsură - un dispozitiv conceput pentru a stoca și reproduce o unitate de măsură; - un dispozitiv (set de dispozitive) care asigură stocarea și reproducerea unei unități de măsură cu cea mai mare acuratețe; traductor de măsurare - un dispozitiv conceput pentru a converti o cantitate măsurată într-un semnal de informație de măsurare, convenabil pentru conversie, transmitere și procesare ulterioară, dar inaccesibil percepției directe a observatorului.

Un dispozitiv de măsurare este un dispozitiv conceput pentru a converti o cantitate măsurată într-un semnal de informație de măsurare care este perceptibil de un observator. Dispozitivul de măsurare este format din unul sau mai multe traductoare și un dispozitiv de numărare sau de înregistrare. Principalele proprietăți ale instrumentelor de măsurare radio sunt: eroarea (clasa de precizie - 8), limitele valorii măsurate, domeniul de frecvență, rezistența de intrare (ieșire), sensibilitate, viteză, fiabilitate.

Valoarea adevărată a mărimii măsurate este o valoare lipsită de erori.

Valoarea reală a unei mărimi măsurate este o valoare obținută ca rezultat al unei măsurători și atât de apropiată de valoarea adevărată încât poate fi folosită în schimb pentru un scop dat.

Procesul de măsurare constă în compararea mărimii măsurate cu o unitate de măsură. Ca rezultat al măsurării, se obține un număr care arată câte unități de măsură sunt conținute în valoarea măsurată.

Măsurare directă - o măsurătoare în care valoarea mărimii măsurate este găsită direct din citirile dispozitivului.

Măsurare indirectă - o măsurătoare în care valoarea mărimii dorite este găsită prin calcul pe baza relației cunoscute dintre mărimea dorită și mărimile supuse măsurătorilor directe (de exemplu, determinarea rezistenței unui circuit din valorile măsurate ale curent și tensiune).

O metodă de măsurare este un set de tehnici de utilizare a principiilor și instrumentelor de măsurare.

Metoda de evaluare directă este o metodă de măsurare în care valoarea unei cantități este determinată direct din dispozitivul de citire al unui dispozitiv cu acțiune directă.

Metoda comparației este o metodă de măsurare în care valoarea măsurată este comparată cu valoarea reprodusă de măsură. Metoda de comparație este utilizată practic în trei soiuri:

metoda diferențială, în care se determină diferența dintre valorile X măsurate și mărimile Y cunoscute: D= =X-Y, din care X=Y+:L;

metoda zero, în care diferența de valori este adusă la zero

metoda de substitutie in care cantitatea masurata inclusa in dispozitivul de masura este inlocuita cu o cantitate cunoscuta fara a deranja dispozitivul.

Metoda de comparație oferă o precizie ridicată.

Măsurile și instrumentele de măsură sunt împărțite în exemplare și de lucru. Primele servesc la verificarea celor doua. Eroarea mijloacelor exemplificative trebuie să fie de cel puțin 3 ori mai mică decât eroarea celor verificate.

LA 4. ERORI DE MĂSURARE

Introducere
Capitolul întâi. Informații de bază despre măsurătorile de inginerie radio
1. Caracteristici ale măsurătorilor de inginerie radio
2. Unităţi de măsură
3. Erori de măsurare
4. Clasificarea instrumentelor de măsurare radio și sistemul de desemnare a acestora
Capitolul doi. Măsurarea curenților și tensiunilor continue
5. Informații generale
6. Indicator magnetoelectric
7. Măsurarea curentului continuu
8. Măsurarea tensiunii continue
9. Voltmetre cu lampă DC
Capitolul trei. Măsurarea rezistenței electrice
10. Sonde electrice
11. Măsurarea rezistenței
12. Măsurarea rezistenței folosind metoda citirii directe
13. Ohmmetre lampa
14. Metoda podului de măsurare a rezistenței
Capitolul patru. Măsurarea curenților și tensiunilor alternative
15. Informații generale
16. Măsurarea curentului AC de înaltă frecvență
17. Dispozitive detectoare
18. Instrumente combinate
19. Voltmetre cu lampă AC
Capitolul cinci. Testarea tuburilor radio și a dispozitivelor semiconductoare
20. Metode de testare a tuburilor radio
21. Tester universal pentru lămpi L1-3 (MILU-1)
22. Testarea diodelor semiconductoare
23. Teste tranzistoare
24. Testoare ale parametrilor tranzistorilor
Capitolul șase. Generatoare de masura
25. Clasificare și componente principale
26. Excitatoare ale generatoarelor de masura
27. Generatoare de sunet
28. Generatoare de înaltă frecvență
29. Generatoare de impulsuri
Capitolul șapte. Osciloscoape
30. Tub catodic
31. Redresor și scaner de înaltă tensiune
32. Schema bloc completă a unui osciloscop
33. Osciloscop electronic Cl-8
34. Observarea proceselor de impuls
35. Osciloscop puls S1-20 pentru uz general
36. Osciloscoape cu fascicul dublu
37. Aplicarea osciloscoapelor electronice
38. Caracteristicile frecvenței de măsurare
Capitolul opt. Parametrii de măsurare ai inductorilor și condensatorilor
39. Informații generale
40. Metoda voltmetru-ampermetru
41. Metoda podului
42. Metoda rezonanței
Capitolul nouă. Măsurarea frecvenței
43. Informații generale
44. Metoda de măsurare directă a frecvenței
45. Măsurarea frecvenței prin metoda comparației
46. Dispozitive bazate pe metoda de comparare a frecvenței
47. Metoda de măsurare a frecvenței de rezonanță
Capitolul zece. Măsurarea câștigului de modulație
48. Metoda de măsurare oscilografică
49. Măsurarea cu un ampermetru sau voltmetru
50. Măsurarea abaterii frecvenței
Capitolul unsprezece. Măsurarea distorsiunii armonice
51. Informații generale
52. Analizoare de spectru
53. Contoare de distorsiuni neliniare
Capitolul doisprezece. Măsurătorile la microunde
54. Caracteristici ale măsurătorilor la frecvențe ultraînalte
55. Măsurarea puterii
56. Frecvența de măsurare (lungime de undă)
57. Generatoare de măsurare cu microunde
58. Linii de măsurare
Capitolul treisprezece. Măsurători de intensitate a câmpului și interferențe
59. Informații generale
60. Indicatori de teren
61. Contoare de intensitate a câmpului
62. Măsurarea interferențelor
Literatură

Pagina 1

Măsurătorile de inginerie radio sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în diferite sectoare ale economiei naționale. Mărimile neelectrice, cum ar fi presiunea, umiditatea, temperatura, alungirile liniare, vibrațiile mecanice, viteza și altele, pot fi convertite în unele electrice folosind senzori speciali și evaluate folosind metode și instrumente de măsurători electrice și radio.

Măsurătorile de inginerie radio acoperă domeniul măsurătorilor electrice și, în plus, includ toate tipurile de măsurători radio speciale.

Măsurătorile de inginerie radio sunt, de asemenea, utilizate pentru estimarea cantităților neelectrice. Asemenea cantități precum presiunea, temperatura, umiditatea, vibrațiile mecanice, alungirile liniare la încălzire etc. pot fi convertite folosind senzori speciali în cei electrici și evaluate cu instrumente și metode de măsurători electrice și radio. Scopul măsurătorilor este obținerea valorii numerice a mărimii măsurate.

Tema măsurătorilor de inginerie radio, în conformitate cu programul, cuprinde următoarele secțiuni: concepte metrologice de bază; informații scurte despre erorile de măsurare, modalități de a le lua în considerare și de a reduce influența acestora asupra rezultatelor măsurătorilor; măsurarea curentului, tensiunii și puterii pe o gamă largă de frecvențe; studiul generatoarelor de semnal de măsurare; osciloscoape electronice; măsurarea defazajului, a frecvenței și a intervalelor de timp; măsurarea parametrilor de modulație, distorsiuni neliniare; măsurători în circuite radio cu parametrii concentrați și distribuiți; măsurarea intensității câmpului electromagnetic și a interferențelor radio.

Caracteristici ale măsurătorilor de inginerie radio ale tensiunilor și curenților.

În măsurătorile de inginerie radio, sunt adesea întâlnite erori sistematice care variază în timp. Astfel, dispozitivele foarte sensibile se caracterizează printr-o eroare sistematică cauzată de interferențe regulate sub forma unui semnal pulsat sau cvasiarmonic indus în circuitele de intrare ale dispozitivului. Pentru reducerea nivelului de interferență se iau măsuri constructive: circuitele de intrare sunt ecranate, iar punctul de împământare este ales rațional. O metodă generală de reducere a influenței interferențelor periodice este de a media rezultatele măsurătorii pe un anumit interval de timp. Medierea se realizează în două moduri, adesea folosite împreună: filtrarea preliminară a semnalului de intrare și efectuarea de măsurători multiple cu calculul ulterioar al mediei aritmetice.

În măsurătorile de inginerie radio în intervalele de frecvență audio, joasă și foarte joasă, se folosesc în principal oscilatoarele C, care la aceste frecvențe au avantaje semnificative față de oscilatoarele LC. Acest lucru se explică prin faptul că elementele circuitelor oscilatoare ale generatoarelor LC pentru frecvențe audio sunt prea voluminoase (în primul rând inductori), iar parametrii lor sunt instabili la schimbările de temperatură, ceea ce determină stabilitatea scăzută a frecvenței semnalelor generate. În plus, este dificil să reglați frecvența oscilatoarelor LC în domeniul audio.

În măsurătorile obișnuite de inginerie radio efectuate în condiții de laborator, se presupune că Tm este de 292 K (aproximativ temperatura camerei 19 C), iar raportul Tsh în / 292 se numește numărul de zgomot.

Când se efectuează măsurători de inginerie electrică și radio, se obișnuiește să se indice pe instrumente semnul unui fir neîmpământat în raport cu pământul; astfel, aici se aplică regula opusă a semnelor.

Introducerea tehnologiei de măsurare radio a coincis cu începutul dezvoltării sistemelor de comunicații radio și a electronicii radio.

Utilizarea pe scară largă a măsurătorilor ingineriei radio în diferite domenii ale ingineriei radio atrage după sine apariția de noi metode de măsurare și instrumente speciale de măsurare. Cele mai specifice măsurători sunt la frecvențe ultraînalte, ceea ce se explică prin caracteristicile de proiectare ale sistemelor oscilatoare și ale liniilor de transport de energie din acest interval.

Gradul de precizie al măsurătorilor de inginerie radio, precum și al celor electrice, este determinat de eroare sau eroare de măsurare.

Admis

Ministerul Comunicațiilor al URSSca manual pentru şcolile tehnice de comunicaţiispecialitățile 0701, 0706

„COMUNICARE” DE LA MOSCOVA 1980

Kushnir F.V Măsurători de inginerie radio: manual pentru școlile tehnice de comunicare. Moscova: Comunicare, 1980. - 176 p.

Destinat studenților școlilor tehnice de comunicare care învață la specialitățile „Comunicații radio și radiodifuziune”, „Echipamente de televiziune și comunicații radio releu”.

Conținutul cărții Măsurători de inginerie radio
Prefaţă

Introducere
ÎN 1. Scopul și caracteristicile măsurătorilor de inginerie radio
LA 2. Conținuturile și obiectivele subiectului
LA 3. Concepte metrologice de bază
LA 4. Erori de măsurare
LA 5. Clasificarea instrumentelor de măsurare radio
Întrebări de control

Capitolul 1: Măsurarea curentului și tensiunii
1.1. Relații de bază
1.2. Măsurarea curentului
Informații generale
Ampermetre termice
Ampermetre redresoare
Măsurarea curentului ridicat
Măsurători de curent indirect
1.3. Măsurarea tensiunii
Informații generale
Voltmetre electronice de curent alternativ
Voltmetre cu impulsuri
Voltmetre electronice DC
Voltmetre digitale
Eroare de măsurare
Întrebări de control

Capitolul 2. Generatoare de semnal de măsurare
2.1. Scop. Clasificare. Cerințe tehnice de bază
2.2. Generatoare de semnal de joasă frecvență
2.3. Generatoare de semnal de înaltă frecvență
2.4. Generatoare de semnal de impulsuri
2.5. Generatoare de semnal de zgomot
Întrebări de control

Capitolul 3. Osciloscoape electronice
3.1. Scop. Clasificare. Cerințe tehnice de bază
3.2. Obținerea oscilogramelor. Scanare imagini
3.3. Diagrama bloc osciloscopului
3.4. Osciloscoape cu puls
3.5. Măsurarea caracteristicilor amplitudine-frecvență
Întrebări de control

Capitolul 4. Parametrii de măsurare ai componentelor circuitelor constante concentrate
4.1. Relații de bază
4.2. Metoda punte pentru măsurarea parametrilor
4.3. Metoda de măsurare a rezonanței
4.4. Măsurarea rezistenței la sol
Întrebări de control

Capitolul 5. Măsurarea parametrilor elementelor și traseelor cu constante distribuite
5.1. Concepte de bază și relații
5.2. Linie de măsurare
5.3. Măsurarea raportului de undă staționară de tensiune
5.4. Măsurarea rezistenței la sarcină
5 5. Conceptul de instrumente automate de măsurare pentru măsurarea VSWR

Capitolul 6. Măsurarea puterii
6.1. Relații de bază și metode de măsurare
6.2. Măsurarea puterii absorbite
6.3. Măsurarea puterii transmise
Întrebări de control

Capitolul 7. Măsurarea frecvenței și a intervalelor de timp
7.1. Informații generale. Metode de măsurare
7.2. Metoda de comparare
7.3. Metoda de numărare discretă
7.4. Metoda rezonanței
7.5. Conceptul de măsuri ale frecvenței și timpului
Întrebări de control

Capitolul 8: Măsurarea deplasării de fază
8.1. Informatii de baza. Metode de măsurare
8.2. Metoda oscilografică
8.3. Metoda de compensare
8.4. Metodă de conversie a defazajului în impulsuri de curent
8.5. Metoda detectorului de fază
8.6. Metoda de numărare discretă
8.7. Măsurarea deplasării de fază de conversie a frecvenței
8.8. Conceptul de măsurare a timpului de întârziere a grupului
8.9. Schimbătoare de fază
Întrebări de control

Capitolul 9: Măsurarea distorsiunii armonice
9.1. Definiții. Metode de măsurare
9.2. Metoda armonică
9.3. Metoda de combinare
Întrebări de control

Capitolul 10. Parametrii de măsurare ai semnalelor modulate
10.1. Informații generale
10.2. Măsurarea parametrilor semnalului modulat în amplitudine
10.3. Măsurarea parametrilor unui semnal modulat în frecvență
10.4. Măsurarea parametrilor semnalului modulat în impuls
Întrebări de control

Capitolul 11. Măsurarea intensității câmpului electromagnetic și a interferenței radio
11.1. Relații de bază
11.2. Receptoare de măsurare și contoare de intensitate a câmpului
11.3. Contoare de interferență radio
Întrebări de control
Bibliografie

INTRODUCERE

B.I. SCOPUL ŞI CARACTERISTICILE MĂSURĂTORILOR DE INGINERIE RADIO
O măsurătoare este un experiment fizic care are ca rezultat găsirea valorii numerice a mărimii fizice măsurate. Măsurătorile reprezintă etapa cea mai importantă în activitățile lucrătorilor din toate ramurile științei și tehnologiei. Echipamentul de măsurare este echipamentul principal al tuturor institutelor de cercetare, laboratoarelor, o parte integrantă a echipamentului oricărui proces tehnologic, principala sarcină utilă a sateliților Pământului artificial și a stațiilor spațiale. Nivelul de dezvoltare a tehnologiei de măsurare este unul dintre cei mai importanți indicatori ai progresului științific și tehnologic.

Măsurătorile joacă, de asemenea, un rol decisiv în tehnologia comunicațiilor. Funcționarea oricăror sisteme de comunicații radio, radiodifuziune și televiziune este imposibilă fără informații continue despre modurile de funcționare a dispozitivelor, parametrii semnalului și condițiile de transmitere sau recepție a acestora. Aceste informații sunt obținute ca rezultat al măsurătorilor cantităților corespunzătoare.

Reparațiile preventive sau de urgență ale echipamentelor radio și depanarea sunt, de asemenea, imposibile fără măsurători. În aceste scopuri, se măsoară parametrii electrici ai elementelor (condensatori, rezistențe etc.), se verifică modurile blocurilor, componentelor și întreaga instalație și se iau diverse caracteristici. Valorile cantitative obținute ale valorilor măsurate sunt comparate cu cele date în descrieri, specificații și diagrame, se determină cauza și localizarea defecțiunii și se elimină.

Producția de echipamente radio și în special dezvoltarea acestuia sunt însoțite de măsurători continue, deoarece circuitul calculat are întotdeauna nevoie de verificare practică, iar elementele sale trebuie ajustate în consecință. Testele de acceptare ale diferitelor obiecte de inginerie radio reprezintă în principal măsurători efectuate cu atenție.

Măsurătorile se efectuează folosind mijloace tehnice speciale concepute în acest scop, care se numesc instrumente de măsurare.

În tehnologia comunicațiilor radio, radiodifuziunii și televiziunii, toate tipurile de măsurători pot fi împărțite în măsurători:
- parametrii semnalului - curent, tensiune, putere, frecvență, modulație, formă, defazare, raport semnal-zgomot, intensitatea câmpului electromagnetic; parametrii dispozitivelor de inginerie radio - amplificare, atenuare, reflexie, potrivire, distorsiune semnal, rezistență de intrare (ieșire);
- caracteristicile componentelor și echipamentelor - frecvență, amplitudine, modulație, timp;
- parametrii elementelor - rezistențele rezistențelor, capacitățile condensatoarelor, inductanțele și inductanțe reciproce ale inductoarelor și transformatoarelor simple și cuplate, impedanțele rețelelor cu două terminale și verificarea instrumentelor de măsură.

Măsurătorile unora dintre mărimile enumerate se găsesc în cursul măsurătorilor electrice, dar acolo se efectuează pe curent continuu sau curent de frecvență de putere (50 sau 400 Hz). Măsurătorile de inginerie radio sunt efectuate pe curent alternativ pe întregul interval de frecvență utilizat în inginerie radio, adică de la fracțiuni de terț la zeci de gigaherți.

O gamă largă de frecvențe, limite mari ale valorilor măsurate și o varietate de condiții în care sunt efectuate măsurătorile sunt caracteristici ale măsurătorilor de inginerie radio. Datorită acestor caracteristici, sunt utilizate diverse metode și metode de măsurare și un număr semnificativ de instrumente de măsurare diferite.

Măsurătorile, indiferent unde și de către cine sunt efectuate, trebuie să fie întotdeauna de încredere, iar rezultatele lor trebuie să fie comparabile. Unitatea de măsurători și uniformitatea instrumentelor de măsură în țară este asigurată de Serviciul Metrologic al URSS. Ministerul Comunicațiilor al URSS, ca și alte ministere, are un serviciu de metrologic departamental. Principalele sarcini ale întreprinderilor și organizațiilor în sprijinul metrologic sunt stabilite prin ordine ale ministrului comunicațiilor al URSS.

Serviciul metrologic al URSS este condus de Comitetul de Stat pentru Standarde al URSS. În subordinea acestuia sunt institute de cercetare și o rețea de laboratoare de supraveghere de stat republicane și regionale. Fondatorul serviciului metrologic intern a fost marele om de știință rus Dmitri Ivanovici Mendeleev. În 1893, a condus și a condus până la sfârșitul vieții Camera Principală de Greutăți și Măsuri, organizată la inițiativa sa - acum asociația științifică și de producție „Institutul de Cercetare Științifică de Metrologie All-Union, numită după. D. I. Mendeleev” (VNIIM), Leningrad.

Industria produce un număr mare de instrumente de măsurare radio de primă clasă pentru a satisface nevoile în creștere ale industriei de comunicații și ale altor domenii ale economiei naționale pentru măsurători precise. Aceste dispozitive folosesc pe scară largă dispozitive semiconductoare, microcircuite și circuite integrate și noi principii de proiectare. Pe această bază, flota de echipamente de măsurare radio de uz general este intens actualizată. Cu toate acestea, un număr mare de dispozitive întrerupte sunt și vor fi în funcțiune de mult timp.

Principalele direcții de dezvoltare a echipamentelor de măsurare radio pentru Rețeaua de comunicații automate unificate a URSS, radiodifuziune și televiziune sunt în prezent: automatizarea și accelerarea proceselor de măsurare, creșterea simultană a preciziei; efectuarea de măsurători fără întrerupere a comunicării sau transmisiei de programe de radio și televiziune; îmbunătățirea caracteristicilor tehnice și operaționale ale dispozitivelor prin introducerea unei noi elemente de bază și creșterea fiabilității acestora. Implementarea acestor zone asigură o creștere a eficienței și calității măsurătorilor, și în același timp, a eficienței și calității comunicațiilor radio, radiodifuziunii și televiziunii.

Kushnir F.V. Măsurători de inginerie radio. Editura „Svyaz”, Moscova, 1980

MĂSURI RADIO-ELECTRONICE DE BAZĂ ŞI INSTRUMENTE DE MĂSURĂ

Măsurătorile radio-electronice și instrumentele de radio-măsurare sunt utilizate pe scară largă în activitatea fizicienilor experimentali și a inginerilor de cercetare de orice specialitate. Măsurarea înseamnă găsirea experimentală a valorii unei mărimi fizice folosind mijloace tehnice speciale. În electronica radio, obiectele de măsurare sunt parametrii și caracteristicile circuitelor și semnalelor radioelectronice, iar mijloacele de măsurare sunt instrumente de măsurare radio. Măsurătorile radio-electronice au următoarele caracteristici.

1. Diversitate în caracter.

Din acest punct de vedere, instrumentele de măsură radio-electronice sunt împărțite în patru grupe:

Primul grup este generatoarele de măsurare. Acestea sunt utilizate pentru simularea semnalelor la configurarea și configurarea echipamentelor radio-electronice, măsurarea anumitor parametri de semnal folosind metode de comparație, alimentarea cu energie și calibrarea echipamentelor de măsurare.

Al doilea grup este instrumentele pentru măsurarea parametrilor și caracteristicilor semnalelor. O caracteristică a acestui grup de dispozitive este necesitatea de a furniza semnale măsurate la intrarea dispozitivului. La ieșirea dispozitivului, se obține informații cantitative despre un anumit parametru de semnal. Acest grup include instrumente de măsurare precum osciloscoape, voltmetre electronice, frecvențemetre, contoare de fază, analizoare de spectru etc.

A treia grupă este instrumentele de măsurare a caracteristicilor și parametrilor rețelelor cu patru poli, precum și a diferitelor componente ale circuitelor radio-electronice. O caracteristică a dispozitivelor din acest grup este prezența în ele a generatoarelor de semnal de o anumită formă care alimentează rețeaua sau nodul cu două terminale aflate în studiu și dispozitive de măsurare care fac posibilă evaluarea trecerii acestor oscilații printr-un patru dat. -rețea terminală sau nod. Exemple de dispozitive din a treia grupă sunt punți de măsurare, Q-metre, contoare de răspuns în frecvență (contoare caracteristice) etc.

A patra grupă este elementele circuitelor de măsurare. Acestea includ atenuatoare fabricate și calibrate separat, defazatoare, transformatoare de instrumente etc.

2. Gamă largă de valori măsurate, ajungând uneori la 10-12 ordine de mărime.

3. Puterea scăzută a semnalelor măsurate.

În timpul procesului de măsurare, valoarea determinată este comparată cu o valoare cunoscută, luată ca unitate și numită măsură standard. În acest scop, scara instrumentelor de măsură este calibrată. La măsurare, se face o numărare - un număr indicat de indicatorul dispozitivului. Indicația este o mărime fizică corespunzătoare unei citiri și obținută prin înmulțirea citirii cu un factor de conversie.

2.2. Generatoare de masura.

Într-un generator de măsurare, frecvența, forma și tensiunea semnalului simulat sunt setate egale cu valoarea necesară și pot fi ajustate în limite largi. Pe baza formei semnalelor de ieșire, generatoarele de măsurare sunt împărțite în generatoare de semnal sinusoidal, generatoare de semnal de impuls și generatoare de semnal de zgomot.

Generatoare de unde sinusoidale la rândul lor, sunt împărțite în joasă frecvență (sunet) cu o frecvență de 20 Hz ÷ 200 kHz, înaltă frecvență cu o frecvență de 100 kHz ÷ 30 MHz și ultra-înaltă.

Generatoarele de sunet (SG) produc un semnal cu o tensiune care variază de la zeci de microvolți la 30 de volți. Aceste generatoare sunt de obicei realizate conform unui circuit în mai multe etape (Fig. 1), ceea ce face posibilă eliminarea influenței sarcinii asupra stabilității semnalului generat și obținerea unei puteri suficiente la sarcină. Oscilatorul principal este de obicei un oscilator RC în două trepte cu un lanț Wien în feedback. O schimbare treptată a frecvenței este efectuată prin comutarea capacității C, iar o schimbare lină se efectuează prin schimbarea rezistenței R. Amplificatorul de bandă largă este un amplificator de putere push-pull conectat la oscilatorul principal printr-o etapă de inversare a fazei.

Orez. 1. Schema bloc a unui generator de semnal sinusoidal

Apoi, semnalul ajunge la dispozitivul de ieșire, format dintr-un atenuator și un dispozitiv de potrivire. Un atenuator este un divizor de tensiune cu un coeficient de atenuare a semnalului care nu depinde de frecvență. Atenuatorul de ieșire modifică tensiunea în trepte, iar în fiecare pas (domeniu) reglarea lină este efectuată într-un amplificator de bandă largă. Contorul de tensiune este conectat la ieșirea amplificatorului, ceea ce simplifică foarte mult proiectarea acestuia, deoarece în acest caz funcționează doar într-un singur domeniu de tensiune de semnal. Tensiunea de ieșire este egală cu tensiunea contorului înmulțită cu factorul de divizare a atenuatorului. Pentru a asigura stabilitatea raportului de diviziune al atenuatorului, sarcina la ieșire trebuie să fie constantă (de obicei 600 Ohmi). Dacă rezistența de sarcină diferă de această valoare, se potrivește cu atenuatorul folosind un dispozitiv de potrivire constând dintr-un transformator și o sarcină internă. Sarcina internă este activată dacă rezistența de sarcină, ținând cont de raportul de transformare, depășește semnificativ 600 ohmi. Ieșirea transformatorului permite, de asemenea, o ieșire simetrică ușoară. În acest din urmă caz, mijlocul înfășurării secundare a transformatorului de ieșire este împământat. Când se efectuează măsurători, adesea nu tensiunea semnalului este utilizată, ci nivelul său în decibeli, determinat de formula:

U=20 log(U/U 0) (dB).

Nivelul zero este cel mai adesea considerat ca fiind tensiunea U0 care creează o putere disipată de 1 mW la o rezistență de 600 ohmi. Uneori, o tensiune egală cu un volt este luată ca nivel zero.

Generatoare de semnal standard (GSS, grup G4) produce semnale sinusoidale de înaltă frecvență (purtător) calibrate în frecvență, tensiune de ieșire și formă, care pot fi simulate atât dintr-un generator de joasă frecvență intern, cât și extern. Sursa tensiunii de înaltă frecvență este un auto-oscilator de înaltă frecvență reglabil (Fig. 2), care este un generator LC de oscilații sinusoidale.

Orez. 2. Schema bloc a unui generator de semnal standard

Amplificatorul-modulatorul este un amplificator de înaltă frecvență, care în modul modulație îndeplinește și funcțiile unui modulator. Dispozitivul de ieșire constă dintr-un atenuator neted, apoi o treaptă și uneori un divizor la distanță situat la capătul cablului. Poziția atenuatorului neted este calibrată cu ajutorul unei scale. Contorul de tensiune și adâncime de modulație de purtător este un voltmetru electronic cu detectoare de semnal de înaltă frecvență (HF) și joasă frecvență (LF). Impedanța de ieșire a GSS în cele mai multe cazuri este de zeci de ohmi și este potrivită cu cablul.

Generatoare de impulsuri(GI, grupa G5) sunt o sursă de semnale de puls de o anumită formă (cel mai adesea dreptunghiulară). O diagramă a unui GI tipic este prezentată în Fig. 3. Oscilatorul principal generează impulsurile necesare pornirii unității de generare a impulsurilor, precum și pentru a scoate impulsuri de ceas de la acest dispozitiv. Autogeneratoarele de oscilații sinusoidale cu limitare ulterioară în două sensuri sau generatoare de relaxare pot fi utilizate ca un oscilator principal. Modulul principal de modelare a impulsurilor este lansat cu o întârziere setata în raport cu ieșirea impulsului de sincronizare. Întârzierea impulsului principal în raport cu impulsul de sincronizare este utilizată pe scară largă în aplicarea generatoarelor. Deci, atunci când se utilizează un osciloscop, un impuls de sincronizare declanșează măturarea osciloscopului, iar pulsul principal este furnizat circuitului studiat și prin acesta către osciloscop. În acest caz, marginea anterioară a pulsului este clar vizibilă pe ecranul osciloscopului.

Orez. 3. Schema bloc a generatorului de impulsuri

Principiul de funcționare al unității de generare a impulsurilor este următorul. Pulsul de declanșare, care ajunge la relaxant și provoacă răsturnarea acestuia, formează marginea anterioară a pulsului de măsurare. În același timp, impulsul de declanșare, care trece prin linia internă de întârziere egală cu durata impulsului τ, este aplicat unei alte intrări a acestui relaxer, făcându-l să se rotească la starea sa inițială și formând astfel marginea de fugă a impulsului principal. cu durata τ. Amplificatorul de ieșire este un amplificator de bandă largă care oferă amplitudinea necesară a impulsurilor de măsurare la ieșire. Dispozitivul de ieșire constă dintr-o cascadă inversată de fază pentru a obține impulsuri de ieșire cu polaritatea necesară, un emițător urmăritor pentru a asigura o valoare dată a rezistenței interne a generatorului și un atenuator. Contoarele de amplitudine funcționează de obicei folosind metoda de comparare cu o tensiune de referință.

2.3. Osciloscoape cu raze catodice.

Un osciloscop este proiectat pentru observarea vizuală a semnalelor electrice și măsurarea parametrilor acestora. Acesta este un dispozitiv universal care vă permite să măsurați tensiunea, frecvența, diferența de fază, intervalele de timp și alți parametri de semnal. În fig. Figura 4 prezintă schema bloc a osciloscopului. Unitatea principală a osciloscopului este un tub catodic, care formează un fascicul de electroni îngust care cade pe un ecran luminiscent și descrie forma semnalului studiat, furnizat plăcilor verticale de deviație, cu condiția să se aplice o tensiune variabilă liniar. plăcile de deviere orizontale, asigurând deplasarea fasciculului de electroni în direcția orizontală cu o viteză constantă, adică direct proporțională cu timpul. Formarea fasciculului de electroni este realizată de un modulator (M), care funcționează prin analogie cu grila de control a unui tub de electroni și reglează numărul de electroni din fascicul (luminozitate). Anozii A1 și A2 sunt proiectați pentru a focaliza electronii pe ecranul tubului. Anodul AZ servește la creșterea vitezei electronilor din fascicul, ceea ce este important pentru excitarea fosforului ecranului.

Orez. 4. Schema bloc a unui osciloscop cu raze catodice

Să luăm în considerare pe scurt funcționarea și scopul componentelor rămase ale osciloscopului. Semnalul studiat este alimentat printr-un cablu coaxial printr-un divizor de intrare către un emițător adept, a cărui sarcină este o linie de întârziere (de obicei o bucată de cablu). Emițătorul de urmărire are o impedanță mare de intrare și o capacitate de intrare scăzută, ceea ce contribuie la absența distorsiunii semnalelor slabe. Datorită impedanței sale scăzute de ieșire, se potrivește cu impedanța caracteristică a liniei de întârziere. Întârzierea în sosirea semnalului în raport cu începerea măturii face posibilă observarea frontului de avans al semnalului, în special în modul de declanșare a măturarii interne de la semnalul studiat atunci când acesta atinge un anumit nivel. După amplificare, semnalul intră în plăcile de deviere verticale ale tubului, deviând fasciculul de pe ecran pe verticală proporțional cu tensiunea semnalului. Deplasarea orizontală a fasciculului, proporțional cu timpul, este efectuată de o tensiune din dinte de ferăstrău generată de generatorul de scanare și alimentată plăcilor de deviere orizontale. Modul de pornire al generatorului de baleiaj poate fi standby sau periodic. Sweep-ul este declanșat în modul standby fie de la un semnal de sincronizare extern de la intrarea X (declanșare extern), fie de la semnalul în studiu (declanșare intern). În modul periodic, generatorul de scanare este pornit periodic fie din rețea, fie funcționează automat cu frecvența proprie, dar reglabilă. Unele osciloscoape au un amplificator de deviere orizontal (amplificator X) care poate fi conectat la plăcile de deviere orizontală în loc de un generator de măturare. În acest caz, deviația orizontală a fasciculului devine proporțională cu tensiunea de la intrarea X. Acest lucru face posibilă obținerea pe ecran a dependenței semnalului Y de semnalul X, de exemplu, caracteristicile curent-tensiune ale dispozitivelor. . Dispozitivele auxiliare includ calibratori de amplitudine și durată. În osciloscoapele cu mai multe fascicule, tubul catodic are mai mulți formatori de fascicule de electroni, plăci de deviere orizontale comune tuturor fasciculelor, dar plăci de deviere verticale separate pentru fiecare fascicul. În acest caz, există mai multe intrări Y și mai multe amplificatoare de deviație verticală (în funcție de numărul de fascicule). Aceste osciloscoape vă permit să scanați mai multe semnale simultan. Osciloscoapele multicanal au un tub obișnuit, cu un singur fascicul, numai semnalele îi sunt furnizate alternativ de la mai multe intrări Y folosind un comutator. Osciloscoapele de stocare au un dispozitiv de memorie care stochează semnalul și apoi îl furnizează plăcilor după ce semnalul a fost aplicat. Acest lucru face posibilă observarea mărturii semnalelor de foarte scurtă durată (nanosecunde) pe o perioadă lungă de timp (minute).

2.4. Măsurători de tensiune și curent.

Măsurătorile de curent și tensiune sunt fundamentale atunci când se examinează diverse dispozitive și se monitorizează funcționarea acestora. Cu toate acestea, în inginerie radio, măsurarea tensiunii are o importanță predominantă, iar măsurarea curentului este recursă în cazuri destul de rare, încercând să o înlocuiască prin măsurarea tensiunii pe o rezistență cunoscută și apoi determinând curentul conform legii lui Ohm. Variabilele măsurate tensiunea și curentul sunt evaluate prin următorii parametri (Fig. 5): amplitudine, medie, valori medii redresate și efective (eficiente).

Orez. 5. Parametrii tensiunii AC

Amplitudinea (valoarea de vârf) U m este definită ca fiind cea mai mare valoare a tensiunii într-o perioadă. Pentru o tensiune care este asimetrică față de zero, sunt introduse conceptele de abateri de vârf în sus U m+ și în jos U m-. Valoarea medie a tensiunii alternative U avg este componenta sa constantă:

Valoarea medie redresată a Ust este definită ca componenta constantă a tensiunii după rectificarea sa pe undă completă:

Valoarea efectivă sau efectivă a Ueff este estimată prin valoarea rădăcină pătratică medie a tensiunii măsurate:

Legea variației tensiunii corespunde unor relații cantitative între U m, U st, U eff, estimate prin coeficienții de amplitudine K a = U m / U eff și forma K f = U eff / U eff. Deci, pentru tensiunea armonică Ka = 1,41, K f = 1,11.

Tensiunea oscilatoare dreptunghiulară - meandre - fără componentă constantă este caracterizată ca K a = K f = 1. Dacă puterea tensiunii și curentului măsurate este suficient de mare, acestea pot fi măsurate cu instrumente ale sistemului magnetoelectric în combinație cu dispozitive suplimentare. Astfel, curentul continuu și valoarea medie a curentului alternativ (și a tensiunii) pot fi măsurate direct de un dispozitiv magnetoelectric.

Valoarea medie redresată este măsurată folosind dispozitive de sistem magnetoelectric în combinație cu un redresor cu diodă de tip punte.

Orez. 6. Convertor termoelectric

Valorile efective ale curenților și tensiunilor sunt măsurate de dispozitive ale unui sistem magnetoelectric cu convertoare termoelectrice, care sunt o combinație între un termocuplu și un încălzitor prin care curge curentul (Fig. 6). Încălzitorul 1 este conectat la joncțiunea de lucru (fierbintă) a termocuplului. Un dispozitiv magnetoelectric este conectat la joncțiunile nefuncționale (reci). Datorită inerției termice a încălzitorului, se poate presupune că temperatura acestuia în stare staționară practic nu se modifică atunci când puterea instantanee se modifică, astfel încât dispozitivul măsoară valoarea efectivă a curentului. Convertorul termic este adesea plasat în vid pentru a reduce transferul de căldură și pentru a crește sensibilitatea. Gama de frecvență (până la 200 MHz) este limitată de capacitatea dispozitivului față de masă, inductanța proprie și efectul pielii din încălzitor.

Voltmetre electronice(B2 - curent continuu, B3 - curent alternativ, B4 - pulsat, B5 - sensibil la fază, B6 - selectiv, B7 - universal).

Pentru a crește sensibilitatea și a extinde gama de valori ale tensiunii măsurate, au fost dezvoltate dispozitive speciale - voltmetre electronice. În conformitate cu parametrul măsurat, se disting voltmetrele de valoare a amplitudinii (vârf), medie (tensiune constantă), valori medii redresate și efective. Voltmetrele electronice au o rezistență mare de intrare, ajungând la 10 MOhm, au o gamă largă de frecvență de până la 1-3 GHz și pot rezista la sarcini grele. Schemele bloc tipice ale voltmetrelor electronice sunt prezentate în Fig. 7. Dispozitivul de intrare al voltmetrelor electronice constă dintr-un emițător urmăritor, cel mai adesea montat într-o sondă de la distanță pentru a reduce influența firelor la frecvențe înalte, și un atenuator, care este un divizor rezistiv de tensiune.

Orez. 7. Scheme bloc ale voltmetrelor electronice:

a) tensiune alternativă; b) tensiune constantă;

c) tensiune alternativă şi continuă

Amplificatoarele din voltmetrele electronice sunt proiectate pentru a crește sensibilitatea la măsurarea tensiunilor joase. Pentru a crește stabilitatea câștigului amplificatorului și a reduce distorsiunea neliniară, se folosește de obicei un amplificator cu mai multe trepte acoperit de feedback negativ.

Detectorul de voltmetru este proiectat pentru a converti tensiunea măsurată într-o formă constantă sau pulsatorie, măsurată de un dispozitiv magnetoelectric. În funcție de legea transformării, detectoarele sunt împărțite în detectoare de vârf (amplitudine), de valoare efectivă și detectoare de valoare medie rectificată.

Orez. 8. Circuitul detector de vârf și graficul tensiunii

În detectorul de vârf, parametrii circuitului (Fig. 8) sunt selectați astfel încât constanta de timp de încărcare a condensatorului τ 3 = R i * C (R i este rezistența internă a diodei) să fie mult mai mică decât constanta circuitului de descărcare τ p = R * C, care este mult mai mare decât tensiunea de intrare a perioadei de oscilație: τ r >>T. Ca urmare, după mai multe perioade de oscilație, condensatorul va fi încărcat la o tensiune U c cu o valoare medie U cf apropiată de valoarea amplitudinii U m .

Detectorul de valoare efectivă trebuie să aibă o caracteristică pătratică curent-tensiune.

Orez. 9. Schema unui detector pătratic cu aproximarea lină pe bucăți a caracteristicii curent-tensiune

Aproape toate elementele active au o secțiune pătratică a caracteristicii curent-tensiune: lămpi, tranzistoare, diode; totuși, lungimea acestei secțiuni este scurtă. Pentru a-l crește, se utilizează o aproximare lină pe bucăți a unei curbe parabolice pe secțiunile K, fiecare dintre acestea fiind furnizată de secțiunea pătratică inițială a unui element activ dat. În fig. Figura 9 prezintă o diagramă a unui astfel de detector. Numărul de secțiuni de aproximare corespunde numărului de lanțuri de diode în care fiecărei diode ulterioare este aplicată o tensiune de polarizare inversă care crește treptat (E cm), ceea ce determină deschiderea fiecăreia dintre ele la intrarea Uin >E cm.

Orez. 10. Circuitul detectorului de valoare medie redresată

Detectorul cu redresare medie este un redresor cu undă completă, de obicei asamblat folosind un circuit în punte (Fig. 10). Pentru ca curentul din acest detector să fie proporțional cu valoarea medie redresată a tensiunii măsurate, este necesar ca amplitudinea tensiunii de intrare furnizată diodelor să depășească semnificativ porțiunea pătratică a caracteristicii curent-tensiune a diodei, adică, ca detecția să fie liniară și nu pătratică. Să ne uităm la câteva tipuri speciale de voltmetre.

Voltmetru electronic selectiv (selectiv). conceput pentru a măsura tensiunea sinusoidală a unei anumite frecvențe (selectate) în spectrul altor frecvențe. Principiul de funcționare al unui astfel de voltmetru se bazează pe izolarea tensiunii frecvenței dorite de spectrul altor frecvențe, amplificarea și măsurarea în continuare a tensiunii frecvenței selectate.

Voltmetre digitale.

Utilizarea unui cititor digital mărește viteza și acuratețea măsurătorilor și vă permite să automatizați procesul de măsurare. Unitatea principală a instrumentelor digitale este un convertor analog-digital, care convertește o valoare măsurată continuă într-un cod digital. Să luăm în considerare schema bloc a unui voltmetru digital cu un convertor timp-impuls (Fig. 11).

Orez. 11. Schema bloc a unui voltmetru digital

La începutul ciclului de măsurare, un impuls de la dispozitivul de control resetează contorul electronic la zero și pornește circuitul generator de tensiune care variază liniar, deschizând simultan cheia electronică. Din momentul deschiderii cheii electronice, la intrarea contorului electronic prin cheia electronică se primesc impulsuri de numărare cu o frecvență de repetiție f de la generatorul de impulsuri de numărare. O tensiune care variază liniar este furnizată uneia dintre intrările dispozitivului de comparare, a cărei a doua intrare primește tensiunea măsurată. Dispozitivul de comparare, în momentul egalității tensiunii măsurate și care variază liniar, produce un impuls care închide cheia electronică. Astfel, tensiunea măsurată va fi proporțională cu intervalul de timp Dt de funcționare a cheii electronice și, în consecință, cu numărul de impulsuri de numărare înregistrate de contorul electronic. Cu un număr mare de impulsuri de numărare (frecvență înaltă), precizia măsurării tensiunii va fi mare.

2.5. Măsurarea frecvenței.

Măsurarea frecvenței este una dintre cele mai importante probleme rezolvate în electronica radio, deoarece, pe de o parte, frecvența este una dintre principalele caracteristici ale semnalului, iar pe de altă parte, tehnica de măsurare a frecvenței este cea mai precisă în comparație cu tehnică de măsurare a oricărei alte mărimi, care era condiția prealabilă pentru a reduce măsurătorile altor mărimi fizice la măsurători ale frecvenței și intervalelor de timp. Au fost dezvoltate mai multe metode de măsurare a frecvenței: punte, încărcare și descărcare a condensatoarelor, rezonantă, heterodină, numărare electronică.

R3/R4 =(R1 +1/(iω 0 C 1))/(1/ R 2 + iω 0 C 2) -1 sau R 3 /R 4 = R 1 /R 2 +C 1 / C 2 +i(R1ω0C2-1/(R2ω0C)).

Echivalând părțile reale și imaginare, obținem

R 1 / R 2 + C 2 / C 1 = R 3 / R 4 şi R 1 ω 0 C 2 -1 / (R 2 ω 0 C 1 ) = 0.

Din a doua egalitate se determină frecvența la care are loc echilibrul punții:

ω0 =1/(R1R2C2C1) 1/2.

Orez. 12. Circuitul podului Wien pentru măsurarea frecvenței

Starea de echilibru a punții R 1 R 2 este fixată la citirea minimă a dispozitivului indicator (ID) când se modifică valoarea rezistențelor R 1 R 2 și capacităților C 1 C 2. De obicei R 1 =R 2 =R, C 1 =C 2 =C, ω 0 =1/(RC), valorile lui R și C sunt calibrate în valori de frecvență, iar R 1 și R 2 se modifică simultan și sunt reglabil fără probleme, iar C 1 și C 2 sunt multiplicatori pentru scara de frecvență cu salt simultan.

Metoda de încărcare și descărcare a condensatorului se bazează pe măsurarea curentului mediu de încărcare sau de descărcare al unui condensator, care, la o tensiune constantă a sursei de semnal, este proporțional cu frecvența acestuia (Fig. 13). Un amplificator limitator amplifică semnalele slabe și limitează semnalele puternice la o anumită amplitudine U 0 , la fel pentru toate semnalele. Constanta de timp de încărcare pentru condensatorul C este aleasă să fie mult mai mică de jumătate din perioada tensiunii de intrare, astfel încât condensatorul să aibă timp să se descarce chiar și la cele mai înalte frecvențe.

Orez. 13. Schema încărcării și descărcării periodice a unui condensator

Cantitatea de energie electrică de reîncărcare este Q =СU 0. Astfel, valoarea medie a curentului i=fQ=cfU 0 care trece prin diodă și dispozitivul magnetoelectric este proporțională cu frecvența. Contoarele de frecvență de acest tip funcționează în intervalul de la zeci de herți la unități de megaherți. Trecerea de la limită la limită se realizează prin modificarea capacității.

Orez. 14. Undemetru de rezonanță:

a) schema bloc; b) sistem oscilator cu circuit; c) rezonator coaxial

Undemetru de rezonanță se bazează pe obținerea fenomenului de rezonanță la o frecvență măsurată într-un sistem oscilator reglabil. Această metodă este utilizată la frecvențe înalte și ultra-înalte, începând de la 50 kHz. La frecvențe de până la sute de megaherți se folosesc circuite rezonante cu parametrii concentrați, iar la frecvențe mai mari se folosesc rezonatoare sau secțiuni de cablu coaxial. Starea de rezonanță este determinată de un dispozitiv magnetoelectric pe baza tensiunii maxime. Valoarea frecvenței măsurate este citită de pe scara condensatorului. Într-un rezonator coaxial, lungimea de undă este determinată de mișcarea mecanică a pistonului. Condiția de rezonanță este l=(kλ)/2, unde k este un număr întreg. Factorul de calitate al unui rezonator coaxial este 10 3 -10 4.

Frecvența heterodină se bazează pe compararea frecvenței măsurate cu frecvența cunoscută a unui oscilator calibrat reglabil (heterodin).

Orez. 15. Schema bloc a unui contor de frecvență heterodin

La măsurare, mixerul primește tensiunea frecvenței măsurate de la dispozitivul de intrare și tensiunea de la oscilatorul local de frecvență variabilă. Schimbând frecvența oscilatorului local, obținem apariția de bătăi zero la ieșire, înregistrate de un indicator (telefoane sau indicator cu cadran). Recepția zero bătăi la ieșire indică faptul că frecvența măsurată este egală cu frecvența oscilatorului local, care este determinată pe scară. Pentru a calibra scara oscilatorului local, se folosește un oscilator cu cuarț, a cărui tensiune de la ieșire este furnizată mixerului. Frecvența oscilatorului local este setată egală cu frecvența oscilatorului de cuarț (sau a armonicilor sale) prin ajustare folosind condensatori de reglare.

Contor electronic de frecvență de numărare.

De obicei, circuitul dispozitivului (Fig. 16) este construit în așa fel încât să fie posibilă măsurarea directă atât a frecvenței, cât și a perioadei de oscilații.

Orez. 16. Schema bloc a unui frecvenmetru digital

La măsurarea frecvenței f x, la intrarea 1 se aplică o tensiune de frecvență necunoscută. Dispozitivul de intrare este un divizor de tensiune și un amplificator de bandă largă pentru a amplifica tensiunea la o valoare suficientă pentru funcționarea dispozitivului de modelare. Dispozitivul de formare convertește tensiunea sinusoidală în impulsuri dreptunghiulare cu margini abrupte, amplitudine constantă și o frecvență egală cu frecvența semnalului. Aceste impulsuri sunt trimise printr-o cheie electronică către un contor electronic. Pe de altă parte, cheia electronică primește prin intermediul dispozitivului de control impulsuri de intervale de timp calibrate de durată Δt, care sunt formate din divizoare de frecvență de zece zile din oscilații de frecvență foarte stabile generate de un oscilator cu cuarț. Aceste impulsuri deschid cheia electronică pentru un timp Δt, timp în care impulsurile de numărare ale frecvenței măsurate sunt furnizate contorului electronic; acestea din urmă sunt numărate și afișate pe un dispozitiv digital de citire sub forma unui cititor f x =n/Δt. La măsurarea perioadei de oscilație, la intrarea 2 și apoi la dispozitivul de formare este furnizată o tensiune de frecvență necunoscută, care generează intervale de timp Δt=T x, timp în care dispozitivul de comandă deschide cheia electronică. Impulsurile de numărare în acest caz sunt impulsuri dreptunghiulare calibrate în timp, primite în dispozitivul de formare după multiplicarea prealabilă a frecvenței unui oscilator cu cuarț foarte stabil. Numărul acestor impulsuri care ajung la contorul electronic în timpul Δt va fi proporțional cu perioada frecvenței necunoscute T x =n/f. Cu cât perioada este mai mare, adică cu cât frecvența semnalului este mai mică, cu atât este mai mare acuratețea măsurării perioadei, în timp ce cu cât este mai mare frecvența semnalului, cu atât este mai mare acuratețea frecvenței măsurate la intrarea 1.

2.6. Măsurarea diferenței de fază.

Măsurarea diferenței de fază între două tensiuni armonice de aceeași frecvență este utilizată pe scară largă în electronica radio atunci când se studiază diverse rețele cu patru terminale. Să ne uităm la câteva metode de măsurare a diferențelor de fază. Metodele oscilografice sunt prezentate clar în Fig. 17.

Orez. 17. Metode oscilografice pentru măsurarea diferențelor de fază:

a) scanarea ambelor semnale pe un osciloscop cu două fascicule (două canale) Δφ=2π Δt/T;

b) utilizarea cifrelor Lissajous cu același câștig în X și Y (osciloscop cu un singur canal cu un amplificator în X), sinφ=h/H, tg(φ/2)=b/a,

unde a și b sunt semiaxele majore și minore ale elipsei

Metoda de comparare constă în compararea defazajului măsurat la ieșirea cvadrupolului de testare cu defazajul unui defazator calibrat, alimentat de la o singură sursă de oscilații armonice (Fig. 18).

Orez. 18. Schema bloc a unui contor cu defazare folosind metoda de compensare

Tensiunea care a trecut prin rețeaua cu două porturi studiată și aceeași tensiune care a trecut prin defazatorul calibrat și regulatorul de amplitudine sunt furnizate unității de compensare, care este un transformator diferențial convențional. Când tensiunile de intrare sunt egale în fază și amplitudine, tensiunea la ieșirea unității de compensare este zero, așa cum evidențiază citirile zero ale indicatorului de tensiune. Schimbarea de fază este determinată de scara defazatorului, atenuarea semnalului în cvadripol este determinată de scara regulatorului de amplitudine.

Metoda digitală (metoda de numărare discretă) se bazează pe măsurarea numărului de impulsuri de numărare a unei frecvențe calibrate într-un timp Δt=T Δφ/2π, proporțional cu defazajul.

Orez. 19. Schema bloc a unui contor digital de fază

Dispozitivele de modelare convertesc oscilațiile armonice, între care trebuie măsurată defazatul, în impulsuri unipolare cu muchii ascuțite, a căror margine anterioară corespunde momentelor în care oscilațiile armonice trec prin zero. Dispozitivul de control deschide cheia electronică pentru timpul de schimbare Δt între impulsuri de la diferite intrări, iar contorul numără numărul de impulsuri trecute în acest timp.

Rețineți că atunci când se măsoară diferența de fază la frecvențe înalte și ultraînalte, frecvența este mai întâi redusă folosind un convertor heterodin care are două mixere identice și un oscilator local comun (Fig. 20). Apoi, în regiunea de joasă frecvență, diferența de fază este măsurată folosind una dintre metodele discutate mai sus.

Orez. 20. Circuit de conversie a frecvenței

Defazajul tensiunilor la ieșirea mixerului este același cu tensiunile de intrare:

U1 = U1 sin[(ω-ω r)t+φ 1 -φ r]; U 2 = U 2 sin[(ω-ω r)t+φ 2 -φ r ].

2.7. Analizoare de spectru.

Analizatoarele de spectru sunt proiectate pentru observarea vizuală a spectrului de semnal. Cele mai utilizate analizoare de spectru cu analiză secvenţială au două circuite structurale: un circuit de filtru reglabil şi un circuit superheterodin.

Într-un analizor de spectru cu un filtru reglabil spectrul semnalului studiat este vizualizat prin reglarea automată a filtrului, izolarea componentelor spectrului, detectarea, amplificarea și observarea pe robinetul CRT (Fig. 21).

Orez. 21. Analizor de spectru cu filtru reglabil

Filtrul este reglat prin schimbarea tensiunii de scanare, drept urmare imaginea spectrului de pe ecran se dovedește a fi nemișcată. Dezavantajul schemei este gama sa îngustă.

Circuit superheterodin(Fig. 22) oferă reglaj electric pe o gamă largă de frecvențe. Principiul său de funcționare se rezumă la un transfer liniar secvențial al spectrului semnalului studiat în regiunea de frecvență intermediară și mutarea acestuia în raport cu frecvența medie de reglare a filtrului. În acest caz, filtrul este reglat invariabil la frecvența intermediară, iar mișcarea secvențială a spectrului de semnal este obținută prin schimbarea frecvenței oscilatorului local, care este un generator de frecvență de baleiaj (SWG), controlat de tensiunea de baleiaj. generator. În perioada de balansare a generatorului principal de frecvență, spectrul semnalului studiat este observat pe ecranul CRT sub formă de linii luminoase, fiecare dintre acestea fiind proporțională cu puterea medie pentru o anumită armonică a spectrului semnalului. în studiu.

Orez. 22. Circuit analizator de spectru de tip superheterodin

2.8. Contoare de caracteristici amplitudine-frecvență (contoare de caracteristici).

Utilizarea caracterografelor face posibilă înlocuirea procesului destul de lung și laborios de luare punct cu punct a caracteristicilor amplitudine-frecvență folosind un generator de măsurare și un voltmetru prin observarea directă a caracteristicii amplitudine-frecvență (AFC) pe ecran a unui tub catodic. Avantajul trasoarelor de curbe este evident mai ales atunci când sunt utilizate pentru reglarea rețelelor cu patru poli, deoarece efectul modificării anumitor parametri în timpul procesului de configurare este imediat vizibil pe ecranul trasorului de curbe prin schimbarea formei caracteristicii amplitudine-frecvență.

Orez. 23. Schema de circuit a unui contor de caracteristici amplitudine-frecvență

Oscilația de frecvență a auto-oscilatorului este de obicei efectuată folosind un modulator varicap sau magnetic. Deoarece dispozitivul acoperă o gamă largă de frecvențe, unele noduri din contor sunt realizate conform principiului conversiei de frecvență - două semnale sunt furnizate mixerului: unul de la un generator de gamă, celălalt de la un generator cu frecvență modulată (FMO) . La ieșirea mixerului, filtrele low-pass selectează o diferență de frecvență cu același swing ca și în MFC. De la comutator, semnalul cu frecvență modulată este alimentat la un amplificator de bandă largă cu un sistem de control automat al câștigului (AGC), unde este amplificat la o tensiune de 1 V și apoi alimentat printr-un atenuator la rețeaua cu patru porturi studiată. . De la ieșirea cvadripolului, semnalul merge la capul detectorului, iar după detectare - la amplificatorul de deviere verticală al CRT. Deoarece măturarea orizontală a tubului se realizează sincron cu modularea (swing-ul) frecvenței auto-oscilatorului, răspunsul în frecvență al cvadripolului studiat este reprodus pe ecran.

Pentru calibrarea frecvenței, în circuit se pot forma semne de frecvență, care se formează în blocul de marcaj ca urmare a bătăilor zero între domeniul de frecvență și armonicile frecvențelor calibrate: 0,1; 0,5; 1; 5 MHz.

2.9. Măsurarea parametrilor elementelor circuitelor radio (R, L, C, tgδ=1/Q)

Metoda voltmetru-ampermetru nu necesită dispozitive speciale (Fig. 24).

Orez. 24. Schema de masurare a rezistentei complexe folosind metoda voltmetru-ampermetru

Când circuitul este alimentat de la o sursă de curent alternativ cu frecvența f, modulul de impedanță poate fi determinat:

unde R U este rezistența internă a voltmetrului. Partea activă a rezistenței este determinată prin măsurarea la o tensiune constantă. După aceasta, partea reactivă a rezistenței poate fi calculată. În mod obișnuit, se utilizează un voltmetru electronic și un ampermetru termoelectric. Când este pornit ca condensator sau inductor, cunoscând frecvența f a generatorului de alimentare, puteți determina L și C: 1) X c =1/(ωC)=U/I și C=I/wU, 2) X L = ωL=U/I și L=U/wI.

Metode pod sunt utilizate în domeniul de frecvență radio joasă și permit obținerea celei mai mari precizii în măsurătorile de impedanță. Indicatorul de echilibru trebuie să aibă o rezistență mare pentru a preveni afectarea funcționării podului. Un astfel de indicator poate fi un osciloscop electronic sau un voltmetru. Echilibrul podului are loc în condiție

Z 1 Z 3 e i(φ1+φ3) = Z 2 Z 4 e i(φ2+φ4) ,

deci Z1Z3 = Z2Z4; φ1+φ3= φ2+φ4. Dacă luăm ca rezistență măsurată și ca rezistență exemplară, atunci în puntea AC pentru a atinge echilibrul trebuie să existe două ajustări: modulul rezistenței exemplare Z 2 și argumentul său φ 2. Trebuie luat în considerare faptul că acești parametri sunt interconectați în timpul ajustării. Rezultă că puntea trebuie echilibrată folosind metoda aproximării succesive, ajustând simultan componentele active și reactive.

Orez. 25. Circuit de punte AC

Prin metoda rezonanței puteți măsura inductanța, capacitatea, rezistența la pierderi în ele, precum și componentele active și reactive ale rezistenței complexe a oricărei rețele cu două terminale. Deoarece în aproape toate cazurile, la determinarea parametrilor de mai sus, este necesar să se măsoare factorul de calitate al circuitului echivalent, astfel de dispozitive se numesc contoare de factor de calitate sau kumetre.

Orez. 26. Schema schematică a kumetrului

O anumită tensiune calibrată U 1 de la un generator cu o gamă largă de frecvențe este introdusă într-un circuit oscilator în serie de măsurare, format dintr-un inductor standard (L 0 R 0) sau măsurat (L x R x) și un condensator variabil calibrat standard C 0 . Rezistența R1 de o valoare foarte mică este setată pentru a reduce rezistența sursei pentru a nu deteriora parametrii circuitului. La conectarea bobinei de inductanță măsurată L x R x, contorul vă permite să măsurați direct factorul de calitate al circuitului L x R x C 0: Q = U c / U 1. Ca rezultat, un voltmetru care măsoară U c este de obicei calibrat în ceea ce privește factorul de calitate. Având în vedere că modelul de condensator și rezistența R 1 au pierderi foarte mici, factorul de calitate găsit al circuitului va fi egal cu factorul de calitate al bobinei. Cu rezonanță în circuit, marcată la maxim, citirile voltmetrului U c pot fi scrise ca

Q=U c /U 1 =ω 0 L x /R x =1/(ω 0 C 0 R x).

De aici, cunoscând C 0, Q și înregistrând frecvența de rezonanță ω 0, putem determina L x și R x. Când se măsoară o capacitate necunoscută C x, în circuit este inclusă o inductanță de referință L o R o și apoi se determină capacitatea C x = 1/(ω 0 QR 0) pe baza frecvenței de rezonanță și a valorii factorului de calitate.

Folosind un contor, puteți măsura și părțile active și reactive ale rezistenței complexe a oricărei rețele cu două terminale. Cu natura sa inductivă, o rețea cu două terminale este conectată în loc de L x R x, cu natură capacitivă - în loc de C x.

Metoda heterodină se bazează pe dependența frecvenței oscilatorului de inductanța și capacitatea circuitului său oscilator și pe o comparație a frecvenței acestui generator cu frecvența unui generator cu ritm zero reglabil folosind un condensator standard C0, ceea ce face posibilă obținerea unui nivel ridicat. precizie.

Orez. 27. Schema metodei heterodinei pentru măsurarea capacității și inductanței

Înainte de a conecta inductanța sau capacitatea măsurată, ambele generatoare sunt reglate la aceeași frecvență folosind un condensator standard C 0, care este înregistrat cu zero bătăi. Când C x este conectat, frecvența generatorului 2 se schimbă și apoi condensatorul C 0 este ajustat astfel încât frecvențele să coincidă. Cu aceleași inductanțe în circuite, capacitatea măsurată va fi egală cu modificarea capacității condensatorului de referință. Eroare 0,2-0,5%.

Metodă de numărare discretă (digitală) se bazează pe numărarea impulsurilor calibrate în frecvență pe un anumit interval de timp. În funcție de modul în care se formează acest interval, se folosesc două tipuri de circuite: 1) un circuit care utilizează o descărcare aperiodică a unui condensator la un rezistor folosind un interval de timp egal cu constanta de timp de descărcare; 2) o schemă care utilizează procesul de amortizare a oscilațiilor într-un circuit oscilator. În prima schemă, în funcție de ceea ce este ales ca referință (R 0 sau C 0), se pot măsura C x și R x. Înainte de începerea măsurătorilor, condensatorul C x este încărcat la tensiunea E (comutatorul în poziţia 1). Apoi comutatorul este mutat în poziția 2 și descărcarea condensatorului C x la rezistorul R 0 începe conform legii exponențiale U c = E e - t / τ. În momentul în care comutatorul este mutat în poziția 2, un impuls este trimis către contorul digital de interval de timp, care deschide numărul de timp. Din divizorul R 1 R 2 tensiunea E este furnizată la a doua intrare a dispozitivului de comparare. 2/(R1 +R2) = E/2,72. Momentul în care tensiunea de pe condensator în timpul descărcării acestuia atinge valoarea E/2,72 are loc la t = τ = C x R 0. În acest moment, dispozitivul de comparație emite un al doilea impuls, care oprește numărarea timpului. Eroare de măsurare ±0,1%.

Conform celei de-a doua scheme, sunt construite contoare digitale (Fig. 29).

Orez. 28. Schema de măsurare a C x R x prin constanta de timp τ = C x R x

Principiul de funcționare se bazează pe următorul: raportul a două amplitudini ale unei oscilații amortizate, separate printr-un interval de timp egal cu o perioadă, este egal cu Δ = U 1 /U 2 =e δT, unde δ=R x / (2L x) este decrementul de amortizare, T este perioada de oscilație. Prin urmare, T=lnΔ/ δ, deci factorul de calitate al circuitului este egal cu

Q=(2π L x)/(TR x)= (2L x /R x)(π δ/ lnΔ)=π/ lnΔ.

Prin urmare, lnΔ≈π/Q și D≈exp(π/Q). Raportul amplitudinilor oscilațiilor amortizate ale primei și n-a este egal cu Δ n =U 1 /U n =e n / Q. Pentru n=Q avem D n = e π =23,14, de unde U n = Q =0,0432.

Orez. 29. Schema bloc a unei camere digitale

De la un generator de impulsuri cu un ciclu de lucru mare, condensatorul circuitului C 0 este încărcat la amplitudinea U 1, după care începe un proces oscilator amortizat în circuitul format din C 0, L x și R x. În același timp, dispozitivul de prag 1 deschide selectorul de timp și contorul de impulsuri numără numărul de perioade de oscilații ale impulsului formate în dispozitivul de formare din oscilațiile amortizate din circuit. Când amplitudinea oscilaţiilor amortizate atinge o valoare de 0,0432 U 1, la care n=Q, dispozitivul de prag 2 închide selectorul şi se opreşte numărarea impulsurilor. Citirile contorului sunt resetate după un timp, determinat de linia de întârziere. Eroarea de măsurare este de 0,1-0,2% și depinde doar de precizia dispozitivelor de prag.