Измерения в технике связи. Учебное пособие - файл n1.doc

приобрести
Измерения в технике связи. Учебное пособие
скачать (3691 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3691kb.10.09.2012 14:54скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




СОДЕРЖАНИЕ:

ГЛАВА 1. Электронные осциллографы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5


Принцип действия электронного осциллографа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Непрерывная линейная развертка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Генераторы непрерывной линейной развертки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Ждущая развертка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Синусоидальная и круговая развертки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Некоторые измерения при помощи осциллографа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Измерение АЧХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Условия работы осциллографов на СВЧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Скоростные осциллографы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Стробоскопическое осциллографирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
ГЛАВА 2. Измерение мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44


Вспомогательные устройства, используемые при измерении мощности . . . 46
Методы измерения мощности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
ГЛАВА 3. Измерение тока звуковой и высокой частоты . . . . . . . . . . 63

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63


Термоэлектрические приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Выпрямительные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Расширение пределов измерения тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
ГЛАВА 4. Измерение напряжения звуковой и высокой частоты . . . 78

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78


Термоэлектрические вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Электростатические вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Электронные вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Выпрямительные вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Цифровые вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
ГЛАВА 5. Измерение параметров цепей с сосредоточенными

постоянными . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114


Метод вольтметра – амперметра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Метод моста . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Резонансные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
ГЛАВА 6. Измерение сдвига фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143

Фазовращатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143


Осциллографические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Метод компенсации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
Двухканальный фазометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Фазометр с преобразование частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160
ГЛАВА 7. Измерение частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162


Осциллографические методы измерения частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Метод резонанса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
Гетеродинный частотомер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Конденсаторные частотомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Электронно – счетные частотомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
ГЛАВА 8. Измерение коэффициента модуляции, девиации и

нелинейных искажений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Измерение коэффициента модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183


Измерение девиации частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
Измерение коэффициента нелинейных искажений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
ГЛАВА 9. Измерительные генераторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

Измерительные генераторы звуковой частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193


Импульсные генераторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
Измерительные генераторы высокой частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Измерительные генераторы УКВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208
Генераторы шумовых сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
ГЛАВА 10. Цифровые измерительные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . .213
Цифровой частотомер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213


Цифровые хронометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Цифровые фазометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Цифровые вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
ГЛАВА 11. Измерение напряженности электромагнитного поля и

помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235

Помехи и шумы в каналах связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235


Псофометрические характеристики канала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
Псофометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Измерение коэффициента шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
ГЛАВА 12. Измерение параметров модулированных колебаний . . 243

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243


Измерения при амплитудной модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Измерения при частотной модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Измерения при импульсной модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
ГЛАВА 13. Анализ спектра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Анализ спектра сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257


ГЛАВА ПЕРВАЯ
ЭЛЕКТРОННЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Назначение осциллографа. Электронный осциллограф (осциллоскоп)—это один из наиболее распространен­ных в настоящее время радиоизмерительных приборов. Он предназначен в основном для наблюдения формы кривой исследуемого напряжения, т. е. для получения осциллограмм, представляющих собой зависимость u= f (t). Кроме того, он может быть использован также для измерения частоты, фазы, напряжения, коротких промежутков времени и пр.

Широкое и разностороннее применение электронного осциллографа обусловлено не только его универсаль­ностью и наглядностью получаемого на экране трубки изображения исследуемого напряжения, но также вы­сокими параметрами прибора—большим входным со­противлением, безынерционностью до очень высоких ча­стот, высокой чувствительностью и широкополосностью.

Большое входное сопротивление осциллографа обу­словливает минимальное влияние его подключения на электрический режим исследуемой цепи. Безынерционность электронного осциллографа позволяет исследовать электрические процессы в широком диапазоне ча­стот (до нескольких тысяч мегагерц), а его высокая чувствительность дает возможность получать осцилло­граммы напряжения малой амплитуды. Применение ши­рокополосных усилителей вертикального отклонения позволяет исследовать несинусоидальные напряжения,

включающие в себя широкий спектр частот, с мини­мальными искажениями.

Принцип действия электронного осциллографа осно­ван на использовании свойств электроннолучевой трубки.

Электроннолучевая трубка. На рис. 2-1 схематично изображено устройство наиболее типичной электронно­лучевой трубки с электростатическим управлением, при­меняемой в современном осциллографе. На этом же рисунке показана схема питания трубки и управления ее электронным лучом.

Изменением потенциала на управляющем электроде можно изменять количество электронов, движущихся к экрану, т. е. регулировать яркость пятна на экране.

в
ключающие в себя широкий спектр частот, с мини­мальными искажениями.


Принцип действия электронного осциллографа осно­ван на использовании свойств электроннолучевой трубки.

Электроннолучевая трубка. На рис. 2-1 схематично изображено устройство наиболее типичной электронно­лучевой трубки с электростатическим управлением, при­меняемой в современном осциллографе. На этом же рисунке показана схема питания трубки и управления ее электронным лучом.

Изменением потенциала на управляющем электроде можно изменять количество электронов, движущихся к экрану, т. е. регулировать яркость пятна на экране.

Напряжение запирания трубки бывает от —30 до —100 в. Иногда регулируют яркость изменением потенциала катода относительно управляющего элек­трода.

Аноды трубки сконструированы в виде цилиндров и предназначены для создания ускоряющего электриче­ского поля и фокусировки электронного луча. Аноды имеют высокий положительный потенциал относительно катода, причем величина напряжения, подаваемого на второй анод, бывает порядка 1—5 кв. а на первый— в несколько раз меньше.

Между анодами создается неоднородное электриче­ское поле, действующее на электронный пучок как соби­рательная линза, фокусирующая электроны в опреде­ленной точке.

Эту точку при нормальной фокусировке получают на экране трубки осциллографа. Осуще­ствляется фокусировка изменением потенциала первого анода. При этом добиваются минимальных размеров светящейся точки на экране.

Второй анод обычно имеет нулевой потенциал относительно земли, т. е. соединяется с корпусом осцилло­графа, а катод имеет высокий отрицательный потен­циал. Такой способ подключения питающего напряже­ния обеспечивает безопасность касания оператором выводов зажимов от отклоняющих пластин, которые соединены со вторым анодом.

Для уменьшения влияния на фокусировку пучка вто­ричных электронов, выбиваемых из экрана, внутреннюю поверхность баллона осциллографических трубок по­крывают проводящим слоем металла или графита и соединяют его со вторым анодом. В некоторых трубках, как, например, в 13Л036В, между отклоняющими пластинами и экраном помещается третий анод А3, служащий для послеускорения электронного пучка. Анод Аз имеет более высо­кий потенциал, чем анод A2. Этот анод, называемый иногда послеускорителем, представляет собой изолиро­ванную часть проводящего слоя внутри трубки, распо­ложенную ближе к экрану (рис. 2—1).

Анод Аз, увеличивая скорость электронов после их отклонения полем пластин, повышает яркость изобра­жения. Это позволяет понизить потенциал анода А2 с целью повышения чувствительности трубок, так как электроны при этом пролетают между отклоняющими пластинами с меньшей скоростью и отклоняются на больший угол.

Вся система электродов, необходимых для создания и формирования электронного пучка, называется ино­гда электронным прожектором.

Экраном электроннолучевой трубки служит внутрен­няя поверхность стеклянной колбы, покрытая слоем хи­мического вещества, которое начинает светиться под действием падающего на него электронного пучка.

Свечение экрана может продолжаться и спустя неко­торое время после ударов электронов. Время послесве­чения может быть коротким (менее 10 мсек), средним (10—100 мсек) и длительным (более 100 мсек). В осциллографах применяют трубки с коротким и сред­ним временем послесвечения. Наиболее распространен­ный цвет свечения экрана осциллографических тру­бок—зеленый, который меньше утомляет глаз при дли­тельном наблюдении. Реже применяются трубки с синим свечением, предназначенные для фотографирования изображений с экрана.

Электроннолучевые трубки характеризуются спосо­бом отклонения пучка (электрическим или магнитным полем), величиной чувствительности по вертикали и го­ризонтали, величиной напряжений питающих аноды и диаметром рабочей части экрана.

Для отклонения электронного пучка, т. е. для его смещения по экрану, в осциллографических трубках используют две пары отклоняющих пластин, имеющих сравнительно небольшую емкость—порядка 1—5 пф. Обе пары этих пластин, т. е. вертикально отклоняющие и горизонтально отклоняющие

пластины, расположены взаимно перпендикулярно и могут с помощью электри­ческого поля, создаваемого между пластинами, откло­нять электронный пучок по вертикали (оси Y) или горизонтали (оси X), В соответствии с этим будет изме­няться и положение светящегося пятна на экране. Вер­тикально отклоняющие пластины называют обычно Y-пластинами, а горизонтально отклоняющие— Х-пластинами,

Для устранения влияния внешних электрических и магнитных полей на электронный пучок трубку осцил­лографа обычно помещают в экран.

Чувствительностью осциллографических трубок на­зывается величина отклонения светового пятна в миллиметрах при изменении напряжения на отклоняющих пластинах на 1 в. Она лежит в пределах от 0,1 до 0,5 мм/в.

На чувствительность трубки влияют величина анодного напряжения и конструкция трубки, а именно: ее длина, форма и размеры пластин, а также расстоя­ние до экрана. С увеличением расстояния от пластин до экрана и с уменьшением напряжения на втором ано­де чувствительность трубки возрастает. Чувствитель­ность трубки по вертикали hy и чувствительность по горизонтали hx, определяемые обычно при напряжении на втором аноде 1000 в, неодинаковы. Например, для трубки 13ЛОЗИ чувствительность пластин, расположен­ных дальше от экрана, hy-0,5 мм/в, а чувствитель­ность ближних к экрану пластин hx=0,4 мм/в.

Размеры экрана трубок могут быть различны, но наибольшее применение в однолучевых осциллографах получили трубки с диаметром экрана 13 см.

Отклонение электронного пучка по вертикали про­изводится переменным напряжением исследуемого сиг­нала, а также постоянным напряжением, подводимым к пластинам Y. Изменением постоянного потенциала с помощью потенциометра смещают изображение по вертикали. Отклонение пучка по горизонтали произво­дится напряжением развертки, подводимым к пласти­нам X, и постоянным напряжением, смещающим изо­бражение на экране трубки влево или вправо.

Для получения, малых токов в трубке и для эконо­мии мощности высоковольтного выпрямителя делитель, с помощью которого задаются потенциалы электродов электроннолучевой трубки, выполняется высокоомным.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА
При подаче переменного напряжения на вертикаль­но отклоняющие пластины электроннолучевой трубки (расположенные горизонтально) светящееся пятно на ее экране будет перемещаться по вертикали. Если это перемещение будет достаточно быстрым (например, F5О гц), то на экране получится вертикальная светя­щаяся прямая. При подаче переменного напряжения на горизонтально отклоняющие пластины на экране обра­зуется горизонтальная светящаяся линия.

Для получения на экране трубки развернутого изо­бражения необходимо подавать переменные напряже­ния одновременно на обе пары пластин.

Обычно на вертикально отклоняющие пластины по­дают исследуемое напряжение, а на горизонтально от­клоняющие—вспомогательное напряжение определен­ной формы. Это вспомогательное напряжение назы­вают развертывающим или обычно разверткой.

В качестве развертки чаще всего используют напря­жение пилообразной или синусоидальной формы. Наиболее просто для этой цели можно использовать сину­соидальное напряжение, взятое, например, от сети пере­менного тока.

более просто для этой цели можно использовать сину­соидальное напряжение, взятое, например, от сети пере­менного тока. При этом на экране трубки могут быть получены лишь так называемые фигуры Лиссажу (рис. 2-2), не воспроизводящие непосредственно форму кривой исследуемого напряжения. По таким фигурам можно определять частотные, фазовые или амплитуд­ные соотношения напряжений, подводимых к отклоняю­щим пластинам трубки.

Для получения на экране осциллографа действи­тельной формы кривой исследуемого напряжения, т.е. осциллограммы, для ее развертывания

необходимо ис­пользовать напряжение, меняющееся во времени по ли­нейному закону, чтобы светящееся пятно по горизонта­ли перемещалось пропорционально времени, т. е. с по­стоянной скоростью. Процесс получения осциллограмм рассматривается в параграфе о линейной развертке.

Следовательно, в состав осциллографа, кроме элек­троннолучевой трубки и источников питания обязательно, должен войти также генератор пилообразного на­пряжения, меняющегося во времени но линейному за­кону.

Так как чувствительность электроннолучевых трубок мала (десятые доли миллиметра на вольт), то для получения достаточно крупных размеров изображения на экране трубки, удобного для наблюдения, необходи­мо к отклоняющим пластинам подводить напряжения в несколько десятков вольт и даже порядка сотни вольт.

Например, для получения изображения (осцилло­граммы или фигуры Лиссажу) во весь экран трубки 13ЛОЗИ с чувствительностью hy=0,5 мм/в и hx= =0,4 мм/в необходимо иметь амплитуду напряжения, подводимого к отклоняющим пластинам трубки:


где D — диаметр трубки.

При этом следует иметь в виду, что полное смеще­ние светового пятна вдоль всего экрана трубки соответ­ствует двойной амплитуде подводимого напряжения. Чтобы повысить чувствительность и иметь возможность исследовать слабые сигналы, в состав осциллографа вводят усилители.

Таким образом, блок-схема простейшего осциллогра­фа должна иметь вид, изображенный на рис. 2-3.

Для исследования непрерывных процессов на гори­зонтально отклоняющие пластины непрерывно подают развертывающее напряжение, период которого должен быть соизмерим с периодом исследуемого напряже­ния, а также равен ему или в целое число раз его больше.

Для исследования формы коротких или однократных импульсов длительность времени развертки (а не пе­риода развертки) должна быть соизмерима с длитель­ностью исследуемого импульса. Это возможно при усло­вии, если развертывающее напряжение будет вклю­чаться на время прохождения только импульсов, а остальное время периода исследуемого импульсного напряжения генератор развертки будет как бы «ожи­дать» поступления очередного импульса.

В соответствии с этим линейные развертки делят на непрерывную и ждущую. Иногда, при некоторых измерениях с помощью осциллографа, используют еще круговую и эллиптиче­скую развертки, являющиеся частным случаем синусои­дальной развертки.


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации