Лекции по электрорадио измерениям

Аналоговые электронные вольтметры.

Применяются для измерения как постоянного так и переменного в широком диапазоне значений от десятков до сотен Вольт, в широком диапазоне рабочих частот единиц до десятков гГц. Обладают высокой чувствительностью, большим входным сопротивлением и широким пределом измерений. Основная особенность аналогового вольтметра состоит в активной схеме усилителя разделяющий цепь, в которой производится измерение от цепи измерительного прибора, что устраняет его нагрузочное воздействие на измеряемую цепь. Структурная схема эл. аналогово вольтметра представлена на рисунке: Входное устройство состоит аттюниатора высокочастотного усилителя. УПТ должен обладать:

· Большим входным сопротивлением, чтобы устранить его влияние на аттюниатор

· Высокой линейностью амплитудной характеристики, для обеспечения постоянства коэффициента измерения на всех диапазонах измерения

· Малым дрейфом ноля, для обеспечения требования:

1. входные каскады УПТ выполняются по схеме ОЭ на биполярных транзисторах, либо по ОИ на полевых транзисторах

2. УПТ выполняется по схеме ООС

3. УПТ выполняют либо на мостовой балансной схеме либо по балансной схеме дифференциального усилителя

Детектор.

Важнейший узел эл. вольтметра. Преобразует входное напряжение переменного тока в постоянный. Схема детектора представлена на рисунке: В момент t1 происходит заряд конденсатора т.к. Uс разряд идет по цепи t1 и t2. в момент t2 конденсатор получит новую порцию заряда и т.д. Если обеспечивать условие Тр>>Тх, где Тх период измеряемого разряда то за интервалы t3,t4 конденсатор сильно не разрядится и через 2-3 периода среднее значение на емкости Uср≈Uвх m

Сумма R1 и R2 = 100мОм, а их соотношение выбирается так, чтобы на вход УПТ поступала 0,707 Uвх=Uвх ср Это обеспечивает использование в качестве измерителя магнито стрелочный прибор с равномерной линейной шкалой. Основным недостатком детектора является нелинейность начального участка ВАХ диода. Поэтому для измерения Uвх меньше ½ вольта измеряемое значение усиливают с помощью усилителя переменного тока до уровня линейного детектирования. В таких приборах полоса частот ограничена полосой пропускания этого усилителя. Для измерения высокой частоты применяют пиковый детектор в виде выносной головки со специальным ВЧ диапазоном имеющим линейный ВАХ на малом уровне. Если на вход выше описанного детектора подавать импульсное напряжение, то вольтметр постоянного тока к выходу такого детектора зафиксирует амплитудное значение импульса. Если Ти будет большим то конденсатор успеет значительно разрядится и среднее значение на емкости будет отличаться от пикового значения. Если измерять очень короткие импульсы, то конденсатор не будет до конца заряжаться, также будет отличаться от пикового значения. Т.о. для расширения диапазона измерения вольтметром по скважности. В таких детекторах используются емкостные аттюниаторы, переключаемые делители емкостей.

Электронные цифровые вольтметры.

В ЦЭВ результат измерения представлен в цифровом значении, что позволяет как точность так и скорость измерения. Кроме того позволяет автоматизировать процесс измерения и вводить результат измерения в вычислительное устройство. Основной узел ЦЭВ – это аналоговый цифровой преобразователь, который преобразует аналоговый сигнал в последовательность импульсов, число которых пропорционально значению измеряемого напряжения. Последовательность импульсов переводится в десятичное число отображаемое на дисплее вольтметра.

Типы АЦП:

· ЭЦВ с время импульсным преобразованием

· ЭЦВ с двойным интегрированием

· ЭЦВ с преобразованием по методу взвешивания (последовательного приближения)

· ЭЦВ с преобразованием входного напряжения в частоту.

ЭЦВ с время импульсным преобразованием.

Представлена на рисунке и графике. За время Δt на счетчик импульсов проходит m импульсов, тогда обычно n выбирается как 10n , n=0,=+-1, +-2, тогда Ux = m*10n.

Погрешность измерения составляет +-1,+-2 младшего разряда счета.

3 КУРС

Электронно цифровой вольтметр с двойным интегрированием.

ЭЦВ представлен на рисунке.

В начале цикла устройство управления подает на эл. ключ калибровочные импульсы. Напряжение на выходе интегратора линейно растет достигается в момент времени t1 значение Uвых=К*Ux, т.е. при первом интегрировании по окончанию входного импульса устройство управления приводит эл.ключ и подключает источник опорного образцового напряжения полярность которого противоположна Ux и на выходе интегратора формируется линейно падающее напряжение, т.к. Uопор есть величина постоянная, то угол β будет величиной постоянной (также формируется короткий импульс 3). В момент t2 напряжение на компараторе становится равным нулю, триггер открывается и счет импульсов прекращается, т.е. за момент Δt на счетчик проходит m импульсов количество которого пропорционально времени разряда конденсатора. Длительность Δt не зависит от параметров R и C, что позволяет получить высокую точность измерений. Погрешность измерений ЭЦВ +-1 младшего разряда.

ЭЦВ с ЦАП по разряду взвешивания.

В основе лежит принцип поочередного сравнения измеряемого напряжения с образцовым напряжением, величина которого располагается в соответствии с кодом числа во второй системе. Образцовые напряжения набирают т.о. чтобы их суммарное значение стало наиболее близким к измеряемому. Образцовому номеру вошедшую в сумму присваивается 1, а не вошедшему 0. ЭЦВ соответствующей градации образцовых напряжений создает с помощью цепочки образцовых резисторов записываемых от стабильного генератора тока. Схема представлена на рисунке. На первом этапе измерения Ux сравнивается с образцовым напряжением если Ux – U0 > 0, то сравнивающее устройство не оказывает воздействие на устройство управления, последнее выдает тактовый импульс по средством которого различается следующие разряды, если опять Ux-U0>0 то в следующем такте прибавляется следующая градация образцового напряжения. Выходное напряжение воздействует на устройство управления она воздействует на ИОН замыкается ключ соответствующего разряда тем самым снимается образ. Напряжение подключенный в данном токе, затем в очередном такте подключается напряжение следующего разряда и т.д. Процесс заканчивается после сравнения измеряемого Uc полным набором образцовых U. Комбинация подключения и не подключения соответствует двоичному коду измеряемого напряжения.

РЦВ преобразование напряжения в частоту.

В качестве преобразователя напряжения и частоты используется генератор управляемого напряжения. В частотно зависимые цепи которого включены варикапы. Основной недостаток: не позволяет получать погрешность преобразования меньше 0,5%.

Измерение параметров сигнала.

Измерение частоты и временных интервалов. Измерение частоты проводится либо непосредственно либо методом сравнения.

· Непосредственно: электромеханические измерителя – герцомеры, электронные стрелочные измерители – конденсаторные частотомеры, резонансные частотомеры, электронно-счетные частотомеры.

1	2	3	4	5	6	7