Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Електронні аналізатори спектру

Електричний сигнал може бути поданий в спектральному вигляді. Найбільший інтерес для практичних цілей представляє спектр амплітуд або замінюючий його спектр потужності гармонійних складових.

Знання спектру амплітуд або потужності гармонік дозволяє судити про розподіл потужності сигналу по частоті, визначати необхідні смуги пропускання електронних пристроїв, які повинні працювати зі складними за формою сигналами, знаходити частоти і прискорення найбільш небезпечних складових вібрацій конструкцій і т. д.

Аналізатор спектру - прилад для спостереження та вимірювання відносного розподілу енергії електричних (електромагнітних) коливань в смузі частот (рис.13).

Спектр амплітуд періодичної послідовності прямокутних імпульсів (рис. 14, а) зображено на рис.14, б. Положення ліній на осі частот визначається частотою кожної гармонічної складової, а їх висоти - максимумами (амплітудами) або потужністю цих складових.

Для спектрального аналізу застосовують два основні методи, причому обидва використовують частотно-виборчі фільтри.

Рисунок 15, а ілюструє метод послідовного аналізу. Виділення кожної гармонічної складової спектру проводиться шляхом послідовної перебудови вузькосмугового фільтра, який має амплітудно-частотну характеристику, зображену на рис. 15, б, а вимірювання їх максимумів - шляхом підключення до виходу фільтра пікового вольтметра. Частоти гармонійних складових визначаються за шкалою налаштування фільтра.

На рис. 16 показана схема приладу, який працює за методом паралельного аналізу. Такий прилад повинен складатися з великої кількості вузькосмугових фільтрів, налаштованих на різні досить близькі частоти f1, f2,... fn. Максимум кожної гармонійної складової вимірює-ться власним піковим вольтметром. Прилади, що працюють за методом паралельного аналізу, більш громіздкі, але дозволяють досліджувати настаціо-нарні процеси, тому в оновному вони використовуються в спеціальній апара-турі.

Найбільшого поширення набули аналізатори послідовного аналізу, які будуються на основі одного вузькосму-гового фільтра з фіксованою настройкою і гетеродинного методу перетворення частоти (рис. 17).

Для графічного представлення результатів аналізу дуже часто використовується електронно-променева трубка. У цьому випадку є можливим автоматизувати процес гармонічного аналізу, якщо частоту гетеродина переналаштувати (наприклад за допомогою реактивної лампи) пилоподібною напругою, яка одночасно відхиляє промінь ЕПТ по горизонталі. При лінійній залежності між частотою гетеродина і напругою розгортки вісь X на екрані ЕПТ перетвориться у вісь частот, тому можна спостерігати зображення спектра, подібне показаному на рис. 14, б.

Для маркування осі частот аналізатора до його складу вводять калібратор частоти - автогенератор відповідного діапазону частот.

При практичному використанні аналізаторів спектру осцилографічного типу з автоматичною перебудовою частоти гетеродина слід мати на увазі наступне. При безперервній зміні частоти сигналу, що надходить на вибірковий фільтр, дійсна резонансна характеристика фільтра, що отримала назву динамічної, відрізняється від статистичної характеристики цього фільтра, яка одержується при дуже повільній (зазвичай дискретній) зміні частоти вимірювального сигналу.

4. Закріплення вивченого матеріалу:

4.1. Для чого призначені осцилографи?

4.2. Наведіть класифікацію осцилографів.

4.3. Поясніть структурну схему осцилографа.

4.4. Поясніть будову та принцип роботи електронно-променевої трубки.

4.5. Назвіть схеми вмикання ЕПТ та керування променем.

4.6. Яке призначення лінійної та кругової розгортки?

4.7. Яке призначення калібратора напруг?

4.8. Поясніть спосіб вимірювання частоти методом інтерференційних фігур.

4.9. Поясніть правила вибору електронного осцилографа.

4.10. Поясніть будову та принцип роботи електронного аналізатора спектру.

5. Домашнє завдання: Л1 с.110...138, Л2 с.153...198.

 


Л екція №11

Тема заняття: Вимірювання основних параметрів компонентів радіоелектронних схем.

Мета заняття: Сформувати у студентів поняття про способи вимірювання параметрів компонентів електронних схем. Вивчити будову приладів для вимірювання параметрів компонентів електронних схем. Розвивати пізнавальні здібності студентів.

Хід заняття:

1. Організаційна частина.

2. Актуалізація опорних знань студентів (бесіда).

Електричні ланцюги, що складаються з окремих елементів - резисторів, конденсаторів та котушок індуктивності, з’єднаних провідниками у відповідності до принципової схеми, називають ланцюгами із зосередженими постійними. Основними параметрами цих елементів відповідно є опір, ємність і індуктивність. Ланцюги з розподіленими постійними використовують в діапазоні надвисоких частот, де ємності конденсаторів і індуктивності котушок малі та порівняні з відповідними параметрами з’єднувальних провідників.

Постійні резистори загального призначення з допустимим відхиленням від номіналу 5-20% використовуються в якості навантажувальних елементів фільтрів, шунтів, а також в ланцюгах формування імпульсів та дільниках напруги, а точні та прецизійні з допустимим відхиленням 0,5-2%-у вимірювальній апаратурі, лічильно-обчислювальних та обчислювальних пристроях, а також системах автоматики. Змінні резистори застосовують в якості регулювальних та підстроювальних.

Конденсатори постійної ємності з допустимим відхиленням від номіналу до 5 та 20% використовуються відповідно в якості контурних і розділових чи блокувальних. Конденсатори змінної ємності служать для налаштування частоти контурів, а підстроєчні - для її точного регулювання. Одним з параметрів конденсаторів є добротність , яка залежить від якості діелектрика і визначається через тангенс кута втрат .

Маловиткові котушки індуктивності без осердя таі з феромагнітним осердям використовуються в контурах та дроселях ланцюгів високої частоти, а багатовиткові з П - чи Ш - подібним осердям з електротехнічної сталі - в якості трансформаторів та дроселів ланцюгів низької та промислової частоти 50 Гц. Основним параметром котушок є індуктивність L, яка залежить від їх розмірів, форми і числа витків, а також форми і матеріалу осердя. Значення індуктивності котушок не стандартизовані. Високочастотні котушки мають індуктивність від одиниць мікрогенрі до сотень міллігенрі, а низькочастотні-від одиниць до сотень генрі. Крім індуктивності параметрами котушок є добротність , власна ємність і температурний коефіцієнт індуктивності ТКІ.

3. Вивчення нового теоретичного матеріалу:

3.1. Вимірювання опорів.

3.2. Вимірювання ємності та індуктивності прямими методами.

3.3. Вимірювання параметрів коливальних контурів резонансним методом.

3.4. Основні параметри діодів. Вимірювання основних параметрів діодів.

3.5. Розкид параметрів транзисторів. Основні параметри транзисторів.

3.6. Вимірювання основних параметрів транзисторів.

3.7. Прилади для вимірювання параметрів транзисторів.

Короткі теоретичні відомості:

3.1. Вимірювання опорів

Для вимірювання опорів (активних і реактивних) використовуються або методи, засновані на законі Ома для електричного кола, або мостові методи. Вони включають високоточне вимірювання активних опорів на постійному струмі за допомогою цифрових омметрів, диференціального гальванометра і компенсатора (потенціометра) постійного струму.

Методи, що використовують закон Ома, базуються на вимірюванні падіння напруги на невідомому опорі для заданого струму або на вимірюванні струму через невідомий опір для заданої напруги. Ці методи покладені в основу більшості промислових омметрів - приладів для безпосереднього вимірювання опорів резисторів на постійному струмі.

Омметр - це прилад магнітоелектричної системи, послідовно або паралельно з яким включається вимірюваний опір.

Зазвичай прилади, призначені для вимірювань опорів до 100 Ом, мають паралельну схему включення і пряму шкалу (рис. 1, б). Прилади для вимірювань опорів порядку декількох тисяч Ом виконуються за послідовною схемою й мають зворотну шкалу (рис. 1, а).

Послідовне включення омметра з вимірюваним опором Rх (для Rх >100 Ом)

Струм, що протікає через прилад (рис. 1, а):

,

де, Е - ЕРС джерела живлення; Rд - опір, що обмежує силу струму; Rn – внутрішній опір приладу.

Оскільки Rд і Rn постійні, то значення струму в колі буде залежати від вимірюваного опору Rх, отже, шкалу приладу можна відградуювати в одиницях вимірюваного опору.

Рівняння шкали при послідовному включенні:

,

де, С1 - ціна розподілу приладу за струмом.

Працюють омметри в такий спосіб. Перед вимірюванням натискають кнопку (рис. 1, а), що шунтує вимірюваний опір, і за допомогою магнітного шунта встановлюють стрілку на контрольну позначку. Відпускаючи кнопку, включають в коло вимірюваний опір Rх. Стрілка приладу покаже значення вимірюваного опору.

Особливість омметра з послідовною рамкою в тому, що в цьому приладі зворотна шкала, тобто нульова позначка знаходиться праворуч від шкали, а позначка максимального значення опору - ліворуч. Це пояснюється тим, що при вимірювані великих опорів через рамку приладу протікає незначний струм.

Паралельне включення омметра з вимірюваним опором Rх (для Rх <100 Ом)

Струм, що протікає через зовнішнє (щодо вимірювального механізму) коло (рис. 1, б):

.

Струм, що протікає через прилад:

.

Рівняння шкали припаралельному включенні:

.

Звичайно, омметри виготовляються у вигляді переносних приладів порівняно невеликої точності (класів 1,5 або 2,5), і як джерела живлення мають суху батарею. Із часом напруга батареї падає, тому підтримується постійним добуток В · U = const. Для цього в магнітну систему приладу вбудовується магнітний шунт феромагнітна пластина, яка замикає полюси так, що частина магнітного потоку проходить через корисний повітряний проміжок, а частина - через магнітний шунт. Регулювання положення феромагнітної пластини відносно полюсних наконечників шунта здійснюється за допомогою регулюючого гвинта, що розташований на корпусі приладу.

На рис. 2 зображений зовнішній вигляд омметра М419. Прилад призначений для вимірювань опорів від 0 до 5 МОм. Клас точності приладу 2,5. Працює на частотах від 45 до 500 Гц. Споживана потужність не більше 1 Вт. Вхідний опір 250 кОм.

Сучасна промисловість випускає цілу низку цифрових омметрів підвищеної точності з широким діапазоном вимірювань. На рис. 3 показаний зовнішній вигляд цифрового міліомметра GOM -802. Діапазон вимірюваних опорів цього приладу від 1 мкОм до 3 МОм. Похибка вимірювань не вище ±0,1%.

Мегомметр призначений для вимірювань великих опорів (кОм та MОм) і являє собою магнітоелектричний логометр. У ньому є джерело живлення генератор постійного струму з паралельним збудженням і ручним приводом.

Кут відхилення стрілки приладу залежить від відношення струмів, що протікають через рамки, і практично не залежить від поданої напруги.

Мегомметр призначений для вимірювань великих опорів (кОм та MОм) і являє собою магнітоелектричний логометр. У ньому є джерело живлення генератор постійного струму з паралельним збудженням і ручним приводом.

Кут відхилення стрілки приладу залежить від відношення струмів, що протікають через рамки, і практично не залежить від поданої напруги.

Послідовно з однією із рамок включається зразковий опір, а послідовно з іншою - вимірюваний опір. Рівняння шкали мегомметра:

,

де, І1 та І2 - струми відповідно першої й другої рамок.

Шкала мегомметра охоплює діапазон вимірювань від 0 до ∞. Перехід від вимірювань кОм до МОм здійснюється за допомогою перемикача на два положення. Перевірку справності приладу здійснюють перед вимірюваннями до включення в коло: при обертанні ручки генератора стрілка повинна бути встановлена на «0» - при перемикачі в положенні «кОм», і на ∞ - в положенні «МОм».

Перед вимірюванням опору необхідно переконатися, що електричні кола не перебувають під напругою.

 

Переваги:

1) Простота у виготовленні.

2) Зручність у використанні.

До недоліків можна віднести невисоку точність вимірювань. Промисловість випускає мегомметри з номінальними напругами 100, 500 і 1000 В і межами вимірювань опору ізоляції від 0 до 1000 МОм типів М 1101 М, М 1102/1, М 503 М, МС -0,5 і ін. На рис. 4 показаний зовнішній вигляд мегомметра ЭС 0210, розрахованого на вимірювання опорів від 0,5 до 100000 МОм.

Для вимірювань середніх опорів до 1 МОм дуже часто використовують одинарні мости постійного струму (рис. 5). Перед тим, як вибрати вимірювальний міст і режим його роботи, встановлюють приблизне значення вимірюваного опору. На заводській табличці та на передній панелі вимірювального мосту зазвичай зазначені схема й рекомендації до вибору доцільного режиму залежно від діапазону вимірюваного опору.

Одинарний міст постійного струму складається із трьох зразкових резисторів R1, R2, R3 (зазвичай регульованих), які включають із вимірюваним опором Rх у мостову схему, тобто в плечі мосту (рис. 5). До однієї з діагоналей цієї схеми подають живлення від джерела ЕРС Е. А в іншу діагональ через вимикач SA1 і обмежуючий опір R0 включають високочутливий гальванометр Г.

Схема працює в такий спосіб. При подачі напруги через резистори, Rх R1 та R2 R3 проходять струми І1 та І2. Ці струми викликають у резисторах падіння напруг UАВ, UВС, UAD та UDC. Якщо ці падіння напруги будуть різними, то потенціали точок φА, φВ, φС, φD будуть неоднакові. Тому якщо вимикачем SA1 підключити гальванометр, то через нього буде проходити струм:

.

Завдання вимірювань полягає в тому, щоб врівноважити міст, тобто зробити потенціали точок φВ та φD однаковими, інакше кажучи, зменшити струм гальванометра до нуля. Для цього починають змінювати опори резисторів R1 та R2 доти, доки струм гальванометра не буде дорівнювати нулю. При , а напруги та . Виразивши ці напруги через струми та опори ; ; ; , одержимо дві рівності:

;

.

Розділивши першу рівність на другу, одержимо:

.

Ця рівність називається умовою балансування одинарного мосту, або умовою рівноваги мосту. З неї випливає, що міст стабілізується тоді, коли добутки опорів протилежних плечей будуть однаковими. Звідси вимірюваний опір визначається за формулою:

.

У реальних одинарних мостах змінюють або опір резистора R1 (його називають плечем порівняння), або відношення опорів R3 / R2. Найбільше поширення набули мости, в яких плавно змінюється опір R1 і стрибками, звичайно, кратними 10, змінюється відношення R3 / R2, наприклад, у мостах Р333 або DY-В23А (рис. 6).

Кожний міст характеризується межею вимірювань опорів від R min до R max. Важливим параметром мосту є його чутливість:

.

де, - чутливість гальванометра;

- чутливість схеми; Δ α - кут відхилення стрілки гальванометра.

Підставляючи SГ, Sсх в SМ, одержимо:

.

Іноді користуються поняттям відосної чутливості мосту:

,

де, - відносна зміна опору у вимірюваному плечі.

Залежно від конструктивного оформлення розрізняють магазинні й лінійні (рсохордні) мости. У магазинному мості опори плечей виконані у вигляді штепсельних або важільних багатозначних мір електричних опорів (магазинів опорів), в реохордних мостах плече порівнянь роблять у вигляді магазина опорів, а плечі відхилення - у вигляді резистора, який ділиться повзунком на дві регульовані частини.

За припустимою похибкою одинарні вимірювальні мости постійного струму мають класи точності: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 5,0. Похибка одинарного мосту постійного струму залежить від ступеня сумірності опорів з’єднувальних проводів і контактів з вимірюваним опором. Чим менший вимірюваний опір, тим більша похибка. Тому для вимірювань малих опорів застосовують подвійні мости (шестиплечові) постійного струму (рис. 7).

Плечима подвійного мосту постійного струму служать вимірюваний опір Rх (що виконують з чотирма затискачами для зменшення впливу перехідних контактних опорів), зразковий резистор R0 і дві пари допоміжних резисторів R1, R2 та R3, R4.

Рівновага мосту визначається за формулою:

,

де, r - опір спеціального каліброваного резистора.

Із формули видно, що якщо обидва відношення плечей рівні між собою, то від’ємник дорівнює нулю. Незважаючи на те, що опори R1 та R4 переміщуючи повзунок D, встановлюють однаковими, через розкид параметрів опорів R2 та R3 цього домогтися дуже складно. Для зменшення помилки вимірювань треба опір перемички, що з’єднує зразковий резистор R0 і вимірюваний опір брати якнайменшим. Зазвичай до приладу додається спеціальний калібрований резистор r. Тоді від’ємник у співвідношенні практично дорівнює нулю. Значення вимірюваного опору можна визначити з формули:

.

Подвійні мости розраховані на роботу тільки зі змінним відношенням плечей. Чутливість подвійного мосту залежить від чутливості нульового покажчика, параметрів мостової схеми і значення робочого струму. Зі збільшенням робочого струму чутливість збільшується.

Найбільшого поширення набули комбіновані мости постійного струму, розраховані на роботу за схемами одинарного й подвійного мосту.

На рис. 8 представлений зовнішній вигляд подвійного вимірювального мосту постійного струму DY-В44. Міст розрахований на вимірювання опорів від 0,01 Ом до 110 МОм. Похибка вимірювань залежно від межі становить від 0,2 до 1,0%. Є можливість розширення меж вимірювань від 0,5 мкОм.

3.2. Вимірювання ємності та індуктивності прямими методами

Мостом змінного струму можна виміряти: індуктивність, ємність, добротність і кут діелектричних втрат .

Міст змінного струму збирають із трьох змінних комплексів опорів Z1, Z2, Z3 та вимірюваного опору Zх (рис. 9). Міст живиться від джерела змінного струму промислової частоти або всередині приладу встановлюють генератор змінного струму з частотою 1-10 кГц. У вимірювальну діагональ можна включити вібраційний гальванометр, електронний прилад, магнітоелектричний гальванометр, призначений для роботи в колі змінного струму.

Умова рівноваги мосту в комплексній формі:

.

Два комплексних числа рівні, коли в них рівні модулі й аргументи. Дві умови рівноваги мосту змінного струму:

.

Зазвичай в мостах змінного струму в якості Z1, та Z2 використовують активні опори R1 та R тому друга умова рівноваги мосту зводиться до рівності:

.

Таким чином, характер комплексного опору в третьому плечі буде визначатися характером вимірюваного опору.

Добротність котушки:

.

Кут діелектричних втрат:

.

Міст змінного струму Р577 відноситься до універсальних, тому що дозволяє вимірювати ємність, індуктивність , Q та R. Похибка вимірювань ±1,0%. Робоча частота 1000 Гц, межа вимірювання ємності від 1 пФ до 1100 мкФ, індуктивності від 1 мкГ до 110 Гн, опору від 0,1 Ом до 11 МОм на постійному струмі й від 1 Ом до 10 кОм на змінному. Живлення 220 В, частота 50 Гц. На рис. 10 показаний зовнішній вигляд високовольтного вимірювального мосту змінного струму СА7100-2. Міст призначений для вимірювань електричної ємності і тангенса кута діелектричних втрат, напруги і частоти змінного струму, опору постійному струму.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Вимірювання часових параметрів сигналу | Вимірювання ємності балістичним гальванометром і вольтметром
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2013-12-13; Просмотров: 1179; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.078 сек.