Измерение параметров элементов радиотехнических цепей (R, L, С, tgд=1/Q) - Оcновы радиоэлектроники

Метод вольтметра-амперметра Не требует специальных приборов (рис. 24).

схема измерения комплексного сопротивления методом вольтметра-амперметра

Рис. 24. Схема измерения комплексного сопротивления методом вольтметра-амперметра

При питании схемы от источника переменного тока с частотой f можно определить модуль полного сопротивления:

,

Где RU - внутреннее сопротивление вольтметра. Активную часть сопротивления определяют измерением на постоянном напряжении. После этого можно рассчитать реактивную часть сопротивления. Обычно используют электронный вольтметр и термоэлектрический амперметр. При включении в качестве конденсатора или катушки индуктивности, зная частоту f питающего генератора, можно определить L и C:

1) XC=1/(щC)=U/I и C=I/U, 2) XL=щL=U/I и L=U/I.

Мостовые методы Применяются в диапазоне низких радиочастот и позволяют достичь наибольшей точности измерения полных сопротивлений. Индикатор равновесного состояния должен иметь большое сопротивление, чтобы исключить влияние его на работу моста. Таким индикатором может быть электронный осциллограф или вольтметр. Равновесие моста наступает при условии

, Z1 Z3ei(ц1+ц3)= Z2 Z4e i(ц2+ц4),

Отсюда Z1 Z3= Z2 Z4; ц1+ц3= ц2+ц4. Если принять за измеряемое сопротивление, а за образцовое --, то в мосте переменного тока для достижения равновесия должны быть две регулировки: модуля образцового сопротивления Z2 и его аргумента ц2. Следует учитывать, что эти параметры при регулировке взаимосвязаны. Отсюда следует, что балансировку моста необходимо вести методом последовательного приближения, одновременно регулируя активную и реактивную составляющие.

схема моста переменного тока

Рис. 25. Схема моста переменного тока

Резонансным методом можно измерять индуктивности, емкости, сопротивления потерь в них, а также активную и реактивную составляющие комплексного сопротивления любого двухполюсника. Так как почти во всех случаях при определении названных параметров приходится измерять добротность эквивалентного контура, то такие приборы получили название измерителей добротности или куметров.

принципиальная схема куметра

Рис. 26. Принципиальная схема куметра

В измерительный последовательный колебательный контур, состоящий из образцовой (L0R0) или измеряемой (LXRX) катушки индуктивности и образцового прокалиброванного конденсатора переменной емкости С0, вводится определенное калиброванное напряжение U1 от генератора, имеющего широкий диапазон частот. Сопротивление R1 весьма малой величины ставится для уменьшения сопротивления источника, чтобы не ухудшать параметры контура. При подключении измеряемой катушки индуктивности LXRX куметр позволяет непосредственно измерить добротность контура LXRXС0 : Q=UC/U1. Вследствие этого вольтметр, измеряющий UC, обычно прокалиброван в значении добротности. Учитывая, что образцовый конденсатор и сопротивление R1 имеют очень малые потери, найденная добротность контура будет равна добротности катушки. При резонансе в контуре, отмечаемом по максимуму, показания вольт-метра UC, можно записать как

Q=UC/U1=щ0LX/RX=1/(щ0C0RX).

Отсюда, зная С0, Q и регистрируя резонансную частоту щ0, можно определить LX и RX. При измерении неизвестной емкости СХ в контур включается образцовая индуктивность LОRO и далее по резонансной частоте и значению добротности определяется емкость СХ=1/(щ0QR0).

С помощью куметра можно также измерять активную и реактивную части комплексного сопротивления любого двухполюсника. При его индуктивном характере двухполюсник подключается вместо LXRX, при емкостном характере -- вместо СХ.

Гетеродинный метод Основан на зависимости частоты колебаний автогенератора от индуктивности и емкости его колебательного контура и сравнении частоты данного генератора с частотой перестраиваемого с помощью образцового конденсатора С0 генератора по нулевым биениям, что позволяет получить высокую точность.

схема гетеродинного метода измерения емкости и индуктивности

Рис. 27. Схема гетеродинного метода измерения емкости и индуктивности

До подключения измеряемой индуктивности или емкости оба генератора с помощью образцового конденсатора С0 настраиваются на одну частоту, что фиксируется по нулевым биениям. При подключении СХ частота генератора 2 изменяется и тогда конденсатор С0 подстраивается, чтобы частоты совпали. При одинаковых индуктивностях в контурах измеряемая емкость будет равна изменению емкости образцового конденсатора. Погрешность 0.2--0.5%.

Метод дискретного счета (цифровой) основан на подсчете калиброванных по частоте импульсов в течение определенного интервала времени. В зависимости от того, как формируется этот интервал, применяют две разновидности схем: 1) схема, в которой используется апериодический разряд конденсатора на резистор с использованием временного интервала, равного постоянной времени разряда; 2) схема, в которой используется процесс затухания колебаний в колебательном контуре. В первой схеме, в зависимости от того, что выбрано эталонным (R0 или С0), можно измерять СХ и RX. Перед началом измерений конденсатор СX заряжается до напряжения Е (переключатель в положении 1). Затем переключатель переводится в положение 2 и начинается разряд конденсатора СX на резистор R0 по экспоненциальному закону UC=E e-t/ф. В момент переброса переключателя в положение 2 на цифровой измеритель временных интервалов поступает импульс, открывающий счет времени. С делителя R1R2 на второй вход сравнивающего устройства подается напряжение E.2/(R1+R2) = E/2.72. Момент, когда напряжение на конденсаторе в процессе его разряда достигнет значения Е/2,72, наступает при t = ф = СX R0. В это время сравнивающее устройство выдает второй импульс, прекращающий счет времени. Погрешность измерения ±0,1 %.

По второй схеме строятся цифровые куметры (рис. 29).

схема измерения с r по постоянной времени ф = с r

Рис. 28. Схема измерения СX RХ по постоянной времени ф = СX RХ

Принцип действия основан на следующем: отношение двух амплитуд затухающего колебания, разделенных временным интервалом, равным одному периоду, равно Д = U1/U2=eДT, где д=RX/(2LX) - декремент затухания, Т -- период колебаний. Отсюда Т=lnД/ д, так что добротность контура равна

Q=(2р Lx)/(TRx)= (2Lx/Rx)(р д/ lnД)=р/ lnД.

Отсюда lnД?р/Q и ?exp(р/Q). Отношение амплитуд затухающих колебаний первой и n-й равно ДN=U1/UN=eN/Q. При n=Q имеем N= eР=23,14, откуда UN=Q=0.0432.

структурная схема цифрового куметра

Рис. 29. Структурная схема цифрового куметра

От генератора импульсов с большой скважностью заряжается конденсатор контура С0 до амплитуды U1, после чего начинается затухающий колебательный процесс в контуре, образованном С0, LХ и RX. Одновременно пороговое устройство 1 открывает временной селектор и счетчик импульсов считает количество периодов импульсных колебаний, сформированных в формирующем устройстве из затухающих колебаний в контуре. Когда амплитуда затухающих колебаний достигнет значения 0,0432 U1, при котором n=Q, пороговое устройство 2 закрывает селектор и счет импульсов прекращается. Показания счетчика через некоторое время, определяемое линией задержки, сбрасываются. Погрешность измерения 0,1--0,2% и зависит только от точности срабатывания пороговых устройств.

3. Экспериментальная часть

Похожие статьи




Измерение параметров элементов радиотехнических цепей (R, L, С, tgд=1/Q) - Оcновы радиоэлектроники

Предыдущая | Следующая