Измерения напряжения и тока - Оcновы радиоэлектроники
Измерения тока и напряжения являются основными при исследовании различных устройств и контроле их работы.
Однако в радиотехнике преобладающее значение имеет измерение напряжения, а к измерению токов прибегают в довольно редких случаях, стараясь заменить измерением напряжения на известном сопротивлении и затем определяя ток по закону Ома.
Измеряемые переменные напряжение и ток оцениваются следующими параметрами (рис. 5): амплитудой, средним, средневыпрямленным и действующим (эффективным) значениями.
Рис. 5. Параметры переменного напряжения
Амплитуда (пиковое значение) UM определяется как наибольшее значение напряжения за период. Для несимметричного относительно нуля напряжения вводят понятия пиковых отклонений вверх UM+ и вниз UM - . Среднее значение переменного напряжения UСр Есть его постоянная составляющая:
Средневыпрямленное значение Uсв определяется как постоянная составляющая напряжения после его двухполупериодного выпрямления:
Действующее или эффективное значение UЭф Оценивается по среднеквадратичному значению измеряемого напряжения:
Закону изменения напряжения соответствуют определенные количественные соотношения между UM, UСв, UЭф, оцениваемые коэффициентами амплитуды
КА= UM/ UЭф и формы КФ= UЭф/ UСв.
Так, для гармонического напряжения КА=1.41, КФ=1.11.
Прямоугольное колебательное напряжение -- меандр -- без постоянной составляющей характеризуется как КА=КФ=1. При достаточно большой мощности измеряемого напряжения и тока они могут быть измерены приборами магнитоэлектрической системы в сочетании с дополнительными устройствами. Так, постоянный ток и среднее значение переменного тока (и напряжения) могут быть измерены непосредственно магнитоэлектрическим прибором.
Средневыпрямленное значение измеряют приборами магнитоэлектрической системы в сочетании с диодным выпрямителем мостового типа.
Рис. 6. Термоэлектрический преобразователь
Эффективные значения токов и напряжений измеряют приборами магнитоэлектрической системы с термоэлектрическими преобразователями, представляющими собой сочетание термопары и подогревателя, по которому протекает ток (рис. 6). Подогреватель 1 соединен с рабочим (горячим) спаем термопары. К нерабочим (холодным) спаям подключен магнитоэлектрический прибор. Из-за тепловой инерции подогревателя можно считать, что его температура в установившемся режиме практически не меняется при изменении мгновенной мощности, так что прибор измеряет эффективное значение тока. Термопреобразователь часто помещают в вакуум для уменьшения теплоотдачи и увеличения чувствительности. Частотный диапазон (до 200 МГц) ограничен емкостью прибора относительно земли, собственной индуктивностью и скин-эффектом в подогревателе.
Электронные вольтметры (В2 -- постоянного тока, В3 -- переменного, В4 -- импульсного, В5 -- фазочувствительные, В6 -- селективные, В7 -- универсальные).
С целью повышения чувствительности и расширения диапазона измеряемых значений напряжений разработаны специальные приборы -- электронные вольтметры. В соответствии с измеряемым параметром различаются вольтметры амплитудного значения (пиковые), среднего (постоянного напряжения), средневыпрямленного и действующего значений. Электронные вольтметры обладают большим входным сопротивлением, достигающим 10 МОм, имеют широкий частотный диапазон до 1--3 ГГц, способны выдерживать большие нагрузки. Типичные структурные схемы электронных вольтметров приведены на рис. 7. Входное устройство электронных вольтметров состоит из эмиттерного повторителя, чаще всего смонтированного в выносном пробнике для уменьшения влияния проводов на высоких частотах, и аттенюатора, представляющего собой резистивный делитель напряжения.
Рис. 7. Структурные схемы электронных вольтметров:
- А) переменного напряжения; б) постоянного напряжения; В) переменного и постоянного напряжения
Усилители в электронных вольтметрах предназначены для повышения чувствительности при измерении малых напряжений. Для повышения стабильности коэффициента усиления усилителя и уменьшения нелинейных искажений обычно используется многокаскадный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью.
Детектор вольтметра предназначен для преобразования измеряемого напряжения в постоянную или пульсирующую форму, измеряемую магнитоэлектрическим прибором. В зависимости от закона преобразования детекторы подразделяются на пиковые (амплитудные), детекторы действующего значения и детекторы средневыпрямленного значения.
Рис.8. Схема пикового детектора и график напряжений
В пиковом детекторе параметры схемы (рис. 8) подобраны так, что постоянная времени заряда конденсатора ф3= RI*С (RI -- внутреннее сопротивление диода) намного меньше постоянной цепи разряда фР= R*С, которая много больше периода колебаний входного напряжения: фР>>Т. Вследствие этого через несколько периодов колебаний конденсатор зарядится до напряжения UС со средним значением UСр, близким к амплитудному значению UM.
Детектор действующего значения должен иметь квадратичную вольт-амперную характеристику.
Рис.9. Схема квадратичного детектора с кусочно-гладкой аппроксимацией ВАХ
Квадратичным участком вольт-амперной характеристики обладают почти все активные элементы: лампы, транзисторы, диоды; однако протяженность этого участка небольшая. Для ее увеличения применяют кусочно-гладкую аппроксимацию параболической кривой на К-участках, каждый из которых обеспечивается начальным квадратичным участком данного активного элемента. На рис. 9 показана схема такого детектора. Количество участков аппроксимации соответствует количеству диодных цепочек, в которых на каждый последующий диод подается ступенчато увеличивающееся напряжение обратного смещения (ЕСм), что вызывает открытие каждого из них при входном UВх>ЕСм.
Рис. 10. Схема детектора средневыпрямленного значения
Детектор средневыпрямленного значения представляет собой двухполупериодный выпрямитель, собранный обычно по мостовой схеме (рис. 10). Чтобы ток в этом детекторе был пропорционален средневыпрямленному значению измеряемого напряжения, необходимо, чтобы амплитуда входного напряжения, подаваемая на диоды, значительно превышала квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода, т. е. чтобы детектирование было линейным, а не квадратичным. Рассмотрим некоторые специальные типы вольтметров.
Избирательный (селективный) электронный вольтметр предназначен для измерения синусоидального напряжения определенной (избранной) частоты в спектре других частот. Принцип действия такого вольтметра основан на выделении напряжения нужной частоты из спектра других частот, усилении и дальнейшем измерении напряжения выделенной частоты.
Цифровые вольтметры.
Применение цифрового отсчета повышает скорость и точность измерения, позволяет автоматизировать процесс измерения. Основным узлом цифровых приборов является аналого-цифровой преобразователь, преобразующий непрерывную измеряемую величину в цифровой код. Рассмотрим структурную схему цифрового вольтметра с времяимпульсным преобразователем (рис. 11).
Рис.11. Структурная схема цифрового вольтметра
В начале цикла измерения импульс от управляющего устройства сбрасывает на нуль показания электронного счетчика и запускает схему генератора линейно-изменяющегося напряжения, одновременно открывая электронный ключ. С момента открытия электронного ключа на вход электронного счетчика через электронный ключ поступают счетные импульсы с частотой следования f от генератора счетных импульсов. Линейно-изменяющееся напряжение подается на один из входов сравнивающего устройства, на второй вход которого поступает измеряемое напряжение. Сравнивающее устройство в момент равенства измеряемого и линейно-изменяющегося напряжения выдает импульс, закрывающий электронный ключ. Таким образом, измеряемое напряжение будет пропорционально интервалу времени t работы электронного ключа, а следовательно, и количеству счетных импульсов, зарегистрированных электронным счетчиком. При большом числе счетных импульсов (большая их частота) точность измерения напряжения будет высокой.
Похожие статьи
-
Измерение частоты - Оcновы радиоэлектроники
Измерение частоты является одной из важнейших задач, решаемых в радиоэлектронике, так как, с одной стороны, частота является одной из основных...
-
Измерение параметров элементов радиотехнических цепей (R, L, С, tgд=1/Q) - Оcновы радиоэлектроники
Метод вольтметра-амперметра Не требует специальных приборов (рис. 24). Рис. 24. Схема измерения комплексного сопротивления методом вольтметра-амперметра...
-
Измерение разности фаз - Оcновы радиоэлектроники
Измерение разности фаз между двумя гармоническими напряжениями одной частоты широко применяется в радиоэлектронике при исследовании различных...
-
Изучение устройства, принципа действия и применения измерительных генераторов, осциллографов, вольтметров, частотомеров. Краткие теоретические сведения...
-
В установку входят следующие радиоизмерительные приборы. 1. Звуковой генератор. 2. Генератор стандартных сигналов. 3. Генератор импульсов. 4. Вольтметр...
-
С помощью электронного вольтметра измерить напряжение сигнала, а частотомером -- частоту. По техническим описаниям приборов определить в каждом...
-
Измерительные генераторы - Оcновы радиоэлектроники
В измерительном генераторе частота, форма и напряжение имитируемого сигнала устанавливаются равными необходимому значению и могут перестраиваться в...
-
СЭл. Трл. 3 = СЭл. Рез + СЭл = 480982 + 1938218 = 2419200 /грн/год/; СТ, Трл. 3 = СТ, Рез + СТ = 2419200 + 1310301 = 3729501 /грн/год/. Суммарная...
-
Преобразователь напряжения переменного тока в ток - Типы преобразователей
Этот преобразователь (рис.20, а) обычно применяют в качестве нормирующего для преобразования в унифицированный токовый сигнал выходного сигнала...
-
Компенсационный стабилизатор напряжения - Оcновы радиоэлектроники
Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) также представляет собой делитель напряжения, образованный переменным сопротивлением регулирующего элемента...
-
Параметрические стабилизаторы напряжения - Оcновы радиоэлектроники
Принцип действия параметрических стабилизаторов напряжения (ПСН) основан на применении прибора с нелинейной вольт-амперной характеристикой, когда имеется...
-
Принципиальная электрическая схема лабораторного макета показана на рис. 8. Рис. 8 Индуктивность закреплена на съемной панельке. Это позволяет при...
-
Содержание отчета - Оcновы радиоэлектроники
Отчет должен содержать зарисованные осциллограммы и измеренные параметры сигналов по трем заданиям. 6. Контрольные вопросы 1. Для чего служит звуковой...
-
Составные части операционного усилителя - Оcновы радиоэлектроники
Усилитель постоянного тока (УПТ). УПТ отличается от усилителей переменного тока отсутствием каких-либо емкостей. Рис. 2. Простейший усилитель постоянного...
-
Работа выполняется на двух экспериментальных макетах: № 1 -- выпрямитель, собранный по одно - и двухполупериоднoй схемам; № 2 -- выпрямитель, собранный...
-
Этот способ повышения точности измерений целесообразен при доминирующих систематических составляющих погрешности средств измерений. Так для термопар и...
-
Экспериментальная установка, Напряжение питания +5&;nbsp;В 5% - Оcновы радиоэлектроники
Установка предназначена для практической сборки логических цепей на цифровых интегральных микросхемах. В данной работе используются микросхемы...
-
Первичным измерительным преобразователем термоэлектрического термометра (ТТ) служит термопара, которая состоит из двух разнородных проводников (рис.3)....
-
Исследование дифференцирующей и интегрирующей цепей Цель работы Экспериментальное исследование преобразования формы прямоугольных импульсов с помощью...
-
Определение чувствительности производится с помощью измерительного генератора, уровень входного сигнала которого или нормирован с допускаемой для поверки...
-
Иccледование последовательного и параллельного колебательных контуров при гармоническом воздействии Цель работы Изучение последовательного и...
-
До появления лазеров при метрологических, геофизических и геодезических измерениях гравитационного поля Земли применяли гравиметры, принцип действия...
-
Выходные каскады усиления напряжения В качестве выходного каскада усиления напряжения часто используется дифференциальный каскад V1-V2 (оба транзистора...
-
Расчет токов и напряжений до коммутации. Докоммутационная схема приведена на рис. 2. Рис. 2 Докоммутационная схема Расчет токов и напряжений в момент...
-
Получение искусственной общей точки - Основные параметры линейных стабилизаторов напряжения
Часто при питании электронных устройств от батарей возникает необходимость получения из одного гальванически изолированного напряжения аккумуляторной...
-
Системы сбора данных и микроконверторы - Преобразователи напряжение-частота
Постепенное усложнение АЦП, появление многоканальных АЦП, АЦП со встроенным устройством выборки-хранения, АЦП со сложной цифровой частью привело к тому,...
-
Генератор - Оcновы радиоэлектроники
Генератор прямоугольных импульсов собирается по схеме (рис.19). Рекомендуемые параметры схемы: R1=4,7 кОм, R2= 47 кОм, R 100 кОм - 2 МОм, С 0,001-0.1...
-
Методические указания, Усилитель., Дифференциатор - Оcновы радиоэлектроники
Сопротивление нагрузки для всех схем выбирается с учетом предельного значения тока: . Так как коэффициент усиления ОУ велик, а выходное напряжение...
-
Экспериментальная установка, Порядок выполнения работы - Оcновы радиоэлектроники
Установка предназначена для изучения характеристик операционного усилителя и его применения в различных радиотехнических устройствах. В данной работе...
-
Радиотехнические устройства на основе операционного усилителя. - Оcновы радиоэлектроники
Идеальный операционный усилитель При расчете схем с ОУ широко пользуются понятием об идеальном операционном усилителе, у которого: 1. Коэффициент...
-
Преобразователи напряжение-частота - Преобразователи напряжение-частота
На базе преобразователей напряжение-частота (ПНЧ) могут быть построены интегрирующие АЦП, обеспечивающие относительно высокую точность преобразования при...
-
Обработка результатов прямого измерения - Измерение объективных характеристик видеооборудования
При проведении измерений хорошим тоном считается указание погрешности измерений (поскольку мы не можем измерять с абсолютной точностью величины) и...
-
Определяем напряжение срабатывания В (34) Включаем последовательно со стабилитроном, для осуществления термокомпенсации БТРН 2 диода в проводящем...
-
Оценка неэнергетических параметров - Измерения параметров сигнала
Сигнал зависит от какого-либо неэнергетического параметра А , которым может быть задержка сигнала или смещение частоты (эффект Доплера в радиолокации)....
-
Электронно-лучевые осциллографы - Оcновы радиоэлектроники
Осциллограф предназначен для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. Это универсальный прибор, позволяющий измерять...
-
&;nbsp;Искусственные линии задержки. - Оcновы радиоэлектроники
На практике чаще всего в качестве ЛЗ применяют искусственные линии с сосредоточенными параметрами. Такие линии позволяют получить заданное время задержки...
-
Подготовка прибора к работе После включения, пятиминутного прогрева и проверки работоспособности прибора поставьте переключатель ДИОД-ТРАНЗИСТОР в...
-
Использование информационной избыточности - Структурные методы повышения точности средств измерения
Под информационной избыточностью понимается такое состояние измерительной информации, при котором она больше необходимой для реализации функций...
-
Краткие теоретические сведения, Введение - Оcновы радиоэлектроники
Введение Стабилизаторы напряжения используются в источниках питания постоянного тока для поддержания величины выходного напряжения с требуемой точностью....
-
Метод сравнения с мерой - Структурные методы повышения точности средств измерения
Метод сравнения с мерой основан на том, что размер измеряемой величины сравнивают с помощью компаратора с размером величины, воспроизводимой мерой, а...
Измерения напряжения и тока - Оcновы радиоэлектроники