Файл: Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник.pdf

Частота следования импульсов может быть легко измерена и представлена на цифровом индикаторе. Погрешность измерений определяется стабильностью порога срабатывания и точностью ком­ пенсации заряда конденсатора и обычно не превышает 0 , 1 % при

Величина напряжения эталонного источника может быть опре­ делена с погрешностью не более 10" 4 % . С такой же высокой точностью могут быть прокалиброваны и значения резисторов R1

иR2.

Компенсация может осуществляться вручную, оператором или автоматически. В частности, если делитель напряжения выполнен в виде определенного набора прецезионных резисторов, переключа­ емых автоматически в соответствии с сигналами управления, снима­ емыми с выхода нуль-индикатора, то результат измерений может быть представлен в цифровом виде (рис. 163, б). Вполне очевидно, что для измерения могут быть применены также и рассмотренные выше пре­ образователи напряжение — число, если сигнал достаточно велик или произведено предварительное его усиление.

В тех случаях, когда сигналы предельно малы, применяются компарационные методы измерений. При этом сначала измеряется сиг­ нал — фиксируется значение выходного индикатора, а затем на вход измерителя подается калиброванный сигнал, величина кото­ рого изменяется до тех пор, пока показание выходного индикатора не станет равным предыдущему. Компарационные методы имеют

328

несколько ббльшую погрешность (в лучшем случае 10~3 %), по­ скольку измерения полезного и калибровочного сигналов разнесены во времени.

§ 101. Измерение параметров гармонических сигналов

ный сигнал, подлежащий измерению, усиливается усилителем со стабильным (и регулируемым в заданных пределах) коэффициентом усиления. Если сигнал достаточно велик (десятки милливольт и выше) и не осложнен помехами, то используется усилитель постоян­ ного тока (на инфразвуковых частотах), или широкополосный уси­ литель с RC связью между каскадами (на частотах до 10—80 Мгц), или широкополосный усилитель с распределенным усилением (при полосе частот от единиц герц до сотен мегагерц).

Усиленный сигнал выпрямляется и затем с помощью интегратора выделяется постоянная составляющая, пропорциональная среднему, эффективному или амплитудному значению входного сигнала в зави­ симости от параметров выпрямительного устройства.

Если в качестве выпрямителя использован обычный двухполупериодный выпрямитель (см. рис. 150, а), то вследствие нелиней­ ности вольт-амперной характеристики диодов зависимость между средневыпрямленным значением и амплитудой входного сигнала также нелинейна. Для устранения нелинейности выпрямительных диодов необходимо: а) подавать на них напряжения единицы — десятки вольт, или б) вводить компенсирующие нелинейные эле­ менты, или в) применять компенсирующую обратную связь, или г) последовательно с диодами включать линеаризующие резисторы.

На рис. 164, б приведена двухполупериодная схема выпрямителя средних значений с компенсацией нелинейности. С уменьшением входного сигнала сопротивления диодов Д1 и Д2 в прямом напра­ влении увеличиваются и напряжение на выходе уменьшается.

329

Однако при этом увеличивается и внутреннее сопротивление компен­ сирующего диода ДЗ. Если применяются идентичные диоды, то при

нелинейность практически полностью скомпенсирована (при RH ^>

>R3).

Более эффективная компенсация нелинейности может быть осу­ ществлена с помощью отрицательной обратной связи. На рис. 164, в

Для получения выпрямлен­ ного напряжения, пропорцио­ нального действующему значе­

нию, используются квадраторы—полупроводниковые диоды, имющие при малых напряжениях практически квадратичную характери­ стику, или полевые транзисторы, или нелинейные формирова­ тели на основе операционных усилителей, также имеющих квадра­ тичную вольт-амперную характеристику, и т. д.

330

В выпрямителях с выходным напряжением, пропорциональным амплитуде входного сигнала, обязательно используются накопитель­ ные элементы, например конденсаторы (рис. 164, г). При подаче на вход выпрямителя синусоидального напряжения во время положи­ тельных полупериодов конденсатор С заряжается до амплитудного значения входного напряжения. Во время отрицательных полу­ периодов конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки. Если сопротивление нагрузки велико (например, если к конденса­

Выпрямленное напряжение интегрируется, при этом отфильтро­ вываются все переменные составляющие. Сигнал с выхода интегра­ тора может быть измерен непосредственно с помощью стрелочного прибора или подан на обычный цифровой преобразователь — вольт­ метр постоянного тока. Погрешность непосредственного измерения напряжения синусоидальных сигналов зависит от многих факторов, и в первую очередь от погрешности выпрямления, и в лучшем слу­ чае составляет 0 , 1 % .

Измерения по методу сравнения позволяют увеличить точность измерения на один-два порядка. При измерении по методу сравнения синусоидальное напряжение обычно сравнивают с эталонным посто­ янным напряжением. В частности, на рис. 164, д приведена функцио­ нальная схема компенсационного амплитудного вольтметра. При отсутствии измеряемого сигнала на усилитель-интегратор с большим коэффициентом усиления К0 подается напряжение смещения такой величины, что усилитель практически заперт и показания прибора на выходе минимальны.

Затем подается напряжение, подлежащее измерению. Во время положительных полупериодов сигнала усилитель полностью запи­ рается, во время отрицательных — открывается. Увеличивая напря­ жение смещения добиваются прежних показаний прибора. При этом амплитуда измеряемого напряжения (во время отрицательного полупериода) равна приращению напряжения смещения. Это при­ ращение может быть измерено с большой точностью с помощью обычного или цифрового вольтметра, а сам процесс измерения (ком­ пенсации) может быть полностью автоматизирован. Вполне оче­ видно, что, сложив измеряемое напряжение с постоянным эталонным таким образом, чтобы суммарное напряжение не изменяло знак, можно воспользоваться обычным цифровым вольтметром постоян­ ного тока, если его быстродействие достаточно велико по сравнению с периодом измеряемого синусоидального напряжения и имеется блок регистрации максимального результата.

Задача измерения напряжения синусоидального сигнала сущест­ венно усложняется, если его амплитуда мала и имеются ин­ тенсивные помехи. При этом перед измерителем должно быть

331