Файл: Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения.pdf

Погрешность фазометра определяется погрешностью дискрет­ ности, вносимой селекторами, погрешностью формирования интер­ валов времени %и Ти, а также наличием высших гармоник в ис­ следуемых сигналах. Можно показать, что погрешность дискретно­ сти при измерении сдвига фаз этим методом определяется выра­ жением

? “ ^ / о ± 4 / Г и-

Такие фазометры позволяют измерять фазовые сдвиги в пределах О—360° с погрешностью порядка десятых долей процента в диапа­ зоне частот до 5—10 кГц.

§ 6.3. КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД

Сущность метода состоит в компенсации измеряемого сдвига (или дополнении его до 180°) с помощью градуированного фазо­ вращателя (рис. 6.6). С помощью фазовра­ щателя фаза одного из напряжений (и2) изменяется до тех пор, пока индикатор укажет равенство фаз (равенство нулю фазового > сдвига). Фазовый сдвиг определяется по шка­ ле фазовращателя.

В качестве фазовращателей на низких и высоких частотах используются мостиковые RC-схемы, устройства с подвижными катуш­ ками (индукционные фазовращатели), специ­ альные конденсаторы с секционированными пластинами и вращающимся эксцентриком из диэлектрика (емкостные фазовращатели), ис­

кусственные линии. На СВЧ применяются раздвижные коаксиаль­ ные линии, отрезки волноводов с диэлектрическими и ферритовы­ ми вставками и др.

В качестве индикаторов сдвига фаз используются осциллогра­ фы, фазовые детекторы, электронные вольтметры. В диапазоне СВЧ сравнение фаз может быть выполнено с помощью волновод­ ных мостов и измерительных линий. На рис. 6.7 приведена схема

измерения компенсационным методом фазового сдвига, создавае­ мого исследуемым четырехполюсником. Она может использовать­ ся на низких и высоких частотах.

После включения схемы на экране получается изображение эллипса. Фазовращателем изменяют фазу напряжения, подаваемо­ го на У-пластины, до тех пор, пока эллипс не преобразуется в пря­ мую. Если прямая наклонена вправо, то общий сдвиг между на­ пряжениями, поданными на обе пары пластин, равен нулю. По шкале фазовращателя отсчитывают внесенный им фазовый сдвиг с. Измеряемый сдвиг <р = —а. В случае наклона прямой влево об­ щий сдвиг равен 180° и <p°=180°—а. Наибольшая точность полу-

вращателя щ. Затем к правому фланцу фазовращателя подсоеди­ няют исследуемый элемент, короткозамкнутый на «конце. Узел стоячей волны при этом смещается. С помощью фазовращателя изменяют фазу стоячей волны настолько, чтобы узел снова ока­ зался в сечении зонда. Снимают отсчет аг по шкале фазовращате­ ля и определяют искомый фазовый сдвиг:

<Р= ~2 (“<- а2).

Вместо фазовращателя и зонда можно также применять изме­ рительную линию.

Метод преобразования фазового сдвига в напряжение постоян­ ного тока реализуется с помощью балансного фазового детектора, изучаемого в курсе радиоприемных устройств.

Разновидности осциллографического метода сводятся к геомет­ рическим измерениям параметров изображения с помощью сетки, на«кладываемой на экран трубки, весьма просты и обычно даются в описаниях осциллографов. Поэтому эти методы здесь не рассмат­ риваются.

§ 6.4. РАСШИРЕНИЕ ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА ФАЗОМЕТРОВ

При измерении разности фаз на высоких частотах применяется преобразование частоты, т. е. перенос фазы с высокой частоты на более низкую. Этот метод основан на известном положении, кото­ рое заключается в следующем. Если напряжения

И, — и ,т COS шс і И U2 — U 2m COS (ü)c t -f- cp)

преобразовать с помощью сигнала гетеродина иг — Urmcos (<or t 6)

в разностные частоты, то на выходах смесителей получим напря­ жения

Структурная схема фазометра с преобразованием частоты при­ ведена на рис. 6.9. Входные устройства обеспечивают нормальный режим работы смесителей в диапазоне входных напряжений.

Два колебания частоты / с, сдвиг фаз между которыми нужно измерить, подаются на два одинаковых смесителя. Одновременно на смесители подается сигнал гетеродина частоты / г. На выходах

101

смесителей получаются колебания комбинационных частот, в том числе разностной частоты /7 = / с —/і- Избирательные усилители служат для усиления сигналов разностной частоты и подавления побочных гармоник преобразования. Выходные сигналы усилите-

р=* - / г •'C Jr

F*fe-fr

Рис. 6.9.

лей подаются на низкочастотный фазометр. Частота F выбирается порядка 10 кГц. Для обеспечения требуемого диапазона частот применяется гетеродин с плавной перестройкой частоты. В случае необходимости преобразование может быть двухступенчатым.

Подобный принцип используется в фазометре типа Ф2-7, кото­ рый имеет следующие метрологические характеристики:

—диапазон измеряемых фазовых сдвигов 0-г- ±180°;

—рабочий диапазон частот 75 кГц—10 МГц;

— погрешность измерения 2° в диапазоне частот до 1 МГц и 3° г- диапазоне частот до 10 МГц;

— диапазон входных напряжений 0,1 — 10 В;

— входное сопротивление 100 кОм, входная емкость 15 пФ. Фазометр Ф2-4- с преобразованием частоты и цифровым отсче­

том предназначен для измерения фазовых сдвигов 0-:~ДЧ80о в диа­ пазоне частот 20 Гц-т-10 МГц с погрешностью, не превышающей

1,5°.

102