Структура курса. Обзор основных разделов

Ю.В. Морозов

 

Метрология
и радиоизмерения

 

Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве конспекта лекций

 

Новосибирск

2008

УДК 621.317.3+389.1(075.8)

М 801

 

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.П. Разинкин

                 канд. техн. наук, доц. В.Б. Асанов

 

 

Работа подготовлена
на кафедре теоретических основ радиотехники
для студентов III курса факультета радиотехники,
электроники и физики

 

 

Морозов, Ю.В.

М 801        Метрология и радиоизмерения: конспект лекций / Ю.В. Морозов; Новосиб. гос. техн. ун-т. – Новосибирск, 2008. – 60 с.

 

ISBN 978-5-7782-0898-8

 

Конспект лекций по дисциплине «Метрология и радиоизмерения» излагает базовый материал по теоретическим основам метрологии, а также по методам и средствам измерений радиотехнических сигналов в широком диапазоне частот. Особое внимание уделяется автоматизации и компьютеризации измерений.

 

 

УДК 621.317.3+389.1(075.8)

 

ISBN 978-5-7782-0898-8                              Ó Морозов Ю.В., 2008

Ó Новосибирский государственный

 технический университет, 2008

Лекция 1

Введение в метрологию

История развития метрологии

В табл. 1.1 отражена краткая информация об истории развития метрологии.

Таблица 1.1

Основные даты из истории развития метрологии
и электрорадиоизмерений

Даты	Событие	Ученые
1745	Изобретение указателя электрической силы	М.В. Ломоносов Г.В. Рихман
1750–1850	Изобретение электроизмерительных приборов	А. Вольта, Ш.Кулон, Г.Ом, М. Фарадей
1793	Установление эталона метра
1832	Создание абсолютных систем единиц	К. Гаусс
1842	Издание в России закона о мерах и весах. Появление «Депо образцовых мер»	О.В. Струве Г.И. Вильд
1850-1900	Развитие электроизмерительных приборов	А.Г. Столетов, Б.С. Якоби, М.О. Доливо-Добровольский
1875	Подписание метрической конвенции. Появление организации «Международное бюро мер и весов»
1893	Основание «Главной палаты мер и весов». Присоединение России к метрической конвенции	Д.И. Менделеев
1913	Организация первой лаборатории по производству измерительных приборов	М.В. Шулейкин
1960	Разработка и установление Международной системы единиц (СИ)

 

Метрологическое обеспечение

Предмет метрологии – извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – совокупность средств измерений и метрологических стандартов.

Метрология включает в себя:

– общую теорию измерений физических величин;

– систему единиц физических величин;

– порядок передачи размеров единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений;

– методы и средства измерений;

– общие методы обработки результатов измерений.

Метрологическое обеспечение имеет четыре основы:

– научная;

– нормативно-техническая;

– организационная;

– правовая.

Научной основой является метрология, которая занимается изучением средств измерений, физических величин и их единиц методов и методик измерений и т.д.

Нормативно-технической основой является комплекс регламентов и государственных стандартов.

Организационная основа – Агентство по техническому регулированию и метрологии Министерства промышленности и энергетики РФ. Она включает в себя управление метрологии, управление технического регулирования и стандартизации и ряд других управлений. Более подробную информацию можно найти на сайте www.gost.ru.

Правовая основа – единая номенклатура стандартных правил и положений, требований и норм, относящихся к организации и обеспечению точности измерений.

Особенности радиоизмерений

В связи с интенсивным развитием технологий построения радиоэлектронных систем, обновлением элементной базы, широким внедрением компьютерной техники для радиоизмерений характерны следующие особенности: широкие диапазоны измеряемых величин; широкий частотный диапазон; необходимость комплексного проведения измерений и их автоматизации и компьютеризации.

 

 

Лекция 2

Основные понятия и определения.

Измерений

Основные понятия метрологии

Рассмотрим основные понятия метрологии: измерение, результат измерения, принцип и метод измерения, погрешность измерения.

Измерением называется нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств – средств измерений. В рамках данного курса основное внимание будет уделено измерению электрических величин. Измерение неэлектрических величин будет иметь вспомогательный характер. Любые измерения направлены на получение некоторого результата.

Результат измерений представляет собой числовое значение измеряемой величины и наименование единицы измерения. Числовое значение получается в результате сравнения физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу, например, 220 В.

!!! Пропуск единиц измерений является одной из самых грубых ошибок в оформлении расчетно-графических работ и отчетов к лабораторным работам.

Принцип измерений составляет совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например, явление электромагнитной индукции при измерении напряжения. В настоящее время учеными ведется разработка автоматизированных банков данных физических эффектов, полезных при нахождении новых методов измерений.

Метод измерений представляет собой совокупность приемов использования принципов и средств измерений, обеспечивающих сравнение измеряемой величины с единицей, например, метод амперметра-вольтметра при измерении сопротивления.

Алгоритм измерения – точное предписание о выполнении в определенном порядке совокупности операций, обеспечивающих измерение значения физической величины.

Методика измерений – детально намеченный план процесса измерений, регламентирующий методы, средства и алгоритмы проведения измерений, которые в определенных условиях обеспечивают измерения с заданной точностью.

Единица физической величины – это физическая величина, размеру которой присвоено числовое значение 1. В России в качестве обязательной действует Международная система единиц (СИ).

С какой бы высокой точностью не проводилось сравнение измеряемой величины с единицей, результат измерений будет содержать некоторую неточность, обусловленную влиянием различного рода факторов. Эта неточность характеризуется погрешностью.

Погрешностью измерений физической величины называют отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Истинным значением физической величины называется значение физической величины, которое бы идеально отражало соответствующее свойство объекта. Поскольку истинное значение недостижимо, вместо него используют действительное значение.

Действительным значением физической величины называют значение, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что при вычислении погрешности может быть использовано вместо него.

Результат измерения должен сопровождаться данными о его погрешности. Поскольку погрешность имеет вероятностный смысл, должна быть оценена и вероятность ее появления.

Классификация измерений

Измерения классифицируют по нескольким признакам. Это обусловлено разнообразием измеряемых величин, характером их изменения во времени, требованиями к погрешности и т.д. Виды измерения определяются физической природой измеряемой величины, требованиями к погрешности измерения, необходимой скоростью измерений, условиями измерений и т.д. Измерения могут иметь различные цели: контроль, диагностика, научные исследования, производственные испытания, поверка и т.д.

Основным уравнением измерения является

,

где x – измеренное значение величины,  – значение, принятое за образец (за единицу), k – отношение измеряемой величины к образцу.

Основные классификационные признаки измерений следующие:

– прием получения результатов измерений;

– форма выражения результатов измерений;

– метод измерения;

– способ преобразования измеряемой величины;

– характер изменения измеряемой величины во времени.

По способу нахождения измеряемой величины (приему получения результата измерений) измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные. При измерении электрических величин в основном используются прямые и косвенные измерения.

Прямые измерения – это измерения, при которых искомое значение величины y находят непосредственно их опытных данных х: . Примером прямых измерений является измерение напряжения с помощью вольтметра.

Косвенные измерения – это измерения, при которых искомое значение величины y находят на основании известной математической зависимости между этой величиной и величинами , , … , полученными при прямых измерениях: . Примером косвенных измерений может послужить измерение сопротивления по измеренным значениям тока и напряжения.

По точности измерения делят на три группы.

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне науки и техники. К ним относятся измерения для создания эталона и измерения физических констант.

2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать некоторых заданных значений. В эту группу входят измерения, выполняемые метрологическими службами с целью установления годности средств измерений к эксплуатации.

3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений, указанными в руководстве по эксплуатации, и оценивается до проведения измерений. Большинство измерений, выполняемых на предприятиях, занимающихся разработкой, исследованием и производством радиоэлектронной аппаратуры, а также в лабораториях учебных заведений, являются техническими.

Если измеряемая величина остается в процессе измерения постоянной, то такие измерения называют статическими. Если же она изменяется, измерения будут динамическими. Динамические измерения могут быть непрерывными и дискретными.

Различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях физических величин, результат которых выражен в установленных для этой величины единицах.

Относительными называют измерения отношения одноименных величин. Примером могут послужить измерения модуля коэффициента отражения, амплитудно-частотной характеристики, которые выражают в разах, неперах, децибелах, отношение частот в октавах , декадах.

Процесс измерения состоит из четырех этапов: воспроизведение единицы измерения, преобразование исследуемого сигнала, сравнение измеряемой величины с единицей, фиксация результата сравнения.

По методу измерений различают измерения методом непосредственной оценки и методом сравнения. Среди методов сравнения различают нулевой, дифференциальный и метод замещения. Разновидностями метода замещения являются компенсационный и мостовой методы.

Таблица 2.1

Методы измерений

Метод	Сущность
непосредственной оценки	сравнение численного значения по показанию прибора
сравнения	сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой
нулевой	действие измеряемой величины полностью уравновешивается мерой
дифференциальный	измерение разницы измеряемой величины и близкой по значению меры
Замещения	действие измеряемой величины замещается образцовой
компенсационный	действие измеряемой величины уравновешивается образцовой
мостовой	достижение нулевого тока в измерительной диагонали моста

Выбор метода определяется видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью и быстротой измерения, условиями измерений и т.д.

По способу преобразования измеряемой величины бывают аналоговые и цифровые измерения.

Для аналоговых измерений характерно непрерывное преобразование измеряемой величины в перемещение стрелки относительно шкалы с помощью аналоговых электронных устройств.

Цифровые измерения выполняются путем автоматического сравнения измеряемой величины с мерой. Результат измерений представляется в цифровой форме, которая наиболее удобна для ввода в компьютер, а также для сложной математической обработки и индикации.

По характеру изменения измеряемой величины во времени различают статический и динамический режимы измерений.

В статическом режиме сигнал остается неизменным в течение времени исследования.

В динамическом режиме определяется функциональная зависимость измеряемой величины от времени.

В зависимости от метода и вида средства измерений все измерения могут выполняться на основе либо однократных, либо многократных наблюдений.

Наблюдение – единичная экспериментальная операция для получения одного из значений измеряемой величины, носящих случайный характер.

Измерения

Под единством измерений понимают представление результатов измерений в единых узаконенных единицах измерений и оценку погрешностей с гарантированной вероятностью.

В качестве узаконенной системы единиц принята система СИ (принята в 1960 г.). Основными характеристиками системы СИ являются:

– универсальность;

– унификация областей и видов измерений;

– упрощение вычислений;

– единая система кратных и дольных единиц.

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) включает в себя научные и организационные основы, технические средства, правила и нормы, необходимые для достижения единства и требуемой точности измерений в общегосударственном масштабе.

Научной основой Государственной системы обеспечения единства измерений является метрология. Техническая основа этой системы включает в себя следующие компоненты:

– систему государственных эталонов единиц физических величин, обеспечивающую воспроизведение единиц с наивысшей точностью;

– систему передачи размеров единиц физических величин от эталонов всем средствам измерений (СИ);

– систему разработки, производства и выпуска рабочих СИ, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов;

– систему обязательных государственных испытаний СИ, предназначенных для серийного или массового производства;

– систему обязательной государственной и ведомственной поверки или метрологической аттестации СИ, обеспечивающую единообразие СИ при их изготовлении, эксплуатации и ремонте;

– систему стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, достоверными данными обеспечивающую научные исследования, разработку конструкций изделий и технологических процессов при их изготовлении;

– систему разработки, стандартизации и аттестации методик выполнения измерений.

Существующая система обеспечения единства измерений опирается на комплекс стандартов и регламентов. Эти стандарты регламентируют термины и определения в области метрологии, единицы физических величин, нормы точности измерений и формы представления результатов измерений, государственные эталоны и общегосударственные поверочные схемы, методы и средства поверки СИ, организацию и порядок проведения государственных испытаний, поверки и метрологической аттестации СИ и т.д.

Под метрологической службой (МС) понимается сеть государственных и ведомственных метрологических органов и их деятельность, направленная на обеспечение единства измерений и единообразия СИ в государстве. Государственная МС включает в себя Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии и стандартизации (ВНИИМС), главные центры и центры государственных эталонов.

Важнейшей задачей МС является метрологический надзор за СИ и выполнением требований стандартов ГСИ.

Метрологический надзор за СИ – это деятельность органов МС, направленная на обеспечение единообразия СИ. Основными формами метрологического надзора за находящимися в обращении СИ являются поверка, метрологическая ревизия и метрологическая экспертиза СИ.

Поверкой СИ называется определение метрологическим органом погрешностей СИ, установление его пригодности к применению. Различают первичную поверку (при выпуске из производства), периодическую поверку (через определенные интервалы), внеочередную поверку (для выявления неисправностей).

Метрологическая ревизия имеет цель определить соответствие СИ и применяемых методик выполнения измерений современным требованиям ГСИ.

Метрологическая экспертиза проводится для экспертной оценки состояния СИ.

Лекция 3

Погрешности измерений

И обработка результатов

Наблюдений

Классификация погрешностей

Погрешности измерений классифицируют по пяти основным признакам:

– способу количественного выражения,

– характеру проявления,

– причинам возникновения,

– по характеру поведения измеряемой величины,

– по условиям, в которых используются средства измерения.

Классификация погрешностей

Классификация погрешностей

По причинам возникновения

По причинам возникновения погрешности подразделяются:

– на методические;

– инструментальные;

– внешние;

– субъективные.

Методические погрешности возникают вследствие следующих причин:

– несовершенства метода измерений;

– неправильных теоретических допущений;

– влияния средства измерений на исследуемый объект.

Влияние средства измерения на исследуемый объект может быть значительным из-за его неправильного выбора и подключения. Например, вольтметр с малым входным сопротивлением может повлиять на распределение токов в исследуемой цепи. Как правило, методическая погрешность электрических измерений оценивается на основании эквивалентной схемы замещения входных цепей прибора и исследуемой цепи с использованием законов теории электрических цепей.

Инструментальные погрешности возникают из-за несовершенства самих средств измерения. Причиной инструментальной погрешности может быть неточная градуировка прибора и др. Допустимая инструментальная погрешность указывается в инструкции по эксплуатации прибора в разделе «Технические характеристики».

Внешняя погрешность характеризуется отклонением внешних влия­ющих величин от нормальных значений (температуры, влажности и т.д.).

Субъективные погрешности обусловлены ошибками оператора при считывании показаний со шкалы. Такие погрешности устраняются путем применения цифровых приборов и компьютерных плат сбора данных.

Измеряемой величины

По характеру поведения измеряемой величины различают статические и динамические погрешности.

Статические погрешности возникают при измерении установившегося значения.

Динамические погрешности появляются при исследовании закона изменения величины из-за несоответствия скоростных характеристик прибора и скорости изменения величины.

Средств измерений

По условиями, в которых используются средства измерения, различают основную и дополнительные погрешности.

Основная погрешность имеет место при нормальных условиях.

Дополнительные погрешности возникают при отклонении условий эксплуатации от нормальных.

Классификация погрешностей

По характеру проявления

По характеру проявления погрешности измерений подразделяются на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематическая погрешность  – составляющая погрешности измерений, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при многократных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Эта погрешность может быть выявлена и уменьшена
путем:

– применения более точных приборов;

– калибровки с помощью мер.

Однако полностью ее устранить невозможно.

По характеру проявления во времени существуют следующие систематические погрешности:

– постоянные;

– прогрессирующие (дрейфовые),

– периодические,

– изменяющиеся по сложному непериодическому закону.

Постоянная систематическая погрешность электронного измерительного прибора может быть вызвана смещением нуля транзисторного каскада или операционного усилителя. Прогрессирующая погрешность, как правило, обусловлена падением напряжения автономного элемента питания: батареи или аккумулятора.

Случайная погрешность  – составляющая погрешности измерений, изменяющейся случайным образом при многократных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Проявляется в виде разброса результатов измерений. Ее можно уменьшить путем многократных измерений и статистической обработки полученных результатов.

Грубая погрешность – погрешность, превышающая ожидаемое значение в данных условиях. Возникает такая погрешность из-за ошибок оператора или неучтенных внешних воздействий. Измерение, выполненное с грубой погрешностью, считается промахом и должно быть исключено из рассмотрения.

Без учета промахов абсолютная погрешность является суммой систематической и случайной погрешностей и, следовательно, случайной величиной:

.

Систематические погрешности

И методы их устранения

Наиболее известными методами устранения систематических погрешностей являются:

– метод замещения;

– метод противопоставления;

– метод симметричных наблюдений;

– метод рандомизации.

Метод замещения заключается в замене измеряемой величины известной величиной, получаемой с помощью регулируемой меры. При этом показание прибора должно сохраняться неизменным. Значение измеряемой величины считывается по указателю меры. Пример: замена исследуемого сопротивления магазином сопротивлений.

Метод противопоставления используется для сравнения измеряемой величины с известной величиной примерно равного значения, воспроизводимой мерой.

Способ симметричных наблюдений – эффективен при исключении прогрессивной погрешности, вызванной падением напряжения питания. Измерения осуществляются последовательно через равные интервалы изменения аргумента. Обработка результатов проводится с учетом равенства среднего значения погрешности по интервалу времени погрешности в его средней точке.

Метод рандомизации основан на переводе систематической погрешности в случайные путем использования нескольких приборов для измерения одной и той же величины.

Наблюдений

Многократные наблюдения за измеряемой величиной нужны при наличии больших случайных погрешностей.

Задача многократных наблюдений – нахождение наилучшей оценки истинного значения измеряемой величины и интервала, в котором оно находится, с заданной вероятностью. Эта задача решается путем статистической обработки результатов измерений на основании гипотезы о нормальном распределении случайных погрешностей. Многократные наблюдения должны проводиться в одних и тех же условиях и одним и тем же прибором.

Методика обработки результатов наблюдений состоит из следующих этапов.

1. Исключение систематических погрешностей из результатов измерений.

2. Оценка результата измерения.

При нормальном законе распределения оптимальной оценкой результата измерений считают среднее арифметическое результатов n наблюдений

.

3. Вычисление абсолютной погрешности каждого наблюдения

.

4. Нахождение оценки СКО наблюдений

.

5. Вычисление оценки СКО оценки результата измерений относительно истинного значения

.

6. Исключение промахов.

6.1. Сортировка результатов наблюдения по возрастанию.

6.2. Расчет следующих коэффициентов для минимального и максимального результатов наблюдения:

, .

6.3. определяется граничное значение коэффициента  в зависимости от уровня значимости и числа наблюдений.

6.4. Сравнивают полученный коэффициент с граничным. Если рассчитанный коэффициент превышает граничное значение, данное наблюдение – промах. Чем меньше уровень значимости, тем меньшее число наблюдений относится к промахам. Типовые значения: 0,025, 0,05…0,1. Если обнаружен промах, дальнейшие расчеты лишены смысла. Следовательно, после исключения промахов необходимо перейти к пункту 2.

7. Определение границ доверительного интервала.

Оценка результата измерения отличается от истинного значения на некоторую погрешность . Необходимо определить, с какой вероятностью истинное значение измеряемой величины находится в заранее заданном интервале :

.

Эта вероятность называется доверительной вероятностью, а интервал называется доверительным интервалом. При поиске доверительного интервала доверительную вероятность задают 0,95...0,99. Для заданной доверительной вероятности определяют коэффициент . Если n > 20, используют интеграл вероятности , и численно решают уравнение :

.

Границы доверительного интервала имеют вид . Если
n < 20, используют распределение Стьюдента. В этом случае коэффициент  зависит как от доверительной вероятности, так и от количества наблюдений.

Результат измерений записывается в форме

.

При выполнении вычислений необходимо соблюдать следующие правила округления.

1. Результат измерений округляют до того же знака, что и погрешность.

2. Если цифра старшего отбрасываемого разряда меньше 5, оставляемые цифры числа не изменяют.

3. Если цифра старшего отбрасываемого разряда равна 5, то последнюю оставляемую цифру не изменяют, если она четная, или увеличивают на 1, если она нечетная.

4. Если цифра старшего отбрасываемого разряда больше 5, то последнюю оставляемую цифру увеличивают на 1.

5. Погрешность результат измерений указывают с двумя значащими цифрами, если первая из них равна 1 или 2, и с одной, если первая цифра 3 и более.

6. Округление производят только при записи окончательного
результата измерений. Промежуточные вычисления производят
с 1–2 лишними знаками.

Учет неисключенных остатков

Лекция 4

Средства измерений

Измерительные приборы

Измерительные приборы классифицируются по трем признакам: по принципу действия, по структурной схеме, по конструктивному исполнению.

В общем случае по принципу действия электроизмерительные приборы делятся на электромеханические и электронные с электромеханическими отсчетными устройствами.

По структурной схеме приборы делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговый прибор – прибор, у которого показания представляют собой непрерывную функцию времени.

Цифровой прибор – прибор, у которого показания отображаются на индикаторе в виде числа.

Достоинствами цифровых приборов являются:

– удобство и объективность отсчета;

– высокая точность;

– широкий динамический диапазон при высокой разрешающей способности;

– высокое быстродействие;

– возможность автоматизации и сопряжения с компьютером.

Все радиоизмерительные приборы делятся на двадцать подгрупп: А – сила тока, Б – блок питания, В – напряжение, Г – генератор,
Е – сосредоточенные параметры, Ч – частота, С – осциллографы, спектроанализаторы и т.д.

Маркировка радиоизмерительного прибора включает в себя буквенное обозначение, индекс вида измеряемого сигнала (х 1) и индекс модификации (х 2): Вх 1 -х 2. Индекс вида измеряемого сигнала может принимать следующие основные значения: 2 – постоянное напряжение, 3 – переменное гармоническое напряжение, 4 – импульсное напряжение, 7 –постоянное/переменное напряжение, ток, сопротивление. Например, маркировка В3-38 означает: вольтметр гармонического напряжения переменного тока, модификация 38.

Лекция 5

Средства измерения

Электрического напряжения

Основные характеристики

Электрического напряжения

Измерение напряжения является наиболее распространенным видом измерений в радиотехнике, поскольку этой величиной принято характеризовать режимы работы радиотехнических устройств и их компонентов. Измерение напряжения не ведет к нарушению соединений в исследуемой схеме. Средства измерения напряжения являются наиболее доступными по стоимости. В связи с многообразием форм радиотехнических сигналов принят ряд стандартных параметров измеряемых напряжений (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Характеристики напряжения

Параметры напряжения	Формула	Применение
мгновенное	u (t)	исследование формы сигнала
пиковое амплитудное	,
среднее		измерение постоянной составляющей
средневыпрямленное		измерение переменной составляющей Um при отсутствии постоянной
среднеквадратическое (действующее)		измерение энергетического уровня сигнала
коэффициент амплитуды
коэффициент формы

Коэффициенты формы и амплитуды позволяют выражать одни параметры напряжения через другие, которые непосредственно измеряет средство измерения. Значения этих коэффициентов для ряда стандартных форм сигналов приведены в табл. 5.2.

                                 Таблица 5.2

Электронные вольтметры

Электронный вольтметр обладает следующими достоинствами: высокое входное сопротивление, высокая чувствительность, широкие пределы измерения, широкий диапазон. Обобщенная структурная схема электронного вольтметра показана на рис. 5.2.

 

Рис. 5.2. Структурная схема электронного вольтметра:

> – усилитель переменного тока, УПТ – усилитель постоянного тока,
МЭС – магнитоэлектрическая система

У вольтметров, измеряющих большой уровень напряжения, усилитель переменного тока отсутствует. Наиболее важным блоком электронного вольтметра является детектор – преобразователь переменного напряжения в постоянное. Различают амплитудные детекторы, а также детекторы средневыпрямленного и действующего значения.

Лекция 6

Исследование формы сигналов

Классификация осциллографов

Исследование формы радиотехнического сигнала с помощью
осциллографа позволяет одновременно оценивать многие его параметры. Осциллограф позволяет визуально наблюдать зависимость напряжения от времени. Изображение сигнала на экране осциллографа позволяет измерить амплитуду, частоту, фазовый сдвиг, параметры модуляции и т.д.

Осциллографы классифицируют по виду отображающего устройства, по виду структурной схемы, по количеству наблюдаемых сигналов.

В качестве отображающих устройств в осциллографах используют электронно-лучевые трубки и матричные панели. Среди матричных панелей выделяют жидкокристаллические, плазменные и др.

Осциллографы бывают одноканальные – для наблюдения одного сигнала и двухканальные – для наблюдения двух сигналов. Два канала обеспечиваются либо многолучевой трубкой, либо переключением сигналов с помощью коммутатора.

По виду структурной схемы различают следующие типы осциллографов:

С1 – универсальные;

С7 – стробоскопические – для исследования повторяющихся скоростных процессов;

С8 – запоминающие – для исследования редко повторяющихся процессов;

С9 – специальные, цифровые, которые снабжаются мультиметром и интерфейсом для связи с компьютером.

Универсальные осциллографы

Универсальные осциллографы предназначены для визуального наблюдения: непрерывных синусоидальных сигналов, импульсных сигналов, а также сигналов произвольной формы. С помощью осциллографов измеряют напряжение, временные интервалы, фазовый сдвиг, параметры формы сигналов.

Величины, измеряемые с помощью осциллографов различных модификаций, находятся в следующих диапазонах: напряжение от 0,0001 В до 100 В; длительность от 1 нс до 5 с; верхняя граница полосы пропускания может достигать 350 МГц.

Универсальные осциллографы по назначению разделяют на низкочастотные, широкополосные, полевые, осциллографы- мульт