Коэффициенты амплитуды и формы

Форма сигнала	k a	k ф
Гармоническая	1,41	1,11
Пилообразная	1,73	1,16
Меандр	1	1

Электромеханические вольтметры

Электромеханические вольтметры отличает простота устройства и эксплуатации, а также высокая надежность. Обобщенная структурная схема вольтметра показана на рис. 5.1.

 

Рис. 5.1. Структурная схема электромеханического вольтметра

Измерительный преобразователь представляет собой электрическую схему, приводящую измеряемое напряжение к уровню, который воспринимает измерительный механизм. Измерительный механизм преобразует напряжение в угловое перемещение стрелки относительно шкалы отсчетного устройства. Наиболее распространенными являются следующие типы измерительных механизмов: магнитоэлектрический, электромагнитный, электростатический (табл. 5.3).

В табл. 5.3 приведены типовые значения параметров электромеханических вольтметров. Наибольшим потреблением мощности обладает электромагнитный прибор. Наиболее широким частотным диапазоном обладает электростатический прибор. Электромагнитный и электростатический приборы измеряют непосредственно действующее значение напряжения. Магнитоэлектрический прибор имеет малое потребление мощности, однако может измерять только напряжение постоянного тока. Следовательно, использование магнитоэлектрического прибора для измерения напряжения переменного тока требует включения мостового выпрямителя.

Таблица 5.3

Электромеханические вольтметры

Тип измерительного механизма	Физический принцип	Частотный диапазон	Потреб-ление мощности	Класс точности
Магнитоэлектри-ческий	Отклонение рамки с током в постоянном магнитном поле	Постоянный ток	0,0001 Вт	0,5
Электромагнитный	Втягивание ферромагнитного сердечника в катушку	0...5 кГц	1 Вт	2,5
Электростати-ческий	Смещение подвижной пластины относительно неподвижной	0...30 МГц	0,001 Вт	1,5

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- мультиметры.

На рис. 6.1 показана упрощенная структурная схема универсального осциллографа, в которой можно выделить канал вертикального отклонения и канал горизонтального отклонения.

 

Рис. 6.1. Структурная схема универсального осциллографа

Канал вертикального отклонения состоит из входного устройства (ВУ), схемы задержки (СЗ), усилителя сигнала (Ус Y), подаваемого на отклоняющие пластины Y электронно-лучевой трубки.

Входное устройство делит напряжение в соответствии с выбранным масштабом (В/дел.) и обеспечивает высокое входное сопротивление, выполняется с открытым или закрытым входом. Основные параметры входного устройства: диапазон значений ослабления, входное сопротивление, входная емкость.

Схема задержки (СЗ) – обеспечивает задержку исследуемого напряжения относительно начала нарастания развертывающего напряжения.

Блок синхронизации (БС) – управляет генератором развертывающего напряжения для обеспечения неподвижности изображения. Различают внутреннюю и внешнюю синхронизацию. Чаще всего используют внутреннюю синхронизацию от исследуемого сигнала. При слабом исследуемом сигнале рекомендуется использовать внешнюю синхронизацию.

Генератор развертки (ГР) – обычно вырабатывает напряжение пилообразной формы:

,

где – время прямого хода развертки, –время обратного хода развертки, – время бланкирования для устранения послесвечения экрана.

К развертывающему напряжению предъявляются следующие требования: 1) ; 2)  3) , где  – период исследуемого сигнала.

Развертка бывает непрерывная, ждущая и однократная. Непрерывная развертка применяется для наблюдения непрерывных периодических сигналов, ждущая развертка используется для исследования периодических импульсных сигналов, а однократная развертка – для наблюдения одиночных импульсов.

Основными характеристиками осциллографа являются:

– полоса пропускания канала вертикального отклонения ;

– время нарастания импульсного сигнала от 0,1 до 0,9 от установившегося значения ;

– спад импульсного сигнала , где – длительность импульсного сигнала.

Длительность фронта импульсного сигнала будет определяться соотношением _, где  – измеренная длительность фронта.

Минимальная измеряемая длительность импульса вычисляется по формуле .

Таким образом, чем шире полоса пропускания, тем меньше погрешность измерения параметров импульсного сигнала. Неправильный выбор полосы пропускания осциллографа может привести к погрешности измерений более 100 %.

Лекция 7