Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



циента отражения определяется путем измерения образцовых нагрузок с КСВ, равным 1,2 и 2,0, с подключенными к ним последовательно отрезками линии определенной длины и последующего вычисления по (5.16).

Погрешность измерения модуля и фазы коэффициента передачи определяется путем измерения образцовых мер ослабления 10, 20, 40 дБ, аттестованных также и по фазе коэффициента отражения. На низких частотах последовательно с аттенюатором подключаются отрезки линии определенной длины.

Погрешности измерения модуля, дБ, и фазы, град, коэффициента передачи вычисляются соответственно по формулам:

АА= ±Иизм --Ао6р1; Аф= ±фшм -фобр,

(5.18)

где у4иэм и Фязм - измеренные значения модуля и фазы коэффициента передачи; Ховр и Фобр - паспортные значения образцовых мер ослабления.

РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ ИЗМЕРЕНИЕ ДОБРОТНОСТИ

6.1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ

ДОБРОТНОСТИ НА ЧАСТОТАХ ДО 300 МГц

Измерители добротности предназначены для измерения характеристик двухполюсников с шщуктивным характером сопротивления, входных импедансов активных и пассивных четырехполюсников, а также параметров колебательных контуров, конденсаторов, резисторов, ферритов, варикапов и других радиоэлементов.

Для измерения добротности могут использоваться следующие методы: мостовой, отношения напряжений, ударного возбуждения, расстройки контура, модуляционно-раз-ностный. Эти методы имеют ряд разновидностей по архитектуре структурных схем и способам определения добротности.

Большинство измерителей добротности основано на измерении отношения напряжения, при этом используются резонансные свойства колебательного контура, образованного образцовым конденсатором и исследуемой катушкой индуктивности. Структурная (жема прибора для измерения добротности по этому методу содержит: перестраиваемый в широком диапазоне частот генератор, измерительный контур, широкопо-лосшлй волномер, отсчетное устройство, отградуированное в единицах добротности.

Резонансная кривая колебательного контура может быть использована для определения добротности (рис. 6.1, о). При этом шириной полосы пропускания контура называется разность частот и на которых мощность в контуре равна половине ее значения на резонансной частоте /р. Напряжение на частотах и /2 равно 0,707 значения

при резонансной частоте. Следовательно, е = /о/(/а-/2)-Можно показать математически, что частоты, в которых вторая производная резонансной кривой равна нулю, связаны с Q резонансного контура почти точным равенством

е = /о/Д/1/2 = (Л -ьЛ)/21/2(Л -Л).

где /о - резонансная частота; /1 и /2 - частоты, соответствующие точкам перегиба;

А/= /1-/2-

При квадратичном детектировании это выражение принимает вид

e=(/l+/2)/2(/l-/2)

Простейшая схема измерителя добротности представлена на рис. 6.1,6. В процессе измерения используется последовательный колебательный контур, состоящий из переменного образцового конденсатора Собр и образцовой катушки индуктивности 1«,бр. Измеряемая катушка подключается вместо образцовой, а конденсатор присоединяется параллельно образцовому. Настройку в резонанс осуществляют, юменяя емкость образцового конденсатора. Для нормальной работы электронного вольтметра, измеряющего напряжение на конденсаторе, необходимо иметь напряжение на контуре в момент резонанса, равное единицам вольта, следовательно, в контур с добротностью, равной примерно 100, требуется вводить напряжение около 0,01 В. Вольтметр уровня контролирует вводимое в контур напряжение генератора. Конденсаторы Собр и С образуют аттенюатор, который позволяет уменьшить влияние выходного сопротивления генератора на контур.



6.1. Методы измеретя добротности на частотах до 300 МГц


Генератор

Cr L,


Волыпиептр уровня

Рис. 6.1. Простейшая схема измерителя добротности (б) и резонансная кривая для определения добротности (а)

Сг Lo6p %


Рис. 6.2. Эквивалентная схема катушки индуктивности

Если напряжение на выходе генератора поддерживать постоянным, то напряжение на образцовом конденсаторе будет прямо пропорционально добротности.

Для определения основных соотношений в схеме заменим катушку индуктивности ее эквивалентной схемой (рис. 6.2). При С,. > > Собр суммарная емкость контура

Ск = С,Собр/(С, + Собр)« С,(1 - С,/Собр).

При резонансе емкость контура

Ск.р = СрСобрЛСр + Собр) ~ Ср(1 - Ср/С),

где Ср -емкость образцового конденсатора при резонансе.

Если ГСобр "бр контуре

при резонансе /р я; E/rz, , а напряжение на

образцовом конденсаторе

Отсюда измеренное значение добротности при постоянном значении

e=l/cp/£=.l/rz„6p«Cp.

Действительное значение добротности отличается от измеренного:

Ql = 1р/аСг.рЕ = Q(l+ Ср/С).

Методическую погрешность можно вычислить и ввести поправку, так как значения Ср и С, известны:

Ae=(GL-eL)/eL=-Cp/c,.

На результат измерения влияют потери в контуре и его элементах. Полное сопротивление контура к = Гг. +гс , где

обр обр

ГС -сопротивление образцового конден-

сатора, учитывающее его собственные потери и шунтирующее действие вольтметра. Образцовые конденсаторы имеют добротность примерно 10*, поэтому приближенно можно принять Q = Ql. Самая существенная составляющая погрешности измерения Ql возникает из-за неточности измерения напряжений.

Добротность можно измерить, используя метод вариации емкости. Для этого из-

меряют значения емкостей Cki и Ск2. на частотах /i и /2 при 0,707 Lfс . Эквивалентная добротность катушки в этом случае

еь = (Ск1+Ск2)/(Ск2-Ск1).

В измерителях добротности с емкостным аттенюатором максимальное значение образцовой емкости Совртвх < 0,02С„ следовательно, можно принять Собр ~ Ск и расчет Qi проводить по формуле

eL = (Ci + C2)/(Cj-Ci),

где Cj и С2 - значения емкости, считываемые со шкалы прибора. В этом случае погрешность измерения Q будет обусловлена в основном погрешностью градуировки образцового конденсатора.

С помошью измерителей добротности проводят измерение индуктивности и собственной емкости катушки. Для этого измеряемую индуктивность вводят в контур последовательно с образцовым конденсатором. После настройки в резонанс эквивалентную индуктивность рассчитывают по формуле

1.,6р=1/Ск.рШ. (6.1)

На фиксированных частотах генератора индуктивность Lj однозначно зависит от Ск.р*Ср. Поэтому со шкалой образцового конденсатора совмещают шкалу измеряемых индуктивностей, которая соответствует только ряду фиксированных частот, указанных в паспорте на прибор. Погрешность измерения индуктивности

81обр = - SCk. р - 2So)p х-8Ср- 5<Вр. (6.2)

Погрешность установки частоты лежит в пределах 1%, а погрешность определения резонансной емкости зависит от погрешностей градуировки шкалы, считывания и определения экстремального уровня напряжения на конденсаторе. Значение последней при малых добротностях контура может составлять несколько процентов. Эту погрешность можно рассчитать по формуле

Кроме того, эквивалентная индуктивность несколько отличается от истинной.



1/ff

Со О С«г С«

Рис. 6.3. График для определения значений L и С„

Подставив в (6.1) значение Скр из (6.2), после преобразований получим

L=V«?(Qp+Co). (6.3)

Таким образом, для определения L, необходимо знать С(,. Емкость Ср можно определить из (6.3):

l g = 4nL(Qp+Co),

где зависимость 1 о от Ск. р - прямая линия, отсекающая на оси абсцисс (рис. 6.3) отрезок, соответствующий Со, а на оси ординат l/fo- Следовательно, неизвестные значения Со и L можно определить из графика, построенного для двух значений емкости Ск. Измерения можно проводить на частотах, высшая из которых не более /о/2, так как собственная емкость Со изменяется с изменением частоты вблизи f.

Определение L и Со по графику вносит дополнительные погрешности, связанные с неточностью его построения. Уменьшить погрешность можно путем ее непосредственного вычисления.

Если использовать свойство колебательного контура изменять свою добротность при введении в него неизвестного сопротивления, то измерители добротности можно применить для измерения сопротивлений. Если измеряемое сопротивление много меньше резонансного сопротивления контура Хр, то Гх вводится в контур последовательно. При этом полное сопротивление контура при резонансе

Г=Гс + Г1 + Гх.

Разделив обе части равенства на Хр, получим:

yQ2 = yQi+rx/xp,

где Q, и Q2 - значения добротности контура, измеренные до и после введения г. Отсюда

Гх = (б. - 62)76162 • 2я/(Ск -I- Со).

Относительная погрешность определения Гх

8г=-8(С,-ьСо)-5/--

+ (62861-ei5e2)/(Gi-62)-Большие сопротивления вводят в контур параллельно образцовому конденсатору. Пересчитав параллельное включение и С в последовательное, можно найти параметры последовательной схемы замещения:

C3x=C[ l + l/(Rxa)Cfy,

= 1/((вС)*Кх {1 + [1/(Кх(вС)]}. Подставив значение Гэх в формулу для Гх, получим:

Rx = 6.62/(6. - б2)2я/(С + Со)[1 +

+ i/{Rx<oQl.

Расчет можно проводить и по приближенной формуле:

к; * 6162/(61-62) W(C +Со).

При этом появляется методическая погреш-

AC/Rx = {Ri - Rx)/Rx = (xp/Rxf.

(6.4)

Погрешность измерения Rx рассчитывают по формуле (6,4), и в диапазоне от 1 до 200 МГц она лежит в пределах 5 - 10%.

6.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДОБРОТНОСТИ

Существенными недостатками приборов для измерения добротности, основанных на использовании свойств резонансного контура, являются косвенный характер определения параметров электронных компонентов и цепей, невысокая точность измерений, ограниченные возможности в измерении параметров низковольтных нелинейных устройств из-за большого напряжения, развиваемого на контуре в момент резонанса. Эти недостатки в основном и вызывают необходимость автоматизации методов измерения добротности, которые не только обеспечивают возможность измерения с непосредственным отсчетом сопутствующих параметров (емкости, частоты) и различных параметров компонентов и цепей за счет применения цифровых методов и обработки информации микропроцессорами, но и позволяют значительно уменьшить погрешность путем введения поправок.

При выборе методов автоматизации измерений добротности в первую очередь рассматривают вопросы рационального построения структуры прибора, обеспечения



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0101