Е = 1,41 Un, Uсв = Е/Ку, Uскз = Е/Ка.
Особую подгруппу В4 составляют импульсные вольтметры - измерители амплитуд импульсов, в том числе коротких - наносекундных, редко повторяю-щихся и одиночных. В некоторых импульсных вольтметрах применены последовательный и параллельный пиковые детекторы, а также детектор для измерения размаха напряжения, так называемый удвоитель напряжения (рис. 35). В нем во время отрицательных полуволн входного напряжения конденсатор С
постепенно заряжается до напряжения, близкого к их амплитуде E
. Это напряжение, складываясь с напряжением положительных полуволн входного напряжения, постепенно заряжает конденсатор С до напряжения, близкого к Е+E. В современных импульсных вольтметрах чаще используются компенсационная и автокомпенсационная схемы измерения, в которых амплитуда входного импульса сравнивается с образцовым напряжением. При измерении амплитуд коротких импульсов их длительность предварительно существенно увеличивают с помощью диодно-конденсаторных расширителей импульсов. Все импульсные вольтметры подгруппы В4 в отличие от вольтметров переменного напряжения подгруппы В3 градуируются в амплитудных значениях, т. е. на шкалу наносится результат измерения амплитуды или размаха входного переменного напряжения.
По сравнению с другими измерителями амплитудных (в широком смысле слова) параметров (измерителями мощности, анализаторами спектра, измерителями частотных характеристик, осциллографами) вольтметры, и в первую очередь цифровые, имеют наименьшие погрешности измерения. Поэтому они используются для наиболее точных измерений, например для измерения малых неравномерностей частотных характеристик фильтров в рабочей полосе частот. Такие измерения проводятся в соответствии со схемой, приведенной на рис. 36.
Для уменьшения погрешности прини-маются следующие меры. Входное и выходное напряжение фильтра измеряется одним и тем же вольтметром, за счет этого исключается влияние собственной частотной характеристики вольт-метра. Устанавливаемый с помощью генератора уровень входного напряжения фильтра берется таким, чтобы его выходное напряжение, измеряемое вольтметром, было близким к одному из пределов измерения вольтметра. Тем самым снижается влияние приведенной к пределу измерения составляющей погрешности измере-ния, в частности, погрешности за счет дискретности. С этой же целью с помощью дополнительного делителя напряжения измеряемый вольтметром уровень входного напряжения фильтра также устанавливается близким к пределу измерения вольтметра. Измеряются входное и выходное напряжение фильтра на выбранных частотах, рассчитываются модуль коэффициента передачи и его относительное изменение в заданной полосе частот.
1.9. Измерение напряжения сложной формы
Линейные, квадратичные и амплитудные вольтметры группы В3 наиболее удобны для измерения гармонического напряжения, при подаче которого на вход они показывают в соответствии с градуировкой его среднеквадратичное значение. В реальных условиях форма напряжения отличается от идеальной, кроме основной составляющей имеется вторая и (или) третья гармоники. За счет этого показания линейного и амплитудного вольтметров будут отличаться от показания квадратичного вольтметра, измеряющего среднеквадратичное значение при любой форме напряжения. Эти отличия можно считать погрешностью измерения, которая зависит от относительного уровня гармоник и фазовых соотно-шений между составляющими. Для ли-нейного вольтметра при уровне гармо-ники относительно основной состав-ляющей 1; 3 и 10% в худшем случае при наличии только второй гармоники погрешность соответственно 0,02; 0,03 и 0,5%, а при наличии только третьей гармоники - 0,3; 1 и 3,8%. Ампли-тудный вольтметр более чувствителен - к отклонению формы напряжения от гармонической, в худшем случае пог-решность достигает значения относи-тельного уровня гармоник.
При сложной форме напряжения показания вольтметров различного вида отличаются существенно.
Найдем результаты измерения импульсного напряжения (рис.37) - по-казания пяти вольтметров: вольтметра постоянного напряжения подгруппы В2, линейного (измеряющего средневыпрямленное значение), квадратичного и амплитудного вольтметров переменного напряжения подгруппы В3, импульсного подгруппы В4, измеряющего амплитуды или размах напряжения. На рис. 37 по оси ординат отложены вольты: Е= 4В, E= -1В, по оси абсцисс - единицы времени 
, размер которых не влияет на измеряемые значения напряжения.
Среднее значение - постоянная составляющая измеряемого напряжения:
Uo =
.
Показание вольтметра постоянного напряжения U совпадает с результатом измерения среднего значения, U = Uo =2В.
Все вольтметры переменного напряжения подгруппы В3 и импульсные вольтметры подгруппы В4 измеряют только переменную составляющую U (t) входного напряжения сложной формы (рис. 37), U (t) = U(t) - Uo.
Средневыпрямленное значение Uсв переменной составляющей входного напряжения:
Uсв =
С учетом градуировки вольтметров средневыпрямленных значений его показание U в 1,11 раза больше результата измерения:
U =1,11 Uсв =1,11·2,4=2,7 
.
Среднеквадратическое значение Uскз переменной составляющей входного напряжения Uскз =
Показание квадратичного вольтметра Uз совпадает с результатом измерения:
Uз= Uскз=2,45 В.
Амплитудные значения U и U переменной составляющей входного напряжения:
U = Е- Uo=2, U = Uo- E=3.
Показания амплитудного вольтметра переменного напряжения группы В3 U и U составляют 0,707 от результата измерения.
U =0,707(Е-Uo)=0,707·2=1,4, U =0,707(Uo-E)=0,707·3=2,1.
Импульсные вольтметры подгруппы В4 измеряют амплитуду одной (или поочередно обеих) полуволн переменной составляющей входного напряжения, т. е. Е1 -U0 или U0 - E2.Эти вольтметры градуируются в амплитудных значениях напряжения. В данном случае показание импульсного вольтметра U5 = E1 – U0 = =2 или U5 = U0 – E2 = 3.
1.10. Измерение мощности
Характеристикой уровня колебаний на СВЧ служит не напряжение, а мощность. Это вызвано как неоднозначностью, связанной с зависимостью напряжения от длины СВЧ тракта, так и с недопустимо большими погрешностями, возникающими на этих частотах как в самом вольтметре, так и при его подключении к тракту. Вопрос подключения остается крайне важным и для измерителей мощности, необходимо учитывать погрешность за счет рассогласования. Мощность измеряется в ваттах и производных от него единицах, иногда применяют относительную единицу -10 log Р/Ро, где Ро = = 1 мВт, децибелы относительно милливатта – дБмВт.
Основной принцип измерения мощности СВЧ колебаний состоит в преобразовании электромагнитной энергии в тепловую. Использовано также преобразование электромагнитной энергии в механическую (пондемоторный метод) и возникновение постоянной ЭДС в полупроводнике в электромагнитном поле - эффект Холла.
Преобразование электромагнитной энергии в тепловую осуществляется в выполняющих функции поглощающей нагрузки терморезисторах, термопреобразователях – термопарах, а также в специальной водяной или твердотельной поглощающей нагрузке. Измерители мощности содержат две основные части: приемный преобразователь (так называемая головка) и измерительный блок – аналоговый, или цифровой измеритель сопротивления терморезисторов или измеритель постоянной термо-ЭДС, или измеритель температуры водяной или твердотельной поглощающей нагрузки. Приемные преобразователи выполняются в виде конструктивно завершенных коаксиальных и волноводных приборов подгруппы М5, обеспечивающих хорошее согласование с трактом источника мощности и совместно с измерительным и отсчетным блоком работу измерителя мощности в широком диапазоне частот. В терморезисторных приемных преобразователях используются термисторы и болометры. Термисторы выполняются в виде цилиндра или бусинки из полупроводникового материала диаметром 0,2 - - 0,5 мм с тонкими металлическими выводами, иногда термистор помещается в стеклянный баллон. Термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент и пределы изменения сопротивления 100 - 1500 Ом. С целью улучшения согласования рабочая точка устанавливается путем предварительного подогрева термистора постоянным током. При чувствительности 10 - 100 Ом/мВт обеспечивается измерение малых мощностей - - 10
- 10
Вт. Для термокомпенсации в преобразователе применяют два термистора.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
Основные порталы (построено редакторами)