Причины погрешностей анализа распределений. Принцип действия цифрового измерителя добротности контура. Определение максимальной чувствительности и коэффициентов отклонения осциллографа

ЗАДАНИЕ 1

Приведите структурную схему анализатора распределения вероятностей (статистического анализатора) случайных сигналов и опишите принцип его работы. Укажите причины погрешностей анализа распределений.

Наиболее просто анализу подвергаются эргодические стационарные случайные процессы, так как одна реализация может представлять весь процесс. Таким образом, свойство эргодичности позволяет рассматривать только одну реализацию случайного процесса.

Исследуемый сигнал подается на входное устройство ВхУ, обеспечивающее необходимый уровень сигнала для нормальной работы последующих узлов. Амплитудные селекторы АС1 и АС2 (следящие одновибраторы на триггерах Шмидта) выделяют сигналы с амплитудой, превышающей некоторый заданный уровень – порог селекции. Порог первого селектора устанавливают равным , второго - . На выходе селектора АС1 получаются прямоугольные импульсы U1 длительностью, равной интервалам времени превышения уровня. На выходе селектора АС2 получаются импульсы U2, длительность которых равна интервалам времени превышения уровня . Формирующие устройства ФУ1 и ФУ2 предназначены для уравнивания высоты импульсов. Выходное напряжение первого формирующего устройства усредняется в блоке усреднения БУ и поступает на регистрирующее устройство РУ. Очевидно, что полученное значение пропорционально ординате функции распределения на уровне .

Для получения значение ординаты плотности вероятности p(x) обе последовательности импульсов U1 и U2 с обоих формирующих устройств поступают на вычитающее устройство ВУ, на выходе которого появляются импульсы длительностью, равной разности длительностей входных импульсов. После усреднения всей суммы этих разностей на регистрирующее устройство поступает значение, пропорциональное ординате плотности вероятности в интервале .

Для построения графиков функции распределения и плотности вероятности необходимо провести несколько (не менее 10) измерений при разных уровнях  и равных уровнях . Амплитудные селекторы выполняются с регулируемыми порогами селекции, а уровень устанавливается с помощью регулятора РУУ. Управление порогами селекции и уровнями можно выполнять автоматически, синхронно с разверткой осциллографа, включенного в качестве регистрирующего устройства. Полученная осциллограмма представляет собой график исследуемой функции.

Погрешность измерения оценок одномерной плотности вероятности функции распределения аналоговым методом зависит от причин. Основные из них:

- конечный интервал времени измерения

- ограниченное число уровней

- значительная ширина интервала  (2-5% входного сигнала).

Кроме перечисленных методических причин, имеется ряд инструментальных:

- неточность и дрейф установки порогов

- искажение фронта и среза импульсов

- ограниченное быстродействие амплитудных селекторов

Указанные причины ограничивают полосу частот исследуемых сигналов на уровне десятков килогерц.

ЗАДАНИЕ 2

Поясните принцип действия цифрового измерителя добротности контура и укажите область его применения.

Принцип работы цифрового куметра основан на измерении числа периодов затухающих колебаний в контуре ударного возбуждения.

Известно, что огибающая свободных колебаний имеет вид экспоненты: .

Цикл наблюдения следует ограничить интервалом времени, равным произведению периода и числа периодов. Тогда  и формула примет вид

. Приняв , получим

Отсюда следует, что если сосчитать число колебаний от первого с амплитудой   до N-го с амплитудой , то показание счетчика будет соответствовать добротности измеряемого контура.

Ниже приведена одна из возможных структурных схем цифрового измерителя добротности.

Напряжение генератора импульсов с большой скважностью заряжает конденсатор  до напряжения , которым открывается электронный ключ ЭК. Одновременно в контуре возникают свободные затухающие колебания, которые проходят через сравнивающее устройство СУ и электронный ключ ЭК на электронный счетчик до тех пор, пока амплитуда очередного колебания не уменьшится до значения, равного .

В этот момент сравнивающее устройство СУ закрывает электронный ключ и счет прекращается. Для четкой работы счетчика затухающие колебания с помощью формирующего устройства ФУ преобразуются в последовательность счетных импульсов. Показание индикатора счетчика сбрасывается через интервал времени задержки, определяемый линией задержки.

Область применения:

- настройка связной аппаратуры

- контроль отсутствия короткозамкнутых витков трансформаторов, катушек силовых приводов и т.п.

ЗАДАНИЕ 3

Определить максимальную чувствительность и коэффициенты отклонения осциллографа по каналам Y и X ( соответственно), если при одновременной подаче на вход обоих каналов переменного напряжения с амплитудой  на экране наблюдается осциллограмма высотой 60мм и шириной 40мм. Переключатели входных делителей каналов Y, X установлены в положения 1:10 и 1:1 соответственно, а усиление по каналам максимально.

Решение:

На вход канала Y поступает в силу наличия деления напряжение с амплитудой 0.2В.

Тогда

Ответ:

ЗАДАНИЕ 4

Вольтметром В4-2 измеряется амплитуда однополярных импульсов длительностью 1нс с частотой следования 100Гц. Показания вольтметра 9В. Определить погрешность измерения за счет постоянной составляющей импульсного напряжения и введите поправку к показаниям вольтметра, указав действительное значение амплитуды импульсов.

Решение:

Вольтметр В4-2 предназначен для измерения импульсных напряжений и поэтому его показания в данном случае корректны. Поправки не требуются.

ЗАДАНИЕ 5

При определении полного сопротивления нагрузки измерительной линией получены следующие результаты:

Показания индикатора в точках минимума и максимума напряженности электрического поля равны 100дел и 25 дел соответственно. При подключении нагрузки произошло смещение минимума поля на 10мм по сравнению с короткозамкнутой линией в сторону к нагрузке.

Определить полное сопротивление нагрузки, если частота генератора 3ГГц и волновое сопротивление линии 75Ом.

Решение:

При условии линейности характеристики детектора получаем значение КСВ:

Длина волны:

Относительное перемещение по направлению к нагрузке:

Отмечаем точку на диаграмме:

Из диаграммы получаем нормированные значения:

Умножаем на волновое сопротивление линии и получаем полное сопротивление нагрузки:

.

Ответ: Ом.