Метрологические исследования точных приборов, измеряющих взаимное положение 2-х электрических напряжений в широком диапазоне частот, страница 7

(ОТФ). Если же применять двухполупериодный тригтерный фазометр (ДТФ) с использованием всех четырех точек перехода через нуль, то можно уменьшить погрешность до нескольких сотых градуса. Образцовые фазометры, имеющие перепад входных сигналов до 40 дБ при погрешности 0,1- принципах фазоустойчивости, создаются низкоомные выходные каскады для снижения АФП до малых значений без ее измерения.

Рассмотрим один канал КФ, в котором возникает АФП, когда сопротивление потенциометра R_n в катоде лампы Л регулируется от нуля до максимального значения (рис. 13 а).

АФП определяется по формуле

             (10)

где f-частота сигнала; С_К — емкость нагрузки (выходной кабель калибратора и входная емкость фазометра); С_М-ёмкость монтажа; R_{n max} ,R_{n min}-сопротивления регулируемого потенциометра.

рис.3  Выходной каскад измерителя фазы : а-принципиальная схема;

б-эквивалентная схема; в-амплитудно-фазовые характеристики.

Определив максимум АФП (рис.3,6), для чего выражение для АФП продифференцируем по функции измерения сопротивления для переменной нижней (R) части потенциометра R₁ и приравняем производную к нулю, получим

,       (11)                                                                    где С_сС_м + С_К+С_к.с + С_к-а — суммарная емкость; R_i — внутреннее сопротивление лампы; R_См — сопротивление смещения.

Опуская подробности, получим, что R имеет два минимума и один максимум:   R_{min l}=R_i + R_см ; R_{min 2}=0 (практически это равно переходному сопротивлению угольной дорожки вблизи нулевого контакта потенциометра — обычно от 3 до 10 Ом); R_max= (R₁ + R_i + R_см)/2 =R_oбщ/2.

Равенство уровней сигналов в каналах фазозадающих устройств означает режим нулевой АФП, т. е. точка R_{min l}=R_i + R_см по оси R_c в системе координат R, U является точкой, через которую должна проходить нулевая абсцисса напряжений (или отношения напряжений) в системе координат U, ф при условии, что все емкости постоянны.

Точками R_{min l}, R_max, R_{min 2} и определяются границы АФП измерителя фазы, причем может быть смещение погрешности по оси ослаблений (отношения напряжений) как в одну, так и в другую сторону. Последнее определяетсся тем, что потенциометры выпускаются стремя типами функций изменения значения сопротивления R при вращении рукоятки на угол :

, где R₁ — полное сопротивление при повороте на полный угол _п; 0<₁<_П.

На рис.3,в в системе координат R, U приведены кривые, показывающие зависимость U от вводимого при регулировке значения сопротивления R для трех видов функции F(): показательной е^m (0<m<2), линейной е^m (m = 0) и логарифмической lg m(-1<m<0) функций.

Линия АС — линия максимального сигнала на выходах КФ, т. е. линия нулевого ослабления. При уменьшении R_i погрешность ∆j_апф начинает увеличиваться (линия CL до точки L) и далее уменьшается (линия LPO до линии TS), что соответствует ослаблению U_min/U_max). Если R₁ нелинейно, то ∆j_апф изменяется по линии СКО (показательная функция) или по линии СМО [F() логарифмическая функция]. Теоретически, если R_i = 0 и R_см = 0, то R_maxl = R_общ/2 и максимум ЛФП прошел бы через точку Р на линиях ОА и СВ.

Таким образом, для выходных каналов идеального ИФ (R_i = 0) и линейного потенциометра максимум АФП наступает при ослаблении, определяемом следующей формулой:

дБ

Ослабление 6дБ соответствует точкам Р и F на оси OU при условии U_min®0. При наличии R_i и R_см и линейных потенциометров ослабление будет 5,1 дБ (точки L и Е). При линейных характеристиках потенциометров максимум АФП смещается от значения 5,1 дБ в разные стороны [точка D для показательной F () и точка G для логарифмической F()]. Из данного анализа следует вывод, что кривая АФП имеет точки нулевой погрешности y,l,m,  при дальнейшем увеличении ослабления, после чего она переходит к отрицательным значениям. Как показали эксперименты, для ИФ типов Ф1-2 и СФ-2М АФП равнялась нулю при перепадах ослабления от 0 до 31 — 32 дБ. Если специально рассчитать логарифмическую зависимость сопротивления потенциометра R₁ кривую из двухзначной можно сделать однозначной (штриховая кривая CUT, имеющая в диапазоне напряжений от U_maxдо U_min погрешность только положительную). Это удобно для исключения АФП путем использования поправок. В каналах ИФ уменьшение АФП достигается уменьшением значения R₁. Этот путь ведет к увеличению мощности усилителей, работающих на регулируемые потенциометры, в связи с чем выделяется много теплоты, что вызывает нестабильность параметров аппаратуры.