Погрешности измерений. Измерение токов и напряжений. Приборы анализа электрических сигналов. Измерение напряженности поля и помех, страница 8

Замена u(t) любой формы постоянным – действующим обеспечивает простоту всех инженерных расчетов. При этом необходимо определить вначале коэффициент амплитуды

.

Если синусоидальное колебание, то К_а(sin)=1.41, то есть U=0.7U_m и это известное соотношение часто можно увидеть в виде подписей на шкале вольтметра. Тем самым подчеркивается, что вольтметр проградуирован в действующих значениях синусоидального тока, что очень удобно для инженеров-электриков. Но инженеры связи в большинстве практических случаев имеют дело со сложными, любыми по форме сигналами, резко отличающихся от синусоидальных! Например, любой случайный сигнал (передающий информацию) или помеха представляют собой огромную сумму гармонических синусоид со случайной фазой. Возникает необходимость для связи иметь проградуированные по коэффициенту амплитуды шкалы приборы. Но выполнить эту задачу для огромной разновидности электрических сигналов связи невозможно. Остается одно – выполнить измерительный прибор (вольтметр), осуществляющий обработку по (2.2) – создать вольтметр действующих значений.

Обеспечивать взятие постоянного радикала   нет необходимости, можно шкалу вольтметра проградуировать в  раз, процесс интегрирования – простая, несложная операция, которая легко обеспечивается пассивной интегрирующей цепочкой (RC), либо интегрирующим операционным усилителем (ОУ с обратной связью через большую емкость). Значит самое существенное – это возведение в квадрат первичного u(t), причем это функциональное преобразование должно обеспечиваться в широком динамическом диапазоне амплитуд (если класс прибора 0.1, то Д=60дБ) и частотном диапазоне. Готовых аналоговых умножителей (типа МА) пока нет, поэтому в метрологии используют начальный, квадратичный участок ВАХ диода – квадратичное детектирование.

При этом необходимо обеспечить

1)  U_вх0.5В – квадратичный участок;

2)   ();

3)  .

Однако один диод может обеспечивать Д=20дБ, то есть U_вх.max=0.5 В, а U_вх.min=0.05 В, так как вблизи нуля вольт ток диода, p-n переход, неустойчив (область тепловых шумов). Потому в вольтметрах действующих значений применяют цепочечное включение нескольких диодов. На рисунке 2.8 приведено цепочечное включение двух диодов.

Рисунок 2.8

Здесь диод Д1 работает в квадратичном режиме до U_вх=0.5В, а затем вступает в линейный режим. Но в это время вступает в квадратичный режим диод Д2, который заперт до – 0.5 В с помощью потенциометра R1 и R2. Суммарное напряжение на R_н будет ~ u_вх²  на основе суммы двух динамических диапазоновД1 и Д2. Для сравнения, электронные вольтметры В3-38 и В3-18 имеют следующие данные:

В инструкции по эксплуатации В3-38 подчеркнуто: прибор предназначен только для измерения синусоидальных сигналов (0.7U_m), а для В3-18 соответствующая запись гласит: «прибор проградуирован в действующих значениях и предназначен для измерения U любых по форме сигналов, включая шумоподобные». Но частотный диапазон В3-18 значительно уже (цепочечное включение диодов увеличило паразитную входную емкость).

3 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Вслед за амплитудой сигнала (В) измерение мощности (Вт) относится к наиболее часто встречающимся операциям в теории связи.

Измерение мощности на низких частотах диапазона (0÷20 кГц), область сигналов всего звукового диапазона – попадающего на вход модулятора, в то время, как на выходе модулятора для инженеров связи – это высокие частоты.

Низкочастотные ваттметры – это практически в 100% случаев, электродинамические приборы (рисунок 2.4), которые имеют класс точности до 0.1. Но для радиоинженера измерение интересующих физических величин с помощью включения последовательно с нагрузкой каких-либо индуктивностей, сопротивлений недопустимо, поэтому ЭД ваттметры в технике связи используются крайне редко, а принцип их работы рассмотрен ранее.