АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ
ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра «Электроника и компьютерные технологии»
Проректор по учебно-
методической работе
_________________Э.А. Сериков
«_____»_____________ 2006 г.
Методические указания к
выполнению лабораторных работ
(для студентов факультета
«Радиотехники и связи» всех форм обучение)
Начальник УМО
_______________О.З. Руттайзер
«______»______________ 2006 г.
Специалист по стандартзации
_____________ Н.М. Голева
«___» ___________2006г.
Редактор Л.Т.
Сластихина
«______»______________ 2006 г.
Рассмотрено и одобрено на
заседании кафедры ЭКТ
Протокол № 8 от 22.07.2006г.
Зав. кафедрой ЭКТ
_______________
А.Б. Берикулы
Разработчики:
______________ Э.А. Иванов
______________ С.К. Оразалиева
______________ М.О. Дулатбаева
СОСТАВИТЕЛИ: Э.А.
Иванов, С.К. Оразалиева, М.О. Дулатбаева. Метрология, стандартизация и
сертификация. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для
студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и
телекоммуникации). – Алматы: АИЭС, 2006. – 42с.
Методические указания
содержат указания по подготовке и выполнению лабораторных работ. В каждой
работе приведены сведения из нормативно-технических документов в области
метрологии, измерительной техники и стандартизации в объеме, необходимом для
квалифицированного решения сертификационных испытаний при исследовании
характеристик и параметров радиоэлектронной аппаратуры.
Методические указания предназначены для
студентов всех форм обучения по специальности 050719 – Радиотехника,
электроника и телекоммуникации.
Ил 23
, табл. 8 , библиограф. – 2 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, проф. А.Д.
Джангозин.
Печатается по плану издания Алматинского
института энергетики и связи на 2006 г.
© Алматинский институт
энергетики и связи, 2006 г.
В подготовке специалистов в области радиоэлектроники и
вычислительной техники одной из важнейших дисциплин является «Метрология,
стандартизация и сертификация», знание которой необходимо для обеспечения
единства и требуемой точности измерений, а также для методически правильного
измерения различных физических величин и обработки результатов измерений.
В результате выполнения лабораторных работ студент
должен знать: основные представления метрологии и действующих стандартов,
физические величины и единицы измерения, общие законы и правила измерений;
принципы построения измерительных устройств и их возможности, методы и средства
измерения различных величин; уметь правильно оценивать величины при решении
практических задач; определять погрешности результатов измерений; правильно
применять правила округления результатов измерений.
В методическом пособии введена новая концепция
описания результатов измерения, рекомендованная Международной организацией по
стандартизации (ИСО) и Международной электротехнической комиссией (МЭК) – ISO/TAG - /WG3.
Схемы и принципы измерения базируются на таких
дисциплинах, как «Физика», «Теория вероятностей и математическая статистика»,
«Теория электрических цепей».
Теоретические и практические разделы лабораторных
работ входят в состав тестовых вопросов и экзаменационных билетов. За
установленное учебное время необходимо выполнить 4 двойные лабораторные работы,
составить и защитить отчет по пятибальной системе.
Уровень качества выполнения лабораторных работ
оценивается преподавателем на основе экспертного метода и входит в общую оценку
работы студента. Для получения высокой оценки студент должен предоставить отчет
о проделанной работе на очередном занятии. Выполненные работы в полном объеме и
весьма качественный отчет – гарантия успеха.
Отчет выполняется в полном объеме в соответствии со
стандартом АИЭС «Учебные работы».
1.1
Цель работы: изучить и
освоить принципы, способы, методы и средства измерения электрического
напряжения, тока, мощности и сопротивления на постоянном токе, освоить
метрологические методы обработки и представления результатов измерения.
1.2
Оборудование: источник
регулируемого напряжения, магазин сопротивления, аналоговые приборы, цифровые
мультиметры.
1.3 Задание:
а)
изучить устройства и принцип действия амперметра и вольтметра электромагнитной
системы, условные обозначение их метрологических характеристик;
б)
измерить напряжение и ток и записать результаты измерения в соответствии с
требованием стандарта;
в)
измерить мощность, потребляемую нагрузкой и записать результат измерения в
соответствии с требованием стандарта;
г)
измерить электрические сопротивление и выявить соответствие результатов
практических измерений теоретическим соображениям о погрешностях двух схем;
д)
произвести обработку экспериментальных данных и представить отчет.
1.4
Технология измерении
Для
реализации задания необходимо собрать две схемы (рисунок 1.1). Для упрощения надо сначала собрать токовую цепь
схемы при помощи проводников с вилочными наконечниками. Вольтметр со стороны
отрицательного полюса источника питания GB можно также подключить постоянно такими же проводами.
В качестве другого провода PV следует взять
проводник с одним (или двумя) штекерным наконечником. Перебрасывая штекер легко
реализовать схемы а и б включения вольтметра.
РА – амперметр; РV – вольтметр;
GB – регулируемый источник напряжения;
RХ – магазин сопротивления.
Рисунок 1.1 – Измерительные схемы
Сопротивление
RХ задается
преподавателям 8 – 20 Ом. После установки
его на магазине сопротивления, оно остается постоянным в течение всей
работы и является сопротивлением нагрузки источника питания.
В
работе применяются многопредельные приборы электромагнитной системы.
Номинальный предел измерения задается
переключателем прибора. Следует установить минимальные пределы измерения. Они
будут определять диапазон шкалы (например, 1А и 7,5В). Напряжение в цепи
устанавливается регуляторами грубо и точно источника питания. Перед включением
его в сеть следует поставить их в нулевые положения.
Значения
RX, Е, I, U связаны между собой по закону Ома. Значение Е следует
установить таким, чтобы стрелки приборов были установлены на участке большим
2/3 всей шкалы. Перед включением приборов следует проверить соответствие
положения стрелок нулевой отметке. Для установки на ноль служит корректор
прибора (регулятор под шлиц на корпусе прибора).
Присоединение
к схеме одного, двух или более приборов приводит к несоответствию измеряемый
величины и величины, полученной при
измерении. Это определяется конечным значением внутреннего сопротивление
приборов. Сопротивление амперметра Rа и
вольтметра Rв (в общем случае импеданс) указывается в качестве
метрологической характеристики в нижней части шкалы прибора (или в паспорте).
1.5 Метрологические указания к первой части работы
Показание
приборов отсчитываются по положению стрелки относительно градуированной шкалы.
При измерении тока и напряжения реализуется прямой способ по методу
непосредственной оценки. Необходимо найти
постоянные приборов
,
, (1.1)
где 
, 
- установленные
пределы измерения;
, 
- число всех делений
шкалы.
Отсчет
по шкале производится в целых делениях шкалы 
, 
, пренебрегая неопределенностью при положение стрелки между
делениями.
Тогда
величина напряжения U и тока I равны
,
. (1.2)
Для
первой схемы (а) амперметр измеряет ток магазина сопротивления, а вольтметр
измеряет сумму напряжений на амперметре и магазине сопротивления. Обычно, нас
интересуют активные параметры на нагрузке,
поэтому
необходимо исправить показание вольтметра
. (1.3)
Во
второй схеме (б) вольтметр измеряет напряжение на нагрузке, а амперметр
измеряет сумму токов, протекающих через нагрузку и вольтметр.
Исправленный
результат равен
. (1.4)
Каждый
прибор электромеханической группы характеризуется основной метрологической
характеристикой – классом точности (ГОСТ 8.401-80 ГСИ). Он указывается в виде
числа на панели шкалы прибора (например, 0,5; 1,0; 1,5). Класс точности g[%] позволяет найти максимальную возможную зону
неопределенности показаний прибора
,
. (1.5)
Результат
измерения представляется в документах различной формы в виде
,
. (1.6)
Результаты
работы следует оформить в виде таблицы 1.1
Таблица 1.1 – Результаты измерений тока и напряжения
(схема а)
UH =… B;
IH =… A; aUH =… дел; aIH =… дел;
gU =… %; gI =… %; Ra
=… Ом; Rв =… Ом.
|
Параметр |
СХ |
aХ |
х |
ХИС |
DХ |
|
|
Напряжение, В |
|
|
|
|
|
|
|
Ток, А |
|
|
|
|
|
|
Аналогично
таблица составляется для схемы б.
Мощность
определяется в виде
PX=UI, (1.7)
т.е.
косвенным способом по методу непосредственной оценки.
В этом
случае уместно рассматривать неопределенность (1.7) за счет схем включения
приборов.
Для
схемы на рисунке 1.1, а измерение значение мощности
P=Px+IUa, (1.8)
где Ua – падение напряжения на амперметре.
При
этом не выраженная определенность (известная ранее как методическая
погрешность) в абсолютной форме, равна
. (1.9)
То же,
но в относительной форме
. (1.10)
Для
схемы на рисунке 1.1 б получим аналогичные выводы
P=PX+IвU, (1.11)
где Iв – ток
через вольтметр.
, (1.12)
. (1.13)
Исправленные
результаты имеют вид
схема а –
, (1.14)
схема б –
. (1.15)
Влияние
инструментальных погрешностей средств измерения учитываются формулами
, %,
(1.16)
, %. (1.17)
При измерении
мощности необходимо сложить выражения (1.16) и (1.17)
. (1.18)
Результат
измерение мощности следует записать в виде
,
. (1.19)
Результаты
работы следует записать в таблицу 1.2
Таблица 1.2 – Результаты измерения мощности
|
Параметры |
Схема |
|
|
а |
б |
|
|
U, B – из таблицы
1.1 |
х |
х |
|
I, A – то же |
х |
х |
|
Рх, Вт |
х |
х |
|
|
х |
|
|
|
|
х |
|
|
х |
|
|
|
|
х |
1.6
Методические указания ко второй части работы
Измерение
неизвестного сопротивления производится по той же первоначальной схеме (рисунок
1.1) при прежних её электрических параметрах.
При
измерение Rх существенную роль оказывают сопротивление приборов и
схема их включения. В работе неизвестное сопротивление заменяется известным.
Измеряемое сопротивление определяется по формуле
. (1.20)
Так как
показание прибора в схемах а и б различны, то получаем два значения - 
и 
. В этом случае применяется косвенный способ по методу
непосредственной оценки.
Неопределенность
результата за счет конечного сопротивления прибора и способа их включения в
цепь выражается в относительной форме
, %, (1.21)
%. (1.22)
Исправленный
результата измерения сопротивления имеет вид
схема а –
, (1.23)
схема б –
. (1.24)
Неопределенность
за счет инструментальных погрешностей учитывается предельным отклонением
, (1.26)
где 
и 
- (1.5); I, U – ток и
напряжение в схемах а и б.
Результат
измерения представляется в виде
,
.
Результаты
работы оформлены в таблице 1.3
Таблица
1.3 – Результаты измерения сопротивления
|
Параметры |
Схема |
|
|
а |
б |
|
|
U, B – из таблицы 1.1 |
|
|
|
I, A – то же |
|
|
|
Rх, Ом |
|
|
|
Rис, Ом |
|
|
|
Dпр, Ом |
|
|
|
|
|
|
По
результатам измерения сопротивления следует сделать проверку по формуле
. (1.27)
Если Rx < R, то следует
применить схему измерения малых сопротивлений, т.е. схему б. Если Rx > R, то следует
применить схему измерения больших сопротивлений; т.е. схему а. Если Rx = R, то две схемы
равнозначны.
Установленное
сопротивление следует измерить цифровым мультиметром. Эту часть работы следует выполнить под
руководством преподавателя.
Обычно
минимальный предел измерения составляет
200 Ом (у разных типов различный). На этом пределе разрешение составляет к=100
мОм и неопределенность рассчитывается по формуле
.
В таком
случае можно проще проверить предельную погрешность измерения.
1.7 Вопросы для подготовки и тестирования
1.7.1 Запишите уравнение шкалы прибора
электромагнитной системы (градуировка).
1.7.2
Шкала с делениями есть по существу мера. Какая?
1.7.3 Класс точности показывающих приборов.
1.7.4 Каким образом изменяются пределы измерения у
амперметра и вольтметра?
1.7.5 Почему измерения необходимо производить на
конечном участке шкалы?
1.7.6 Как отмечаются нерабочие участки шкалы?
1.7.7 Почему неопределенность за счет конечного
сопротивления приборов и их схемы включения можно исключить из результата
измерения?
1.7.8 Как учитывается неопределенность результата
измерения за счет несовершенства средств измерений?
1.7.9 Почему при косвенном способе измерения 
складываются погрешности
в абсолютной форме 
, а при 
складываются
погрешности в относительной форме 
.
1.7.10 Приведите схему измерения напряжения
амперметром.
1.7.11 Приведите схему измерения тока вольтметром.
1.7.12 Могут ли использоваться схемы на рисунке 1.1
для измерения мощности на переменном токе? Если можно, то какую мощность
получим?
1.7.13 Можно ли применить схемы на рисунке 1.1 для
измерения сопротивления на переменном токе? Если можно, то какое сопротивление
получим?
2.1 Цели работы: изучить и освоить способы,
методы и измерительные устройства для
измерения электрического сопротивления металлического кабеля, петли и
асимметрии шлейфа связи, ознакомиться с нормативными допусками.
2.2 Оборудование: одинарно-двойной мост,
специализированный мост, магазин сопротивления, меры сопротивления.
2.3
Задание:
а)
изучить схемы и уравнения баланса одинарных и двойных мостов;
б)
изучить устройство, назначение и метрологические характеристики магазина и
одиночных мер сопротивления;
в)
произвести измерения известного и неизвестного сопротивления;
г)
произвести измерения сопротивления линий связи в исправном и поврежденном
состояниях;
д)
произвести обработку данных и представить отчет.
2.4
Нормативные требования
При
измерении электрических параметров цепей должны применяться средства измерения,
которые могут обеспечивать соответствующую точность измерения (таблица 2.1).
Таблица
2.1 – Нормируемые допуска при измерении
|
Наименование измерения |
Допуск, ± d, % |
|
Сопротивление жил
(проводников) постоянному току |
0,5 |
|
Омическая асимметрия цепи |
0,5 |
|
Сопротивления изоляции, до
1 Том |
5 |
|
Сопротивления изоляции,
больше 1 Том |
10 |
Асимметрия пары симметричных кабелей магистральных и
зоновых сетей из меди не должна быть больше
, (2.1)
где
l – длина цепи, км;
d – диаметр жилы, мм.
Так,
для марки кабеля ТПП (ТПВ) диметром 0,32мм 
Ом/км.
Чтобы обеспечить допуск в 0,5, надо получить результат
измерения с двумя значащими цифрами после запятой. Такую точность могут
обеспечивать только мосты постоянного тока.
2.5 Методические указания к первой части
При применении мостовых схем реализуется косвенный
способ по методу сравнения (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Упрощенная структурная модель метода
сравнения
(источник питания не показан)
Изменяя образцовое сопротивление,
добиваются отсутствия тока через индикатор сравнения – гальванометр (высокочувствительный
измерительный механизм магнитоэлектрической системы с двусторонней симметричной
шкалой и нулем посередине). По этой причине данный метод называют нулевым
(измерительное устройство – гальванометр не потребляет никакой мощности).
На рисунке 2.2 представлены схемы мостов постоянного тока.
а) одинарный, б) двойной
Рисунок 2.2 – Схемы измерительных мостов
Принцип уравновешивания сводится к
тому, что при любом напряжении U в диагонали
питания ток и напряжение в диагонали индикатора равновесия равны 0; потенциал
тока 1 и 2 одинаковы. Следовательно, одинаковые падения напряжения на плечах 1
и 4 моста. То же самое справедливо и для напряжений на плечах 2 и 4 моста
; 
. (2.2)
Но так как при равновесии Iг=0, то I1= I2; I3= I4. Разделив почленно равенства (2.2), получим условия
равновесия для одинарного моста
, (2.3)
откуда значение измеряемого
сопротивления Rх, обычно включаемого в плечо 1,
. (2.4)
Из (2.4) следует, что уравновешивание
моста постоянного тока можно выполнить
регулированием отношения сопротивлений 
при некотором
неизменном значении сопротивления 
(мосты с переменным
отношением плеч). Наиболее универсальными являются мосты с тремя регулируемыми
элементами 
и сопротивлением сравнения
. В этом случае сопротивление 
есть какое-то
значение многодекадного рычажного магазина сопротивления (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Схема магазина сопротивлений
с рычажным переключающим устройством
Перемещая щетки переключателя
относительно контактов, к которым присоединены катушки сопротивления, изменяют
величину сопротивления.
Плечи с сопротивлениями 
и 
выполняются одинаковыми в виде штепсельных магазинов
сопротивления (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 – Устройство штепсельного магазина
сопротивления (установлено 23,6 Ом)
В отличие от одинарных четырехплечих
мостов, в которых измеряемое сопротивление определяется по известному
сопротивлению плеча сравнения и отношению двух других плеч, в двойных
шестиплечих мостах измеряемое сопротивление
сравнивается с
образцовой мерой сопротивления 
. Для уменьшения влияния переходных контактных сопротивлений
измеряемое сопротивление выполняется либо как образцовое – четырехзажимным,
либо оно включается в цепь через специальное четырехзажимное приспособление.
Уравнение баланса двойного моста при
условии, что r весьма мало (короткий провод
большого сечения), может быть представлено равенством
. (2.5)
2.6 Технология измерения при помощи измерительных
мостов
Одинарный и двойной мост объединены
конструктивно в одном корпусе. Основными элементами моста являются:
переключатель рода работы (одинарный мост МО2, двойной мост МД2), установленные
гнезда с штекерами магазиннов сопротивлений М1 и М2, декадный магазин
сопротивления R. Перед измерением сопротивления Rx=11-111000 Ом следует установить предварительные
значение 
. Обычно, на практике его определяют путем измерения омметром
непосредственной оценки. Омметр дает весьма грубое значение 
.
Баланс моста (полное уравновешивание)
наступает при отсутствии тока в гальванометре. Это соответствует уравнению
. (2.6)
Если сравнить (2.6) с (2.4), то видно,
что 
, а 
. Сопротивление магазина М2 заданы его проводимостями. Плечо
сравнения есть 
. Этот магазин имеет четыре декады до запятой и два декады
поле запятой.
Для установки предварительного значения
сопротивления служит таблица значений М1, М2 и R. Это позволяет осуществить предварительную установку
измеряемого сопротивления. Например, если установим 
, то при М1=1 и М2=10 получим
,
при М1=1 и М2=1-
=1кОм.
Можно сделать весьма просто. Пусть
измеряемое сопротивления 5 кОм. Воспользуемся уравнением (2.6). Установим
М1=М2=1. Тогда при идеальном балансе получим
Ом,
т.е.
задействованы все четыре старшие декады R до запятой. Остальные декады (после запятой)
позволяют определить значение Rx с
более высокой точностью. Это точность связана с чувствительностью моста SM
, (2.7)
где SMC –
чувствительность мостовой схемы, одна позиция самой младшей декады, при
изменении которой стрелка гальванометра заметно отклоняется; Sr –
чувствительность гальванометра – количество делений его шкалы на единицу
(ампер) тока.
Измеряемое сопротивление подключается зажимам П1-П2
МО2 двойных зажимов Т1-П1-П2-Т2 под
закрутку Rx. Питание моста осуществляется источником питания
постоянного тока 3-5В.
Двойной мост применяется для измерения
малых сопротивлений до
10
Ом. В схеме (рисунок 2.2б) в качестве сопротивления R0. применяется образцовая катушка сопротивления 10 Ом
(рисунок 2.5).
1 – бифилярная намотка резистивной
проволоки; 2 – крепежные опоры или каркас обмотки; 3 – защитный кожух; т –
токовые зажимы; п – потенциальные зажимы.
Рисунок 2.5 – Мера сопротивления
В соответствии с рисунком 2.2б
собирается последовательная (токовая) часть схемы. Необходимо строго соблюдать
последовательность присоединения токовых зажимов Rx и R0 относительно,
например, плюсового зажима источника питания U=3…5В. Так как в качестве неизвестного сопротивления Rx используется магазин сопротивления, то его зажимы – вывода
становятся двойными (токовыми и потенциальными). Потенциальные зажимы в
пространстве последовательно присоединяются к входной одноменной входной цепи
моста (П1…П4) двойной колодки Rx – Rn.
Уравнение баланса моста имеет вид
, (2.7)
так как всегда М1=М2.
Балансировка моста или уравновешивание производится
при помощи блока управления гальванометра (БУГ). Первоначально надо проверить,
чтобы стрелка гальванометра находилась строго на нулевой отметке. Если нет, то
надо установить весьма плавно её в нулевое положение корректором нуля
гальванометра (поворотный регулятор под шлиц на корпусе гальванометра).
Управление производится тремя кнопками: «Грубо», «Точно», «Успокоение» (слево –
направо). Кнопка «Грубо» применяется первоначально при большом отклонении Rx от установленных значении. В этом случае при замыкании этой кнопки
регулируем второй старшей декадой, добиваясь уменьшения отклонения стрелки
гальванометра. При использовании кнопки «Точно» производят окончательную
балансировку моста.
Результаты работы оформляют в виде таблицы 2.2.
Таблица 2.2 – Результаты эксперимента
|
Заданное значение Rx, Ом |
Установлены |
Получено |
Полученная погрешность измерения
|
||||||||
|
М1 |
М2 |
R, Ом |
Показания декад |
Рез-т Rx,
Ом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.7 Методические указания по второй части
Необходимо измерить сопротивление
провода, петли линии связи, определить место повреждения.
Для этих целей применяются различные
мостовые схемы: Витсона, Варлея, Муррея. Они реализуются в виде
специализивроавнных мостов стационарного и переносного типа.
Электрическим сопротивлением провода в
кабеле (линии) связи есть сопротивление одного проводника Rа (жилы) и Rв
(экрана).Электрическое сопротивление шлейфа есть сопротивление проводов двухпроводной
цепи. Сопротивление нормируется в Ом/км. Так, норма Ом/км для коаксиальной пары
3,6/9,4 составляет 3,7 для внутреннего и 2.5 для внешнего проводника. Для
кабеля марки ТПП, ТПВ с диаметром жилы 0,4 мм сопротивление шлейфа составляет
(278±18) Ом.
Электрическое сопротивление шлейфа
симметричных цепей связи измеряют по схеме (рисунок 2.6)
Рисунок 2.6 – Схема измерения электрического
сопротивления шлейфа
Магазины сопротивления R1 и R2 имеют
одинаковые номиналы, поэтому отношение 
в уравнение баланса 
принимает значение
n=0,01; 0,1; 1; 10; 100 и 1000.
Это
соответствует и формуле (2.4).
Поэтому, сбалансируя мост, находят
. (2.8)
В процессе эксплуатации возможны различные
повреждения линии связи: повреждение изоляции между жилой (проводом) и землей –
обрыв одной жилы (провода) цепи, обрыв всех жил (проводов) цепи.
Рассмотрим определение повреждения
одной жилы (рисунок 2.7)
Рисунок 2.7 – Схема измерения методом моста
с переменным
отношением плеч
Петля состоит из исправной жилы и неисправной жилы.
Исправность одной жилы устанавливается прозвонкой проводов. Отрицательный полюс
батареи подключается к точке В.
Равновесие моста достигается при
. (2.9)
Из (2.9) получаем
. (2.10)
Учитывая, что 
и 
, где R0 – сопротивление одного километра провода (жилы)
(километрическое сопротивление), получим
. (2.11)
2.8 Вопросы для подготовки к защите и к тестированию
2.8.1 Почему одинарным мостом нельзя измерить
сопротивление порядка 2 Ом?
2.8.2 Как осуществляется питание 4х плечей мостовой
схемы в схеме двойного моста?
2.8.3 Зачем образцовые сопротивления включаются по
четырёхзажимной схеме?
2.8.4 Чем определяется класс точности моста?
2.8.5 Какие параметры и элементы влияет на
чувствительность моста?
2.8.6 Почему в плечах отношения моста применяются
штепсельные магазины сопротивления, а в плече сравнения – рычажный?
2.8.7 Почему образцовые катушки сопротивления наматывается бифилярной намоткой?
2.8.8 Укажите метрологические характеристики меры
сопротивления.
2.8.9 Приведите формулу для определения класса
точности моста.
3.1Цель работы: изучить и освоить потенциометрические
способы измерения э.д.с., напряжения, тока и электрического сопротивления,
освоить методы калибровки и поверки.
3.2 Оборудование: компенсатор постоянного тока,
источник образцового регулируемого напряжения, амперметр и вольтметр
магнитоэлектрической системы, шунты, добавочные и эталонные катушки
сопротивления, делители напряжения.
3.3 Задание:
а) изучить принцип работы, уравнение
шкалы измерительного механизма магнитоэлектрической системы, схему и устройства
компенсатора;
б) измерить напряжение и произвести
поверку вольтметра;
в) измерить ток и произвести поверку
амперметра;
г) измерить сопротивление;
д) сертифицировать батарею по э.д.с.;
е) произвести обработку данных и
предоставить отчет.
3.4
Методические указания к первой части
Компенсационный способ реализуется при помощи структурной
схемы (рисунок 3.1)
Рисунок 3.1 – Принцип компенсации
При отсутствии тока через гальванометр
(высококачественный магнитоэлектрический механизм) Ех=Е0.
Так как результат измерения производится без потребления гальванометром
мощности, можно измерить э.д.с. источника питания.
Устройство, позволяющее производить
такие измерения, называется потенциометром. Измерение э.д.с. выполняется
компенсационным способом нулевым методом.
Потенциометрические способы
применяются весьма широко: во вторичных
цепях измерителей тока, напряжения и мощности на сверхвысоких частотах, для
поверки и калибровки преобразователей постоянного тока для измерения э.д.с.
химических источников.
Простейшая схема потенциометра
представлена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Принципиальная схема потенциометра
В режиме настройки потенциометра в
положение переключателя 1 по – средством гальванометра Г осуществляется
сравнение напряжения нормального элемента ЕN с падением напряжения на образцовом сопротивлении RN .
Нормальный элемент – это мера э.д.с.
Это специальный гальванический элемент, составные части которого подбираются по
химическому составу вещества и их дозировке.
Насыщенный элемент класса точности 0,02
имеет Е=1,0186-1,0194 В (при 200 С) и допустимое изменение э.д.с. за
год не более 200 мкВ.
Если гальванометр показывает нуль, что
обеспечивается регулировкой RN
(не показана), то справедливо
. (3.1)
Так как ЕN и RN –
величины постоянные и известные, то известен и рабочий (вспомогательный) ток
. (3.2)
В режиме измерения переключатель
переводится в положение 2, подключая к схеме измеряемое напряжение Ux, которое сравнивается с падением напряжения 
создаваемым
вспомогательным током IH на
части компенсационного сопротивления (измерительного потенциометра). Если 
обеспечивает нулевое
положение указателя гальванометра, то справедливо
. (3.3)
Так
как вспомогательный ток IH есть величина постоянная, то значение 
, т.е. положение движка потенциометра, есть мера искомого
напряжения: 
~
.
В качестве 
- многодекадный
рычажной магазин сопротивления, ступени которого проградуированы в значениях
единиц напряжения.
Измерение напряжения. Измеряемое
напряжение 
подключается к части 
компенсационного
сопротивления. При этом ползунок реостата устанавливается так, чтобы
гальванометр Г показывал нуль. Значение измеряемого напряжения будет равно
падению напряжения на части 
компенсационного
сопротивления, вызванному вспомогательным током IH
. (3.4)
3.5 Технология измерения 
и поверка вольтметра
Установленный компенсатор позволяет
измерять 
в пределах 0…2,2В. Он имеет два одинаковых входа Х1 и Х2,
поэтому имеет два одинаковых компенсационных магазина. Размер каждой декады
виден в смотровом окне.
Измерение напряжения и поверка
вольтметра осуществляется с
использованием схемы и рисунка 3.3.
Рисунок 3.3 – Схема измерения напряжения и поверки
вольтметра
Поверка – это операция, заключающаяся в
установлении пригодности прибора к применению на основании экспериментального
определения метрологических характеристик и контроля их соответствия
предъявленным требованиям. Основной
метрологической характеристикой является предельная погрешность. Её определяют
на основании сравнения показаний проверяемого вольтметра с более точным
средством измерения – потенциометром.
Поверка производится на пяти
равностоящих точках: шкала при движении стрелки вперед, в сторону увеличения
показаний, и при движении назад, в сторону уменьшения показаний. Это необходимо
для того, чтобы выявить гестерезис за счет трения в опорах подвижной части
прибора. Например, если шкала имеет 100 делений, то поверяются точки 20, 40,
60, 80 и 100 делений. Необходимо обеспечить положение стрелки прибора на
нулевой отметке в отключененном состоянии.
Необходимо собрать схему и получить
разрешение преподавателя. Вывести в левую сторону положение регуляторов FINE, COAPSE блока питания
GPS – 18300. Получить предел измерения вольтметра
(амперметра) и установить его переключателем пределов измерения. Включить
источник питания и установить первую точку измерения на шкале. Например, при
пределе измерения 5 В и числе делений всей шкалы 100, первая точка
соответствует 20 делениям, что составляет
.
Вольтметр показывает 1 В, значит, и
падение напряжения на приборе 1В. Это напряжение надо измерить потенциометром.
Для согласования пределов измерения
вольтметра и потенциометра служит делитель напряжение ДН1, в позиции Х10 его
коэффициент деления составляет кg=10.
Значит, к входу потенциометра Х1 подводится напряжение 
.
Компенсация этого напряжения произойдет
при установке компенсационного магазина сопротивления Rк (три
декады до запятой, четыре декады после запятой), проградуированного в МВ, в
положение 100 мВ (первая позиция первой старшей декады). В этом случае при
положении блока управления гальванометром БУГ в позиции «Точно», гальванометр
должен показывать нуль. Для измерения неизвестного сопротивления используется
позиция БУГа – «Грубо». Используя младшие декады, можно обеспечивать весьма
точную компенсацию. Результаты работы следует занести в таблицу 3.1.
Таблица
3.1 – Результаты поверки вольтметра (UH=…, B, αH=… дел, класс точности g=…%, кg=…..
|
Поверяемые точки шкалы,Ui |
Показание потенциометра, Uni, мВ |
Погрешности |
|||||
|
Δi,
ед. ФВ |
Δi,
% |
||||||
|
в дел. |
в ед. ФВ |
Вперед |
Назад |
Вперед |
Назад |
Вперед |
Назад |
|
20 40 . . . |
1 2 . . . |
|
|
|
|
|
|
Погрешности
в абсолютной форме рассчитывается по формуле
, (3.5)
где Ui – показание вольтметра в поверяемой точке шкалы;
Uni – показание потенциометра по компенсационной декаде U1. Погрешность в относительной форме определяется по
формуле
. (3.6)
По таблице 3.1 устанавливается самое максимальное
отклонение 
. Если оно меньше только, чем
, (3.7)
то вольтметр проходит по воему классу точности. В этом
случае надо построить график поправок в одну сторону 
, где 
.
3.6 Методические указания по второй части
Для измерения тока и поверки амперметра необходимо
преобразовать ток в напряжение. Для этого применяется образцовое сопротивление,
значение которого выбирается кратным 10. При протекании измеряемого тока IХ через R0
соответствующее падение напряжения UХ на R0 определяется по формуле
. (3.8)
На рисунке 3.4 представлена рабочая схема измерения
тока и поверка амперметра. Образцовое сопротивление включено в измерительную
цепь как шунт.
Рисунок 3.4 – Схема измерения тока и поверка
амперметра
3.7 Технология измерений тока поверка амперметра.
Образцовое сопротивление и значение сопротивления
магазина сопротивления служит для обеспечения необходимого значения тока в
цепи. Обычно, R0 =100,
1000 Ом. Сопротивление RМ=1…3 кОм. Перед включением источника регулируемого
напряжения надо обеспечить Un=0
регуляторами установки напряжения.
Получив от преподавателя предел измерения
амперметра IH, выбираем значение RМ и Un, так, чтобы обеспечивалось равенство
при 
.
Технология измерения тока полностью
соответствует измерению напряжения (таблица 3.2).
Таблица 3.2 – Результаты поверки амперметра (IH…, мА, αН… дел, γ=…%, R0=… Ом)
|
Поверяемые точки шкалы,Ii |
Показание потенциометра, Uni, мВ |
Погрешности |
|||||
|
Δi=Ii-Uni/R0 |
δi =Δi/Ii·100 |
||||||
|
в дел. |
в ед. ФВ |
Вперед |
Назад |
Вперед |
Назад |
Вперед |
Назад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.7 Вопросы для подготовки к защите и к тестированию
3.7.1 В чем заключается особенность компенсационного
способа измерения?
3.7.2 Каким образом компенсационный магазин
сопротивления градуируется в единицах напряжения?
3.7.3 Почему потенциометр может измерить э.д.с., а
вольтметр только напряжение?
3.7.4 Выводите формулу для делителя напряжения в общем
виде.
3.7.5 Как измерить при помощи потенциометра
сопротивление? Представьте измерительную схему.
3.7.6 Каким образом потенциометром можно измерить
мощность? Приведите схему.
3.7.7 Мера э.д.с. назначение, характеристики.
3.7.8 Зачем нужна поверка средств измерений?
4.1 Цель работы: изучить устройство электронного
осциллографа и его возможности; научиться производить всевозможные измерения
радиотехнических сигналов.
4.2 Оборудоваие: двухканальный универсальный
осциллограф, генератор измерительных сигналов, мостовой фазовращатель, магазин
сопротивлений.
4.3 Задание:
а) изучить устройство электронного осциллографа (ЭО);
б) произвести измерения параметров
синусоидального сигнала и периодического сигнала произвольной формы;
в) произвести измерение параметров одиночного
импульсного сигнала и серии импульсных сигналов;
г) определить частоту и фазовый сдвиг заданного
сигнала, амплитудно- фазово частотные характеристики устройства;
д) определить параметры модулированных сигналов.
4.4 Устройство осциллографа
ЭО позволяет наблюдать форму сигнала и измерять его
параметры с достаточной для практики точностью в любой точке монтажной схемы
радиотехнического устройства.
Основным функциональным узлом ЭО является электронный
прибор - электронно-лучевая трубка ЭЛТ(рисунок 4.1)
Н-канал; К-катод; М-модулятор; А1-фокусирующий анод; А2-ускоряющий анод; ОП-отклоняющие пластины; А3-аквадат; Э-экран с люминофорным покрытием.
Рисунок 4.1 – Устройство и схема включения
осциллографической электронной трубки.
При помощи переменных резисторов R3, R4 можно
установить светящееся пятно в любом месте экрана ЭЛТ.
Элементы управления: яркость, фокус, смещение по оси x и y являются
установочными. Отклоняющие пластины ОП-вертикальные Впл и горизонтальные
Гпл
–измерительные и служат для преобразования сигнала в отклонение электронного
луча Эл на экране Э.
Система вертикального отклонения (рисунок
4.2)-совокупность структурных (функциональных) схем осциллографа, осуществляющая вертикальное (У) отклонение
электронного луча.
Система вертикального отклонения согласовывает входной
измеряемый сигнал с чувствительностью отклонения электронно-лучевой трубки.
Система вертикального отклонения состоит из переключаемой входной цепи, входного делителя
напряжения (с частотной
компенсацией), предварительного и оконечного усилителей
вертикального отклонения, во многих случаях – линии задержки и отклоняющих
электродов.
1
– входное Y-гнездо для напряжения
вертикального отклонения Uy; 2 – входная цепь; 3 – делитель входного напряжения; 4 – предварительный усилитель канала
вертикального отклонения; 5 – линия
задержки; 6 – оконечный усилитель канала вертикального отклонения; 7 –
электронно-лучевая трубка;. 8 – установка
или выбор цепи по постоянному или переменному току, обеспечение нулевой опорной
линии; 9 – установка или выбор калиброванного коэффициента отклонения ky; 10 – позиционирование изображения, плавная
регулировка усиления.
Рисунок 4.2-Структурная схема канала вертикального
отклонения
Система горизонтального отклонения (рисунок 4.3) –
совокупность структурных (функциональных) схем осциллографа, осуществляющая
горизонтальное (x) отклонение электронного луча.
Данная система обеспечивает наблюдение и измерение параметров сигналов в режиме
непрерывной линейной развертки и измерение соотношений двух сигналов в режиме
синусоидальной развертки.
1
– вход внешней синхронизации; 2 – формирование синхросигнала; 3 – генератор
пилообразного напряжения (блок горизонтального отклонения); 4 – Х-вход горизонтального
отклоняющего напряжения UX; 5 – входная
согласующая цепь; 6 – входной делитель напряжения; 7 – предварительный
усилитель канала горизонтального отклонения; 8 – переключатель режима работы; 9
– оконечный усилитель канала
горизонтального отклонения; 10 – электронно-лучевая трубка.
Рисунок 4.3-Структурная схема канала горизонтального
отклонения
Если
измеряемое напряжение (рисунок 4.4) приложить непосредственно к Υ-пластинам, то при постоянных
напряжениях, без развертки во времени, получается отклонение светового пятна на
высоту h. При переменном напряжении получается вертикальный
штрих высотой 2h, если амплитуда переменного
напряжения равна измерявшемуся до этого постоянному напряжению.
а-постоянного
напряжения; б-переменного напряжения;
в- постоянного напряжения при
включенном генераторе развертки; г-
переменного напряжения при включенном генераторе развертки;
Рисунок
4.4- Изображения на экране экранно-лучевого осциллографа.
Таким образом, при измерении переменных напряжений
осциллограф работает как амплитудный вольтметр. Это нужно иметь в виду, когда
параллельно к осциллографу подключают показывающий прибор, например, для градуировки,
так как чаще всего вольтметры градуируют в действующих значениях.
Для исследования периодических сигналов простой формы
генератор развертки вырабатывает сигнал непрерывной линейной развертки Up. На рисунке 4.5 показан процесс взаимодействия
генераторного сигнала Uy и напряжение развертки Up.
а)-исследуемый сигнал; б)-напряжение развертки; в)-сигнал
на экране ЭО.
Рисунок 4.5-Процесс образования изображения.
Для приведенного случая периоды Ту и Тр равны. Поэтому
наблюдаем один период исследуемого сигнала. В общем случае устойчивое
изображение в n периодов будет при Тр = nТу.
4.5 Методические указания к первой части.
Измерение. Напряжение осциллографическое –
определение мгновенного значения
напряжения (или преобразованной в напряжение величины) с помощью осциллографа.
Измеряемое напряжение подключают к Y-входу, выбирают соответствующие входную цепь и тип синхронизации,
устанавливают нужные коэффициенты
развертки и вертикального отклонения
и получают осциллограмму при необходимой яркости экрана и фокусировке луча. Для
количественных определений верньер усиления должен находиться в определенном
(изготовленном) положении (обозначенным, например, CAL, КАЛ, или по-другому).
При относительном осциллографическом измерении
напряжения отклонение относительно размаха колебаний (рисунок 4.6) или
интересующего момента времени (рисунок 4.7) устанавливается при помощи растра.
а-
определение размаха колебаний (значения «от пика до пика»);
б- определение мгновенного значения при φ=45º;
в-
определение постоянной составляющей напряжения (опорная линия 1, соответствующая
нулевому потенциалу, совмещена с первой снизу различимой растровой линией)
Рисунок 4.6- Измерение напряжения осциллографическое.
Примеры определения численных значений на осциллограмме.
а-
определение длительности периода; б-
определение времени нарастания;
в-
определение временного интервала между исходным и задержанными сигналами.
Рисунок 4.7- Измерение времени осциллографическое.
Примеры определения численных значений по осциллограмме.
При
исследовании импульсных параметров обычно интересуются временем нарастания
переднего фронта и временем следа заднего фронта. В этом случае необходимо
пользоваться «растяжкой» коэффициента развертки (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 – Увеличение масштаба по оси Х
В некоторых случаях нет необходимости в напряжении
развертки. Вместо него используют другое входное напряжение, которое подают на
вторую пару пластин. Во многих осциллографах такая возможность имеется.
Часто применяют синусоидальную развертку. Измеряемый
синусоидальный сигнал подают на вход канала Y, а на вход канала Х- другое синусоидальное
напряжение. Такое напряжение создает
синусоидальную развертку. В общем случае, если
,
,
то
на экране образуются фигуры Лиссажу (рисунок 4.9).
Рисунок 4.9- Примеры фигуры Лиссажу
Фигуры на экране осциллографа неподвижны только в том
случае, если периоды (и частоты) приложенных напряжений относятся друг к друг,
как целые числа: Тх/Тy=n/m. Это
объясняется тем, что за промежуток времени T=mTx=nТy периоды
обоих напряжений повторяются целое число раз, и луч возвращается в исходное
положение. Получающаяся фигура Лиссажу имеет замкнутый вид при целочисленном
отношении n/m и разомкнутый при дробном.
На рисунке 4.10 показан пример построения фигуры
Лиссажу при заданных параметрах Uy и Ux.
а- построение фигуры;
б- фигуры при разных фазовых сдвигах
Рисунок 4.10- Фигуры Лиссажу при отношении частот 1:2
4.6 Технология измерений
Измерения напряжения и параметров сигналов не
вызывают каких-то сложностей. Надо
только освоить по инструкции (или с помощью преподавателя) элементы настройки и
управления ЭО для выполнения измерительных процедур.
Любое изображение должно быть сфокусированным, ярким и
содержать не более 2-3 фрагментов
кривой, в размере экрана ЭО.
Синусоидальная развертка применяется для исследования
частотных соотношений сигналов.
Измерение неизвестной частоты сводится к:
а) включению синусоидальной развертки, обозначаемой Y-X;
б) подключению измеряемого напряжения с частотой 
на вход Y;
в) подключению напряжения регулируемый образцовой
частотой
на вход Х;
г) регулированию частоты 
до появления простой
фигуры Лиссажу.
В качестве источника напряжения 
применяется генератор измерительных сигналов (ГИС).
В зависимости от вида измерений к ГИС предъявляются
определенные требования к диапазону генерируемых частот и точности установки
частоты, выходной мощности, нелинейности.
Для измерения элементов трактов промежуточных частот
аппаратуры уплотнения используются ГИС с плавной перестройкой частоты и
диапазоном частот от 4 до 40 кГц. Измерение ВЧ трактов и ВЧ элементов
аппаратуры уплотнения выполняются с использованием ГИС с диапазоном частот
18-1000 кГц и плавной перестройкой частоты. Погрешность установки частоты
сигнала ГИС с плавной перестройкой Гц обычно соответствует величине
Δf=±(
f+b),
где а/100-погрешность на высоких частотах;
b-то же на низких частотах. Обычно а=1÷2; b=2÷5 Гц.
Измерения частоты по фигурам Лиссажу относятся к
методу сравнения.
При расшифровке полученной фигуры Лиссажу пользуются
одним из правил:
а) определяют соотношение частот 
по фигуре
непосредственно;
б) определяют соотношение частот по числу пересечений
вертикальной и горизонтальной линий с фигурой.
Возьмем фигуру 
при φ =
180º (рисунок 4.9, вторая строка, последний столбец). Мысленно проводим
секущие. Число пересечений по горизонтали 
, а по вертикали 
.
Составляется отношение в виде
=
.
Окончательно имеем
.
Если сигнал с частотой 
(вход Х) обеспечивается
генератором 
, то неизвестной частотой будет частота 
.
Существует еще метод нахождения неизвестной частоты
при круговой развертке- частном случае синусоидальной развертки.
4.7 Методические указания ко второй части.
Сигналы, несущие информацию в радиосвязи, передаются
при помощи модуляции.
Модуляция – это воздействие информационного сигнала на
какой-либо параметр модулируемого (несущего) синусоидального сигнала.
.
Поэтому различает амплитудную, частотную и фазовую
модуляции (АМ, ЧМ, ФМ).
Амплитудная модуляция (АМ) – способ модуляции, при
котором амплитуда колебаний изменяется во времени.
Изменение амплитуды высокочастотного колебания Uвч
(несущая частота) происходит в такт с низкочастотным колебанием Uнч (частота сигнала), содержащим передаваемую
информацию (рисунок 4.11).
а)
б) в)
а- Uвч- сигнал
несущей частоты (моделируемый);
б- Uнч- сигнал низкой чистоты (модулирующий);
в- Uам-
высокочастотный АМ-сигнал
Рисунок 4.11- Амплитудная модуляция
Наиболее важным параметром АМ является коэффициент
модуляции.
Измерение коэффициента модуляции - измерительный метод для определения или контроля коэффициента модуляции при амплитудной модуляции.
Измерение коэффициента модуляции осуществляется
преимущественно с помощью осциллографа. Модулируемое высокочастотное напряжение
(Uмод) подается на Y- вход, а модулирующее низкочастотное напряжение (Uнч) – на Х-вход осциллографа (рисунок 4.11). При этом на экране возникает так называемая
модуляционная трапеция (рисунок 4.12).
Измеряя параметры этой трапеции, определяют
коэффициент модуляции:
.
а- схема измерения; б- изображение модуляционной
трапеции.
Рисунок 4.12- Измерение
коэффициента модуляции
с помощью осциллографа.
4.8 Вопросы для подготовки к защите и к тестированию
4.8.1 Расскажите о назначении модулятора в ЭЛТ.
4.8.2 Управляющие пластины расположены вдоль колбы
ЭЛТ. Что можно сказать о их чувствительности?
4.8.3 Зачем применяется линия задержки сигнала в
канале Y?
4.8.4 Зачем необходимы коэффициенты отклонения и
развертки?
4.8.5 Покажите вид напряжения линейной непрерывной развертки.
4.8.6 Зачем нужна ждущая развертка?
4.8.7 Покажите взаимное расположение импульсного
сигнала с большой скважностью и импульсов
ждущей развертки.
4.8.8 Чтобы изображение измеряемого сигнала было
неподвижным, надо выполнить условие. Какое?
4.8.9 Зачем нужна синхронизация в ЭО?
4.8.10 Почему нельзя пользоваться фигурами Лиссажу при
кратностях частот более трех?
4.8.11 Когда происходит гашение обратного хода луча в
ЭО?
4.8.12 Как измерить при помощи ЭО амплитудную
характеристику РЭУ?
4.8.13 Как измерить амплитудно-частотную
характеристику РЭУ?
5.1 Цель работы: изучить
и освоить методику испытаний радиоэлектронного устройства на соответствие его
техническим условиям (ТУ).
5.2 Оборудование:
радиоприемное устройство (РПУ) IV класса, электронный осциллограф, электронный
вольтметр (мультиметр), высокочастотный генератор, генератор звуковой частоты,
измеритель нелинейных искажений.
5.3 Задание:
а) изучить структурную
схему РПУ и преобразование сигналов в элементах схем;
б) произвести
электрические испытания некоторых параметров РПУ, требуемых в Системе
сертификации;
в) произвести обработку
данных и представить отчет.
5.4 Структурная схема
РПУ.
Сертификация РПУ –
подтверждение его характеристик и параметров техническим условиям (ТУ). Для
этого проводятся типовые испытания серийного образца в аккредитованных
испытательных центрах (лабораториях) сертификационного органа. Все системы
сертификации базируются на испытаниях, т.е. практически на измерениях и
измерительном контроле.
Поэтому надо знать, хотя
бы в общем виде, принцип работы изделия.
РПУ выполняется по схеме
прямого усиления или супергетеродинной схеме (рисунок 5.1).
Рисунок 5.1 –
Структурная схема супергетеродинного радиоприемника
и формы сигналов его
цепей.
Входная цепь (ВЦ)
осуществляет селекцию сигнала и передачу его на вход первого каскада усилителя
радиочастоты (УРЧ). Преобразователь частоты (ПЧ) – гетеродин. В нем происходит
смешивание сигналов: принимаемого модулированного сигнала на частотах 
МГц и генератора Г,
генерирующего стабильные колебания 
. В результате получаем промежуточную разностную частоту 
кГц.
Усилитель промежуточной
частоты УПЧ предназначен для получения постоянного усиления в заданной полосе
частот. Усилитель характеризуется коэффициентом усиления 
, полосой пропускания 
и селективностью 
. Эти параметры характеризуют чувствительность и
селективность по соседнему каналу приема (рядом лежащей станции). Для
рассматриваемого РПУ ослабление по соседней частоте составляет не менее, чем на
дБ. Для сравнения: у
РПУ высшего класса ослабление составляет не менее, чем на 
дБ. (в 
раз).
Детектор Д выделяет
колебания звуковых частот, которые после усиления в усилителях звуковой частоты
подаются на динамик.
5.5 Основные параметры
РПУ.
К основным электрическим
показателям РПУ относятся селективность, полоса пропускания, чувствительность,
качество воспроизведения, диапазон рабочих частот.
Селективность – способность радиоприемника отличать полезный
радиосигнал от радиопомех по определенным признакам, свойственным радиоприемнику.
Количественно селективность оценивается как незначительное ослабление сигналов
мешающих радиостанций, работающих на разных частотах, по отношению к сигналам
принимаемой радиостанции: 
, где 
максимальный
коэффициент усиления для колебаний частоты помех.
Полоса пропускания – полоса частот, на границах которой
коэффициент радиоприема от входа до детектора уменьшается по отношению к наибольшей
величине в установленное число раз. Для амплитудно-модулированных сигналов 
, где 
– верхняя звуковая
частота модулирующего сигнала. Для частотно-модулированных сигналов 
, где 
– девиация частоты.
Чем шире полоса пропускания по сравнению с требуемой, тем хуже качество приема,
так как приемник одновременно с полезным сигналом усиливает сигналы мешающих
станций, попадающих в его полосу пропускания. Требуемая полоса пропускания, в
основном, определяется резонансными системами тракта усиления колебаний
промежуточной частоты. Качество воспроизведения характеризуется степенью
искажений принимаемых сигналов.
Чувствительность – это способность радиоприемника обеспечивать
прием слабых радиосигналов. Количественно чувствительность определяется минимальным
напряжением сигнала (или минимальной мощностью) на входе приемника, при котором
на его выходе обеспечивается получение заданного ТУ напряжения (мощности).
Диапазоном рабочих частот называется интервал частот 
, в котором приемник должен допускать настройку на любую частоту
диапазона при обеспечении основных характеристик.
Качество воспроизведения определяется степенью допустимых искажений
(амплитудно-частотных, фазочастотных и нелинейных).
Радиоприемники
характеризуются также выходной мощностью и мощностью потребления. Выходной
мощностью 
называют мощность,
подводимую конечному устройству (например, громкоговорителю).
5.6 Генератор сигналов
высокой частоты.
ГИС Г4-11 предназначен
для получения синусоидальных, АМ- и ЧМ- сигналов в диапазоне частот 
МГц. Соответствующий
из 6-ти поддиапазонов устанавливается кнопочным переключателем установка
частоты MHz.
Номинальные пределы
изменения выходного комбинированного напряжения (выход мкВ) на конце ВЧ кабеля
с согласованной нагрузкой (
) Ом составляют (
) В (от 
дБ до 
дБ – относительно
уравня 
).
Для установки выходного
сигнала 
В необходимо установить ручку ступенчатого аттенюатора 
дБ в положение 
дБ (
), ручку установки выходного напряжения плавно в пределах 
дБ повернуть по часовой
стрелке до упора, ручкой ступенчатого аттенюатора 
дБ (
дБ … 
дБ) подвести точку 6
по черной шкале (50 по красной) под визир плавного аттенюатора, ручкой плавного
аттенюатора установить риску визира плавного аттенюатора напротив точки 6 по
черной шкале (50 по красной шкале).
Например, надо
установить 
мВ. Устанавливаем
аттенюатор 
дБ в положение 20, риску подвижного визира плавного
аттенюатора напротив точки 10 по красной (20 по черной) шкале, ступенчатый
аттенюатор 
дБ в положение 0 дБ (
). Тогда стмет выглядит:
а) в децибелах 
дБ + (
дБ) 
дБ относительно 
вольта;
б) в милливольтах 
мкВ 
мВ.
Для работы ГИС
необходимо: включить тумблер сеть и кнопку ГВЧ на переключателе рода работы;
установить 5 диапазон частот 
МГц; установить выход
В, включить кнопку ЧМ
ВНУТР и установить девиацию в
кГц.
5.7 Методические
указания к первой части.
На рисунке 5.2
представлена рабочая схема измерений.
B –
динамик; XW
– соединитель высокочастотный; ГИС – генератор высокой частоты; РПУ –
радиоприемник; ЭО – электронный осциллограф; ЭВ – Электронный вольтметр
(мультиметр); АГ – анализатор гармоник; WA – антенна штыревая, телескопическая.
Рисунок 5.2 –
Структурная схема измерения.
Генератор высокой
частоты соединен посредством сопротивления – эквивалента антенны со входом РПУ.
На выходе можно подключить электронные осциллограф и вольтметр. Эффект
радиоприема фиксируется громкоговорителем, который можно отключить.
5.8 Технология измерения
На первом этапе следует
осуществить прием передающей станции в диапазоне FM-волн. Включаем РПУ
переключателем FUNCTION в положение RADIO
FM, регулятором TUNING устанавливаем четкий
прием работающей станции в диапазоне 
МГц. Громкость и
качество звучания устанавливаем регуляторами VOLUME и TONE.
Подадим сигнал 
В с ГИС с девиацией
частоты 
кГц. Изменяя частоту
несущего колебания плавным регулятором установки частоты, можно определить
полосу пропускания данного канала по точкам подавления исходного сигнала (с
двух сторон). Так как частота регулирующего сигнала при ЧМ – внутренней
составляет (
) Гц (синусоидальный сигнал с 
кГц), то с изменением
девиации выходной сигнал от 
до 
кГц будет изменяться
выходной сигнал РПУ (громкость звучания и размах колебаний по ЭО).
Уровень выходного
напряжения 
и уровень выходной
мощности 
связаны между собой
, (5.1)
где 
[дБ];
[дБ];
Ом – абсолютная
нагрузка;
Ом – сопротивление
динамиков.
Если 
В, то 
дБ,
тогда
дБ;
мВт 
Вт.
5.9 Методические
указания ко второй части
Необходимо измерить
коэффициент нелинейных искажений. Для этого применяется прибор – измеритель нелинейных
искажений автоматический С6-11.
Он измеряет коэффициент гармоник
, %, (5.2)
где 
–
среднеквадратическое значение напряжения внешних гармоник;
–
среднеквадратическое значение напряжения исследуемого сигнала.
Так как действительное
значение нелинейных искажений определяется по формуле
, (5.3)
где 
–
среднеквадратическое значение напряжения первой (основной) гармоники,
то при показаниях
прибора 
%, 
.
Прибор измеряет 
в диапазоне частот 
Гц 
кГц.
5.10 Технология
измерения
Последовательность
работы с приборами следующая:
а) включить нажатием
кнопки V и ▼ переключателя РОД РАБОТ; все остальные кнопки
должны быть отжаты;
б) включить прибор
тумблером СЕТЬ;
в) подать на входной
разъем исследуемое напряжение
(его нельзя подавать на отключенный от сети прибор!);
г) измерить напряжение
входного сигнала (на табло индикации индицируется предел измерения, а результат
отсчитывается по прибору в соответствии с индуцируемой шкалой);
д) измерить 
включением кнопки 
(остальные кнопки не
нажаты).
е) записать частоту
основной гармоники по табло частотомера.
5.11 Вопросы по
подготовке к защите и тестированию
5.11.1 Какие составные
части структурной схемы РПУ знаете?
5.11.2 Какие основные
электрические показатели РПУ знаете?
5.11.3 Что такое
селективность РПУ?
5.11.4 Как определяются
уровни выходного напряжения и мощности?
5.11.5 Какие
электрические испытания РПУ проводятся? В чем сущность этих испытаний?
5.11.6 Что такое
коэффициент гармоник?
5.11.7 Как определяется
коэффициент нелинейных искажений через коэффициент гармоник?
5.11.8 Что представляет
коэффициент амплитудной модуляции и как его можно измерить?
5.11.9 Что представляет
собой девиация частоты и как её можно измерить?
5.11.10 Как связаны
коэффициенты АМ и ЧМ с уравнением модулирующего сигнала?
1. Нефедов В.И., Хахин
В.И., Федорова Е.В. и др. Метрология и электрорадиоизмерения в
телекоммуникационных системах: Учебник для вузов / В.И. Нефедов и др.; Под ред.
В.И. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2001. – 383 с.
2. Нефедов В.И., Хахин
В.И., Битюхов В.С. Метрология и радиоизмерения. – М.: Высш. шк., 2003. – 426 с.
Содержание
Измерение физических величин на постоянном токе
Мостовые способы измерения в системах телекоммуникаций
Потенциометрические способы измерения и калибровки средств измерений
Осциллографические способы радиотехнических измерений
Сертификация характеристик и параметров радиоэлектронных устройств.
Сводный план 2006 г., поз.92
Эдуард Александрович Иванов
Сандугаш Кудайбергеновна Оразалиева
Меруерт Оразбаевна
Дулатбаева
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И
СЕРТИФИКАЦИЯ
Методические указания к выполнению лабораторных работ
(для студентов всех форм обучения
специальности 050719 –
Радиотехника,
электроника и
телекоммуникации)
Редактор Л.Т. Сластихина
Подписано в печать Формат
60 × 84 1/16
Тираж 240 экз. Бумага
типографская №1
Объем 2 уч. – изд. л. Заказ – Цена 65 тенге
Копировально –
множительное бюро
Алматинского института
энергетики и связи
050013, Алматы, Байтурсынова, 126
, Вт
, Вт
, Вт
, Вт
, Ом