Комплекс учебно-методических материалов рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного icon

Комплекс учебно-методических материалов рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного


1 чел. помогло.
Смотрите также:
Учебное пособие министерство образования российской федерации нижегородский государственный...
Учебно-методический комплекс для студентов...
Учебно-методический комплекс Рекомендовано Ученым советом Международной академии бизнеса и...
Учебно-методический комплекс Рекомендовано Ученым советом Международной академии бизнеса и...
Тезисы лекций печатается по решению учебно-методического совета юридического факультета...
Методические указания по написанию курсовой работы по дисциплине «экономика фирмы»...
Ж. К. Нурбекова...
Комплекс учебно-методических материалов нижний Новгород 2009 Печатается по решению...
Комплекс учебно-методических материалов нижний Новгород 2010 Печатается по решению...
Учебно-методический комплекс маркетинг удк ббк м рекомендовано к изданию Учебно-методическим...
Рекомендовано ученым советом факультета экономики и менеджмента Сумского государственного...
Учебно-методический комплекс удк ббк с рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7
скачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.Р.Е. АЛЕКСЕЕВА


А.В.ЗЕНЬКОВИЧ


МЕТРОЛОГИЯ И РАДИОИЗМЕРЕНИЯ


КОМПЛЕКС УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ


Рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного

технического университета им.Р.Е. Алексеева

в качестве учебно-методического пособия для студентов всех форм обучения,

включающих элементы дистанционных технологий

по специальности 210302 « Радиотехника»


Часть 2


Нижний Новгород 2008


УДК 621 317: 621.396.6


Зенькович А.В. Метрология и радиоизмерения: комплекс учебно-методических материалов. Ч. 2 / А.В.Зенькович; Нижегород.гос.техн.ун-т. им. Р.Е.Алексеева. Н.Новгород, 2008. - 77 с.


Данное пособие служит продолжением первой части комплекса, содержит вторую часть опорного конспекта лекций по темам: измерение напряжения и мощности, измерение нелинейных искажений и измерение разности фаз с контрольными вопросами, схемами, задачами и списками литературы.

Комплекс предназначен для студентов всех форм обучения, изучающих данную дисциплину.


Редактор Э.Б.Абросимова


Подписано в печать 10.04.2008. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Усл. печ.л. Уч.-изд.л.4,5. Тираж 200 экз. Заказ


Нижегородский государственный технический университет им.Р.Е.Алексеева.

Типография НГТУ. 603950, ГСП-41, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.


© Нижегородский государственный

технический университет

им. Р.Е.Алексеева, 2008

© Зенькович А.В., 2008


СОДЕРЖАНИЕ


Предисловие ……………………………………………………………………. 4

Опорный конспект лекций……………………………………………………… 4

1. Измерение напряжения и мощности………………………………………….. 5

1.1. Введение……………………………………………………………………. 5

1.2. Значения напряжения……………………………………………………. 5

1.3. Аналоговые измерители постоянного напряжения……………………. 11

1.4. Цифровые вольтметры постоянного напряжения……………………... 14

1.5. Вольтметры переменного напряжения………………………………… 20

1.6. Детекторы средневыпрямленных значений (линейные детекторы)…. 21

1.7. Преобразователи среднеквадратичных значений и квадратичные

вольтметры……………………………………………………………….. 24

1.8. Пиковые (амплитудные) детекторы и вольтметры…………………… 27

1.9. Измерение напряжения сложной формы……………………………… 36

1.10. Измерение мощности……………………………………………………. 37

1.11. Контрольные вопросы, схемы и задачи………………………………... 39

1.12. Список литературы………………………………………………………. 40

2. Измерение нелинейных искажений…………………………………………….41

2.1. Линейные и нелинейные цепи…………………………………………… 41

2.2. Критерии нелинейности …………………………………………...... 42

2.3. Измерение коэффициента гармоник…………………………………… 47

2.4. Контрольные вопросы, схемы…………………………………………….50

2.5. Список литературы……………………………………………………… 50

3. Измерение разности фаз……………………………………………………… 51

3.1. Введение………………………………………………………………… 51

3.2. Фазовые соотношения при двухканальном изменении частоты…… 51

3.3. Гетеродинное преобразование частоты………………………………….51

3.4. Умножение частоты………………………………………………………53

3.5. Деление частоты…………………………………………………………..54

3.6. Источники погрешностей измерения разности фаз…………………….56

3.7. Осциллографические методы измерения разности фаз……………… 58

3.8. Фазовращатели……………………………………………………………59

3.9. Фазовые детекторы………………………………………………………. 64

3.10. Компенсационный метод измерения………………………………… 76

3.11. Контрольные вопросы, схемы, задача……………………………… 76

3.12. Список литературы…………………………………………………… 77


ПРЕДИСЛОВИЕ


Ранее издана первая часть комплекса учебно-методических материалов по дисциплине «Метрология и радиоизмерения». В нее вошли пояснительная записка, рабочая учебная программа дисциплины и первая часть опорного конспекта лекций. В ней изложены материалы по следующим темам программы: основные понятия, электронный осциллограф, измерение частоты и интервалов времени, измерение параметров спектра сигналов. По основным темам приведены контрольные вопросы, схемы, задачи и списки литературы.

Настоящая вторая часть является продолжением его первой части, однако она может изучаться независимо.


^

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ



1. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И МОЩНОСТИ

1.1. Введение



Измерения напряжения и мощности - наиболее распространенные, массовые. Это вызвано необходимостью устанавливать и контролировать режим работы элементов узлов и блоков электронной аппаратуры, как говорят, по постоянному и переменному току. Измерения напряжения на известном сопротивлении используют также для определения тока и мощности. Поэтому по объему (числу) выполняемых измерений измерения напряжения и мощности оставляют далеко позади все другие виды электронных измерений. Аналогично вольтметры и измерители мощности по числу типов и объему их промышленного выпуска превосходят все другие электронные измерительные приборы. В настоящее время повсеместно осуществляется цифровая обработка сигналов с использованием аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которые первоначально были разработаны и использованы в качестве узлов цифровых вольтметров.
^

1.2. Значения напряжения



Если постоянное напряжение характеризуется единственным значени­ем, то напряжение сложной формы U(t) имеет много значений.

Среднее значение напряжения U(t) или его постоянная составляющая U0 - это результат усреднения этого напряжения на интервале Т:

U0 =. (1)

Время усреднения Т определяется измерительным устройством. При расчете U0 для периодического U(t) достаточно усреднять за время, равное его периоду. В соответствии с геометрическим смыслом интеграла (1) U0 определяется разностью площадей положительной и отрицательной полуволн напряжения сложной формы U(t) (рис.1). U0 может быть как положительным, так и отрицательным. Относительно U0 площади по­ложительной и отрицательной полуволн, заштрихованные на рис.1, равны. Напряжение U(t) симметричной формы имеет U0=0, оно не содержит постоянной составляющей, т.е. является чисто переменным. По известной форме U(t) необходимо уметь находить его постоянную составляющую U0 путем аналитического или графического интегрирования.

С учетом изложенного напряжение сложной формы U(t) представляется в виде суммы U0 и чисто переменной U(t) составляющих, т.е. U(t) = U0 + U(t). Разделение напряжения сложной формы на постоянную и чисто переменную (или просто переменную) составляющие осуществляется сравнительно просто. Переменная составляющая в заданной полосе частот выделяется с помощью переходной RС–цепи или трансформатора (рис. 2 а, б), постоянная составляющая – с помощью простейшего фильтра нижних частот -



Рис.1



Рис 2


– интегрирующей ^ RC-цепи (рис.2,в). В последнем случае без учета потерь сопротивление емкости для постоянной составляющей бесконечно велико, она передается на выход. Переменная составляющая практически выделяется на резисторе, так как для нее его сопротивление много больше сопротивления емкости. Электропитание элементов, узлов и блоков электронной аппаратуры осуществляется от источников постоянных напряжений или токов. Для простоты и удобства их регулировки принято раздельное установление их режимов по постоянному и переменному току, поэтому контроль этих режимов, т.е. измерение напряжений, также проводится раздельно с помощью вольтметров. При их построении используется представление напряжения любой формы в виде суммы постоянной и переменной составляющей. Вольтметры постоянного напряжения подгруппы В2 измеряют постоянное напряжение и не реагирует на переменную составляющую входного напряжения. Вольтметры переменного напряжения подгруппы В3 и импульсного напряжения подгруппы В4 измеряют то или иное значение чисто переменного напряжения и не реагируют на постоянную составлявшую входного напряжения. Для определения результата измерения напряжения сложной формы U(t) вольтметрами различных видов прежде всего необходимо найти его среднее значение - постоянную составляющую U0 - и представить U(t) в виде суммы постоянной и переменной составляющей U(t)= U(t)–U0. Вольтметр постоянного напряжения измеряет только U0 и градуируется в значениях U0, а вольтметры переменного и импульсного напряжения измеряют одно из рассматриваемых ниже значений переменного напряжения U(t).

Средневыпрямленное значение Uсв переменного напряжения U(t) – это результат его выпрямления и последующего усреднения выпрямленного напряжения на интервале Т:

Uсв= U(t) dt . (2)

В отличие от среднего значения - постоянной составляющей U0 здесь усредняется не само U(t), а его модуль т.е. результат выпрямления U(t). Операция усреднения в (2) полностью совпадает с рассмотренной выше в (I) и имеет тот же самый геометрический смысл (рис. 3).



Рис.3


Если не сделано оговорок, то выпрямление считается двухполупериодным, при однополупериодном выпрямлении может использоваться либо положительная, либо отрицательная полуволна U(t). Средневыпрямленное значение напряжения характеризуется модулем, т.е. всегда положительно, в нуль оно не обращается.

Среднеквадратическое (среднеквадратичное, эффективное, действующее) значение напряжения Uскз является наиболее важным для большей части областей применения напряжений энергетическим параметром напряжения U(t). Uскз вводится следующим образом. Мгновенная мощность, выделяемая переменным напряжением сложной формы U(t), на сопротивлении R, Р(t)=U2(t)/R. Энергия, выделяемая на R за время T, W=, средняя мощность Pср=. Мощность, выделяемая на том же сопротивлении постоянным напряжением Uскз, вычисляется следующим образом: Р=. Из условия равенства этих мощностей Pср=Р получим

Uскз=. (3) Среднеквадратическое значение напряжения имеет четкий физический смысл - это энергетический эквивалент U(t) при переходе от переменного напряжения сложной формы к постоянному напряжению, поэтому его называют также эффективным или действующим. Uскз - это такое значение постоянного напряжения, которое выделяет мощность, равную средней мощности, выделяемой на том же сопротивлении напряжением сложной формы. В соответствии с (3) среднеквадратическое значение напряжения сложной формы U~(t) есть результат последовательного выполнения над ним операций квадратирования, усреднения и извлечения квадратного корня. Как и средневыпрямленное, среднеквадратическое значение переменного напряжения всегда положительно и в нуль не обращается. Поскольку в электротехнике и почти всегда в электронике энергия, выделяемая напряжением, играет решающую роль, среднеквадратическое значение напряжения сложной формы является основным. Везде, где приводятся данные о переменном напряжении без указания, о каком значении напряжения идет речь, подразумевается среднеквадратическое значение. Например, чувствительность приемника – 10 мкВ, выходное напряжение генератора – 2 В, напряжение питающей сети – 220 В, везде имеется в виду среднеквадратическое значение напряжения.

Амплитудное (пиковое) значение напряжения – это одно из его максимальных за время измерения значений. В общем случае напряжение сложной формы, содержащее постоянную и переменную составляющие, характеризуется четырьмя амплитудными значениями (рис.4,а) - амплитудой положительной полуволны всего напряжения сложной формы U(t)–Е, амплитудой отрицательной полуволны всего напряжения – Е, амплитудой положительной полуволны переменной составляющей напряжения U(t) – Е и амплитудой отрицательной полуволны переменной составляющей

напряжения – Е. У чисто переменного напряжения (рис. 4,б) Е=Е и Е=Е, оно характеризуется двумя амплитудными значениями, а у переменного напряжения симметричной формы (рис.4,в) одно амплитудное значение Е. Сравнительно редко используется понятие полный размах или просто размах напряжения Ер, равный сумме его амплитуд: Ер = Е+ Е= = Е+ Е.

Д

Рис.4

Рис.4
ля напряжения симметричной формы Ер=2Е. Амплитудные значения напряжений наиболее важны в импульсной технике. Переход импульсных устройств из одного устойчивого состояния в другое и многие другие процессы происходят, когда мгновенное значение управляющего напря-жения достигает определенного порогового уровня Uп. Это имеет место, когда амплитуда управляющего напряжения Е больше или равна Uп. Мгновенное, а значит и амплитудное значение напряжения является определяющим при пробое (выходе из строя, нарушении изоляции) различных устройств.

Для каждой формы переменного напряжения имеют место определенные соотношения между его средневыпрямленным, среднеквадратическим и амплитудным значениями. Они характеризуются коэффициентом формы Кф, коэффициентом амплитуды Ка и коэффициентом усреднения Ку, где Кф=Uскз/Uсв – отношение средне-квадратического значения к cредневыпрямленному, Ка = Е /Uскз - отношение амплитудного значения к среднеквадратическому, Ку = Е/Uсв = Ка · Кф - отношение амплитудного значения к средневыпрямленному. Для напряжения квадратной формы - меандра (по названию крайне извилистой реки в Греции) в пределах одного периода (рис. 5,а).



а б в г

Рис.5


U(t) = Е (0 ≤ tT/2) и U(t) = - Е (Т/2 ≤ tT ).

Uсв= =)==Е.


Uскз====Е.

Отсюда Uсв = Uскз = Е, Кф = Ка = Ку = 1.

Для пилообразного напряжения в пределах одного периода (рис. 5,б) при –Т/2 ≤ t T/2 U(t)=2Е/Т (уравнение прямой, проходящей через начало координат):

Uсв====

==.

Uскз====.

Отсюда Кф = ; Ка = ≈ 1,73; ^ Ку = 2.

Для треугольного напряжения (рис. 5,в) в пределах одного периода при – Т/2 ≤ t ≤ -T/4 U(t) = - 4Еt /Т- 2Е, при – Т/4 ≤ tT/4 U(t) = 4Еt /Т, при Т/4≤tT/2 U(t) = - 4Еt /Т +2Е.

Для определения Uсв и Uскз необходимо провести громоздкие вычисления восьми интегралов. Однако с учетом одинаковой линейной формы напряжения в пределах каждой четверти периода можно перейти к интегрированию и усреднению в одной четверти периода, где зависимость U(t) наиболее проста. Тогда

Uсв===. Uскз===.

Для треугольного и пилообразного напряжения соотношения между различными значениями совпадают: Кф = 1,16; Ка = ≈ 1,73; ^ Ку = 2.

Для гармонического напряжения (рис. 5,г) U(t) = Е sin t

Uсв=.

Введем новую переменную = t; d= dt; , тогда Uсв=.


Uскз=. С учетом соотношения sin

Uскз=.

Второй интеграл от гармонической функции на интервале времени, кратном ее периоду, равен нулю, поэтому

Uскз==0,707Е.

Для гармонического напряжения

Кф=; Ка=; Ку=




оставить комментарий
страница1/7
Дата30.09.2011
Размер1.3 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7
плохо
  3
отлично
  6
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх