51 Общие сведения и классификация приборов для измерения параметров цепей с сосредоточенными параметрами.

Электрорадиотехнические цепи с сосредоточенными постоянными могут быть пассивными и активными. В зависимости от числа внешних узлов (полюсов) как пассивные, так и активные цепи подразделяются на двухполюсники и многополюсники.

Двухполюсником наз-ся цепь с двумя внешними узлами, а многополюсником - цепь, у которой число внешних узлов больше 2-х. Наиболее характерным представителем многополюсника явл-ся четырехполюсник. Собственно любой многополюсники может быть расчленен при анализе цепей на двухполюсники (ДП) четырехполюсники (ЧП).

Простейшими видами LG в цепях с сосредоточенными постоянными является резистор, конденсатор, катушка индуктивности, а также источники ЭДС или тока. Первые измеряемыми параметры LG считаются активное сопротивление R, емкость С и индуктивность L, а при уточнении остальных параметров можно ограничиться рассмотрением только пассивных ДП. Обобщенным параметром их является комплексное (полное) сопротивление Z или проводимость Y. В свою очередь :

Z=R+jX=X(tgδ+j)=X(1/Q+j),

где X – реактивное сопротивление Я, которая может иметь индуктивный (X=ωL) или емкостный (X=-1/ωC) характер. Активное сопротивление R определяет потери энергии в ДП. Поэтому когда речь идет о качестве ДП, то для оценки качества конденсатора пользуются значением тангенса угла потерь tg δ=R ωC, а для оценки качества катушки индуктивности - значение добротности Q= ωL/R. Аналогичным образом:

Y=G+jB=B(tg δ +j)=B(1/Q+j),

где G –активная составляющая Н, а В – реактивная, которая также может иметь индуктивный (И=-1/ ωL) или емкостной (B=ωC) характер.

Любой ЧП (активный или пассивный) может быть представлен схемой, показанной на рис.1.

Он полностью характеризуется соотношениями между напряжениями (U₁ и U₂) и токами (I₁ и I₂) на его входе и входе через системы Y- , Z- , и H- параметров ЧП.

Y- и Z-параметров, а также параметров H₁₁ имеет размерность сопротивления, H₂₂ -размерность проводимости. H₂₁ и H₁₂ – безразмерные величины, имеющие физический смысл передаточных характеристик ЧП. Например, передаточная хар-ка, определяемая как U₂/U₁ или I₂/I₁ , является в общем случае безразмерной комплексной функцией:

K(jω)=K(ω)e^jφ(ω),

где K(ω)- АЧХ, а φ(ω) – ФЧХ ЧП.

Другими хар-ками ЧП является амплитудная хар-ка (зависимость K(U₁) или K(I₁)) и переходная характеристика.

Важное значение практическое значение имеют шумовые свойства ЧП, которые принято оценивать значениекоэффициента шума:

где P_ш и P_{ш вых} мощности шумов соответственно на входе и на выходе ЧП. При этом источником P_ш является сигнал на входе ЧП, а P_{ш вых}> K(ω)P_ш , поскольку ЧП добавляет к шумам источника сои собственные шумы. Таки образом, практически всегда К_ш>1

52 Мостовые измерители параметров двухполюсников.

Измерительными мостами называются приборы сравнения, измерительная цепь которых относится к классу мостовых измерительных цепей (МИЦ). Классическая МИЦ состоит из четырех ДП Z1...Z4, соединенных по кольцевой схеме (рис. 10.10). Они образуют плечи моста, причем один из них (как правило, Z1) является объектом измерения, а остальные— мерами Z. Ветвь а —в, содержащая источник питания, называется генераторной диагональю, а ветвь б — г с индикатором И — индикаторной диагональю. В зависимости от окончательного измерительного состояния МИЦ может быть уравновешенной (I = 0) или неуравновешенной (I≠0). Соответственно этому измерительный мост реализует нулевой или дифференциальный метод.

Операция уравновешивания (балансирования) МИЦ производится изменением Z2...Z4 и контролируется с помощью И. Моменту равновесия (баланса) МИЦ соответствует равенство потенциалов точек б и г, что возможно только при равенстве падений напряжений в плечах Z1 и Z4, а также Z2 и Z3. Таким образом,

при I_и=0. Следовательно, условие равновесия МИЦ может быть представлено в

виде (10.5)

При комплексном характере Z1...Z4 из условия (10.5) вытекают модульное условие равновесия

(10.6)

и фазовое условие равновесия (10.7)

Таким образом, в общем случае уравновешивание МИЦ требует, во-первых, наличия не менее двух регулируемых элементов, а, во-вторых, может быть достигнуто лишь при ограниченном числе комбинаций сопротивлений плеч по характеру R и X.

Измерительные классифицируются по типу источника питания на мосты постоянного и переменного тока. В зависимости от количества плеч МИЦ различают четырехплечие и многоплечие мосты. Для мостов переменного тока дополнительным классификационным признаком является структура Z1...Z4.

Чувствительность моста может быть определена по общему правилу как S_м=Δα/ΔZ. Максимальную чувствительность имеют симметричные МИЦ, у которых Z₁=Z₂, Z₃=Z₄. В частным случаем симметричных МИЦ являются равноплечие МИЦ, когда Z₁=Z₂=Z₃=Z₄.

Сходимость характеризует способность моста приходить к состоянию равновесия путем большего или меньшего числа регулировок его элементов. В теории оно равно двум, но на практике оно больше, т.к. изменение сопротивления любого плеча одновременно влияет на модульное и фазовое условие равновесия.Принципиальным достоинством измерительных мостов всех перечисленных видов является высокая точность измерения параметров ДП, характерная для приборов сравнения. В частности, мосты постоянного тока могут иметь классы точности 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2 и 5. Классы точности мостов переменного тока образуют часть этого ряда, начинающуюся со значения 0,01.