11. Измерители уровня.
В технике связи, помимо измерения напряжения, актуальной является задача измерения уровня сигналов звукового вещания. Это вызвано тем, что в соответствии с психофизическим законом Вебера-Фехнера громкость воспринимаемого звука находится не в прямой, а в логарифмической зависимости от амплитуды сигнала. Поэтому было введено понятие уровня (N) сигналов. Это, выраженное в логарифмическом масштабе, отношение двух сигналов различной величины. Соответственно приборы, предназначенные для таких измерений, получили название измерителей уровня (ИУ).
Отличием
измерителей уровня от вольтметров
является градуировка их шкалы в абсолютных
уровнях по напряжению (дБ). В некоторых
случаях градуировка может быть в
абсолютных уровнях по мощности. При
этом абсолютным называют уровень,
определенный относительно некоторой
начальной (нулевой) величины. За эту
начальную величину в технике связи
принято считать мощность
= 1мВт, чему соответствует напряжение
В
на нагрузке
= 600 Ом. Таким образом, уровень сигнала
по мощности
определяется из выражения
(2.31)
Соответственно уровень сигнала по напряжению равен
, (2.32)
Эти
уровни
и
связаны
между собой соотношением
,
где
– сопротивление реальной нагрузки.
Если берется отношение двух сигналов, не связанных с нулевой величиной, то тогда говорят об относительных уровнях. Относительным уровнем удобно пользоваться при характеристике, например, коэффициентов передачи активных и пассивных четырехполюсников, затухания в трактах передачи сигналов и их отдельных элементах и т.п.
В зависимости от назначения различают широкополосные и избирательные измерители уровня. Причем избирательные ИУ обеспечивают выделение эквивалентной полосы канала тональной частоты 3,1 кГц и шумового канала 1,74 кГц. Структурные схемы измерителей уровня в основном соответствуют схемам вольтметров с детектором на входе (для широкополосных) и селективных (для избирательных).Однако функциональные узлы их могут иметь ряд специфических особенностей.
Прежде всего измерители уровня могут иметь как симметричный, так и несимметричный вход относительно земли. Это позволяет подключать измеритель уровня как к несимметричным, так и к симметричным цепям. Симметричность входа обеспечивается, как правило, с помощью симметрирующего трансформатора. Входное сопротивление измерителя уровня может быть высоким (при измерении ) и низким (при измерении ). Аттенюатор входного устройства градуируется в дБ.
Детекторы измерителей уровня обязательно выполняются по двухполупериодной схеме, поскольку звуковые сигналы, как правило, являются несимметричными. Они имеют линейную характеристику и могут быть пиковыми или средневыпрямленного значения. Пиковые детекторы должны регистрировать как длительные сигналы, так и короткие, при этом сами сигналы звукового вещания имеют нестационарный характер. Поэтому, в отличие от пиковых детекторов вольтметров, в измерителях уровня нашли широкое применение так называемые квазипиковые детекторы, у которых отношение постоянных времени разряда и заряда равно ~103. Это повышает динамические свойства измерителей уровня, и в тоже время оператор успевает следить за изменением показаний и проводить отсчет уровней.
Для расширения динамического диапазона измеряемых уровней в состав измерителей уровня могут включаться после детектора логарифмические преобразователи измеряемых сигналов (логарифматоры). Теоретически с их помощью можно получить любой динамический диапазон, однако в практических схемах измерителей уровня достаточно обеспечить диапазон порядка 55дБ. Для этой цели применяют логарифматоры с кусочно-линейной аппроксимацией логарифмической характеристики, осуществляемой нелинейными делителями на диодно-резистивных цепочках.
В качестве измерительных устройств в современных типах измерителей уровня применяются магнитоэлектрические измерительные приборы. Тип ИУ определяется конкретными требованиями, при этом они могут быть монофоническими и стереофоническими.