14. Аналоговые вольтметры сравнения.

Электронные аналоговые вольтметры сравнения в большинстве своем реализуют нулевой метод. Поэтому чаще они называются компенсационными вольтметрами. По сравнению с вольтметрами прямого преобразования они являются более сложными приборами, но и более точными. Более того, так как в момент компенсации , вольтметр не потребляет мощности от источника измеряемого напряжения, а следовательно и не нарушает режима работы исследуемого объекта. Это так же означает, что этими вольтметрами можно измерять не только напряжение, но и Э.Д.С. маломощных источников.

Компенсационные вольтметры применяются для измерения постоянных и переменных напряжений, Э.Д.С. В компенсационных электронных аналоговых вольтметрах измеряемое постоянное, переменное, импульсное напряжение сравнивается с постоянным компенсирующим напряжением , которое измеряется вольтметром постоянного тока и является мерой .

Рассмотрим типовую структурную схему компенсационного вольтметра

Основу вольтметра составляет компенсационный измерительный преобразователь. Этот преобразователь состоит из измерительного диода V с нагрузкой R, регулируемого источника напряжения , усилителя и индикатора с двумя устойчивыми состояниями. При отсутствии индикатор, находится в первом устойчивом состоянии, а при некотором пороговом значении переходит во второе состояние. Процесс измерения как раз и сводится к постепенному увеличению до тех пор, пока индикатор не перейдет во второе устойчивое состояние. Значение , соответствующее моменту перехода, измеряется вольтметром постоянного тока и является мерой . Поскольку этот вольтметр является автономным, он может быть выполнен как высокоточный прибор. В сочетании с другими схемными решениями (применение индикатора с малым пороговым напряжением, измерительного диода со стабильной характеристикой и т.п.) оказывается возможным проектировать высокоточные компенсационные вольтметры переменного и импульсного тока. Недостатком рассмотренной схемы является необходимость установки вручную, обеспечивая автоматическую компенсацию и . Автокомпенсационные вольтметры обеспечивают автоматическую компенсацию и , т.е. они являются прямопоказывающими приборами и удобны в эксплуатации.

15. Широкодиапазонный гетеродинный анализатор спектра.

Сигнал , спектр которого исследуется, подается через ВУ на См. На второй вход этого смесителя подается сигнал с Г₁. Этот гетеродин перестраивается вручную и имеет точную шкалу частот. Диапазон перестройки Г₁ определяет рабочий диапазон частот анализатора. С помощью этой части схемы исследуемый спектр из любой части рабочего диапазона частот анализатора переносится на фиксированную промежуточную частоту , на которую настроен УПЧ₁. С его помощью происходит основное усиление сигнала. При постоянной и известной частоте , шкала частот Г₁ может быть проградуирована в частотах исследуемого сигнала . Полоса пропускания УПЧ₁ должна быть больше максимальной ширины исследуемого спектра.

Н епосредственно анализ спектра начинается со 2-го смесителя (СМ2), на который подается модулированное по частоте напряжение с частотно иодулированного гетеродина (ЧМГ), представляющего собой генератор качающейся частоты (ГКЧ). Изменение частоты выходного сигнала ЧМГ осуществляется по линейному закону с помощью ГР, который одновременно, через УГО подает развертывающее напряжение на пластины Х ЭЛТ. Таким образом, по горизонтали формируется частотная ось, вместо временной. Действительно каждому значению напряжения развертки в данный момент времени будет соответствовать определенная частота сигнала ЧМГ. Роль узкополосного фильтра выполняет УПЧ₂ резонансного типа. Из спектра вырезается участок , равный полосе пропускания УПЧ₂ ( ). Этот участок последовательно смещается по оси частот по мере перестройки частоты ЧМГ. После усиления по промежуточной частоте, детектирования и последующего усиления УВО сигнал подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ и воспроизводится на ее экране в виде вертикальной полоски, высота которой пропорциональна амплитуде соответствующего участка спектра.

За время анализа воспроизводится n полосок, огибающая которых будет соответствовать амплитудному спектру исследуемого сигнала. Для расширения диапазона рабочих частот может осуществляться не одно, а два, три и более преобразований сигнала.

Статическая разрешающая способность АС последовательного действия определяется по формуле

(6.22)

Динамическая разрешающая способность АС зависит от скорости изменения (перестройки) частоты ЧМГ. При увеличении скорости перестройки напряжение на выходе УПЧ₂ не успевает изменяться с изменением напряжения на входе, так как энергия, запасенная в избирательной системе (в нашем случае контуре, т.к. УПЧ₂ резонансного типа), не может измениться мгновенно. Это явление имеет место в том случае, если длительность переходного процесса в УПЧ₂ соизмерима со временем изменения частоты колебаний на входе и в пределах его полосы пропускания. Динамические искажения изображения спектра ограничивают допустимую скорость изменения частоты ЧМГ. Отсюда время анализа определяется следующим неравенством:

, (6.23)

где – полоса обзора; А – коэффициент, определяемый схемой УПЧ₂ и допустимыми динамическими погрешностями.

Подставив в (6.23) значение из (6.22), определяющего статическую разрешающую способность АС , получим значение времени анализа в виде:

. (6.24)

Из нее следует, что обратно пропорционально квадрату разрешающей способности. Чтобы получить высокую разрешающую способность (малое ), необходимо увеличивать время анализа . Скорость анализа при линейном законе изменения частоты ЧМГ определяется как

(6.25)

Измерения амплитуд (относительные) производятся либо по масштабной сетке на экране ЭЛТ, либо с помощью входного аттенюатора и аттенюатора, включаемого в тракт УПЧ₂. Измерения по масштабной сетке на экране ЭЛТ можно проводить только в том случае, если она имеет логарифмическую шкалу. Методика измерения амплитуд с помощью аттенюаторов :

С помощью аттенюаторов устанавливают амплитуду основного лепестка произвольно на уровне любой горизонтальной линии в верхней части экрана ЭЛТ и снимают показания аттенюаторов, (например – 20 дБ_вх и – 5 дБ_пч = – 25 дБ). Затем, уменьшая ослабление аттенюаторов, доводят до этой же полоски уровень бокового лепестка и опять снимают показания аттенюаторов, (допустим – 14 дБ). Разность полученных отсчетов и определяет искомое значение подавления первого бокового лепестка относительно основного. В нашем примере – это [– 25 дБ – (– 14 дБ)] = – 11 дБ. Для повышения точности амплитудных измерений в современных АС предусматривается возможность изменения масштаба индикатора АС с квадратичного на линейный. Поэтому детектор в АС должен быть комбинированным.погрешность измерения амплитудных и частотных параметров до 10%.