зачем используется селективный вольтметр
Селективные вольтметры
Селективные вольтметры находят широкое применение для исследования спектра периодических сигналов, определения спектральной плотности шумов, коэффициентов нелинейных искажений и т.п. Они представляют собой высокочувствительные приёмники гетеродинного типа с возможностью настройки на определённую частоту исследуемого сигнала. Способность измерительных приборов выделять, селектировать подлежащую измерению частотную составляющую исследуемого сигнала легла в основу их названия.
Структурная схема селективного вольтметра изображена на рисунке 1; измерительный прибор состоит из входного устройства, осуществляющего согласование исследуемых цепей с цепями устройства, генератора синусоидальных колебаний с регулируемой частотой – гетеродина, смесителя, усилителя промежуточной частоты – УПЧ, измерительного преобразователя – выходного вольтметра V, и калибровочного генератора.
Рис. 1. Структурная схема селективного вольтметра
Представим принцип работы прибора. На частотной диаграмме 2а изображены огибающая частотного спектра исследуемого входного сигнала Uсигн и выбранная частота гетеродина прибора fгет. Оба этих сигнала поступают на входы смесителя прибора. Напомним, что являясь нелинейным устройством, смеситель преобразует поступающие сигналы в сигналы, так называемой, промежуточной частоты fпр=fгет±fс (см. рис. 2б; на рисунке изображена только одна составляющая выходного сигнала смесителя: fпр=fгет-fс). Другими словами, смеситель «переносит» спектр входного сигнала в диапазон промежуточной частоты fпр (см. рис. 2б). При этом в зависимости от установленного значения частоты гетеродина fгет огибающая спектра входного сигнала занимает то или иное положение на оси частот относительно fпр (см. рис. 2б и рис. 2в).
Рис. 2. Диаграммы работы селективного вольтметра
С выхода смесителя сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты УПЧ. Амплитудно-частотная характеристика усилителя промежуточной частоты изображена на рисунке 2г. Как видно из рисунков 2а, 2б и 2в, УПЧ «вырезает» из спектра входного сигнала составляющие, попавшие в полосу его пропускания ∆fУПЧ, усиливает соответствующие сигналы и подаёт их на вход измерительного преобразователя.
Градуировка выходного вольтметра производится в действующих значениях напряжения синусоидальной формы. Вследствие узкой полосы пропускания УПЧ (в реальных приборах она обычно составляет единицы кГц), иные гармонические составляющие исследуемого сигнала, нежели выделенная, не оказывают влияния на отсчёт по основной шкале. Для измерения уровня различных гармонических составляющих частотного спектра исследуемого сигнала частота гетеродина прибора изменяется оператором вручную.
В правом по схеме положении переключателя П выполняется калибровка измерительного преобразователя.
В качестве примера, ниже представлены технические характеристики одного из селективных микровольтметров, выпускаемых отечественной промышленностью.
Технические характеристики прибора В6-1
с делителем до 1 В
Селективные вольтметры
Селективные вольтметры – разновидность вольтметров переменного тока. Они представляют собой высокоизбирательное устройство, при помощи которого можно измерить амплитуду и частоту одной составляющей в присутствии других.
По схемным решениям селективные вольтметры подразделяются на приборы с избирательными контурами и гетеродинные.
В диапазоне низких частот избирательные контуры выполняют в виде узкополосных фильтров, в диапазоне высоких частот используются колебательные контуры.
В гетеродинных вольтметрах настройку осуществляют перестройкой гетеродина; полоса пропускания определяется фильтром в усилителе промежуточной частоты. Указатель позволяет судить об абсолютной величине составляющей избранной частоты.
Фазочувствительные вольтметры также являются разновидностью вольтметров переменного тока. В качестве выпрямительного преобразователя используются фазочувствительные выпрямители.
Фазометры
Измерения фазовых сдвигов может осуществляться двумя путями:
без преобразования фазовых сдвигов в какую-либо промежуточную частоту;
с преобразованием фазовых сдвигов в промежуточную частоту.
В электронных фазометрах первой группы фазовый сдвиг, т.е. сдвиг двух напряжений во времени, непосредственно преобразуется в пропорциональный ему сдвиг каких-либо отметок в пространстве. Чаще всего эти отметки наблюдают на экране двухлучевого ЭО и по расстоянию между ними судят о величине разового сдвига.
М
ожно для этой цели использовать и однолучевой осциллограф со специальным электронным коммутатором. Картина, получаемая на экране, имеет вид, показанный на рисунке. Здесь
рад.
Таким образом можно измерять углы от 0 до 360˚.
Можно осуществлять измерение фазового сдвига с помощью электронного осциллографа (ЭО), когда одно из исследуемых напряжений подается на вертикальные отклонения пластины, а второе – на горизонтальные.
отклонения по соответст-вующим осям
(1)
(2)
; 
(3)
1) 
,
,
— прямая.
2) 
,
,
,
; 
— эллипс.
При 
— окружность.
Определим точки пересечения кривой (3) с осями координат.
С осью х
Y=0 тогда (3) примет вид
, так как
; 
;
;
; 
;
;
Точность данных методов мала, так как она определяется точностью измерения отрезков на экране ЭО. Погрешность измерения составляет несколько градусов.
Фазометры с преобразованием фазового сдвига в промежуточную величину бывают двух типов:
а) с формированием коротких импульсов;
б) с формированием прямоугольных импульсов.
Д
Ц – дифференцирующая цепь, осуществляет дифференцирование напряжения прямоугольной формы
и
, образуются короткие импульсы, которые поступают на два ключа, в качестве которых используются мультивибраторыМ1, М2.
Избирательные (селективные) вольтметры
Они применяются для измерения отдельных гармонических составляющих многочастотного сигнала, определения коэффициента гармоник, для проверки индикаторов мостовых схем и т. п. Приборы избирательного действия могут быть изготовлены на различных принципах. Чаще всего применяются приборы гетеродинного типа, близкие по своему устройству к радиоприемникам. На очень низких частотах используются избирательные RС-цепи.
Рис. 6.36. Избирательный вольтметр
Избирательные вольтметры характеризуются, в первую очередь, диапазоном перестройки и полосой измеряемого сигнала.
На рис. 6.36 показана упрощенная схема избирательного вольтметра. Ее основой является широкополосный усилитель А2 с равномерной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) и частотно-зависимой ООС.
При настройке RC-контура в цепи ООС на частоту сигнала коэффициент передачи по цепи обратной связи принимает минимальное значение, в результате чего возрастает коэффициент усиления основного тракта и напряжение 
достигает максимума. По такой схеме собраны вольтметры типов В6-2, В6-4.
Большой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых частот обладают гетеродинные избирательные вольтметры. Структурная схема такого вольтметра изображена на рис. 6.37.
Рис. 6.37. Гетеродинный вольтметр
Входной сигнал частоты 
преобразуется преобразователем частоты UZ в разностную частоту. При плавном изменении частоты гетеродина G1 можно подобрать частоту 
, на которую настроен полосовой фильтр Z1, и определить значение этого сигнала вольтметром. При постоянстве коэффициента преобразования показания индикаторного прибора РА1 пропорциональны сигналу данной гармонической составляющей на входе. Для перестройки в широком диапазоне частот и повышения избирательности применяют двух- и более кратное преобразование частоты. Примерами реализации такой схемы могут служить приборы В6-1, В6-5.
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Общие сведения
Диапазон частот, в котором приходится измерять мощность, чрезвычайно широк. При оценке экономичности радиоаппаратуры обычно интересуются потреблением энергии от сети переменного тока (50 Гц) или от источников постоянного тока. Верхняя граница частотного диапазона определяется частотой излучения лазера.
Методы и приборы, используемые для измерения мощности, зависят от частотного диапазона и величины мощности. В случае переменных токов наибольший интерес обычно представляет средняя (активная) мощность
, (7.1)
где u и i – мгновенные значения напряжения и тока; t – время; Т – период колебаний. Произведение р = ui называется мгновенной мощностью. При синусоидальных колебаниях (7.1) принимает вид
; 
, (7.2)
где U и I — среднеквадратические (действующие, эффективные) значения напряжения и тока; 
– фазовый сдвиг между U и I. При колебаниях произвольной формы оценить мощность можно с помощью ряда Фурье.
В этом случае
, (7.3)
где 
и 
– постоянные составляющие напряжения и тока; 
и 
– среднеквадратические значения напряжения и тока n-й гармоники; 
–фазовый сдвиг между и . При этом имеется в виду, что исследуемый объект имеет комплексное сопротивление и значения разности фаз между и для каждой гармоники имеют свое значение. Если исследуемый объект имеет чисто активное сопротивление R, то формула (7.3) принимает вид 
, где U и I – среднеквадратические значения напряжения и тока.
При измерении мощности импульсно-модулированных колебаний принято оценивать импульсную и среднюю мощность. В случае модуляции несущей прямоугольными импульсами (рис. 7.1) импульсная мощность
, (7.4)
где 
– длительность радиоимпульса.
Среднее значение мощности за период повторения импульсов Т связано с импульсной мощностью соотношением  (7.5) |  |
| Рис. 7.1. Синусоидальные колебания |
Импульсная мощность 
всегда больше средней мощности, кроме случая τ = T, что соответствует работе в непрерывном режиме без модуляции.
В радиотехнике широко используются следующие кратные и дольные единицы ватта: микроватт, милливатт, киловатт, мегаватт.
Кроме абсолютных единиц мощности, применяются также относительные единицы. Например, в технике связи принято значение любой измеряемой мощности 
выражать в виде уровня мощности 
, где 
– эталонная мощность. Если = 1 мВт, то называют абсолютным уровнем мощности, обозначаемым дБм. Таким образом, измеряемому уровню мощности Рх = 1 мВт соответствует уровень мощности 0 дБм.
Если > 1 мВт, уровень мощности выражается положительным числом,
Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право.
Электронные вольтметры
Электронные вольтметры (ЭВ) бывают постоянного и переменного тока, универсальные.
Вольтметры подразделяются на группы:
· В2 – постоянная тока;
· В8 – измеритель отношения и разности;
· В9 – преобразователи напряжения;
По принципу работы и устройства бывают: прямого преобразования и уравновешенного. Первые простые, но менее точные, вторые сложнее, но значительно точнее.
Электронные вольтметры классифицируют по следующим признакам:
· по назначению – приборы постоянного, переменного, импульсного напряжений, универсальные и селективные;
· по характеру измеряемого напряжения – амплитудные (пиковые), действующего и среднего напряжений;
· по частотному диапазону – низкочастотные и высокочастотные.
Электронные вольтметр постоянного тока состоят из входного устройства (ВУ), усилителя постоянного тока (УПТ), измерительного механизма (ИМ).
Рис. 4.1 Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока.
При измерении слабых сигналов начинается сказываться дрейф УПТ, поэтому в электронных микровольтметрах исключают УПТ, постоянный ток преобразуют с помощью модулятора в переменный и используют усилитель переменного напряжения.
Рис. 4.2 Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока с модуляцией сигнала.
ВУ – входной делитель, предназначен для согласования с нагрузкой (с источником сигнала);
У – усилитель переменного тока для измерения слабых сигналов;
УПТ – усилитель постоянного тока, характеризуется дрейфом нуля, что ограничивает измерение сверхмалых сигналов;
ИМ – устройство отображения;
Недостатком усилителей переменного тока является зависимость показаний от частоты сигнала.
Диапазон измеряемых напряжений составляет от микровольт до тысячи вольт; классы точности – 1,5; 2,5, шкала линейная.
Электронные вольтметры переменного тока используются для измерения переменного напряжения, изменяющегося в широком диапазоне по амплитуде и частоте (до гигагерц).
Структурная схема ЭВ может содержать выпрямитель (В), что позволяет существенно расширить частотный диапазон измеряемого сигнала.
Рис. 4.3 Структурные схемы электронных вольтметров переменного тока.
Элементная база современных ЭВ основана на использовании полупроводниковых устройств микроинтегрального исполнения.
Широко используются универсальные электронные вольтметры, предназначенные для измерения различных параметров электрической цепи постоянного (переменного) тока: 
и др. Такие устройства содержат в себе ряд дополнительных блоков, преобразующих измеряемый параметр в напряжение, которое затем измеряется.
Рис. 4.4 Структурная схема универсального электронного вольтметра.
Импульсные вольтметры используются для измерения импульсных сигналов (амплитуды максимального значения) различной формы с высокой скважностью (
= 2
500, где 
— период, 
— длительность сигнала).
Принцип их работы основан на заряде конденсатора от стабилизированного источника и поддержание измеряемого сигнала неизменным во времени на уровне, соответствующем максимальному его значению. Для этого используют усилители с ООС.
Рис. 4.5 Структурная схема импульсного электронного вольтметра и его временные диаграммы.
Диапазон измерений по частоте у приборов данного типа составляет 20 Гц…1 ГГц, по напряжению 100 мВ…1000 В, класс точности 4,0…10,0. Недостатком прибора является зависимость показаний от формы сигнала.
Селективные электронные вольтметры предназначены для измерения действующих значений напряжений отдельной гармонической составляющих сигналов (периодических сигналов).
Принцип работы таких устройств основан на выделении отдельных гармоник из сигнала, например, с помощью перестраиваемого полосового фильтра или использования принципа гетеродина. Используются также безфильтровые методы спектрального анализа сигнала, в том числе, с использованием цифровой обработки сигналов.
Нужно учитывать, что идеальных фильтров и усилителей не существует, что приводит к искажению передаваемого сигнала, к погрешности его измерений.
Технологически удобно использовать не отдельные фильтры на каждую гармонику, а устройство, состоящее из смесителя сигналов (СМ), получаемых от фильтра полосовой частоты (УПЧ) и перестраиваемого генератора (Г). Перемножая эти сигналы, можно выделить (для гармонических сигналов) сигналы с разностной и суммарной частотами.
Рис. 4.6 Структурная схема селективного электронного вольтметра.
ИМ – измерительный механизм;
ВУ – входной усилитель;
СМ – смеситель частот;
УПЧ – усилитель промежуточной частоты.
При соблюдении условия 
, получим суммарный сигнал на выходе смесителя в виде:
= 
(4.1)
С помощью УПЧ выделяют и усиливают сигнал разностной частоты, соответствующий огибающей биения колебаний 
, затем его детектируют и измеряют.
Достоинства: используется один фильтр (полосовой) разностной частоты и один перестраиваемый генератор.