книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

стоты будет связано с изменением индуктивности при нагреве равенством

Данное измерительное устройство позволяет измерять ТКИ катушек с индуктивностью 1—10 мкгн и ТКЕ кон­ денсаторов емкостью до 100 пф. Точность измерений определяется погрешностью измерения относительного ухода частоты, погрешностью измерения разности тем­ ператур и погрешностью индикации нулевых биений.

3-5. ОБРАЗЦОВЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ, ИНДУКТИВНОСТИ И ЕМКОСТИ

О б р а з ц о в ы е с о п р о т и в л е н и я , используемые в радиоизмерительной технике при поверке и градуи­ ровке измерительных приборов, должны обладать воз­ можно меньшей зависимостью от температуры и от ча­

рис. 3-21. Зависимость сопротивления от частоты для малых сопротивлений (|Д<Ю0 ом) может характеризо­ ваться величиной фазового угла ф, определяемого соот­ ношением

Качество сопротивления с точки зрения зависимости его величины от частоты характеризуют обычно постоянной времени

100

Эта .величина является более удобной, чем фазовый угол, так как не зависит от частоты. Чем меньше по­ стоянная времени, тем меньше полное сопротивление отличается от его активного сопротивления. Образцовые высокочастотные сопротивления конструируются таким образом, чтобы их собственная емкость и индуктивность были возможно меньше. Один из наиболее распростра­ ненных типов намотки таких сопротивлений показан на

С

---------11---------

я— — czu— гетягл—_

рис. 3-22. Проволочные образцовые сопротивления нама­ тываются обычно из манганина. Они обладают темпера­ турным коэффициентом порядка 10~5 и постоянной вре­ мени от 10-7 до :10 ®. Применяются также угольные (мастичные) сопротивления, температурный коэффи­ циент которых порядка 3- 10~4, а постоянная времени от

10~10 до 10-8.

О б р а з ц о в ы е и н д у к т и в н о с т и в диапазоне радиочастот должны обладать ;ВОЗможно меньшей зави­ симостью от частоты и возможно

экрана.

Добротность катушки обусловливается ее омически­ ми потерями, поверхностным эффектом и диэлектриче­ скими потерями в изоляции провода и в каркасе катуш­ ки. Эквивалентная схема образцовой катушки индуктив­ ности в первом приближении представлена на рис. 3-23, где L —-индуктивность катушки; У?—сопротивление, эквивалентное суммарным потерям; Ск — эквивалентная емкость катушки. Если преобразовать данную схему

101

к последовательно соединенным эквивалентному сопро­ тивлению R' и эквивалентной индуктивности L', то бу­ дем иметь:

откуда для достаточно больших значений добротности катушки, т. е. Q > 1,

V lcк

Из (3-49) и (3-50) следует, что, для того чтобы соб­ ственная емкость катушки не оказывала заметного влия­ ния на ее сопротивление и индуктивность, катушка должна использоваться при частотах со, значительно меньших, чем ее собственная резонансная частота соо.

Образцовые катушки индуктивности, предназначен­ ные для работы на радиочастотах, изготовляются обыч­ но на керамическом тороиде, на который обмотка нано­ сится по винтовой линии гальваническим способом. Та­ кая катушка обладает минимальной собственной

образцовые конденсаторы постоянной емкости, выпол­ няемые в виде отдельных конденсаторов или магазинов емкостей, и образцовые конденсаторы переменной емкости.

Образцовые конденсаторы должны обладать ста­ бильностью градуировки, малыми потерями и малым ТКЕ.

102

В образцовых конденсаторах постоянной емкости в качестве диэлектрика используется обычно высоко­ сортная слюда, обладающая малыми потерями, высо­ ким сопротивлением изоляции и хорошими механически­ ми качествами. Образцовые конденсаторы переменной емкости выполняются с воздуш­

терями показана на рис. 3-24, где С — емкость конденса­ тора; R — сопротивление, эквивалентное его потерям.

Соответствующая данной эквивалентной схеме век­ торная диаграмма приведена на рис. 3-25. Из векторной диаграммы можно видеть, что потери в конденсаторе можно характеризовать углом, называемым углом по­ терь и определяемым из равенства

Для конденсаторов с воздушным диэлектриком угол потерь б порядка Ю-4, а для слюдяных конденсаторов постоянной емкости порядка (1—5) • ГО-3.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ

4-1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

Освоение все более широкого диапазона частот и по­ вышение требований к контролю стабильности частоты радиотехнических и электронных устройств способство-

103

вали развитию частотных измерений в самостоятельную и важную отрасль радиоизмерительной техники. Это развитие шло по линии разработки новых методов изме­ рения частоты и повышения точности измерений. Если до появления электронной лампы измерение частоты при помощи моста переменного тока или резонансного ча­ стотомера выполнялось с погрешностью порядка 0,1%', то с помощью пьезоэлектрического кварцевого генера­ тора нестабильность и погрешность измерения частоты были доведены до 0,01 %:.

С развитием техники связи и радиовещания для обес­ печения одновременной работы максимального количе­ ства каналов при минимуме взаимных помех резко повышаются требования к точности установки и ста­ бильности измерения несущей частоты и ширины полосы частот передатчиков. Так, например, при несущей часто­ те передатчика 25 Мгц и ширине полосы 5 кгц неточ­ ность установки или нестабильность частоты всего лишь на ±0,01% увеличивает ширину полосы, фактически за­ нимаемую передатчиком, на ±2,5 кгц, т. е. вдвое. По­ этому контроль частоты передатчика с погрешностью не более 0,01 %’ может быть выполнен с помощью частото­ измерительного устройства, погрешность которого должна быть меньше по крайней мере на порядок вели­ чины, т. е. не должна превышать 1 • 10-5.

Разработка эталонов частоты и прецизионных часто­ тоизмерительных устройств на базе высокостабильных, термостатированных кварцевых генераторов, мультивиб­ раторов и интерполяционных методов измерения ча­ стоты позволила уменьшить погрешность частотных измерений до 10~6—10-8, что соответствует, скажем,

с его' периодом соотношением

то частоту можно измерять в единицах времени. Это используется для поверки первичных эталонов частоты по абсолютному эталону частоты и времени, за который принимается период обращения Земли вокруг своей оси,

104

т. е. интервал времени, равный средним солнечным суткам.

Используемый в радиотехнике диапазон частот под­ разделяется на два основных поддиапазона: поддиапа­ зон низких или звуковых частот (15 гц—20 кгц) и под­ диапазон радиочастот (свыше десятков килогерц). В со­ ответствии с этим методы измерения частоты подраз­ деляются на методы измерения звуковых частот и мето­ ды измерения радиочастот.

Основные методы измерения звуковых частот сводят­ ся к следующим: сравнение измеряемой частоты с образ­ цовой с помощью электронного осциллографа, мостовые измерения частоты и измерение частоты электронным частотомером.

Измерения радиочастот производятся следующими методами: резонансным методом (резонансный частото­ мер); методом электромеханического резонанса (квар­ цевый калибратор); методом сравнения: измеряемой ча­ стоты с частотой калиброванного генератора плавного диапазона (гетеродинный частотомер), измеряемой ча­ стоты с дискретными образцовыми частотами (образцо­ вые меры частоты), абсолютным методом, основанным на счете числа периодов измеряемого напряжения за определенный интервал времени (электронные счетные устройства).

4-2. ИЗМЕРЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ

Осциллографические методы измерения частоты

С р а в н е н и е ч а с т о т м е т о д о м ф и г у р Лиссажу при помощи электронного осциллографа произво­ дится по блок-схеме, показанной на рис. 4-1. Измеряе­ мая частота Fx подается на вертикально отклоняющие пластины трубки, а на горизонтально отклоняющие пла­ стины подается известная образцовая частота /ц,срЕсли плавно изменять частоту Fx, то для тех ее значений, при которых отношение ее к образцовой частоте

105

экране осциллографа неподвижные фигуры, называемые фигурами Лиссажу (рис. 4-2).

Для определения огношения частот по виду наблю­ даемой неподвижной фигуры нужно вписать ее в прямо­ угольник; тогда отношение частоты напряжения на вер­ тикально отклоняющих пластинах к частоте напряжения на горизонтально отклоняющих пластинах будет равно числу точек касания фигуры с горизонтальной стороной прямоугольника, деленному на число точек касания фи­ гуры с вертикальной стороной прямоугольника.

Погрешность измеряемой частоты при этом опреде­ ляется погрешностью образцовой частоты.

Рис. 4-1. Сравнение звуко­ вых частот" при помощи электронного осциллографа.

фигур Лиссажу на экране осциллографа можно произво­ дить лишь для близких кратных отношений. При боль­ шом отношении сравниваемых частот фигуры становят­ ся настолько сложными, что определение по ним точного отношения частот становится затруднительным. В этом случае сличение частот удобнее, производить при помо­ щи круговой развертки (рис. 4-3). При этом напряжение образцовой частоты F0бр подается на фазовращатель, со­ ставленный из конденсатора С и сопротивления R и, будучи усилено усилителями вертикального и горизон­ тального отклонений, поступает на горизонтальные и вертикальные пластины трубки, образуя круговую раз­ вертку.

Измеряемая частота Fx подается на усилитель моду­ лирующего напряжения и поступает на катод трубки,

106

При этом на ее экране возникает вращающийся пунк­ тирный эллипс с числом пунктиров, равным отношению измеряемой частоты к образцовой. Скорость вращения эллипса определяет погрешность измеряемой частоты по

Рис. 4-3. Сравнение звуковых частот методом круговой развертки.

отношению к образцовой, а направление вращения —- знак этой погрешности.

Относительная погрешность измеряемой частоты

ДFx

(4-2)

Fобр^

где Fx — измеряемая частота;

ДFx — абсолютная погрешность измеряемой частоты; Fобр — образцовая частота;

t — время прохождения пунктиром полного периода, отсчиты­ ваемое по секундомеру.

Если, например, Еобр = 1 кгц, Fx = 10 кгц, t = 10 сек, то число пунктиров будет равно 10, относительная погрешность измеряемой

частоты 8Х = удг-[q = Ы 0 -4. Абсолютная погрешность измеряемой

частоты составит ДFx — 1 гц.

Из выражения (4-2) следует, что суммарная погрешность сличе­ ния определится геометрической суммой составляющих погрешностей образцовой частоты 80бр и погрешности отсчета времени ot. Если положить 6Об р = = Ы 0 -5 и считать, что время по секундомеру от­ считывается с точностью At — 0,2 сек, то относительная погрешность

At

отсчета времени составит В* = —^—= 0,02.

108

Т а к и м о б р а з о м , о т н о с и т е л ь н а я п о г р е ш н о с т ь сл и ч ен и я

Дел— абсолютная погрешность сличения;

ДFx — абсолютная погрешность сличаемой частоты.

Метод круговой развертки широко применяется при сли­ чении частот высокостабильных генераторов и эталонов частоты.

Мостовой частотомер

Принцип действия мостового частотомера основан на определении частоты из условия баланса'мостовой схе­ мы с известными параметрами сопротивлений плеч, питаемой напряжением измеряемой частоты.

Принципиальная схема мостового частотомера пока­ зана на рис. 4-4. В этой схеме параметры сопротивлений плеч моста гц r2; r3; r4; L и С являются известными, а питание его производится напряжением измеряемой частоты fx, подведенным к диагонали моста. Во вторую диагональ включен индикатор баланса в виде телефона или электронного вольтметра. Сначала регулировкой сопротивления г3 добиваются баланса амплитуд, при ко-, тором сила звука в телефоне минимальна. В данной схе­ ме условию баланса амплитуд соответствует равенство

полное исчезновение звука в телефоне. Условию баланса фаз должно соответствовать равенство

109