Погрешности взаимовлияния-2a

Погрешности взаимовлияния.

Обусловлены влиянием средства измерений (СИ) на исследуемый объект или наоборот или (иногда) вместе, в результате чего изменяется измеряемое значение.

Для радиоцепей более характерно исследование напряжений, чем токов. При исследовании напряжений средства измерений (вольтметры, осциллографы и т.п.) подключаются к исследуемому объекту параллельно его выходу.

Исследуемый объект всегда имеет выходное сопротивление , а СИ всегда имеет входное сопротивление .

Если не выполняется условие , то возникает погрешность взаимовлияния.

1. Эквивалентная схема входной цепи СИ (на частотах до 100 МГц).

Наиболее часто её изображают в виде параллельно соединённых и .

Значения и практически неизменны во всей полосе частот.

Обычно СИ соединяется с объектом с помощью кабеля, почти всегда-экранированного коаксиального.

Экран относительно жилы имеет погонную ёмкость и погонную индуктивность, которой в первом приближении при обычно пренебрегают.

Таким образом, к объекту подключается схема:

О

бычно ; ;

(среднее 70 пФ)

Например, при ; ,

т.е. и шунтирует вход (т.е. ухудшает его входные характеристики, уменьшает входное сопротивление).

До десятков кГц основное влияние на исследуемый объект оказывает , а выше в основном действует .

2. Выносной делитель напряжения.

Радикальное средство борьбы с уменьшением входного сопротивления из-за влияния ёмкости кабеля на высоких частотах – это применение выносного делителя напряжения (или выносного повторителя напряжения), с помощью которого уменьшается входная ёмкость и увеличивается входное сопротивление СИ вместе с кабелем.

Эквивалентная схема:

или

где

Это резистивно-ёмкостной делитель.

Он будет частотно-скомпенсирован при условии:

.

При этом условии модуль коэффициента передачи делителя

и не зависит от частоты,

а сдвиг фазы

и также не зависит от частоты.

Как известно, линейные цепи с такими АЧХ и ФЧХ не искажают форму проходящего через них колебания, что является обязательным условием при использовании такого делителя в составе СИ, например, осциллографа, с помощью которого мы как раз исследуем форму колебаний!

Следует отметить, что внутренние делители напряжений в СИ, используемые для регулировки их чувствительности, выполняют по схеме компенсированных делителей напряжения!

Но в данном случае нам важно другое.

Входное сопротивление делителя

(т.е. ) !

Входная ёмкость делителя

(т.е. С_вх.д < С₁) !

Допустим, имеется СИ с параметрами:= 1 МОм; = 30 пФ; = 70 пФ.

Зададимся = 0,1; =15 пФ.

Тогда: => .

И получим входные параметры делителя: ; !

Выносной делитель нужно использовать всегда, когда хватает чувствительности СИ!

3. Подключение СИ к источнику сигнала.

а) Источник гармонического напряжения

R_вх С_вх

Необходимо, чтобы при подключенном СИ u_вых(t) как можно меньше отличалось от e(t), так как при отключенном от объекта СИ u_вых(t) = e(t), т.е. e(t) и есть исследуемое колебание! А при подключенном СИ мы исследуем свойства u_вых(t) и полагаем, что это и есть свойства e(t).

,

где , – верхнее значение полосы пропускания.

Так удобно анализировать искажение синусоидальных сигналов.

б) Источник импульсного сигнала

У «прямоугольного» импульса уменьшается высота импульса (совместная «работа» сопротивлений R_вых и R_вх) и удлиняются фронт и срез (совместная «работа» в основном сопротивления R_вых - обычно R_вх почти не влияет - и емкости C_вх):

, ;

где - время нарастания переходной характеристики входной цепи средства измерений.

Для рассмотренной выше цепи:

e(t)

t

Искажения пренебрежимо малы, если , где .

Поэтому для неискаженной передачи нужно: