- •Содержание
- •Предисловие
- •ВвЕдение
- •1. Структура аналоговых средств измерения
- •1.1. Назначение, области применения. Принципы построения, характеристики и основные элементы аиу
- •1.2. Классификация и структурные схемы аиу
- •Электрические двигатели. Электрические двигатели, используемые в схемах регистрирующих приборов, предназначены для перемещения носителя и регистрирующего органа.
- •1.4. Информационные сигналы аиу
- •1.4.1. Основные процессы преобразования измерительных сигналов
- •1.5. Аналоговые электроизмерительные приборы с регистрирующими устройствами
- •1.5.1. Принципы построения, характеристики и узлы. Методы регистрации
- •1.5.2. Структурная схема приборов прямого действия. Погрешности приборов прямого действия
- •1.5.3. Самопишущие приборы
- •1.5.4. Самопишущие приборы обычного быстродействия (сп)
- •1.5.5. Быстродействующие самопишущие приборы (бсп)
- •1.5.6. Светолучевые осциллографы (сло)
- •1.6. Автоматические измерительные приборы
- •Компенсационный метод измерения электрических величин
- •1.6.2. Автоматические компенсаторы (типа ксп) для измерения напряжения и температуры. Типы. Схемы. Статические и динамические характеристики
- •1.6.3. Назначение автоматических электроизмерительных мостов (ксм). Мосты постоянного тока. Пределы и точность измерения
- •Технические характеристики
- •1.6.4. Мосты переменного тока. Условия равновесия. Основные типы мостов переменного тока
- •Основные типы мостов переменного тока
- •1.6.5. Автоматические мосты с регулирующими устройствами. Двухкоординатные автоматические самописцы
- •4.1. Электромеханические измерительные устройства
- •4.1.1. Магнитоэлектрические приборы. Области применения и свойства. Устройство и принцип действия приборов
- •4.1.2. Магнитные системы электроизмерительных приборов и устройств. Назначение магнитных систем. Расчет магнитных систем
- •4.1.3. Основные требования при проектировании магнитных систем
- •4.1.5. Измерительные цепи приборов
- •4.2. Электромагнитные приборы
- •4.2.1. Свойства и классификация приборов
- •4.2.2. Конструкции измерительных механизмов
- •4.2.4. Основные виды погрешности и способы уменьшения
- •4.3. Электродинамические (эд) приборы
- •4.3.1. Области применения и свойства приборов
- •4.3.2. Измерительные механизмы электродинамических приборов
- •4.3.3. Вращающий момент. Методика расчета
- •4.3.4. Измерительные цепи. Погрешности ваттметра
- •4.3.5. Порядок расчета ваттметра
- •4.4. Ферродинамические приборы
- •4.4.1. Свойства и области применения приборов
- •4.4.2. Конструкции измерительных механизмов
- •4.4.3. Измерительные цепи и погрешности
- •4.5. Электростатистические приборы
- •4.5.1. Общие сведения об измерительных механизмах. Конструкция и принцип действия приборов
- •Конструкция и принцип действия приборов
- •4.5.2. Схемы включения
- •4.5.3. Погрешности и методы компенсации
- •2: Электронные узлы измерительных каналов и автономных приборов
- •2.1. Электронные вольтметры
- •2.1.1. Общие сведения. Универсальные вольтметры
- •Универсальные вольтметры
- •2.1.2 Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное
- •2.1.3. Микровольтметры постоянного тока. Милливольтметры переменного тока
- •Милливольтметры переменного тока
- •2.1.4. Импульсные вольтметры
- •2.2. Электронные осциллографы
- •2.2.1. Области применения и свойства
- •2.2.2. Характеристики электронных осциллографов и способы их определения
- •2.2.3. Классификация осциллографов и их структурные схемы
- •2.2.4. Электроннолучевая трубка (элт) с электростатическим отклонением луча
- •2.2.5. Усилители вертикального и горизонтального отклонения лучей
- •2.2.6. Генераторы развертки. Назначение. Схема. Синхронизация генераторов развертки
- •Синхронизация генераторов развертки
- •2.2.7. Вспомогательные устройства
- •Предельное значение погрешности этого метода можно определить из соотношения
- •Погрешность такого измерения
- •2.3. Электронные приборы для анализа характеристик сигналов
- •2.3.1. Анализаторы спектра. Назначение. Элементы. Характеристики
- •Аппаратурно можно получить текущий спектр сигнала
- •2.3.2. Структурные схемы анализаторов спектра
- •2.4. Измерительные генераторы
- •2.4.1. Нормируемые параметры и классификация измерительных генераторов
- •2.4.2. Иг синусоидальных сигналов. Общие характеристики
- •2.4.3. Схемы и параметры задающих генераторов синусоидальных колебаний Генераторы lc
- •Генераторы rc
- •Генераторы на биениях
- •2.4.4. Импульсные генераторы
- •2.5. Электроизмерительные приборы с оптоэлектронными отсчетными устройствами
- •2.5.1. Принцип действия оптоэлектронных приборов. Свойства электроизмерительных приборов и области их применения
- •2.5.2. Принципы построения и структурные схемы аналого-дискретных оэп
- •3. Нормирование и анализ метрологических характеристик аиу
- •3.1. Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения
- •3.2. Нормируемые метрологические характеристики результатов и средств измерений
- •3.3. Формы представления нормируемых характеристик. Требования гост 8.009-84
- •3.4. Абсолютная и относительная погрешности, приведенная погрешность. Основная погрешность
- •3.5. Статическая и динамическая погрешности. Класс точности
- •3.6. Динамические характеристики и принципы их коррекции
- •3.7. Методы уменьшения погрешностей аиу
- •3.7.1. Классификация методов
- •3.7.2. Стабилизация реальной характеристики преобразования
- •3.7.3. Компенсация погрешностей
- •3.7.4. Коррекция погрешностей
- •3.7.5. Фильтрация погрешностей
- •3.7.6. Уменьшение динамической погрешности
- •3.7.7. Конструктивные способы улучшения точности работы аиу
- •Список литературы
2.2.5. Усилители вертикального и горизонтального отклонения лучей
Вследствие малой чувствительности трубок осциллографа наблюдение небольших по амплитуде сигналов возможно лишь после его усиления. Поэтому в схему осциллографа входят усилители вертикального и горизонтального отклонения луча, которые в значительной степени определяют его метрологические характеристики. В общем случае для получения малых искажений осциллограмм усилители электронного осциллографа должны иметь малые линейные и нелинейные искажения, малые переходные искажения сигнала, большое входное сопротивление. Как видно из структуры электронного осциллографа (см. рис. 2.7), в его усилителях можно выделить три каскада: входное устройство, усилитель напряжения и выходной усилитель. Усилители напряжения являются обычными широкополосными или импульсными усилителями с RC - связями между каскадами и коррекцией их частотных характеристик LC-цепями или отрицательной обратной связью. Входная цеп усилителей иметь, возможно, большее входное сопротивление Rвх и возможно малую входную емкость Свх; входная цепь должна допускать ступенчатую и плавную регулировку усиления без искажений частотных характеристик усилителя, иметь большой динамический диапазон по входному сигналу и не бояться значительных перегрузок по входу. Если учесть эти требования, то становится ясным, что оптимальным входным каскадом усилителя будет эмиттерных повторитель, с коэффициентом усиления
, (2.14)
где – статический коэффициент усиления каскада;
гk – сопротивление в цепи эммитера;
r1 – внутренне сопротивление коллектор-эмиттер.
Для осциллографов имеется возможность значительного снижения емкости входа, что очень важно при исследовании рядя объектов. Для уменьшения этой емкости можно применять выносной делитель напряжения, построенный как цеп, пропускающая все частоты (Рис. 2.10).
Рис. 2.10. Схема переключателя чувствительности осциллографа
На основании (2.15) получим
, (2.15)
где Ск – емкость соединительного кабеля осциллографа;
rвх – сопротивления входа.
Очевидно, что, выбрав r1 > rвх, можно получит Свх < Ск за счет снижения усиления усилителя.
Выходные каскады усилителей осциллографа. Выходные каскады усилителей современного электронного осциллографа строятся всегда по симметричной схеме. Объясняется это следующими принципами:
В выходном каскаде, построенном по парафазной схеме, при прочих равных условиях выходной сигнал имеет в два раза большую амплитуду, чем в одноактном усилителе.
Симметричное возбуждение отклоняющих пластин уменьшает искажения осциллограмм в узле электронной лучевой трубки (трапецеидальный искажения, астигматизм).
Переход от одноконтактных каскадов усилителя напряжения осциллографа к двухтактному выходному каскаду осуществляется через инвертирующую схему с парафазными выходами, с которых снимаются разно–полярные сигналы одинаковой амплитуды.
В качественных осциллографах для получения парафазного напряжения обычно используется отдельный фазовращатель, построенный по схеме с эмиттерной связью или по схеме каскада с коллекторно-эмиттерной нагрузкой (Рис.2.11).
Рис. 2.11. Схема каскада с коллекторно-эмиттерной нагрузкой
Это позволяет добиться полной симметрии выходного напряжения. В транзисторном каскаде сопротивление в коллекторе rК выбирается несколько больше сопротивления эмиттера rЭ. Это необходимо для равенства выходных сигналов. В этих каскадах не используется коррекция частотных характеристик, а необходимые характеристики получаются за счет применения малых по величине коллекторных нагрузок и использования высокочастотных усилительных элементов.
Выходной же каскад усилителя осциллографа всегда строят с коррекцией его частотных характеристик и с использованием мощных транзисторов. Объясняется это тем, что на выходе эти каскады должны обеспечить получение возможно большего выходного напряжения.
Для расширения полосы пропускания усилителя, применяют корректированные выходные каскады, хотя они и сложнее обычных.
При необходимости строить более широкополосные усилители приходится применять другой способ их построения и строить усилители с распределенным усилением (усилители с «бегущей» волной).
Для осциллографов на транзисторах обычно применяют высокочастотные транзисторы, лучшие из которых обеспечивают усиление в полосе частот f = (0,50,3)fa, где fa – граничная частота усиления транзистора.
При построении таких усилителей обычно используется токовый принцип усиления, а усилитель строят с обратными связями, с взаимной коррекцией или распределенным усилением и непосредственными связями между каскадами.
Выходные каскады таких усилителей, как правило, строят по каскадной схеме (заземленный эмиттер-заземленная база), позволяющей получить лучшие характеристики за счет следующих факторов. а)первый транзистор каскада работает на низком входное сопротивление второго в режиме усиления тока, усиление по напряжению отсутствует, поэтому проходная емкость мало влияет на второй транзистор; б) уменьшается обратная связь с выхода на вход каскада; в) возникает «транзисторный» резонанс выходной емкости первого и входной индуктивности второго, эффективно корректирующей высокочастотные характеристики каскада.