7.2.2 Определение рабочего затухания (усиления)

Рабочее затухание – это уменьшение мощности электрического сигнала при прохождении от источника до нагрузки, выраженное в логарифмических единицах.

[дБ],

где Р ист – максимально возможная мощность сигнала, которую может отдать источник согласованной нагрузке (это возможно в согласованном режиме),

Р нагр – мощность сигнала, поступающего в нагрузку четырехполюсника.

Напомним, что рабочее затухание включает в себя несколько составляющих потерь:

Ар=Аотр.вх.+Ас+Аотр.вых.+Авз.

Измерение каждой составляющей потерь в отдельности практически невозможно, измерение затухания через мощность сигнала затруднено особенностями подключения измерителя мощности в электрических цепях связи.

Соответственно выразим затухание через параметры напряжения.

Выразим Р ист.

Источник рабочего сигнала, работающий в согласованном режиме можно представить следующий эквивалентной схемой:

Е ист

U=Е/2

Z ист

В согласованном режиме напряжение на нагрузке равно Е/2, соответственно, мощность сигнала, отдаваемого источником:

.

Мощность, потребляемая нагрузкой 4-хп:

Выразим рабочее затухание:

L_Е/2 – абсолютный уровень половины ЭДС на выходе источника в согласованном режиме;

Lнагр – абсолютный уровень напряжения на нагрузке четырехполюсника в рабочем режиме;

Zист – внутреннее сопротивление источника;

Zн – сопротивление нагрузки четырехполюсника.

Рабочее усиление – это увеличение мощности электрического сигнала при прохождении от источника до нагрузки, выраженное в логарифмических единицах.

[дБ]

Так как Sр – величина обратная затуханию, то

7.2.3 Методы измерения рабочего затухания (усиления).

Для удобства измерений уровней Lист и Lнагр, в измерительной аппаратуре (пульт ИП-300) предусмотрено специальное устройство (ИРЗУ – панель для измерения рабочего затухания и усиления).

С помощью этого устройства рабочее затухание (усиление) можно измерить методом разности уровней и методом сравнения.

Измерение рабочего затухания (усиления) методом разности уровней.

Рисунок 7.2.2 – Схема измерения А раб (Sраб) методом разности уровней

1 Поскольку величина рабочего затухания зависит от степени согласованности четырехполюсников, частоты электрического сигнала и других параметров, характеризующих рабочий режим, необходимо правильно выбрать параметры измерительных приборов, чтобы максимально приблизить режим измерения к рабочему режиму.

Параметры измерительного генератора должны быть следующими:

F иг= F ист раб сигн

Е иг= Е ист раб сигн

Z иг= Z ист раб сигн

Параметры ИУ определяются для каждого переключения.

2 Переключатель ставится в положение 1-1. Замыкается цепь ИГ-ИУ. Измеряем уровень на выходе ИГ.

Сопротивление входа ИУ устанавливается равным сопротивлению генератора Rн1=Zиг. Таким образом, для генератора создается согласованный режим.

ИУ покажет уровень L₁=L_Е/2=Lист.

3 Переключатель ставится в положение 2-2.

Замыкается цепь ИГ-4-хп-ИУ. Измеряем уровень на выходе 4-хп.

Сопротивление входа ИУ устанавливается равным сопротивлению нагрузки рабочей нагрузки Rн2=Zн. Таким образом, для 4-хп создается рабочий режим.

ИУ покажет уровень L₂=Lнагр.

4 Рабочее затухание измеряемого объекта вычисляется по формуле:

Рабочее усиление измеряемого объекта вычисляется по формуле:

Измерение рабочего затухания методом сравнения.

Рисунок 7.2.3 – Схема измерения А раб методом сравнения

В данной схеме в нижнюю ветвь включается магазин затуханий.

1 Выбираем параметры измерительных приборов для создания рабочего режима:

F иг= F ист раб сигн

Е иг= Е ист раб сигн

Z иг= Z ист раб сигн;

характеристическое сопротивление МЗ должно быть равно сопротивлению генератора Zмз=Zиг.

2 Переключатель в положение 2-2. Измеряем уровень на выходе 4-хп.

Сопротивление входа ИУ устанавливается равным сопротивлению нагрузки рабочей нагрузки Rн2=Zн. То есть для 4-хп создается рабочий режим.

ИУ покажет уровень L₂=Lнагр. Запоминаем данное значение.

3 Переключатель в положении 1-1. Замыкается цепь ИГ-МЗ-ИУ.

Для МЗ создаем согласованный режим – Rн1=Zмз=Zиг.

ИУ измеряет уровень сигнала на выходе МЗ – L1=Lмз.

Изменяя затухание магазина МЗ, добиваемся равенства показаний ИУ в обоих положениях переключателя L₁=L₂.

4 Рассчитаем А раб.

Уровень сигнала на выходе МЗ равен: Lмз=L_Е/2-Амз.

В результате подбора получили Lмз=L2.

Отсюда L_Е/2 = L₂+ Амз

Рабочее затухание определяется так:

Тогда:

Измерение рабочего усиления методом сравнения.

Рисунок 7.2.4 – Схема измерения S раб методом сравнения

При измерении усиления МЗ необходимо включить последовательно на выходе усилителя с целью компенсации усиления объекта собственным затуханием магазина.

Включение МЗ на входе усилителя недопустимо. Так как из-за нелинейности усилителя уровень сигнала на его входе должен быть стабильным и соответствовать рабочей точке.

1 Выбираем параметры измерительных приборов для создания рабочего режима:

F иг= F ист раб сигн

Е иг= Е ист раб сигн

Z иг= Z ист раб сигн;

характеристическое сопротивление МЗ должно быть равно сопротивлению нагрузки рабочей цепи Zмз=Zн.

2 Переключатель в положении 1-1. Rн1=Zиг.

Измеряем уровень сигнала на выходе ИГ – L1 и запоминаем его.

3 Переключатель в положении 2-2.

Замыкаем цепочку ИГ – усилитель – МЗ - ИУ. Rн2=Zмз=Zнагр.

Изменяя затухание МЗ, добиваемся равенства показаний ИУ в обоих положениях переключателей, т.е. Lмз=L1.

4 Рассчитаем рабочее усиление.

Lмз = L2 - Амз = L1

L2 = L1 + Амз

Рабочее усиление определится из выражения:

Тогда

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение рабочего затухания.

2. Поясните, чем отличаются рабочее и характеристическое затухания 4-хп.

3. Напишите формулу расчета А раб через мощность сигнала, напряжения и уровни напряжений.

4. Дайте определение рабочего усиления. Приведите расчетные формулы.

5. Поясните порядок измерения рабочего затухания разными методами.

6. Поясните, чем отличаются методы измерения – метод разности уровней и метод сравнения.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9

ИЗМЕРЕНИЕ РАБОЧЕГО ЗАТУХАНИЯ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1.1 Изучить:

-методы измерения рабочего и собственного затухания четырехполюсников и трактов связи;

-средства для измерения затухания различными методами;

-источники погрешности измерении затухания.

1.2 Получить навыки:

-работы с приборами при измерении затухания и его частотных характеристик;

-обработки результатов измерения затухания.

2 ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.

2.1 Изучение метрологических характеристик и правил эксплуатации используемых приборов.

2.2 Измерение рабочего затухания четырехполюсника измерителем уровней методом известного генератора;

2.3 Измерение рабочего затухания четырехполюсника измерителем уровней методом Z;

2.4 Измерение частотной характеристики рабочего затухания четырехполюсника методом сравнения.

2.5 Исследование погрешности измерения затухания, вызванной нелинейностью гармонических колебаний.

3 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

3.1 Измерительный генератор.

3.2 Широкополосный измеритель уровней.

3.3 Избирательный измеритель уровней.

3.4 Магазин затуханий.

3.5 Коммутационная панель.

3.6 Исследуемый четырехполюсник.

4 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ.

4.1 Изучите материал по теме "Измерение параметров четырехполюсников".

4.2 Подготовьтесь к коллоквиуму по следующим вопросам:

-определение и единицы измерения затухания;

-определение собственного затухания четырехполюсника;

-определение рабочего затухания четырехполюсника;

-при каком условии рабочее затухание четырехполюсника равно собственному затуханию?

-условие измерения собственного затухания;

-условие измерения рабочего затухания;

-порядок измерения рабочего затухания методом разности уровней;

-порядок измерения рабочего затухания методом сравнения.

4.3 Подготовьте отчет, разработайте схемы измерения, приведите формулы, необходимые для обработки результатов измерений.

4.4 Решите измерительные задачи, приведенные ниже. Вариант задания определяется последней цифрой номера студенческого билета.

4.4.1 Задача. Измерение рабочего затухания выполнялось методом известного генератора (т.е. генератора с известными параметрами) в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1. Рассчитайте рабочее затухание четырехполюсника, используя данные, приведенные в таблице 1

Рисунок 1 - Схема измерения рабочего затухания методом

известного генератора

Таблица 1

Вариант	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Eиг, В	7,75	6,16	4,36	3,09	2,45	1,95	1,38	9,76	13,8	24,5
Zиг, Ом	600	300	150	135	75	50	1400	800	500	400
Zн, Ом	150	600	300	135	300	200	700	400	50	75
Lн, дБн	-20	-22	-24	-26	-28	-30	-32	-34	-36	-38
∆Lн,дБн	0,2	0,4	0,25	0,3	0,35	0,5	0,15	0,45	0,6	0,1

Еиг – эдс измерительного генератора;

Zиг – внутреннее сопротивление измерительного генератора;

Zн – сопротивление нагрузки четырехполюсника;

Lн – показание измерителя уровней, подключенного к нагрузке четырехполюсника высокоомным входом;

∆Lн – погрешность измерения уровня.

4.4.2 Задача. Определите мощность, потребляемую нагрузкой четырехполюсника, и напряжение на ней, используя данные задачи 4.4.1.

5 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ.

5.1 Изучите метрологические характеристики приборов, используемых в данной работе, и занесите их в таблицу 2.

Таблица 2

Метрологические характеристики	Численное значение метрологических характеристик
Измерительный генератор
Тип (марка) прибора
Рабочий диапазон частот
Рабочий диапазон напряжения (уровня)
Внутреннее сопротивление
Точность установки частоты
Точность установки напряжения (уровня)
Точность выходного сопротивления
ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЕЙ
Тип (марка) прибора
Рабочий диапазон частот
Диапазон измерения уровня
Входное сопротивление
Точность измерения уровней
МАГАЗИН ЗАТУХАНИЙ
Диапазон изменения вносимого затухания
Минимальный интервал изменения величины вносимого затухания
Точность установки величины затухания
МАГАЗИН СОПРОТИВЛЕНИЙ
Диапазон изменения вносимого сопротивления
Минимальный интервал изменения величины вносимого сопротивления
Точность установки величины сопротивления

5.2 Выполните измерение рабочего затухания четырехполюсника методом известного генератора.

5.2.1 Выберите параметры измерительного генератора таким образом, чтобы создать исследуемому четырехполюснику рабочий режим в соответствии с его рабочей схемой.

Рисунок 2 - Схема объекта измерения

Установите частоту, уровень сигнала и сопротивление на выходе измерительного генератора, необходимые для измерения рабочего затухания:

Еиг = Еист (или Lиг = Lист)

Fиг = Fист

Zиг = Zист.

5 .2.2 Используя панель ИРЗУ, соберите схему измерения Араб методом разности уровней.

Рисунок 3 - Схема панели ИРЗУ

Рисунок 4 - Схема подключения приборов к панели ИРЗУ

при измерении Араб методом разности уровней

5.2.3 Выполните измерение частотной характеристики Араб методом разности уровней. Параметры измерительных приборов и результаты измерения занесите в таблицу 3.

Таблица 3 Результаты измерения Араб методом разности уровней

Fиг	Lиг		Zиг	Rиу1	L1		Rиу2	L2		Араб
кГц	дБн	Нп	Ом	Ом	Нп	дБн	Ом	Нп	дБн	дБн
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

Рассчитайте величину рабочего затухания по формуле:

Ар = L1 – L2 + 10ℓg Rиу2/Rиу1,

где L1– уровень сигнала на выходе генератора при согласованной нагрузке;

L2 – уровень сигнала на нагрузке четырехполюсника в рабочем режиме;

Rиу1 = Rист – сопротивление измерителя уровней при измерении L1;

Rиу2 = Rнагр – сопротивление измерителя уровней при измерении L2.

Используя паспортные данные измерительных приборов, оцените погрешность прямых измерений ∆L1, ∆L2 и погрешность установки сопротивления измерителя уровней ∆Rиу1 и ∆Rиу2.

Выведите формулу для расчета погрешности измерения рабочего затухания и рассчитайте ∆Ар.

Результат измерения рабочего затухания запишите в стандартной форме согласно требованиям МИ 1317-86.

Ар =

5.3 Выполните измерение рабочего затухания исследуемого четырехполюсника методом сравнения.

5.3.1 Выберите параметры измерительного генератора таким образом, чтобы создать исследуемому четырехполюснику рабочий режим:

Еиг = Еист (или Lиг = Lист)

Fиг = Fист

Zиг = Zист.

Выберите магазин затухания, используя условие: Zмз = Zиг = Zист.

5.3.2 Используя панель ИРЗУ, соберите схему измерения Араб методом сравнения.

Рисунок 5 - Схема подключения приборов к панели ИРЗУ

при измерении Араб методом сравнения

5.2.3 Выполните измерение частотной характеристики Араб. Параметры измерительных приборов и результаты измерения занесите в таблицу 4.

Таблица 4 Результаты измерения Араб методом сравнения

Fиг	Lиг		Zиг	Rиу1	Rиу2	Амз		Араб
кГц	дБн	Ом	Ом	Ом	Ом	Нп	дБн	дБн
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

Рассчитайте величину рабочего затухания по формуле:

Ар = Амз + 10ℓg Rиу2/Rиу1,

5.3.4 Обработайте результат измерения рабочего затухания, рассчитайте погрешность измерения Ар.

Сравните результат измерения рабочего затухания методом разности уровней и методом сравнения. При правильных измерениях расхождение между результатами не должно превышать сумму погрешностей данных измерений.

Постройте график зависимости Ар(f).

6 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

6.1 Отчет оформляется каждым членом бригады.

6.2 Отчет должен содержать домашнее задание, схемы измерений, заполненные таблицы, выводы используемых формул и результаты измерений.

17