книги / Устройство, эксплуатационно-техническое обслуживание и ремонт станционного оборудования радиорелейных линий связи
..pdfметр имеет пределы изме |
|
|
|
|||||
рений |
0,1 — 1 |
А, |
то |
его |
|
|
|
|
можно подключить к цепи |
^ |
|
|
|||||
через |
шунт |
(рис. |
94, а). |
|
|
|||
Сопротивление |
шунта |
/?ш |
} |
Т=3 |
О |
|||
|
|
о о гюо |
|
od |
||||
должно быть в 9 раз мень |
|
|
|
|||||
ше сопротивления |
прибо |
|
|
|
||||
ра. Тогда при токе в |
р^с |
|
|
|||||
цепи / = 10 А через шунт |
|
|
||||||
пройдет /ш= 9 А, а через |
Рис. 94. Схема подключения амперметра с |
|||||||
шунтом (а) |
и вольтметра с добавочным со |
|||||||
измерительную |
цепь |
при- |
|
противлением (б) к цепи |
||||
бора |
IА = 1 А, |
и стрелка |
|
|
|
|||
отклонится |
на |
всю длину |
|
|
|
|||
шкалы. Показания прибора при использовании такого шунта надо умножать на 10.
Для расширения пределов измерений вольтметра применяют
добавочные резисторы, включаемые последовательно с прибором
(рис. 94, б) . Так, если вольтметр рассчитан на измерение напряже ний до 10 В, а в измеряемой цепи ожидаются напряжения до (У=100 В, то надо подключить добавочный резистор /?д, сопро тивление которого в 9 раз больше внутреннего сопротивления при бора. Тогда все падение напряжения распределится так: URR = = 90В на добавочном резисторе и Uv= 10 В на вольтметре, етрелка которого отклонится на всю длину шкалы. Показание прибора надо будет умножить на 10.
Некоторые вольтметры комплектуют такими добавочными ре зисторами (а амперметры — шунтами), которые дают возмож ность увеличивать пределы измерений в десятки, сотни и более раз.
Следует отметить, что применять шунты и добавочные резисторы можно только с теми приборами, с которыми их градуировали, и что при измерениях на переменном токе возникает дополнительная погрешность, так как сопротивление шунта (добавочного резисто ра) и измерительного механизма прибора по-разному зависят от частоты. Кроме того, как резисторы, так и шунты изготовляют с погрешностями.
Для расширения пределов измерений на переменном токе можно использовать и специально изготовленные для этого изме рительные трансформаторы, применение которых повышает безо пасность работы операторов.
Там, где измеряемые напряжения очень малы, применяют
вольметры с усилителями — электронные вольтметры (микро вольтметры), а там, где требуются вольтметры с очень большим входным сопротивлением, в измерительной цепи используют
специальную электронную лампу (электрометрическую) , у кото рой при отрицательном напряжении на сетке активное сопротивле ние участка сетка — катод (а это и есть вход прибора) составля
ет 1016 Ом.
Сопротивления на постоянном токе• измеряют методом ампер
|
метра и вольтметра (см. рис. |
|
87). Если заранее известно на |
|
пряжение питания измеритель |
|
ной цепи, то вольтметр не ну |
|
жен. На рис. 95 показана схема |
|
таких измерений (схема оммет |
|
ра). Перед началом измерения |
|
зажимы 1 и 2 замыкают нако |
|
ротко и резистором /?д устанав |
|
ливают на нуль стрелку ампер |
|
метра А. Затем, разомкнув за |
|
жимы, подключают к ним резис |
Рис. 95. Схема для измерения мето |
тор Rx, сопротивление которо |
го надо измерить. Шкалу прибо |
|
дом омметра больших (свыше 10 |
ра А градуируют в омах (кило- |
Ом) (а) и малых (до 10 Ом) (б) |
|
сопротивлений |
омах и т. д.). |
|
Резистор Ro необходим для |
ограничения тока через амперметр при одном из крайних положе ний резистора /?д.
Большие сопротивления (например, сопротивление изоляции) измеряют мегаомметром — логометром (рис. 96).
Это прибор магнитоэлектрической системы, подвижная рамка которого состоит из двух взаимно перпендикулярных обмоток.
Ток /о, проходящий по одной обмотке, вызывает отклонение стрелки прибора в одну сторону, а ток /, проходящий по другой обмотке, вызывает отклонение стрелки в другую сторону. При одновременном прохождении токов по обмоткам отклонение стрел ки прибора пропорционально ///о . По сравнению с Ro и Rx сопро тивление обмоток рамки настолько мало, что им можно прене бречь. Тогда можно считать, что угол а отклонения стрелки прибо ра зависит только от отношения эталонного Ro и измеряемого Rx сопротивлений:
Рис. 96. Схема |
для |
Рис. 97. Схема четы |
измерения больших |
рехплечего моста |
|
сопротивлений |
ме |
|
гаомметром—лого- |
|
|
метром |
|
|
где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от конст рукции прибора. Так как значения /?0 и К постоянны, то шкалу прибора можно проградуировать в мегаомах.
Напряжение питания Е влияет на чувствительность прибора и на его пределы измерений. Для измерения сопротивлений больше 1 МОм источник питания должен обеспечивать напряжение от 100 до 1000 В.
При измерении сопротивлений на переменном токе широко применяют мостовой метод, с помощью которого можно опреде лять не только значение активного сопротивления R резистора, но и реактивное (индуктивное XL и емкостное Хс ), а значит, и опре делять индуктивность и емкость участков цепей или отдельных элементов.
Сущность метода состоит в следующем. В плечи моста (рис. 97) включены четыре резистора с комплексными сопротивлениями Z1, Z2, Z3, Z4. Точки а, Ь, с, d — вершины моста. В одну диагональ (между точками а и Ь) включают источник питания £ п, в другую (между точками e n d ) — нуль-индикатор И — чувствительный прибор, у которого нулевое положение стрелки находится в центре шкалы.
Цепь нуль-индикатора напоминает собой мостик, перекинутый между двумя потоками электронов. Один поток — через 1 \у Z2, второй — через Z3, Z4 (отсюда и название метода). Важнейшим свойством цепи является отсутствие тока в нуль-индикаторе при определенном соотношении сопротивлений плеч. Такое состояние называется равновесием моста. Для условия равновесия моста справедливо соотношение
ZiZ4 = Z2Z3,
следовательно,
При питании моста постоянным током эта формула примет вид
Значит, если значения /?2, /?з, R A известны, то можно определить
/?..
Обычно /?з и /?4 устанавливают раз и навсегда, а отношение RZ/R A известно. Сопротивление /?2 делают переменным, а на место Ri включают RXl сопротивление которого надо измерить. Для этого подбирают элемент /?2 с таким сопротивлением, при котором наступает равновесие моста. Затем, зная /?2 , /?з, /?4, определяют
Rx. На постоянном токе измеряют активную составляющую со противления элемента Z_, а при питании моста переменным то ком — комплексное сопротивление элемента, зная которое, можно определить и его реактивную составляющую.
Значение емкости без учета индуктивности вводов и диэлектри ческих потерь (такой учет нужен только при работе в диапазоне СВЧ) можно найти, подключив Сх вместо /?*• а вместо /?2 — об разцовый конденсатор Сг.
Аналогично измеряют индуктивность катушки (включением Lx и L<i в соответствующие плечи моста).
Добротность катушки рассчитывают, зная L и /?, по формуле
где а)= 2л/.
Индуктивность, емкость и добротность можно определить и резонансными методами, основанными на использовании резо нансных явлений в колебательных контурах. В этом случае иссле дуемый элемент (катушку, конденсатор) включают в колебатель ный контур, где второй элемент (конденсатор, катушка) является образцовым. Питание контура осуществляют от специального прибора — измерительного генератора (это прибор, на выходе которого можно получать электрические колебания, частота и амплитуда которых устанавливаются и контролируются в про цессе измерений оператором с гарантированной для данного при бора точностью). Изменяя частоту выходного сигнала генератора, добиваются резонанса в контуре и по формуле
/р= 1/(2ял/1с)
определяют L или С.
Зная, что для параллельного контура
а для последовательного
можно определить добротность контура.
Резонансный метод применяют обычно И Q-метрах — прибо рах для измерения добротности контуров или их элементов.
В резонансных методах измерений всегда используют генера тор сигналов (измерительный генератор). Для цепей измерения и наладки радиоаппаратуры разработано несколько типов таких приборов (подгруппа Г). Это генераторы шумовых сигналов (Г2-5Б, Г2-37 и др.), предназначенные для Измерения коэффици ента шума приемно-усилительных устройств; Низких частот (ГЗ-18, ГЗ-106 и др.), являющиеся источниками синусоидальных коле баний с частотой до 20 кГц и применяемые Для настройки усили телей низкой частоты и устройств автоматики; высоких частот (до 300 МГц) и СВЧ (до 11 ГГЦ), применяемые для настройки приемно-передающих, антенно-фидерных устройств и линий радио-
124
связи (Г4-18, Г4-106 и др.); импульсов (Г5-15, Г5-54 и др.), ис пользуемые для регулировки импульсных схем, а также для мо дуляции ВЧ- и СВЧ-генераторов.
Широкое практическое применение при ремонтных работах нашли комбинированные приборы — тестеры (tester — испыта тель), с помощью которых можно измерять несколько величин (напряжение, силу тока (постоянного и переменного), сопротив ление). Основным элементом такого прибора является магнито электрический преобразователь, к которому при разных видах измерений подключают (переключателем) разные измерительные цепи. С помощью переключателя можно изменять и пределы из мерений прибора.
§ 30. Специальные радиоизмерения
К специальным относятся радиоизмерения различных параметров приемно-пере дающей аппаратуры на сверхвысоких частотах.
Рассмотрим измерение частот радиосигнала и сигнала гетеро дина, мощности радиопередатчика и ослабление сигнала на трас се распространения.
Измерение частоты так или иначе связано с измерением вре мени, так как частота f и время Т связаны соотношением
/= 1 /7 ’
Из семи основных физических величин системы СИ эталон времени является самым точным. Государственный первичный эталон времени и частоты СССР
обеспечивает воспроизведение единицы времени (секунды) и единицы частоты (герца) с ошибкой, не превышающей 10” 13 Особенностью здесь является то, что передают эталонные значения времени и частоты на рабочие места, минуя промежуточные этапы,— по каналам радиовещания и телевидения, организован ным Государственной метрологической службой СССР.
Передача эталонных значений других физических величин на рабочие места значительно сложнее. Рабочие средства измерения (например, гири и весы в ма газинах, амперметры и вольтметры в профтехучилищах) сравнивают с опреде ленной периодичностью с образцовыми средствами измерения, те, в свою очередь (гораздо реже),— с рабочими эталонами, которые (еще реже)— с эталономкопией.
Эталон-копия является вторичным эталоном. Его сравнивают (очень редко) с Государственным первичным эталоном.
Такая сложность поверки средств измерений вызвана тем, что образцовые средства измерений, эталоны и т. д. являются сложными и дорогостоящими устройствами. Так, Государственный эталон и эталоны-копии относятся к ценно стям особой государственной значимости. Их стоимость составляет 0,7— 1,5 млн. руб. Государственный первичный эталон единиц частоты и времени стоит около 20 млн. руб.
Непосредственно на рабочих местах частоту измеряют часто томерами (подгруппа Ч), которые по принципу действия и области применения классифицируют как: гетеродинные, резонансные и электронно-счетные (дискретного счета).
В гетеродинных частотомерах (рис. 98) используется метод сравнения двух частот — образцовой /0, получаемой в гетеродине, и измеряемой /*. Сигналы частот /0 и fx подают в смеситель, на выходе которого получают сигнал с частотой биений f6=\fo — fx\.
Перестраивая гетеродины Г0 можно определить момент, когда /о и fx будут настоль ко близки, что /б окажется в пределах звуковых частот и в телефоне появится свист. При дальнейшем сближении
/о и fx значение /б уменьшается и тон свиста понижается. Когда 16 Гц, ухо оператора не сможет услышать звука. Это значит, что /л = /о±16 Гц. Далее последовательно с телефоном Т и пере ключателем К можно включить магнитоэлектрический прибор И и, продолжая изменять /о, добиться успокоения его стрелки, что будет соответствовать fs= 0. Значение /* = /о можно будет прочесть на
шкале гетеродина.
Можно обойтись и без стрелочного прибора, а продолжать изменять частоту до тех пор, пока в телефонах вновь не появится свист. Тогда значение fx будет находиться посередине между дву мя значениями /о, при которых было пропадание и появление свиста. В этом случае можно ошибиться на 1—2 Гц.
Гетеродинные частотомеры применяют в диапазонах частот от 100 кГц до 100 ГГц. Они имеют погрешность ±(10-5 -^ 10-ь ).
Врезонансных частотомерах используется явление резонанса
вобразцовом колебательном контуре L06PC06P (рис. 99). Вращая ручку конденсатора С0бР, изменяют его емкость до получения резонанса. В момент резонанса показания индикатора И будут максимальными, и на шкале переменного конденсатора С0бР, от градуированной в единицах частоты, можно прочитать значение fx. Наличие в цепи частотомера выпрямителя дает возможность измерять частоту в больших пределах (до 300 ГГц), а наличие усилителя постоянного тока УПТ — проводить измерения при сла бой связи между катушками LCB и L0бр, что уменьшает взаимное влияние их друг на друга. Тем самым уменьшаются погрешности измерений, которые при этом способе измерений могут составлять 0,01—3 % и зависят от качества образцового контура.
Электронно-счетные частотомеры (рис. 100) считают импуль сы. Сигнал, частоту которого надо измерить, вначале преобра
зуется в прямоугольные импульсы (путем усиления и ограниче ния). Ясно, что при частоте /*= 20 МГц в результате преобразова ния получается 20 000 000 имп/с. Но зачем считать импульсы в течение секун ды? Можно считать их в течение 0,000001 с, тогда получится 20 импульсов за 1 мкс. Остается точно от
мерить |
промежуток вре- |
Рис. 9 9 Упрощенная функциональная схема |
мени В |
1 МКС. |
резонансного частотомера |
|
Для этого сину |
|
||
соидальный |
сигнал |
|
||
/кв, |
получаемый в |
|
||
кварцевом |
генерато |
|
||
ре |
также преобра |
|
||
зуют в прямоугольные |
Рис. 100. Упрощенная функциональная схема |
|||
импульсы, и если ча |
||||
электронно-счетного частотомера |
||||
стота выходного сигнала такого генератора /кв = 500 кГц (период колебаний 2 мкс), то
на выходе преобразователя получится 500 тыс. имп/с, причем дли тельность каждого импульса будет равна 1 мкс. Пауза между со седними импульсами будет также равна 1 мкс.
Теперь оба импульсных сигнала надо подать на схему совпа дения (схему И). На ее выходе будет «1» (сигнал) только тогда, когда на вход поданы два импульса fx и /кв. Далее счетчиком им пульсов подсчитывается количество импульсов, поступающих с вы хода схемы //, и их число появляется на индикаторе.
Импульсы /кв (их иногда называют стробирующими) следуют слишком часто. Для нормальной работы индикатора достаточно, чтобы цифры на нем высвечивались 50 раз в секунду. С этой целью после преобразователя ставят делитель (на рисунке не показан), который делит частоту следования импульсов на 10 000 и обеспечи вает включение индикатора при каждом десятитысячном импуль се. Задним фронтом стробирующего импульса счетчик каждый раз сбрасывается на нуль.
Электронно-счетные частотомеры обеспечивают высокую точ ность измерений. Их погрешность не более ± 5 -1 0 “ 9
Для специальных измерений часто используют электронный осциллограф.
Это универсальный прибор, применяемый для визуального наблюдения (фо тографирования) электрических сигналов и измерения их параметров: ампли тудных и мгновенных значений напряжений и токов, амплитуды и длительности импульсов, частоты и фазы периодических колебаний, глубины модуляции и др.
Высокая чувствительность осциллографов позволяет с их по мощью исследовать слабые сигналы, а высокое входное сопротив ление и малые входные емкости и индуктивности дают возмож ность использовать их для измерений в высокоомных цепях и в широком диапазоне частот.
С осциллографом легче проверять электронную аппаратуру, регулировать ее, отыскивать неисправности, так как по форме кривой колебаний, видимых на экране, сразу можно определить качество работы различных блоков, обнаружить появление иска жений в тех или иных электрических цепях. По числу одновре менно наблюдаемых на экране сигналов различают осциллографы
однолучевые, многолучевые и многоканальные.
Основными видами подгруппы осциллографов (подгруппа С) являются: универсальные С1; скоростные (для исследования сиг-
Рис. 101. Упро щенная функци ональная схема электронного ос циллографа
налов СВЧ) и стробоскопические С7 (для исследования одиночных сигналов пикосекундной длительности); запоминающие С8, спе циальные С9 (для исследования телевизионных сигналов).
Основной элемент электронного осциллографа — электронно лучевая трубка с электростатическим отклонением луча (рис. 101). Блок питания обеспечивает необходимые значения напряже ний накала (Uu) подогревателя катода /С, модулятора M(UM) и анодов А\, А2 (Uai, Uаг). Генератор пилообразного напряжения соединен с пластинами X и обеспечивает равномерное прямоли нейное движение луча по горизонтали слева направо (развертку) . Исследуемый сигнал подается на Вход Y и после усиления (ослаб ления), если оно необходимо, на пластины вертикального от клонения луча Y
Изображение на экране осциллографа формируется следу ющим образом (рис. 102). Положения 0, 1, 2 и т. д. светового пятна на экране в соответствующие моменты времени определяются мгновенными значениями напряжения на вертикаль ных Y и горизонтальных X отклоняющих пластинах, т. е. мгновен ными значениями исследуемого и развертывающего напряжения. Если период развертки Тр равен периоду сигнала Тс, то на экране появится неподвижное изображение сигнала (одного периода). Если ТР= 2ТС, то на экране сформируется неподвижное изображение двух периодов сигнала и т. д. При ТпФпТс целое число периодов на экра не не получится (иногда изображение будет вообще неустойчивым).
Изменение частоты развертки с целью получения устойчивого изображения сигнала называется синхронизацией развертки с сигналом.
За время Т0бР осуществляется обратный ход электронного луча. На это время луч «гасится» подачей отрицательного им пульса напряжения на модулятор М. По сравнению с Тр время
Гобр настолько мало, что искажения входного сигнала практи чески незаметны.
Рассмотрим, как с помощью осциллографа измеряют частоту. Первый способ состоит в том, что если известна длительность одного периода развертки Тр и на экране виден один период иссле дуемых колебаний, то ТХ= Т? и /*= /р. Если же на экране видны два периода, то /*= 2 /р и т. д.
Второй способ несколько сложнее. В этом случае надо отклю чить генератор пилообразного напряжения и вместо него на плас тины X подать синусоидальное напряжение опорного сигнала с частотой /о (от измерительного генератора). Исследуемый сигнал подают на вход Y Изменяя частоту /0, можно получить на экране неподвижное изображение эллипса (или круга). Это означает, что /*= /о. При кратных значениях fx и / 0 на экране будут получать ся сложные фигуры (фигуры Лиссажу), определение fx по которым требует навыка, тем более, что при нестабильности fx они враща ются.
Третий способ определения частоты fx заключается в гашении части круговой развертки. Такая развертка создается подачей на пластаны X и Y одного и того же напряжения fQсо сдвигом фаз 90° Исследуемый сигнал подается на модулятор М, поэтому во время отрицательного полупериода луч «гасится». На экране будет видна половина круга при /*= / 0 или несколько дуг, коли чество которых определяется тем, во сколько раз fx больше /0. Например, если на экране 6 дуг, значит fx = 6f0. Скорость круго вой развертки можно менять, изменяя частоту опорного сигна ла /0.
5 ^ ак . 306
Мощность передатчика измеряют приборами, вмонтированны ми в его стойку. Обычно используют термоэлектрические приборы. Для измерения часть распространяющейся по волноводу электро магнитной энергии отводят через направленный ответвитель в измерительную часть прибора, который проградуирован в соот ветствующих единицах мощности.
Зная мощность передатчика Рп легко определить ослабление сигнала на трассе распространения. Надо лишь измерить уровень этого сигнала на входе приемника соседней станции Рпм• Для этого приемник предварительно калибруют’ с помощью специального генератора, вырабатывающего СВЧ-сигналы заданной мощности и частоты (стандартные сигналы). Измерительный прибор под ключают к выходу усилителя постоянного тока системы автомати ческой регулировки усиления приемника. Показания прибора при его калибровке и при приеме сигнала с соседней станции сравни вают между собой и таким образом определяют мощность сигнала на входе приемника.
ф Так, если при мощности стандартного сигнала 1 мВт стрелка прибора от клонялась на 100 делений, а при приеме сигнала соседней станцией она отклоня ется на 10 делений, то мощность сигнала на входе приемника равна 0,1 мВт.
После этого, зная мощность передатчика соседней станции, по формуле
6 = lO lg Û ü -
• пм
определяют в децибелах ослабление сигнала на трассе распространения.0198765432*
Вопросы и задания
1.Что понимают под единством измерений?
2.Можно ли выполнить измерение без погрешности?
3.Поясните назначение измерительного преобразователя в электроизмеритель ном приборе. Назовите типы преобразователей.
4.Что произойдет, если напряжение измерять амперметром, а силу тока вольт метром?
5.Как увеличить пределы измерения амперметра и вольтметра?
6.Поясните различие между шагом дискретизации и шагом квантования.
7.Что такое электрометрическая лампа и где ее применяют?
8.Назовите способы измерения частоты. Поясните их сущность.
9. Какой прибор обычно применяют при измерении мощности передатчика?
10. Какие измерения можно выполнить с помощью осциллографа?
ГЛАВА 9
СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СТАНЦИЙ
Оборудование РРС состоит из антенно-фидерных устройств; приемно-передаю щей аппаратуры; оконечной аппаратуры телефонных, телевизионных и цифровых радиостволов; системы автоматического резервирования; аппаратуры служебной связи, телесигнализаций и телеуправления; оборудования системы гарантиро ванного электропитания и жизнеобеспечения станции.