Файл: Колледж ивгпу дневник по ознакомительнойпрактике.docx

, с подвижными пластинами.

В отличие от конденсатора катушка индуктивности (самоиндукции), кото­рую для простоты обычно называют просто катушкой (L), легко пропускает постоянный ток и сказывает сопротивление переменному.

Если по проводнику катушки пропустить ток, то вокруг нее (так же, впрочем, как и вокруг любого другого проводника с током) возникает магнитное поле. Способность катуш­ки создавать поле характеризуется индуктив­ностью (коэффициент самоиндукции), единицей измерения которой служит генри (гн). Чем больше витков содержит катушка, тем больше ее индуктивность. Можно увеличить индуктив­ность, если вставить в катушку

с ердечник из вещества с содержанием железа или его соеди­нений. Сердечники катушек, по которым про­ходит постоянный или низкочастотный перемен­ный ток, собирают из тонких стальных пластин. Для высокочастотных катушек сердечники де­лают из различных прессованных порошков. В последнее время особенно распространены прессованные ферритовые сердечники. Для того чтобы плавно менять индуктивность катушки, в нее вставляют передвижной сердечник. Катушку, которую нужно уберечь от внешних электри­ческих или магнитных полей, помещают в метал­лический, обычно алюминиевый, кожух — эк­ран. С той же целью помещают в экран прово­да, а иногда и целые блоки аппаратуры.

Комбинируя различным образом сопротив­ления, конденсаторы и катушки, создают раз­личные фильтры — электрические цепи, кото­рые могут разделять сложный ток на составля­ющие. Эта «способность» фильтров основана на том, что конденсатор и катушка по-разному пропускают синусоидальные составляющие раз­ных частот: с увеличением частоты сопротив­ление конденсатора уменьшается, а сопротив­ление катушки увеличивается.

Своего рода фильтр и колебатель­ный контур. Это объединение конденса­тора и катушки. Введем в контур порцию энергии — зарядим для этого конденсатор. В кон­туре появится переменный ток, частота кото­рого зависит от индуктивности катушки и ем­кости конденсатора. Если же подвести к кон­туру переменные токи различных частот, он «выберет» только ту составляющую, частота которой равна (или очень близка) частоте собст­венных колебаний. «Избранная» составляю­щая, действуя «в такт» с собственными колеба­ниями контура, усиливает их. Это явление — его называют резонансом — напоминает уве­личение размаха маятника, если его подтал­кивать в такт.

---

Колебательный контур — это не только фильтр для выделения сигналов определенной частоты. Контур может и сам служить источ­ником сигнала — генератором переменного тока. Правда, у контура-генератора есть серьезный недостаток: электромагнитные колебания в нем довольно быстро затухают, так как энер­гия расходуется на преодоление разного рода сопротивлений, например сопротивления про­водов катушки. Нечто подобное происходит и в маятнике, колебания которого затухают по мере того, как энергия расходуется на трение.

Генератор незатухающих ко­лебаний можно построить, если объеди­нить контур с усилительной лампой или тран­зистором. Подключим контур к управляющей сетке лампы, а в ее анодную цепь включим катушку обратной связи, расположенную вблизи контурной катушки. Как только в кон­туре возникнут собственные колебания, в анод­ной цепи появится их «мощная копия». Через катушку обратной связи «мощная копия» пере­даст часть своей энергии обратно в контур и таким образом скомпенсирует потери в нем. Колебания станут незатухающими. Разумеется, все это произойдет лишь в том случае, если обратная связь будет положительной, если энер­гия, которая попадет в контур из анодной цепи, будет поддерживать собственные колеба­ния, действовать в такт с ними.

И сточником энергии для создания перемен­ного тока является анодная батарея. Контур совместно с лампой лишь позволяет преобразовать эту энергию и получить пере­менный ток. Очень важно, что частоту пере­менного тока легко изменять, подбирая соот­ветствующим образом емкость конденсатора и индуктивность катушки. Чем меньше емкость и индуктивность, тем выше частота. Наряду с колебательными контурами в ламповых или транзисторных генераторах используют цепоч­ки из конденсаторов и сопротивлений.

Один из самых распространенных элементов радиоэлектронной аппаратуры — это ламповые или транзисторные усили­тели. Существует огромное множество усили­тельных схем, но их можно разделить на не­сколько основных групп: усилители высокой частоты, низкой частоты, импульсные усили­тели, усилители напряжения, мощности, тока, усилители с обратной связью и др.

---

Лампа или транзистор вместе со всеми отно­сящимися к ним деталями образуют усилитель­ный каскад. Там, где не справляется один кас­кад, применяют многокаскадные усилители и сигнал последовательно передают с одного каскада на другой. Наряду с лампой или тран­зистором обязательный элемент усилительного каскада — нагрузка, в которой исполь­зуется энергия усиленного сигнала. В усили­теле низкой частоты нагрузкой может быть громкоговоритель (подключается к лампе через трансформатор), в усилителе высокой частоты — колебательный контур. Очень часто роль на­грузки выполняет сопротивление. Нагрузку обычно включают в анодную цепь лампы или в коллекторную цепь транзистора.

Для питания электронных приборов необ­ходимо постоянное напряжение — в лампах оно подается на анод, в транзисторах — на коллектор. Если аппаратура питается от сети переменного тока, то постоянное напряжение получают с помощью полупроводникового дио­да, кенотрона или другого выпрямителя, кото­рый превращает переменный ток в пульсирую­щий. Затем следует фильтр. Он «отбрасывает» переменные составляющие. Теперь остается не­обходимое для питания анодных или коллек­торных цепей «чистое» постоянное напряжение.

Очень похож на выпрямитель другой рас­пространенный каскад — детектор. Здесь также есть выпрямитель, который превращает модулированный переменный ток в пульсирую­щий. Из него фильтр детектора выделяет только составляющую низкой частоты, т. е. именно тот сигнал, который был «спрятан» в модули­рованном токе. Само слово «детектор» означает «обнаружитель» и происходит от того же корня, что и слово «детектив» (т. е. сыщик).

Многие основные детали и узлы электронной аппаратуры были созданы при разработке си­стем радиосвязи и ее могучих «ветвей» — много­канального телефона и телеграфа, телевидения, звукозаписи, радиолокации, телеуправления. На примере этих областей техники мы сейчас увидим, как из отдельных блоков создается сложная радиоэлектронная аппаратура, как она устроена, как работает, где и для чего при­меняется.

---

Выполнение электромонтажных работ

Различные по форме (следовательно, и по назначению) сигналы характеризуются разнообразными параметрами. К числу наиболее известных и подлежащих измерению параметров относятся рассмотренные ранее напряжение, сила тока и мощность. К важным параметрам относятся также частота и связанные с ней период и длина волны электромагнитных колебаний, фазовый сдвиг, временные интервалы, коэффициент нелинейных искажений и ряд специфических параметров, характерных для модулированных сигналов и сигналов СВЧ- устройств. Измерение этих параметров выполняется с помощью соответствующих приборов (частотомеров, фазометров, измерителей нелинейных искажений, измерителей АЧХ) и связано с решением многих научных и практических задач.

Измерение частоты и периода повторения сигнала

Основной единицей измерения частоты сигнала является герц, но ввиду его малости в электронике используют кратные единицы:

• 
  • килогерц (1 кГц = 10³ Гц);
  
• 
  • мегагерц (1 МГц = 10⁶ Гц);
  
• 
  • гигагерц (1 ГГц = 10⁹ Гц).
  

Частота сигнала измеряется электронными и электромеханическими частотомерами.

В каталоговой классификации электронные частотомеры обозначаются следующим образом: 41 — образцовые (стандарты частоты и времени), 42 — резонансные, 43 — электронные, 44 — гетеродинные волномеры (сняты с производства), 45 — преобразователи частоты, 46 — синтезаторы, делители, умножители частоты.

Электромеханические частотомеры независимо от используемой системы преобразования обозначаются по единице измерения — Гц (международное обозначение — Hz).

В практике электротехнических измерений в большинстве случаев измеряют линейную частоту, которую исторически в радиоэлектронике обозначают буквой / (высокие частоты) или буквой F (низкие частоты). Гармонические сигналы характеризуются также угловой (круговой) частотой со:



Угловая частота равна изменению фазы сигнала ф(?) в единицу времени. Для низких частот угловая частота записывается как Q = 2лТ, для высоких — как со = 2л/.

При непостоянстве частоты используется понятие мгновенной угловой частоты:



где f(t) — мгновенная циклическая частота.

При описании методов измерения частоты будем подразумевать ее среднее значение за время измерения.

Под линейной частотой понимают число колебаний в единицу времени



Наряду с частотой на ВЧ и СВЧ часто используют длину волны электромагнитных колебаний X, которая связана с линейной частотой зависимостью



где с — скорость света: с = 3 • 10⁸ м/с.

Реже измеряют период электромагнитных колебаний Т, связанный с линейной частотой обратной зависимостью:



Таким образом, параметры F, Т и X связаны между собой и при необходимости можно измерить любой из них.

Приборы, измеряющие частоту сигнала, называются частотомерами, длину волны — волномерами, период — периодомерами.

Так как все три параметра электрических сигналов являются важнейшими в электронных и телекоммуникационных системах, то приборы, используемые для частотно-временных измерений, образуют единый комплекс аппаратуры, позволяющей проводить измерения с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени, что гарантирует высокую точность измерений.

Наряду с названными в соответствии с каталоговой классификацией приборами, частоту можно измерять осциллографическими (косвенными) методами, которые были рассмотрены ранее.

Спектр частот электромагнитных колебаний, используемый в электронике, простирается от долей герца до десятков гигагерц. Этот спектр условно можно разделить на два диапазона:

• 
  • низкие частоты, к которым относятся инфразвуковые — ниже
  
• 
  20 Гц, звуковые — 20 Гц ... 20 кГц, ультразвуковые — 20 ... 200 кГц;
  
• 
  • высокие частоты, к которым относятся собственно высокие —
  
• 
  200 кГц ... 30 МГц, ультра- или сверхвысокие — выше 30 МГц.
  

В зависимости от участка спектра частот электромагнитных колебаний применяются различные методы измерения, которые подразделяются на низко- и высокочастотные. Приборы для измерения низких и высоких частот также называются низко- и высокочастотными.

При измерении низких (промышленных) частот (до 1000 Гц) широко используются электромеханические частотомеры на основе электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, выпрямительной, вибрационной систем.

Электромеханические частотомеры имеют малые габаритные размеры, не требуют источников питания, недороги, однако имеют существенный недостаток — ограниченный диапазон измерения частот, поэтому используются в основном как контролирующие приборы.

Для измерения низких частот применяют осциллографические методы (методы сравнения), используемые чаще для градуировки шкал генераторов различных измерительных приборов. При реализации этого метода требуется генератор образцовой частоты более высокой точности и осциллограф. К осциллографическим методам относятся метод фигур Лиссажу, метод яркостной модуляции и метод использования калиброванной линейной развертки осциллографа. Все названные методы рассмотрены достаточно подробно ранее. Погрешность измерения третьим методом зависит от нелинейности развертывающего напряжения, а также от погрешности отсчета линейных размеров периода и качества фокусировки и яркости луча на экране осциллографа.

В настоящие время для измерения низких частот широко используются электронные цифровые частотомеры (43), практически вытеснившие конденсаторные частотомеры.

Цифровые частотомеры, в основу измерения которыми положен метод дискретного счета, характеризуются очевидными достоинствами:

• 
  • высокой точностью измерений, т.е. малой относительной погрешностью измерения частоты (10

⁶...10 ⁹);

---

• возможностью успешного использования на низких и на высоких частотах (от десятых долей герц до сотен мегагерц);

• исключением субъективной ошибки оператора;

• возможностью обработки результатов измерения с помощью микропроцессора и персонального компьютера;

• возможностью наряду с измерением частоты измерения периода повторения сигнала, отношения частот, длительности импульсов. На рисунке 7 приведена упрощенная структурная схема цифрового частотомера и временные диаграммы, поясняющие его работу в режиме измерения частоты.



Рис. 7 Упрощенная структурная схема цифрового частотомера (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу в режиме измерения частоты сигнала (б)

При измерении частоты сигнала методом дискретного счета исследуемый сигнал с частотой F_x подается на входное устройство, в котором усиливается или ослабляется до значения, необходимого для работы блока формирования сигнала.

Поступающий в блок формирования 1 гармонический сигнал Ui преобразуется в последовательность коротких однополярных

1

импульсов U₂ со счетным периодом повторения Т_х = —. Передние

фронты счетных импульсов практически совпадают с мЪментом перехода сигнала JJ через нулевое значение на оси времени при его возрастании.

Затем счетные импульсы поступают на один из входов временного селектора (электронного ключа), а на другой его вход с выхода кварцевого генератора подаются импульсы прямоугольной формы, калиброванные по длительности, с периодом повторения Т₀ > Т_х для последующего их формирования в блоке формирования 2. Временной селектор открывается импульсом Щ и в течение времени его действия пропускает пакет импульсов U₂ на вход счетчика. В результате на счетчик импульсов поступает п импульсов напряжением U_A. То есть метод дискретного счета состоит в подсчете числа периодов измеряемой частоты F_x за известный высокостабильный интервал времени 

---