Електронни аналогови честотомери и фазомери

От електронните аналогови уреди най-разпространени са кондензаторния и резонансния честотомер.Кондензаторния честотомер преобразува честотата в ел.ток.

Превключвателя К се управлява от напрежението Uf с честота Fx.През единия полупериод К се намира в позиция 1 и С се зарежда от Us през Rs ,през другия полупериод К е в позиция 2 и С се разрежда през Rp и милиамперметъра mA.Ако времеконстантите на зареждане и разреждане са по-кратки от преходните процеси тока през уреда има стойност :

Iav=(1/Tx)₀∫^Tx/2I_s(t)dt=CusFx

При точни и стабилни стойности на Us и C скалата на уреда може да се градуира и в едници честота.Обхвата на уреда е 10Hz-1MHz ,а точността е 1,5%-2%.

При резонансните честотомери се използва явлението резонанс възникващо в контур от бобина и кондензатор.

Напрежението Uf се подава към контура през високочестотен трансформатор Ls-L с малък коефициент на взаимна индукция.Кръгът се настройва в резонанс чрез промяна на стойността на С и резонанса се отчита по максималното показание на EV.При известни стойности на C и L Fx се определя по формулата Fx=1/2(LC).Този честотомер служи за измерване на честоти до няколко хиляди мегахерца и грешката при него е десети от процента.

Най-точен е хетеродинния честотомер.

Действито му се основава на сравняването на неизвестната честота Fx със известната честота на генератора F₀ ,която се задава от образцов генератор-хетеродин.Сигналите се подавят на смесителя СМ и на изхода се получава честота от вида nFx±mF₀ .Чрез филтъра се отделя напрежението с честота Fx-F₀ и се усилва от усилватела УС.Чрез изменение на честотата на Г се постига Fx=F₀ което се отчита чрез нилевото биене на индикатора И.За Г се използват кварцово стабилизирани генератори .Измерват се честоти 10⁵-10¹⁰ Hz с точност0,05%-0,0005%.

При аналоговите електронни фазомери се използва метода с формиране на импулсни сигнали.

Тези фазомери могат да са изградени със сумиране на формираните сигнали.

Напреженията U₁=Um₁sinωt и U₂=Um₂sin(ωt+φ) с фазова разлика φ се преобразуват от усилвателите ограничители в двуполярни правоъгълни сигнали ,те се сумират от суматора С ,а резултатното напрежение се изправя с измервателния изправвител И.Стойноста му се измерва с волтметъра В.То се получава по формулатаUu_KV=(1/)_p^2U₀dat=2U₀(1-/).Скалата на този фазомер е линейна и обратна.

Друг вариант е фазомера с формиране на кратки импулси.

От входните напрежения чрез ОУ и диференциращите устройства ДУ се формират кратки импулси ,които се подават на ключовото устройство КУ,което реагира само на еднородни импулси (смо положителни или само отрицателни).Средната стойност на изходното напрежение на КУ измерена с волтметъра В се изчислява по формулата : U_KAV=(1/2)₀^PU_kmdat=Ukm(/2).Скалата на този фазомер линейна и права.

31.Електронно лъчев осцилоскоп(ЕЛО). Принцип на действие и измерване на електрически величини.

Класификация: -аналогови- класически ЕЛО; -цифрови-сложен комплекс от съвреме-нен компютър с класически електронни схеми, с аналогово -цифрови преобразуватели (бързи) с разнообразни режими на работа; -виртуални- съвре-менен компютър с min харду-ер, който се превръща в осци-лоскоп. Ако при класическите компютри основното е харду-ера, то при виртуалните осци-лоскопи определящото е софт-уера. ЕЛО се използва за наб-людение, измерване, и фоторе-гистриране на различни елек-трични сигнали. Входната ве-личина за осцилоскопа е ел. напрежение. При основния ре-жим на работа, то се изобразява на неговия екран като свете-ща крива, наречена осцилогра-ма.

Основният функционален блок на осцилоскопа е електронно лъчевата тръба(ЕЛТ). X₁-X₂-пластини на хоризонталното отклонение;Y₁-Y₂-пластини на вертикалното отклонение. Изследваното напрежение се подава на Y₁-Y₂, а на X₁-X₂ се подава сигнал с трионообразна форма(разгъващо напрежение).

Основни функционални блоко-ве на осцилоскопа: ЕЛТ- хер-метично затворена стъклена тръба, в коаято е разположена система от електроди, които създават, формират и управ-ляват електронния лъч. Генератор за развивка: нап-режението за хоризонтална развивка има троинообразна форма:неговите параметри са:

Tпр.-време

на правия

ход на лъ-

ча.Tобр.-

Време на обратния ход. Неподвижен сигнал се получава, ако отно-шението между честотите на изследвания сигнал и разгъва-щото напрежение е рац. число. За запазване неподвижността на образа се използва блока за синхронизация, който прину-дително задейства генератора за развивка, чрез краткотрайни синхронизиращи импулси мал-ко преди намаляването на пра-вия ход. Усилватели:чувствителността на ЕЛТ е твърде малка. Затова при изследване на малки напрежения се използват усилватели. Те имат органи за стъпално и плавно регулиране на коефициента на усилване.

Захранващ блок: съдържа маломощен изправител и високо напрежителни и резисторни делители.

Параметри:1) параметри свързани с чувствителността на ЕЛО: *коефициент на отклонение по Y и X:

C_y=Uy_m/y_m ,mV/дел.- Uy_m максималната стойност на напрежението, предизвикало отклонението на лъча, y_m-мак-сималния брой деления на ска-лата на ЕЛО. C_x=Ux_m/x_m , mV/дел. X,Y-канали. *коефициент на развивка-s/дел., ms/дел., максималната скорост на развивка се опре-деля от най-голямата скорост на движение на електронния лъч по екрана под действие на вътрешния генратор за развив-ка. *входен импеданс на ЕЛО

Rвх.0,25М; Cвх.10150pF

Тези параметри на входния импеданс(Zвх) определят високите метерологични качества на ЕЛО, така че не променят режима на работа на изследваната схема.

Схема за определяне на C_x и C_y

U_m=[(U2)/(R₁+R₂)]R₂ ; C_x=U_m/x_; C_y=U_m/y; * честотен обхват на ЕЛО:паразитния капацитет, който съществува между пла-стините за хоризонтално и вер-тикално отклонение,силно вли-яе върху честотните свойства на ЕЛО.При високи честоти може да се докаже, че времето за преминаване на електрона между пластините е съизмери-мо с периода на този сигнал и на екрана не се получава отк-лонение. За това съществува техн. решение, създадени са скоростни осцилоскопи(за из-бягване на ограниченията), при които вместо една система пластини за вертикално откло-нение се наблюдава система от пространствено разпределени пластини за верт. Отклонение, като при тях се отстранява т. нар. фазови изкривявания на сигнала.

Принцип на линейната развив-ка на осцилоскопа: ако Тр=2Тс, или f_c/f_p=n (цяло чис-ло), то ще се наблядава стаби-лен образ. Линейната развивка на сигнала при малка продъл-жителност спрямо периода на сигнала: -при коефициент на запълване1:10,

то този режим е неприложим.

-периода на развивка е равен на продължителността на импулса. –режимът е непригоден за наблюдение.

Разрешението на този проблем е т.нар.режим на чакаща раз-вивка:разгъващото напрежение се включва само при постъп-ване на сигнал на входа Y. С осцилоскопа се наблюдават дискретни сигнали. С нараст-ване на C_x се получават стабил-ни данни.

Принцип за изграждане на многоканалните осцилоскопи:

R_в-базово съпротивление

Uc₁,Uc₂-входове за наблюде-ние на сигнала; МВ-мултивиб-ратор-генератор, който гене-рира две поредици от импулси в противофази.

Тези надробявания (накъсва-ния) нямас да се наблюдават. Когато единият транзистор е отпушен,то другият е запушен.

Кръгова развивка на осцилоскопа:ако на двата входа на осцилоскопа се подават синусоидални напрежения,дефинирани на /2, то ще се наблюдава следната картина:

r = v(sin wt+

jcos wt);

x = v sin wt;

y =v cos wt;

това е X-Y режим на работа. Той се

използва за измерване на

честота. Фигурите, които се получават се наричат фигури на Лисажу. Когато честотите не двете хармонични трептения се различават значително, фигурите са сложни.

Измерване на активната мощност вX-Y режим:

DF=y.dx=[U/ C_y].[dU_c/C_x]= Uidt/C_yC_xC; F=[T/ C_yC_xC].(1/T)U_idt;

(1/T)U_idt -средна стойност на моментната стойност на мощността P; P=S_p.F ,където S_p –чувствителност; F -площ на елипсата, която се получава на екрана. Наклона на елипсата зависи от характера на товара. Елипсата е стабилна.

Стробоскопични осцилоскопи:

Това са импулси,които подаваме и искаме да наблюдаваме. Периодът на развивката не е кратен на периода на импулсите. Чрез генератор налинейна развивка можем да нзблюдаваме ясен образ.

Запомнящи осцилоскопи;

-на компютърна или аналогова основа. Използват се в практиката. Сигналите тук са еднократни.

Осцилоскопа основно реагира на моментната стойност на напрежението.

Физически величини които характеризират обекта имат аналогов характер и обикновено съпътстват физичния сигнал като информативни параметри. Честотата като параметър, която съпътства физичния сигнал носи аналогов характер. Обобщена структурна схема на цифровите измервателни уреди

ВУ-вх: устроиство за съгласуване и мащабиране. АЦП-важен, съществен блок – аналого цифров преобразувател. Във БУ може да има сложна електроника тези интерфеисни шини които ще осъществяват връзката между самият измервателен уред и други РС са унифицирани във виртуалните средства за измерване се използва друг интерфеис VXI вид Virtual eXtension Instrument)

Принципи и структури на АЦП:

Означения: 1-АЦП с косвено преобразуване, 2-АЦП с директно преобразуване; 3-С преобразуване на изм. величина в Т(интервал от време) ; 4- С преобразуване на изм. величина в f(честота); 5- С преобразуване на изм. величина в γ; 6- ∆∑(AЦП) 7- с паралелно уравновесяване; 8- с последователно приближение; 9-със стъпаловидно напр. 10-FLASH(свръх бързи АЦП)

Uл=kt; Ux=Uл=

U=k.Tx; Tx=Nxf₀; Ux=k.Tx.Nx.f₀; Измерва-ното напрежение Ux се преобразува в Тх(интервал от време) ,които ще измени с еталонна тактова честота f₀. Един сигнал за да се използва като еталонен трябва да има честота 1MHz, стартовите импулси стартират генератора за линеино изменение на напрежението.

УУ-управляващо устройство, Дш – дешифратор, ВУ – вх.устроиство, к1,к2- компаратори, ГТИ – генератор на тактови импулси, ГЛН – генератор на лин. напрежения; Методи за управление на цифрова индикация: Статично управление и Динамично управление на цифр.индикация. Стат.упр. – използва се до 4 разряда, при по-голям брои разряди се изп. Динамични методи и още се наричат мултиплециране. Светодиоди – могат да са с общ катод или общ анод – използват се като индикатори.

при статично управление всеки сегмент има свое собствено управление.

- подложка общ катод. При динамични управления едноименните сегменти на всички заряди са свързани накъсо. Използва се единствен дешифратор, докато при стат. управление Дш са толкова колкото са разрядите. За да се получи стабилно светене на индикаторните елементи, трябва да се варира м/у силата на тока през съответния сегмент и честота за мултиплексиране.

Ролята на Дш в много случай може да се извършва и със софтуерни средства. Ux=k.Nx.Teт ∆Ux/Ux = ±(∆k/k + ∆Nx/Nx + ∆Teт/Тет) ∆Тет клони към 0. увели4аваме Nx, за да полу4им ∆Nx/Nx.

По своите метрологични характеристики и бързодействие цифровите волтметри превъзхождат многократно съответните аналогови уреди.

Входното устроиство ВУ може да бъде измервателен усилвател, преобразувател на променливо напрежение в постоянно, де-лител на напрежение, филтър и др., както и съчетание от такива преобразуватели. Основната част на волтметъра е аналогово-цифровия преобразувател АЦП, които пре-образува постоянното напрежение U в код. Той определя принципа на действие и основните метрологични характеристики на уреда. В цифровото отчитащо устроиство ЦОУ изходният код на АЦП, съдържащ измервателна информация за измерваната величина, се преобразува в цифрово изображение. В повечето съвременни цифрови волтметри се предвижда и кодов изход, който може да се използва за цифрова регистра-ция, за въвеждане на резултата от измерването в цифрова изчислителна машина и др. Цифрово-аналоговите преобразуватели биват с последователно или паралелно обработване на разредите на входния код.

О
сновни елементи са източникът на образцово напрежение ИОН и дискретният дели-тел на напрежение ДДН. Под действие на кода N, получен от регистъра P, се променя предавателният коефициент на делителя ДДН и неговото изходно напрежение Uизх се изменя на степени.

Разгледаният цифров волтметър има затворена стуктура с циф-рово-аналогов преобразувател ЦАП в обратната връзка. В този случай метрологичните характеристики на уреда се определят на звеното в обратната верига, което тук е много точно. Поради това кодово-импулсните волтметри имат висок клас на точност- до 0,001.

фиг.1

Фиг.2

точно определени места.

квантуване по амплитуда

фиг.3

фиг.4

₀^ x(t)(t-t_n)dt=x(t_n)

Интеграл на конвулюцията и служиа за математическо опи-сание на процеса квантува не.
-функцията притежава филтриращи или струбиращи

своиства. фиг.5

Въз основа на този интеграл  дискретен сигнал се предсажя по следния начин:

x^x(t)=_n=1^Nx(nT₀)(t-nT₀)

 фиг.6

т.е. като сума от импулси,чиято площ е равна на стойността на входния сигнал в определена представителна точка.

В тази връзка е известна теоремата на квантуването.

Избира се:

R₁=R₂=R и C₁=C₂=C

w₀=1/R*C

K_y^(-)=1+R₁/R₂+C₂/C₁=3

Критерий при min на средноквадратичната грешка [1/(t₂-t₁)]_t2^t1[x (nT₀)-x_b(t)]²dtmin

избират се функции sin nt,cos nt,

т.к. имат с-вото ортогоналност.

С-вото ортогоналност е:

[1/(t₂-t₁)]_t1^t2c_n(t)c_m(t)dt=0,при nm

другият метод,за възт. на изх.сигнал е: фиг.7

x
_b(t)-възстановен сигнал

Най-разпространено е възстано-вяването на Шенон

X_b(t)=_n=1-^+ [x(nT₀)_*sin w_c*(t-nT₀)/2]/[w_c*(nT₀)/2]

Това възстановяване не е причинно-следствено и пар.t варира от - до +.

фиг.8.

при t=nT₀ x_b(t)=1 т.к.sin x/x=1

или теорема на Шенон, която е:

Тактат на дискретизация трябва да е T=1/f_c2

F_c-най-висшата честота от спе-ктъра на входния сигнал.

Метрологичен модел на АЦП:

Фиг.9.

₁,₂-инерционни звена

₁-входни мултиплексори,усилватели,ате-нюатори;

с x_m(t)можем да представим гре-шката като някакъв шум

₂-описва процеса на преобразуване

връзката е права.

1
.Анализ на класически преобразуватели: НЧФ- нискочестотен филтър, ако сме определили някаква честота за дискретизация на входа не трябва да имаме по високи хармоници. Th- теорема на квантуването; При АЦП и ЦАП има техн. проблеми. Осн. проблем е, че НЧФ трябва да бъдат изработени с абсолютно стръмни фронтове в точките -Wc и Wc, за да се отрежат всички честоти извън определен спектър(което е почти невъзможно)Досега всички усилия са били насочени за получаването на висока разделителна способност на амплитудата, но по начин на мислене изчерпва своите възможности и това изискване е изместено от изискването за висока разделителна способност по време . Макс. разделителна способност е 2¹⁷2¹⁸. Ето защо в посл. години получава развитие т нар робастни методи (РМ). Robust- разумен. При робастните методи задачата . която се поставя е следната: по-скоро за толерансите в параметрите на структурните звена се допускат до 10% грешки, при тези условия изх параметри многократно да превишават по качество класическите методи. Трябва да се търси нов принцип, с който да получим неопр. Многократно по- малко от класическите устро-йства (например филтър с показа-ние фрон-тове). За диаграмата:вх. величина може да приема произволни логови ст-ти;е- строго нелинейна функц., функц. на преобр. на АЦП-то(може да се представи като права линия +грешка от

дискретност; х- вх. аналогова

в
еличина ; долната част от графиката е грешката в резултат на ограничената разрядност; Ако стойностите на непр. аналогова величина Х са равномерно разпределени в инт. -/2 -+/2, по дисперсията на грешката е ще бъде _е²=1/

Процесът на обучение на една невронна мрежа може да трае от порядъка на няколко 10ки милиона итерации3) трети етап –етап на реално използване на невронната мрежа

цифров омметър с преобразу-вател на съпротивлението в ин-тервал от време:първоначално ключът е в положение 1-кон-дензаторът е зареден до посто-янно напрежение U₀, а изход-ното напрежение има стойност 0. сигналът за началото на из-мерването превключва ключа в положение 2, при което кон-дензаторът се разрежда през R_x, изходното напрежение е на единична стойност.след време наапрежението върху конден-затора променя своята стой-ност. Изходното напрежение отново приема нулева стой-ност. Така се формира право-ъгълен импулс с дължина Т_х. Прилага се за измерване на безреактивни резистори в обхвата: 10²-10⁸ 

кондензатор

T_x= R_xC_x lnE/(Е-U₀); Избираме напрежението U₀ така,че E/(Е-U₀)=2,7=е (U₀0,63E) lnE/(Е-U₀)=ln e=1  T_x= R_xC_x. Когато се измерва капацитета на кон-дензатора вместо R_x се поставя образцово съпротивление и то-гава индукцията може да бъде градуирана в микрофаради. Ако се измерва съпротивление се поставя образцов конденза-тор и индукцията се градуира в омове.

Тригера се установява в 0 или 1-нарича се RS-тригер; К-ком-паратор; R_xC_x-обикновена ве-рига, в която ни интересува преходния процес. Силовото състояние на тригера се беле-жи с Q; SI-сериен последовате-лен вход. Ако в началния мо-мент от време се прекара тан-гентата, то отсечката е субтан-гента.

Измерване на индуктивност:

Ux=E(1-)

В началният момент, когато бобината не е заредена напре-жението върху крайщата е рав-но на 0,при зареждането има напрежение, когато вече е за-редена напрежението между краищата е0, но се съдържа енергия.

i=C[dU_c/dt]; U_c=[1/C_x]I.T_x  C_x=[I.T_x]/U₀.

Цифрови мостове:биват широ-кообхватни и теснообхватни.

МИС-мостова измервателна схема; ПКП-преобразувател код-проводимост;БЛ-блок на логиката;БАИО-блок за автоматично избиране на обхвата;СУ-сравняващо устройство за определяне равновесното състояние на моста;ЦОУ-цифрово отчитащо устройство. По сигнал от БЛ за начало на измерването в БАИО се формират сигнали за авто-матично избиране на обхвата. Резисторите в този блок ус-тановяват в рамената на моста съпротивления, според поря-дъка на измерваното съпротив-ление. Управляващите сигнали от БЛ постъпват в ПКП, който уравновесява мостовата схема. По сигнал от СУ, БЛ подава към ЦОУ информация за стой-ността на измерваното съпро-тивление -R_x.

Условието за равновесие на схемата

НЧ и ВЧ дава лентов филтър или режекторен филтър Режекторни филтри ампл честотна характеристикаЛентов Филтър амплитудна честотна характеристика:

С
хема за следене запомняне