Методы измерения рабочего затухания и рабочего усиления четырёхполюсника

Методы измерения рабочего затухания и рабочего усиления четырёхполюсника. 

Схемы измерения, источники погрешностей.

Затухание – энергетическая мера передачи гармонического сигнала через четырёхполюсник. Различают 3 вида затухания: рабочее, вносимое и собственное, которые характеризуют четырёхполюсники, предназначенные для передачи информации.

Рабочее затухание определяется по формуле

 дБ



P1 – кажущаяся мощность, которую может отдать генератор на согласованную с ним нагрузку. Величины Р1 и Р2 связаны с величиной ЭДС генератора Е и напряжением на нагрузке Uн известными соотношениями:



      ;    

где Zн и Zr -  модули полных сопротивлений генератора и нагрузки. 



Существует 2 различных метода измерения рабочего затухания и усиления четырёхполюсника:

Метод известного генератора

Метод известного генератора

Метод известного генератора основан на использовании измерительного генератора с известным внутренним сопротивлением Zr и ЭДС Е.  Для определения рабочего затухания четырёхполюсника этим методом достаточно измерить напряжение U на выходе четырёхполюсника. Можно напряжение на нагрузке определяеть с помощью измерителя уровня.

Схема измерения рабочего затухания методом известного генератора









Данный режим измерения позволяет ускорить и автоматизировать процесс снятия частотных характеристик рабочего затухания.

Значение ЭДС и внутреннего сопротивления генератора в рабочем диапазоне частот могут изменяться под влиянием паразитных параметров входного блока генератора и колебания значения сопротивления нагрузки, поэтому во время измерения рабочего затухания необходимо следить за постоянством ЭДС и внутреннего сопротивления генератора. Для стабилизации параметров на выходе генератора часто включают резисторные удлинители, представляющие собой звенья Т и П-образных четырёхполюсников, затухание которых соответствует затуханию электрически длинной линии, т.е. 15-20дБ. В результате получают «известный» генератор с более стабильными параметрами: внутренним сопротивлением, равным характеристическому сопротивлению удлинителя, и ЭДС, равной напряжению на выходе без нагрузки. Погрешность измерения рабочего затухания методом известного генератора определяется в основном погрешностью измерительного прибора и составляет обычно 0,1-0,8 дБ.

Измерение рабочего затухания методом Z

Измерение рабочего затухания методом Z осуществляется с помощью следующей схемы:

Измерение рабочего затухания методом Z









Схема сравнения для несимметричных четырёхполюсников









Погрешность измерения рабочего затухания , как и в предыдущем случае, определяется погрешностью измерений уровней напряжений U1 и Uн и составляет 0,1-1,8 дБ. С целью повышения точности измерений методом Z пользуются схемами сравнения симметричных и несимметричных четырёхполюсников. Рабочее затухание измеряемого четырёхполюсника сравнивается с затуханием образцового магазина затухания МЗ. Процесс измерения состоит в регулировке затухания образцового МЗ до тех пор, пока напряжение на его выходе U`н не станет равным напряжению на нагрузке Uн, что регистрируется индикатором с высоким входным сопротивлением с помощью переключателя П. Рабочее затухание определяется из следующих соотношений:







Погрешность измерения рабочего затухания в этом случае определяется, главным образом, погрешностью образцового МЗ, обусловленной ошибкой дискретности, равной примерно половине наименьшего значения затухания образцового магазина затухания. Эта ошибка в зависимости от класса точности и диапазона рабочих частот составляет 0,05-0,1 дБ. Индикатор не оказывает заметного влияния на результирующую ошибку измерения.



Для уменьшения ошибки дискретности применяют способ измерения рабочего затухания, основанный на методе Z и использующий схему сравнения и непосредственно измерения. В этом случае отсчёт измеряемого затухания производится не только по показания образцового магазина затухания, но и по шкале стрелочного прибора, которая калибруется по образцовому магазину затухания. 

Измерение рабочего усиления

При измерении рабочего усиления необходимо следить за тем, чтобы напряжение входного измерительного сигнала не перегружало усилитель. Требуемый уровень входного сигнала устанавливается с помощью делителя измерительного генератора или образцового магазина затухания, включаемого перед усилителем. Рабочее усиления определяется по формуле:







Схемы измерения рабочего усиления методом известного генератора и методом Z не отличаются от схем измерения затухания. При высокоточных измерениях рабочего усиления, например измерительных усилителей, применяется метод Z со схемой сравнения.



Схема, пригодная для определения усиления усилителей, имеющих постоянное активное сопротивление во всём диапазоне рабочих частот. Входное напряжение регулируется МЗ1. На нагрузке измеряемого усилителя при помощи МЗ2 устанавливается напряжение, равное Е/2. Характеристические сопротивления магазинов МЗ1 и МЗ2 должны быть равны входным и выходным характеристическим сопротивлениям измеряемого усилителя соответственно. 



Сопротивления резисторов делителя должны обеспечивать необходимую точность деления напряжения Е. Значение этих сопротивлений выбирается таким, чтобы они не шунтировали выход генератора и симметрирующий трансформатор и в то же время были значительно меньше входного сопротивления указателя уровня или другого индикатора.