книги / Электрорадиоизмерения

При помощи напряжений ихс и ulR, снимаемых с эле­ ментов фазирующей цепочки RC, питаемой ии осущест­ вляется круговая развертка. Как видно из графического построения линии развертки, световое пятно на экране трубки осциллографа движется по окружности против часовой стрелки. Сформированное из tu прямоугольное напряжение цф2, поданное на управляющий электрод трубки, закрывает ее в момент времени 4, 12 и т. д. и от­ крывает во время S, 14 и т. д. В результате на экране трубки получается полуокружность 8—1—2—3—4 с диа­ метром 4—0—8, имеющим угол наклона а 2.

Если же на управляющий электрод трубки подать сфор­ мированное из их прямоугольное напряжение иф1, то трубка будет закрываться с некоторым опережением в моменты времени 3, 11 и т. д., а открываться во время 7, 15 и т. д. При этом диаметр получившейся окружности будет уже иметь угол наклона а ъ меньший, чем в предыдущем случае.

Очевидно, что фазовый сдвиг ср между напряжениями их и и2 равен

Ф = а 2 - а ь

при этом напряжение иг опережает и2.

При использовании рассмотренного метода измерения ср на практике удобно применять вставляемую в тубус трубки осциллографа прозрачную градуированную круговую шкалу с визирной линейкой, которую можно вращать во­ круг центра шкалы и совмещать с диаметром круговой развертки. При этом если совместить начало шкалы с диа­ метром полуокружности развертки в первом случае, то визирная линейка, совмещенная с диаметром полуокруж­ ности во втором случае, сразу покажет результат измере­ ния фазового угла.

Точность измерения угла сдвига фаз методом круговой развертки достигает 2—5°.

8-5. МЕТОД КОМПЕНСАЦИИ

Данный метод, называемый также методом наложения, поясняется блок-схемой, приведенной на рис. 8-9.

Исследуемые напряжения их и и2 подаются на вход усилителей, работающих на общую нагрузку. В одном из трактов включен градуированный фазовращатель, а в дру­ гом тракте имеется регулировка усиления усилителя. На сопротивлении нагрузки R создается суммарное напрн-

жение, подаваемое на вход электронного вольтметра. Оче­ видно, что при одинаковых амплитудах переменных напря­ жений на его входе и их противофазное™ стрелка вольт­ метра будет стоять на нуле.

Таким образом, измеряемый угол сдвига фаз ср двух напряжений при их одинаковых амплитудах на входе вольтметра, т. е. нулевом его показании, определяется с помощью фазовращателя. При этом отсчет угла ср про­ изводится по шкале фазовращателя относительно его пер­ вичного положения, соответствующего повороту им фазы на 180°

В качестве индикатора нуля вместо электронного вольт­ метра можно использовать и другие индикаторы, например электронный осциллограф или детекторный вольтметр.

Рис. 8-9. Блок-схема угла сдвига фаз методом компенсации.

При использовании в качестве индикатора электронного осциллографа необходимо, как было сказано выше, про­ извести коррекцию фазовых сдвигов, создаваемых усили­ телями осциллографа.

Использование компенсационного метода для измерения сдвига фаз, вносимого каким-либо элементом, дополни­ тельно включаемым в тракт СВЧ, поясняется блок-схемой, изображенной на рис. 8-10.

Процесс измерения ср этим способом аналогичен ранее рассмотренному и производится в следующем порядке.

Вначале при отключенном исследуемом элементе тракт СВЧ на выходе фазовращателя накоротко замыкают спе­ циальной заглушкой. Так как минимум стоячей волны более резко выражен, чем максимум, то настройкой фазо­ вращателя так перемещают узел стоячей волны относи­ тельно поперечной плоскости расположения зонда, чтобы детекторный прибор показал минимум. При этом отме­ чают показания фазовращателя а х. Затем между фазовра­

щателем и заглушкой помещают исследуемый элемент, создающий смещение стоячей волны, и опять фазовраща­ телем обеспечивают минимальное показание индикатора, которое будет при отсчете а 2 по шкале фазовращателя.

Следовательно, фазовый сдвиг, вносимый исследуемым элементом в тракт СВЧ, будет определяться по формуле

В приведенной на рис. 8-10 блок-схеме измерения ср вместо фазовращателя и зонда может быть использована измерительная линия.

8-6. ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ФАЗОМЕТР

Принцип работы двухканального фазометра с преобра­ зованием исследуемого напряжения в напряжение прямо­ угольной формы поясняется блок-схемой и кривыми, при­ веденными на рис. 8-11.

Исследуемые синусоидальные напряжения и{ и и2 преоб­ разуются в прямоугольные напряжения одинаковой ампли­ туды и поступают на суммирующий каскад. Суммирующее устройство состоит из двух усилителей с общей нагрузкой, на сетки ламп которых подаются преобразованные прямо­ угольные напряжения одинаковой амплитуды.

Следовательно, фазовый угол линейно зависит от отно­ сительного временного интервала ДТ/Т, т. е.

бором магнитоэлектрической системы схему измерения относительного временного сдвига, соответствующего из­ меряемому фазовому углу. Дифференцирующая распре­ делительная цепь так управляет работой синхронизиро­ ванных мультивибраторов, что передний и задний фронты прямоугольного импульса первого синхронизированного

мультивибратора (рис. 8-13, ж) соответственно опре­ деляются положительным дифференцированным импуль­ сом первого канала и отрицательным дифференцированным импульсом второго канала. Выходной же импульс второго синхронизированного мультивибратора (рис. 8-13, з) соот­ ветственно ограничивается по времени положительным дифференцированным импульсом второго канала и отри­ цательным дифференцированным импульсом первого ка­ нала.

Как видно из графика рис. 8-13, ы, при сложении вы­ ходных импульсов синхронизированных мультивибраторов в цепи измерительного прибора получаются прямоуголь­ ные импульсы напряжения, а соответственно и тока с дли­ тельностью А Т

Следовательно, среднее за период значение тока, про­ ходящего через прибор магнитоэлектрической системы,

Пользуясь выражением (8-10), получаем:

Таким образом, при постоянной величине амплитуды выходных импульсов синхронизированных мультивибрато­ ров прибор магнитоэлектрической системы, измеряющий среднее значение тока / ср, может быть проградуирован в значениях угла ср. При этом шкала фазометра, как видно из выражения (8-11), получается линейной.

8-7. ФАЗОМЕТР С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ

Недостаток ранее рассмотренных фазометров в отно­ шении ширины используемого ими частотного диапазона можно устранить, если использовать преобразование частоты (блок-схема на рис. 8-14).

Преобразование частоты позволяет измерять фазовый сдвиг в широком диапазоне частот, т. е. на высоких и сверхвысоких частотах, используя низкочастотные методы измерения фазы,

Принцип измерения фазового сдвига с преобразованием частоты следующий. Исследуемые колебания, поданные на входы фазометра, поступают на два совершенно одина­ ковых смесителя. Одновременно на смесители подается одна и та же частота вспомогательного гетеродина. В ре­ зультате преобразования частоты на выходе того и другого смесителя получаются колебания пониженной, т. е. раз­ ностной, частоты F f — с таким же фазовым сдвигом ср. Если необходимо (например, на СВЧ), то можно произ­ вести двойное преобразование частоты с тем, чтобы измере­ ние фазового сдвига производилось низкочастотным фазо­ метром.

Рис. 8-14. Блок-схема фазометра с преобразованием частоты.

После смесителя преобразованные частоты в том и дру­ гом канале усиливаются усилителями разностной частоты И подаются на низкочастотный фазометр, работающий на фиксированной частоте. Поэтому с изменением частоты исследуемых колебаний гетеродин должен быть также перестроен.

Оба канала фазометра должны быть совершенно иден­ тичны. Кроме того, для уменьшения погрешности измере­ ния фазового сдвига оба канала фазометра перед измере­ нием должны быть отрегулированы. Для этого на входы фазометра подают напряжение одного и того же источника И так регулируют каналы, чтобы фазометр показал нуле­ вой сдвиг.

Данный метод позволяет измерять фазовый сдвиг с по­ грешностью, близкой к погрешности низкочастотного фа­ зометра.