1.2.11.Elektroninių elementų parametrų ir signalų matavimo būdai
1.2.11.1 Kompiuterio energetinių rodiklių matavimas
Jei kompiuteris yra maitinamas iš tinklo įtampos U~ = Em sin(wt + ju) ir šaltinį apkrauna srove i = Imsin(wt + j i ), tai tinklą apkraunančio kompiuterio energetinis rodiklius matuojant pagal (1.2.11.1 pav.) schemą,
prietaisų parodymai yra tokie : Voltmetro
V efektinė įtampa E =
Em / Ö2
(voltais V), Ampermetro A efektinė srovė I =
Im / Ö2
(amperais A), Vatmetro W aktyvus galingumas P =
E I cosj
(vatais W),j
=
j
u -
j
i
fazių skirtumo 1.2.11.1
pav.
kampas tarp įtampos ir srovės. Juos galima užrašyti simboline forma : I· = I ejji,
Ė = E ejji. Aktyvų galingumą matuojančio voltmetro parodymai, yra Pw =Re{IĖ}= IEcosj (vatais), čia I· = I e-jji -jungtinis efektinės srovės kompleksas. IE-pilnasis iš tinklo imamas galingumas.
1.2.11.2 Varžos matavimo būdai
Matuojant varžą R voltmetro
- ampermetro
(1.2.11.2) būdu ją rasime iš prietaisų
parodymų santykio :
(W)
.
Šiuo atveju gali būti tiek nuolatinė, tiek kintama efektinė srovė I ir jos sukurta įtampa varžoje UR .Varžą galime išmatuoti ir aktyvaus matuojančio prietaiso ommetro būdu. Tai prietaisas su maitinančiu šaltiniu baterija, galintis per matuojamą rezistorių pravaryti srovę iW , kuri atlenks prietaiso rodyklę ar sukurs skaitmeninę reikšmę, parodančią rezistoriaus varžos dydį. Žinant varžos RŠ reikšmę, įtampą matuojančiu prietaisu galima netiesiogiai išmatuoti per tą varžą tekančią srovę. (1.2.11.3 pav) Toks prietaisas gali paprastas voltmetras arba oscilografas, matuojantis URŠ , tuomet I = URŠ / RŠ. Paprastai varža RŠ turi būti žymiai mažesnė už grandinės varžą RR.
1.2.11.3 pav.
1.2.11.3 Induktyvumo matavimo būdai
Kintamos
srovės grandinėje RL induktyvumą galima išmatuoti 1.2.11.6 pav. schema Z =
V/A voltmetro ir ampermetro prietaisų parodymų santykis.
Grandinės aktyvinę varžą R ir induktyvine varžą XL rasime taip : R=cosj , XL = Zsinj nes Z =Ö R2 + XL2 . Kadangi P= UI cosj , o UI = VA , tai cosj = Pw / VA yra vatmetro ir voltmetro parodymų sandaugos santykiui, o Z=V/A. Tuo būdu R=V/A* Pw /VA= Pw /A2 yra vatmetro parodymo ir ampermetro parodymo kvadrato santykis, XL =Ö Z2- R2 = wL čia w yra tinklo sinusinės įtampos kampinis dažnis. Todėl induktyvumas
L = XL / w [H] = 1/w Ö (V/A)2 (Pw /A2)2 . Z varžą charakterizuoja R ir XL varžų geometrinė suma kuri duoda kompleksinės varžos Z· vektorių :
Z·
= R+ j XL = Z e j j
; Z=Ö R2
+ XL2.
Induktyvumą L-R grandinėje galima išmatuoti
oscilografo būdu (1.2.11.5 pav.) panaudojus
nuolatinės srovės prijungimo prie grandinės schemą. Suradę pereinamojo proceso
įtampą URvaržoje R , UR = E(1 -
e Rt/L), ir ją išmatavę oscilografo ekrane, gausime tokią
pereinamojo proceso kreivę : tp»
3t
= 3L/R; L = R tp/3.
1.2.11.4 Kondensatoriaus talpos matavimas
Turint aktyvų kondensatoriaus talpos matavimo prietaisą (1.2.11.6) pav. , talpą galima išmatuoti tiesiogiai. Kintamos srovės schemose talpą galima matuoti prijungiant prie šaltinio U = Um sinw kintamos srovės parametrus matuojančius prietaisus ir R C grandinę. Žinant, kad R C grandinės pilnoji kompleksinė varža Z· = R + 1 / jwC = R jXC = Z e j j, j = arctgXC /R ir U· = I·R j I·XC = U·R+ U·C,½Z·½= Z = ÖR2+ XC2 ,tai naudojant varžos, įtampų ir srovės vektorius, galima užrašyti :
A =½I·½=½U·½/½Z·½; V =½U·½; Pw = AVcosj ; cosj = Pw /AV ;
XC =½Z·½sinj = ÖZ2 R2 = Ö ½U·½2 / ½Z·½2 (½U·½2 / ½Z·½2) (Pw /AV)2 =
= Z Ö 1(cosj)2 , XC = 1/wC ; C = 1 / w XC.
Šis metodas tinka tik neelektrodinių kondensatorių talpai matuoti ir turi būti įvertintos elementų charakteristikos varžos galia, kondensatoriaus maksimali leistina įtampa, matavimo prietaisų tipai ir ribos, saugos taisyklės dirbant su aukšta įtampa. Tarkime, kad norime išmatuoti kondestatoriaus talpą, kuri yra 10mkF, naudojant 100 omų varžą ir turint 220 V, 50 Hz įtampos tinklą. Tuomet
I·=220/(100 j / 10.106 * 2p*50) = 220 / (100 j*106 / 3140) =
220 / (100 j * 318 * 47) = 0.659e j73.3 (A),
U·=
I·(-j
XC) =
j*220/(0.314 j) =
j*220/ 1.048e j72.56 =
209.89e j16.7 (V).
Uc max = Uc * Ö2 = 295.94 (V); XC » 318 W; C » 1/ 318.314 (mkF);
Pw = I U cosj = 220*0.659 cos 73.3 = 41.66 (W);
S = U I = 220* 0.659 = 144.98 (VA);
PR= I2 R = 0.6592*100 = 43.4 (W) » Pw;
Q = U I sin j = 220*0.659 sin 73.3 = 138.86 (VAr);
Z·= 333.8 e j73.3 , ½Z·½= 333.8, j z = 73.3o .
R varžoje išsisklaido » 42 W galingumo, o kondensatoriaus maksimali įtampa yra » 296 V.
Prijungiant e = E šaltinį prie R C grandinėlės, oscilografu galima išmatuoti talpą C netiesioginiu būdu, naudojantis 1.2.11.7 pav. schema, UС(t) = E(1 e t/RC ) = E(1 et/t ), t = RC. Pagal oscilogramą galime surasti pereinamojo proceso laiką tp » 3t = 3RC. Tuomet C = tp / 3R.
1.2.11.5 Skaitmeninių elementų parametrų matavimas
Plačiausiai šio metu naudojami skaitmeniniai teigiamos logikos elementai, kuriuose loginį vienetą atitinka aukštesnis teigiamos įtampos (1.4 5 v) lygį, o loginį nulį įtampa apie 0 ( 0.4 v ³ ). Tokiems elementams statines jų išėjimo parametrų reikšmes galima išmatuoti didelės įėjimo varžos voltmetrais , oscilografu , o taip pat specializuotais loginių signalų matuokliais. Viena iš tokių laboratorinių tikriklio schemų pavaizduota 1.2.11.8 pav. Joje loginių elementų lygį galima patikrinti naudojant simbolių indikatorių. Schema yra valdoma iš LPT sąsajos, joje papildomai įmontuotas keičiamo dažnio impulsų generatorius. Schema sukurta KU.GMF informatikos katedroje.
1.2.11.8 - pav. Logikos tikriklis
Taškas šviečia visada, nes dega h segmentas
- Uiėj ³ tuščia indikatorius nedega
- Uiėj ³ +2.4 V D1.2 išėjime ® log . 1 Þ dega b ir c segmentai Þ vienetas
- Uiėj £ 0.4 V D1.3 ir D1.4 uždegs d,e,f,a segmentus Þ nulis
- kai f Uiėj ³ 25Hz , d segmentas prigęsta ir Þ P simbolis
1.2.11.6. Triukšmų matavimas.
Triukšmų šaltiniai yra įvairūs elektros įrengimai, kuriems veikiant atsiranda elektros kibirkštys, lankas, staigūs srovės pokyčiai, joniniai išlydžiai ir auksto dažnio laukai. Triukšmus sukelia ir ivairus radiotechniniai irenginiai i kuriuos ieina aukšto dažnio ir impulsiniai generatoriai. Be pramoniniu triukšmu, dar atsiranda gamtiniai triukšmai, bet ju lygis kur kas žemesnis. Nustatytos tam tikros didziausiu leistinų triuksmu itampu ar trukdziu lauko stiprumo normos, atsižvelgiant i ju saltini ir dazniu deapazona. Triuksmai nustatomi, išmatavus lauko stipruma arba triuksmu itampa.
Lauko stiprumas nustatomas matuojant aukšto
dažnio itampa, indukuota 1m ilgio strypineje antenoje. Tuo tikslu tam tikru
atstumu suprietaisu apeinamas triuksmu šaltinis ir ismatuojamas lauko stiprumas
didžiausio spinduliavimo
kryptimi. Taip matuojant, gaunamas gana netikslus rezultatas, nes ji labai veikia
metalines detales, laidai, meteorologines salygos, kitu šaltiniu triukšmai.
Todel taip matuojama tik tada, kai sunku ar pavojinga prieiti prie triukšmo
šaltinio.
Aukšto dažnio triukšmu itampa galima matuoti tiesiog iš ju šaltinio. I kiekviena maitinimo laida, prijungiama prie elektros itaiso(triukšmu šaltinio TŠ) gnybtu, ijungiamas apsauginis filtras LC1. Aukšto dažnio triukšmai praeina per skyriamuosius kondensatorius C ir rezistoriuose R (tinklo ekvivalentuose) sukuria triuksmu itampas. Šios itampos matuojamos, paeiliui prijungiant prie kiekvieno rezistoriaus R trukšmu matuokliai TM. Triukšmu itampa laikoma didžiausia iš visu išmatuotu itampu.
Triukšmu matuoklis yra aukšto dažnio mikrovoltmetras, skirtas matuoti siauros dažniu juostas itampoms. Kaip ir kiekvienas jautrus voltmetras jis turi itampos dalikli, stiprintuva, ir detektoriu su rodikliniu indikatoriumi. Dideliam siauros dažniu juostos (nekintančios perjungiant dažnius) stiprinimui gauti pritaikita superheterodininė stiprinimo schema, t.y. stiprinimas su dažnio keitimu. Taigi triukšmų matuoklis yra kalibruoti stiprinimo koeficiento ir praleidžiamų dažnių juostos radijo imtuvas.
Prietaisas P4-12A skirtas radijo triukšmams matuoti ir ieškoti. Juo galima matuoti aukšto dažnio įtampą triukšmų šaltinio išėjimo gnybtuose bei aukšto dažnio laukų stiprumą. Tam tikslui prietaisas turi strypinę 1 m ilgio (hef = 0,5 m) anteną. Triukšmams ieškoti skirta vidinė magnetinė antena ir magnetinis liestukas.
Prietaisu galima matuoti nuo 10 iki 30000 mV aukšto dažnio įtampas nuo 0,15 iki 12,5 MHz dažnių diapazone ir nuo 30 iki 100000 mV įtampas nuo 12,5 iki 30 MHz dažnių diapazone su ne didesne kaip 10% paklaida. Praleidžiamų dažnių juosta 9 kHz. Ieškant triukšmų vidine antena, prietaiso jautrumas ne mažesnis kaip 250 mV/m. Prietaisas tranzistorinis ir maitinimas iš cheminio 12 V įtampos srovės šaltinio. Visą nuo 0,15 iki 30 MHz dažnių diapazoną sudaro 6 padiapazoniai, kuriems perjungti skirtas būgninis jungiklis Diap.. Keikvieno padiapazonio ribuose dažnį galima perjungti kintamosios talpos kondensatoriais Suderinimas.
Paveiksle parodyta triukšmų matuoklio P4-12A funkcinė schema. Dviem suvejintais įtampos dalikliai ĮD1 ir ĮD2, esantčiais schemos įėjime ir tarpinio dažnio grandyje, 10 dB (3,16 karto) pakopomis signalą galima susilpninti 80 dB (10000 kartų).
.2.11.7 TIESIOGINIAI MODULIACIJOS KOEFICIENTO MATAVIMO METODAI
Moduliacijos koeficientui nustatyti elektroniniu oscilografu naudojamasi 1.2.11.7 paveiksle parodyta schema. Moduliuotos amplitudės aukšto dažnio virpesiai iš generatoriaus G paduodami į tiesinį detektorių D. Apkrovos varžoje R susidaro įtampa, kurios forma atitinka moduliuotų aukšto dažnio virpesių amplitudes gaubtines formą. Ši įtampa prijungiama prie oscilografo vertikalaus kreipimo plokšteliu, o prie horizontalaus kreipimo plokšteliu prijungiama tiesinė skleistinės įtampa Us.Oscilografo ekrane atsiranda kreive.
Moduliacijos koeficientas nustatomas iš aukščiau nurodytos formules. Oscilografo metodu matuojama nelabai tiksliai. Tiksliau amplitudinės moduliacijos koeficientą galima išmatuoti dvigubo detektavimo metodu su rodykline indikacija.
|
Moduliometrai, veikiantys dvigubo detektavimo metodu, iš esmes yra dviejų voltmetrųaukšto ir žemo dažnioderinys. Prietaisas, kurio supaprastinta schema parodyta paveiksle, veikia šitokiu būdu. Išorinė rite L, sujungta su moduliometru lanksčiu dvilaidžiu kabeliu, priartinama prie tiriamojo siųstuvo antenos grandinės. Ritėje indukuota moduliuota aukšto dažnio įtampa paduodama į tiesinį diodinį voltmetrą, sudarytą iš lempinio ar puslaidininkinio diodo Dl ir magnetoelektrines sistemos voltmetro V1.
Tiesiniam detektavimo režimui sudaryti voltmetro VI varža turi būti daug didesnė už diodo Dl vidaus varžą, o aukšto dažnio įėjimo įtampa neturi būti per maža. Tiriant mažos galios generatorius, gali tekti sustiprinti įėjimo įtampą. Tada lygiagrečiai ritei L įjungiamas kintamos talpos kondensatorius C0; tokiu būdu gautas virpesiu kontūras suderinamas tiriamųjų virpesių dažniui. Šį suderinimą rodo voltmetras V1 (rodyklė labiausiai nukrypsta).
Diodo D1 grandine teka išlyginta srovė, kurios aukšto dažnio dedamąsias nufiltruoja 100500 mF talpos kondensatorius Cl. Nuolatine dedamoji ir žemo dažnio sroves dedamoji diodo apkrovoje - voltmetre V1 - sukuria įtampą, kurios kreives forma panaši į parodytą 108 paveiksle, c. 108 paveiksle, c, matyti, kad pulsuojanti įtampa susideda iš moduliacijos dažnio dedamosios, kurios amplitudes DUv ir DUa, bei nuolatines dedamosios Uvid. Amplitudes DUv ir DUa proporcingos moduliuoto virpesio gaubtines amplitudėms Umax - Uvid ir Uvid Umin. Uvid vertė, proporcinga vidutinei nešančiojo dažnio amplitudes vertei, matuojama voltmetru VI.
Moduliacijos dažnio įtampa, krintanti voltmetre VI, per 0,1 1 mF talpos kondensatorių C2 patenka į lempinį ar detekcinį amplitudinį voltmetrą V2, kuris priklausomai nuo schemos įjungimo matuoja vieną iš šios įtampos amplitudžių (DUv arba DUa ). Įtampos U2 (voltmetro V2 parodymai) ir įtampos U1 ( voltmetro VI parodymai ) santykis ir bus lygus ieškomajam moduliacijos koeficientui:
m = DU/Uvid = U2/U1.
Palaikant voltmetro VI parodymus vienodus, nepriklausomai nuo moduliacijos koeficiento kitimo galima voltmetro V2 skalę sugraduoti tiesiog moduliacijos koeficiento vertėmis.
MODULIACIJOS KOEFICIENTO MATAVIMAS AMPERMETRU ARBA VOLTMETRU
Moduliacijos koeficientą galima apytiksliai įvertinti ampermetru, įjungtu į siųstuvo antenos grandinę. Nesant moduliacijos,antena teka srovė I1, o atsiradus simetrinei moduliacijai, srovė sustiprėja iki
I2 = I1(1 + m2/2)1/2
čia m - moduliacijos koeficientas.
Išmatavus I1 ir I2 galima nustatyti moduliacijos koeficientą
m = ( 2(I22/I12 1))1/2
Tačiau, net smarkiai kintant moduliacijos koeficientui, srovė antenoje keičiasi nežymiai. Matuojant šiuo metodu, gaunama didelė paklaida (apie 20 - 30%).
Šiek tiek tiksliau (iki 10%) moduliacijos koeficientą galima išmatuoti aukšto dažnio voltmetru. Tam tikru atstumu nuo siųstuvo antenos grandinės įtaisoma keleto vijų ryšio ritė, kurios išvadai prijungiami prie voltmetro įėjimo gnybtų. Jei moduliacijos nėra, voltmetras rodo įtampą U1, o įjungus moduliaciją, jo parodymai išauga iki
U2 = U1(l+m).
Žinant U1 ir U2 galima nustatyti moduliacijos koeficientą
m = U2/U1 - 1.