Non è certo un'esagerazione affermare che ogni radioamatore ha un tester della famiglia M-83x. Semplice, accessibile, economico. Abbastanza sufficiente per un elettricista.

Ma per un radioamatore ha un difetto nelle misurazioni Tensione CA. In primo luogo, bassa sensibilità e, in secondo luogo, è destinato alla misurazione di tensioni con una frequenza di 50 Hz. Spesso un dilettante alle prime armi non ha altri strumenti, ma vuole misurare, ad esempio, la tensione all'uscita di un amplificatore di potenza e valutarne la risposta in frequenza. È possibile farlo?

Su Internet tutti ripetono la stessa cosa: "non superiore a 400 Hz". È vero? Vediamo.

Per i test, è stata assemblata una configurazione da un tester M-832, un generatore di suoni GZ-102 e
voltmetro della lampada V3-38.

A giudicare dai dati disponibili, numerosi dispositivi della famiglia M-83x o D-83x sono assemblati quasi secondo lo stesso schema, quindi esiste un'alta probabilità che i risultati della misurazione siano vicini. Inoltre, in questo caso, mi interessava poco l'errore assoluto di questo tester, mi interessavano solo le sue letture in base alla frequenza del segnale;

Il livello è stato selezionato intorno a 8 Volt. Questo è vicino alla tensione di uscita massima del generatore GZ-102 e vicino alla tensione all'uscita di un UMZCH di potenza media.

Sarebbe meglio fare un’altra serie di misurazioni con un potente ULF caricato su un trasformatore step-up, ma non credo che i risultati cambieranno drasticamente.
Per comodità di stimare la risposta in frequenza in dB, è stato selezionato un livello di 0 dB al limite di 10 V del voltmetro V3-38. Quando la frequenza del segnale cambiava, il livello veniva leggermente regolato, ma i cambiamenti non superavano frazioni di dB e possono essere ignorati.

Risultati

Nella tabella seguente A- coefficiente per il quale deve essere moltiplicato il risultato della misurazione del tester ad una determinata frequenza, tenendo conto del calo della risposta in frequenza.

Per ottenere risultati tabellati in dB, il livello di tensione ottenuto per ciascuna frequenza è stato impostato all'uscita del generatore e la differenza in dB è stata letta e inserita nella tabella. Alcune imprecisioni sono dovute all'arrotondamento di 0,5 dB delle letture del voltmetro del tubo e all'arrotondamento dell'ultima cifra delle letture del tester. Penso che in questo caso un errore sistematico di 1 dB sia abbastanza accettabile perché impercettibile all'orecchio.

Conclusione

Allora cosa è successo?

La risposta in frequenza del tester è corretta non fino a 400 Hz, ma fino a 4...6 kHz, al di sopra della quale inizia la diminuzione, che può essere presa in considerazione utilizzando la tabella e, quindi, ottenere risultati relativamente affidabili nell'intervallo di 20...20000 Hz e anche superiori.

Per affermare che le modifiche sono adatte a tutti i tester, è necessario raccogliere statistiche. Sfortunatamente, non ho un sacco di tester.

Non dobbiamo dimenticare che il tester misura la tensione alternata utilizzando un circuito raddrizzatore a semionda con i suoi svantaggi, come la capacità di misurare solo la tensione sinusoidale senza una componente continua con una bassa tensione misurata, l'errore aumenterà;

Come posso migliorare il tester M-832 per la misurazione delle tensioni alternate?

È possibile installare un ulteriore finecorsa “200-20 V” e un'altra resistenza di shunt. Ma ciò richiede lo smontaggio e la modifica del tester; è necessario comprendere il circuito e disporre di un dispositivo di calibrazione. Penso che questo sia inappropriato.

Meglio realizzare un attacco separato che amplifica e raddrizza la tensione. La tensione raddrizzata viene fornita al tester, che viene acceso per misurare la tensione CC.
Ma questo è argomento per un altro articolo.

Misurare sensibilità, potenza in uscita E distorsione armonica l'amplificatore necessita di un oscilloscopio, un voltmetro CA, un generatore audio ( ZG) e il carico equivalente dell'amplificatore in esame. Quest'ultimo è un resistore a filo avvolto la cui resistenza è pari all'impedenza totale della bobina della testata dinamica (o altoparlante) dell'amplificatore. La sua potenza di dissipazione non deve essere inferiore alla potenza della testina dinamica (se nell'altoparlante dell'amplificatore sono presenti più testine, la loro potenza totale).

La misurazione della distorsione armonica introdotta dall'amplificatore nel segnale viene valutata utilizzando un metodo che utilizza qualsiasi oscilloscopio a bassa frequenza. In questo caso, le misurazioni iniziano prendendo le caratteristiche di ampiezza dell'amplificatore, la dipendenza dalla tensione di uscita Uscire segnale amplificato con una frequenza di 1000 Hz dalla tensione di ingresso Tu dentro a carico costante R n, pari alla resistenza del suo equivalente R.

Lo schema di collegamento degli strumenti di misura con l'amplificatore, la cui caratteristica di ampiezza deve essere misurata, è mostrato in Fig. 1, a. L'amplificatore e il generatore sonoro devono essere alimentati da fonti separate. Invece di una testata dinamica (o altoparlante), all'uscita dell'amplificatore è collegato un carico equivalente Rif e ad esso l'ingresso “Y” dell'oscilloscopio. Il controllo del volume è impostato al massimo e un segnale con una frequenza di 1000 Hz e una tensione di 30-40 mV viene fornito all'ingresso dell'amplificatore dal generatore di suono. La scansione della deflessione orizzontale del raggio dell'oscilloscopio è impostata in modo tale che l'immagine di un'oscillazione sia chiaramente visibile sul suo schermo. Misurando la tensione in ingresso Tu dentro, Voltmetro CA P.U. passare al carico equivalente Rif e misurare la tensione di uscita dell'amplificatore Uscire. I risultati della misurazione vengono registrati (vedi tabella).

Risposta in ampiezza dell'amplificatore (condizioni di misurazione)

Uin, mV
Fuori, mV	1200	1600	2000	2400	2800	3200	3600	3800	4000	4100

Riso. 1. Schema per misurare i parametri principali dell'amplificatore AF

Senza modificare la frequenza del segnale ZG, aumentare la sua tensione in incrementi ogni 10 mV e inserire i risultati della misurazione nella tabella. La tensione di ingresso viene aumentata finché sullo schermo non appare un taglio delle “cime” della sinusoide, evidente alla vista (Fig. 2, b). Questo fenomeno si verifica a causa del taglio simmetrico della tensione del segnale di uscita ed è accompagnato da un aumento della distorsione armonica dell'amplificatore fino a circa il 10%. Significa che la potenza di uscita ha raggiunto il massimo Pmax. Successivamente, il segnale di ingresso ZG ridurre fino a far scomparire le distorsioni sinusoidali percepibili alla vista e considerare che in questo caso l'amplificatore eroga al carico la potenza nominale in uscita P nom. Tensioni di uscita a carico equivalente corrispondenti al massimo Rma xe nominale R nom le potenze in uscita vanno evidenziate nella tabella.

Riso. 2. Costruzione delle caratteristiche di ampiezza dell'amplificatore 3CH

Successivamente, sulla base dei risultati della misurazione inseriti nella tabella, viene costruita la caratteristica di ampiezza dell'amplificatore (Fig. 2). Fino al punto “a” è dritto, quindi inizia a deviare verso il basso, il che indica una violazione della proporzionalità tra le tensioni di ingresso e di uscita dell'amplificatore e la comparsa di distorsione del segnale amplificato. Ora, usando la formula P fuori = U fuori 2 / R n, può essere calcolato potenza di uscita dell'amplificatore per valori diversi Uscire. Nella fig. 2 paralleli all'asse Uscire il secondo asse verticale è posto a sinistra P fuori, che mostra la potenza di uscita stimata dell'amplificatore in watt.

Riso. 3. Circuito di misurazione della distorsione armonica

Il punto “a” sul grafico, da cui inizia l'inflessione caratteristica dell'ampiezza, corrisponde solitamente alla potenza di uscita nominale dell'amplificatore. Di caratteristica di ampiezza Puoi anche determinare il valore numerico della sensibilità dell'amplificatore: corrisponde al valore Tu dentro A R nom.

Numerico valore della distorsione armonica Kg amplificatore AF può essere misurato utilizzando un filtro di arresto L1C1C2 (Fig. 3), sintonizzato su una frequenza fondamentale di 1000 Hz, collegato tra l'uscita dell'amplificatore caricato con il carico equivalente R9 e un voltmetro CA P.U.. La bobina L1 di questo filtro, contenente 290 spire di filo PEV-2, è avvolta su un anello di ferrite da 2000 NM di dimensione K20x12x6 utilizzando una navetta. Condensatori di filtro C1 e C2 tipo MBM o KB.

Innanzitutto, l'interruttore “S” è impostato sulla posizione “1”, corrispondente al filtro disabilitato, e un voltmetro P.U. misurare la tensione Uscire. Diciamo Uscire equivale a 3 V (3000 mV). Quindi, ruotando l'interruttore “S” in posizione “2”, accendere il filtro barriera e misurare la tensione armonica U g. Supponiamo che questa tensione sia di 70 mV. Distorsione armonica Kg calcolato utilizzando la formula approssimativa fornita in precedenza:

K·g≈UG / Ufuori ∙ 100% ≈ 70 ∙ 100 / 3000 ≈ 2,3%,

Dove:

Kg– coefficiente armonico,[ %];

UG– tensione armonica, [mV];

Ufuori– tensione di uscita[mV].

Utilizzando questa tecnica, è possibile misurare con precisione la sensibilità, la potenza di uscita e la distorsione armonica di quasi tutti gli amplificatori AF. Per un amplificatore stereo, i parametri di ciascun canale vengono misurati separatamente, confrontati e, se necessario, livellati mediante un'adeguata selezione di parti e modalità operative dei transistor.

Non è così spesso necessario scoprire esattamente la frequenza della corrente alternata, rispetto a indicatori come tensione e corrente. Ad esempio, per misurare l'intensità della corrente, puoi utilizzare una pinza di misurazione per questo non devi nemmeno entrare in contatto con parti conduttrici e qualsiasi puntatore o multimetro digitale controlla la tensione; Tuttavia, per verificare la frequenza con cui cambia la polarità nei circuiti a corrente alternata, ovvero il numero dei suoi periodi completi, viene utilizzato un frequenzimetro. In linea di principio un apparecchio con lo stesso nome può misurare anche il numero di vibrazioni meccaniche in un certo periodo di tempo, ma in questo articolo parleremo esclusivamente della grandezza elettrica. Successivamente, ti diremo come misurare la frequenza della corrente alternata con un multimetro e un frequenzimetro.

Quali dispositivi possono essere utilizzati

Classificazione dei frequenzimetri

Tutti questi dispositivi si dividono in due gruppi principali in base al loro ambito di applicazione:

1. Misurazione elettrica. Sono utilizzati per la misurazione della frequenza domestica o industriale nei circuiti CA. Vengono utilizzati per la regolazione della frequenza della velocità dei motori asincroni, poiché il tipo di misurazione della frequenza dei giri, in questo caso, è il più efficace e diffuso.
2. Misurazione radio. Vengono utilizzati esclusivamente nella radioingegneria e possono misurare un'ampia gamma di tensioni ad alta frequenza.

In base alla progettazione, i frequenzimetri sono suddivisi in montati su pannello, fissi e portatili. Naturalmente quelli portatili sono più compatti, versatili e dispositivi mobili, che sono ampiamente utilizzati dai radioamatori.

Per qualsiasi tipo di frequenzimetro il massimo caratteristiche importanti, a cui, in linea di principio, una persona dovrebbe prestare attenzione al momento dell'acquisto, sono:

• La gamma di frequenze che il dispositivo può misurare. Quando si prevede di lavorare con il valore industriale standard di 50 Hz, è necessario leggere attentamente le istruzioni, poiché non tutti i dispositivi saranno in grado di vederlo.
• Tensione operativa nei circuiti in cui avrà luogo il lavoro di misurazione.
• Sensibilità, questo valore è più importante per i dispositivi a radiofrequenza.
• L'errore con cui può effettuare misurazioni.

Multimetro di frequenza CA

Il dispositivo più comune con cui è possibile scoprire l'entità delle fluttuazioni di frequenza e che è liberamente e ampiamente disponibile è un multimetro. Devi prestargli attenzione funzionalità, poiché non tutti questi dispositivi saranno in grado di misurare la frequenza della corrente alternata in una presa o in un altro circuito elettrico.

Un tester di questo tipo è spesso reso molto compatto in modo che possa essere facilmente riposto in una borsa e sia il più funzionale possibile, misurando, oltre alla frequenza, anche tensione, corrente, resistenza e talvolta anche temperatura dell'aria, capacità e induttanza. Aspetto moderno Il multimetro e il suo circuito si basano esclusivamente su elementi elettronici digitali per misurazioni più accurate. Questo multimetro è composto da:

• Indicatore informativo a cristalli liquidi per la visualizzazione dei risultati delle misurazioni, situato, molto spesso, nella parte superiore della struttura.
• L'interruttore è sostanzialmente realizzato sotto forma di un elemento meccanico che consente di passare rapidamente dalla misurazione di una grandezza all'altra. Devi stare molto attento, perché, ad esempio, se misuri la tensione e l'interruttore è sul segno "I", cioè l'intensità della corrente, la conseguenza di ciò sarà inevitabilmente, che non solo porterà al fallimento del dispositivo, ma può anche causare danni termici alle mani e al viso di una persona.
• Presa per sonda. Con il loro aiuto si crea un collegamento elettrico diretto tra il dispositivo e l'oggetto conduttivo misurato. I fili non devono presentare crepe o rotture nell'isolamento, soprattutto le loro punte, che saranno nelle mani di chi effettua la misurazione.

Vorrei menzionare anche gli attacchi speciali per il multimetro, che esistono e sono progettati appositamente per aumentare il numero di funzioni di un dispositivo convenzionale con un set standard.

Come viene eseguita la misurazione della frequenza

Prima di utilizzare un multimetro, e in particolare un frequenzimetro, è necessario familiarizzare ancora una volta con attenzione con i parametri che può misurare. Per misurarli correttamente, è necessario padroneggiare diversi passaggi:

1. Accendi il dispositivo con il pulsante corrispondente sul corpo, molto spesso è evidenziato in colori vivaci.
2. Impostare l'interruttore per misurare la frequenza CA.
3. Prendendo tra le mani due sonde e collegandole, secondo le istruzioni, alle apposite prese, testeremo il dispositivo di misurazione. Per prima cosa devi provare a scoprire la frequenza della tensione in una rete standard a 220 Volt, dovrebbe essere pari a 50 Hz (la deviazione può essere di diversi decimi). Questo valore è strettamente controllato dal fornitore di energia elettrica, poiché se cambia, gli apparecchi elettrici potrebbero guastarsi. Il fornitore è responsabile della qualità dell'elettricità fornita e ne rispetta rigorosamente tutti i parametri. A proposito, questo valore non è standard in tutti i paesi. Collegando i cavetti del frequenzimetro ai cavetti della presa, l'apparecchio visualizzerà un valore di circa 50 Hz. Se l'indicatore differisce, questo sarà il suo errore e nelle misurazioni successive sarà necessario tenerne conto.

Altri metodi di misurazione alternativi

Il modo più efficace e semplice per controllare la frequenza è utilizzare un oscilloscopio. È l'oscilloscopio utilizzato da tutti gli ingegneri elettronici professionisti, poiché su di esso è possibile vedere visivamente non solo i numeri, ma anche il diagramma stesso. In questo caso, assicurati di spegnere il generatore integrato. Per un principiante in elettronica, sarà piuttosto problematico eseguire queste misurazioni utilizzando questo dispositivo. Ne abbiamo parlato in un articolo separato.

La seconda opzione è la misurazione utilizzando un frequenzimetro a condensatore, che ha un intervallo di misurazione di 10 Hz-1 MHz e un errore di circa il 2%. Determina il valore medio della corrente di scarica e carica, che sarà proporzionale alla frequenza e viene misurato indirettamente utilizzando un amperometro magnetoelettrico, con una scala speciale.

Un altro metodo è detto risonante e si basa sul fenomeno della risonanza che si verifica in un circuito elettrico. Ha anche una scala con un meccanismo di regolazione fine. Tuttavia il valore industriale di 50 Hz non può essere verificato con questo metodo poiché funziona a partire da 50.000 Hz.

Dovresti anche sapere che esiste un relè di frequenza. Di solito nelle imprese, nelle sottostazioni, nelle centrali elettriche, questo è il dispositivo principale che controlla le variazioni di frequenza. Questo relè influenza altri dispositivi di protezione e automazione per mantenere la frequenza al livello richiesto. Mangiare diversi tipi relè di frequenza con funzionalità diverse, ne parleremo in altre pubblicazioni.

Tuttavia, i multimetri e i frequenzimetri digitali elettronici funzionano sul consueto conteggio degli impulsi, che sono parte integrante sia degli impulsi che di altre tensioni alternate, non necessariamente sinusoidali per un certo periodo di tempo, garantendo allo stesso tempo la massima precisione, nonché la più ampia gamma .

La misurazione della tensione e della corrente a frequenza industriale può essere eseguita con qualsiasi voltmetro e amperometro che funzioni a una frequenza di 50 Hz, ma solo quando l'oggetto da misurare è potente. Tali misurazioni vengono eseguite principalmente mediante voltmetri e amperometri elettromagnetici ed elettrodinamici.

Per misurare la tensione a frequenza variabile, utilizzare Compensatori CA. Per bilanciare la tensione misurata u x =U x e jφ x con la tensione di compensazione u k =U k e jφ k, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni: uguaglianza delle tensioni U x =U k in valore assoluto; l'opposizione delle loro fasi (φ x -φ k = 180º); uguaglianza di frequenza; la stessa forma delle tensioni misurate e di compensazione. I compensatori CA sono meno precisi dei compensatori DC, poiché non esiste uno standard EMF AC.

II. Misura della tensione a frequenze elevate e elevate.

Le misurazioni della tensione a frequenze elevate e alte vengono eseguite da voltmetri che operano nell'intervallo di frequenza specificato, nonché da oscilloscopi elettronici.

Gli oscilloscopi sono strumenti sensibili alla tensione, quindi tutte le misurazioni effettuate si limitano alla misurazione della deflessione di un fascio di elettroni sotto l'influenza di una tensione applicata. Per uno studio specifico del segnale, è necessario selezionare correttamente il tipo di oscilloscopio, soddisfare la condizione di corrispondenza, collegare l'oscilloscopio all'oggetto di misurazione, metterlo a terra e quindi determinare il tipo di sincronizzazione, la sua ampiezza, modalità di scansione, durata e coefficiente di deviazione. L'accuratezza dei risultati di misurazione ottenuti dipende dalla corretta considerazione di possibili distorsioni ed errori.

III. Misura della corrente in circuiti ad alta ed alta frequenza.

All'aumentare della frequenza, diminuisce la precisione della misurazione della corrente alternata con gli amperometri elettromagnetici ed elettrodinamici convenzionali. I dispositivi appositamente realizzati hanno una gamma di frequenza estesa (fino a 10 kHz) e vengono utilizzati per misurare le correnti nei circuiti ad alta potenza.

Figura 7.

Misurazione delle correnti nei circuiti alta frequenza principalmente eseguito amperometri termoelettrici.

Gli amperometri termici sono una combinazione di un convertitore termico e un meccanismo di misurazione magnetoelettrico. La termocoppia è costituita da una o più termocoppie e da un riscaldatore. Quando la corrente scorre attraverso un riscaldatore costituito da un materiale ad alta resistività (nicromo, costantana, ecc.), Viene rilasciato calore, sotto l'influenza del quale la giunzione calda della termocoppia si riscalda e alle sue estremità fredde si forma un termo-EMF .

La termo-EMF dipende dal materiale dei conduttori della termocoppia ed è proporzionale alla differenza di temperatura tra le estremità calda e fredda, ovvero è proporzionale alla temperatura di surriscaldamento θ: E T =kθ.

In media, ET è 30-40 µV per 1ºC di surriscaldamento. A causa dell'inerzia del riscaldatore, la temperatura di surriscaldamento non ha il tempo di seguire le variazioni dell'apporto termico ed è determinata dal suo valore medio:

(5)

Se le estremità fredde della termocoppia sono collegate a un meccanismo magnetoelettrico di misurazione, la corrente I È =E T /R È =(k 1 I 2)/R È =k 2 I 2 scorrerà attraverso il circuito chiuso del contatore, ( 6)

Dove I è il valore quadratico medio della corrente; R I è la resistenza del circuito del misuratore, inclusa la termocoppia, k 1 , k 2 sono coefficienti di proporzionalità, che dipendono rispettivamente dalle proprietà della termocoppia e dai dati del meccanismo di misurazione;

Poiché in (6) il valore della corrente misurata è compreso nel quadrato, lo strumento è adatto per misurazioni in circuiti sia di corrente continua che alternata. La scala dello strumento è calibrata in valori di corrente efficaci.

Figura 8.

Questo tipo di dispositivo consente di misurare la corrente alternata nell'intervallo di frequenza 50 Hz – 200 MHz e l'intervallo di corrente da 100 µA a decine di ampere. Inoltre, gli amperometri termici consentono di misurare correnti continue e non sinusoidali (in quest'ultimo caso, le letture corrisponderanno approssimativamente al valore quadratico medio della corrente, cioè
).

MISURA DELLA TENSIONE IMPULSIVA

Il processo di determinazione dell'ampiezza e dei parametri temporali dei segnali di impulso utilizzando un oscilloscopio è lungo e viene eseguito con un errore elevato. I voltmetri a impulsi analogici e digitali forniscono una maggiore precisione nella misurazione dell'ampiezza degli impulsi con una visualizzazione comoda e rapida. A causa dell'aumento della velocità dei dispositivi a impulsi, la gamma delle durate degli impulsi è diminuita da microsecondi a nano e picosecondi e allo stesso tempo l'ampiezza dell'impulso è diminuita a valori di 0,01 - 1 V, caratteristici dei dispositivi a semiconduttore , circuiti micromodulari e integrati.

L'intervallo di frequenza di ripetizione degli impulsi si estende da singoli impulsi (una frazione di frequenza di ripetizione di hertz) a centinaia di megahertz. Tutti i misuratori di tensione a impulsi di nanosecondi specializzati hanno convertitori di impulsi a banda larga all'ingresso, che li espandono, restringendo così lo spettro di frequenza. Come convertitore di impulsi vengono utilizzati diodi semiconduttori sensibili, che hanno sezioni della caratteristica corrente-tensione con il raggio di curvatura più piccolo, che caratterizza la transizione dallo stato bloccato a quello aperto. I voltmetri a impulsi collegati dopo i convertitori possono essere a banda stretta, poiché funzionano con segnali già convertiti.

Misurazione della tensione impulsiva con un voltmetro a diodi-condensatori.

Un voltmetro a diodi-condensatori a impulsi funziona come un voltmetro elettronico di tensione sinusoidale ed è implementato secondo il circuito di un convertitore di valore di picco - amplificatore CC - dispositivo di misurazione magnetoelettrico.

Se una sequenza periodica di impulsi rettangolari viene applicata all'ingresso del convertitore (Fig. 9), il condensatore C viene caricato durante t E l'esistenza dell'impulso all'ingresso e nell'intervallo tra gli impulsi T -t E esso viene scaricato lentamente su un resistore con resistenza R. Se il tempo t I è breve e T è grande, durante un breve impulso il condensatore non ha il tempo di caricarsi completamente e il valore medio della tensione U C av sul condensatore durante il periodo di ripetizione dell'impulso T può differire significativamente dall'ampiezza ( picco) valore UM dell'impulso misurato.