Nu este o exagerare să spunem că fiecare radioamator are un tester din familia M-83x. Simplu, accesibil, ieftin. Destul de suficient pentru un electrician.

Dar pentru un radioamator are un defect în măsurători Tensiune AC. În primul rând, sensibilitate scăzută și, în al doilea rând, este destinat pentru măsurarea tensiunilor cu o frecvență de 50 Hz. Adesea, un amator începător nu are alte instrumente, dar dorește să măsoare, de exemplu, tensiunea la ieșirea unui amplificator de putere și să evalueze răspunsul în frecvență al acestuia. Este posibil să faci asta?

Pe Internet, toată lumea repetă același lucru - „nu mai mult de 400 Hz”. Este adevărat? Să vedem.

Pentru testare, a fost asamblată o configurație de la un tester M-832, un generator de sunet GZ-102 și
voltmetru lampă V3-38.

Judecând după datele disponibile, numeroase dispozitive din familia M-83x sau D-83x sunt asamblate conform aproape aceleiași scheme, deci există o probabilitate mare ca rezultatele măsurătorilor să fie apropiate. În plus, în acest caz, m-a interesat puțin eroarea absolută a acestui tester, m-au interesat doar citirile sale în funcție de frecvența semnalului;

Nivelul a fost selectat în jurul valorii de 8 volți. Aceasta este aproape de tensiunea maximă de ieșire a generatorului GZ-102 și aproape de tensiunea de ieșire a unei puteri medii UMZCH.

Ar fi mai bine să faceți o altă serie de măsurători cu un ULF puternic încărcat pe un transformator step-up, dar nu cred că rezultatele se vor schimba dramatic.
Pentru comoditatea estimării răspunsului în frecvență în dB, a fost selectat un nivel de 0 dB la limita de 10 V a voltmetrului V3-38. Când frecvența semnalului s-a schimbat, nivelul a fost ușor ajustat, dar modificările nu au depășit fracțiuni de dB și pot fi ignorate.

Rezultate

În tabelul de mai jos LA- coeficientul cu care rezultatul măsurării testerului la o frecvență dată trebuie înmulțit, ținând cont de scăderea răspunsului în frecvență.

Pentru a obține rezultate tabulate în dB, nivelul de tensiune obținut pentru fiecare frecvență a fost setat la ieșirea generatorului, iar diferența în dB a fost citită și introdusă în tabel. Unele inexactități din cauza rotunjirii cu 0,5 dB a citirilor voltmetrului tubului și rotunjirii ultimei cifre a citirilor testerului. Cred ca in acest caz o eroare sistematica de 1 dB este destul de acceptabila pentru ca este insesizabila la ureche.

Concluzie

Deci ce sa întâmplat?

Răspunsul în frecvență al testerului este corect nu până la 400 Hz, ci până la 4...6 kHz, peste care începe scăderea, care poate fi luată în considerare folosind tabelul și, prin urmare, obține rezultate relativ fiabile în interval de 20...20000 Hz și chiar mai mare.

Pentru a afirma că modificările sunt potrivite pentru toți testerii, trebuie să colectați statistici. Din păcate, nu am o pungă de testere.

Nu trebuie să uităm că testerul măsoară tensiunea alternativă folosind un circuit redresor cu jumătate de undă cu dezavantajele sale, cum ar fi capacitatea de a măsura numai tensiunea sinusoidală fără o componentă directă la o tensiune măsurată scăzută, eroarea va crește.

Cum pot îmbunătăți testerul M-832 pentru măsurarea tensiunilor alternative?

Puteți instala un întrerupător de limită suplimentar „200-20 V” și un alt rezistor de șunt. Dar acest lucru necesită dezasamblarea și modificarea testerului, trebuie să înțelegeți circuitul și să aveți un dispozitiv de calibrare. Cred că acest lucru este nepotrivit.

Mai bine faceți un atașament separat care amplifică și redresează tensiunea. Tensiunea redresată este furnizată testerului, care este pornit pentru a măsura tensiunea DC.
Dar acesta este un subiect pentru alt articol.

Pentru a măsura sensibilitate, putere de ieșireŞi distorsiuni armonice amplificatorul are nevoie de un osciloscop, un voltmetru AC, un generator audio ( ZG) și echivalentul de sarcină al amplificatorului studiat. Acesta din urmă este un rezistor bobinat cu fir a cărui rezistență este egală cu impedanța totală a bobinei vocale a capului dinamic (sau difuzorului) a amplificatorului. Puterea sa de disipare nu trebuie să fie mai mică decât puterea capului dinamic (dacă există mai multe capete în difuzorul amplificatorului, atunci puterea lor totală).

Măsurarea distorsiunii armonice introduse de amplificator în semnal este evaluată folosind o metodă care utilizează orice osciloscop de joasă frecvență. În acest caz, măsurătorile încep prin luarea caracteristicilor de amplitudine ale amplificatorului - dependența tensiunii de ieșire Ieși semnal amplificat cu o frecvență de 1000 Hz de la tensiunea de intrare U in la sarcină constantă R n, egală cu rezistența echivalentului său R.

Schema de conectare a instrumentelor de măsură cu amplificatorul, a cărui caracteristică de amplitudine trebuie măsurată, este prezentată în Fig. 1, a. Amplificatorul și generatorul de sunet trebuie alimentate din surse separate. În loc de un cap dinamic (sau difuzor), o sarcină echivalentă este conectată la ieșirea amplificatorului R e, și la acesta intrarea „Y” a osciloscopului. Controlul volumului este setat la maxim și un semnal cu o frecvență de 1000 Hz și o tensiune de 30-40 mV este furnizat la intrarea amplificatorului de la generatorul de sunet. Scanarea deviației orizontale a fasciculului osciloscopului este setată astfel încât imaginea unei oscilații să fie clar vizibilă pe ecranul său. Prin măsurarea tensiunii de intrare U in, voltmetru AC P.U. comuta la sarcina echivalenta R eși măsurați tensiunea de ieșire a amplificatorului Ieși. Rezultatele măsurătorilor sunt înregistrate (vezi tabel).

Răspunsul la amplitudine al amplificatorului (condiții de măsurare)

Uin, mV
Uout, m V	1200	1600	2000	2400	2800	3200	3600	3800	4000	4100

Orez. 1. Schema de masurare a parametrilor principali ai amplificatorului AF

Fără a schimba frecvența semnalului ZG, creșteți tensiunea în trepte la fiecare 10 mV și introduceți rezultatele măsurătorii în tabel. Tensiunea de intrare crește până când pe ecran apare o tăiere a „vârfurilor” sinusoidei, vizibilă pentru ochi (Fig. 2, b). Acest fenomen are loc datorită tăierii simetrice a tensiunii semnalului de ieșire și este însoțit de o creștere a distorsiunii armonice a amplificatorului la aproximativ 10%. Înseamnă că puterea de ieșire a atins maxim P max. După aceasta, semnalul de intrare ZG reduceți până când distorsiunile undei sinusoidale vizibile pentru ochi dispar și luați în considerare că în acest caz amplificatorul furnizează puterea nominală de ieșire sarcinii P nom. Tensiuni de ieșire la sarcină echivalentă corespunzătoare maximului R ma x și nominal R nom puterile de ieșire trebuie evidențiate în tabel.

Orez. 2. Construirea caracteristicilor de amplitudine ale amplificatorului 3CH

În continuare, pe baza rezultatelor măsurătorilor înscrise în tabel, se construiește caracteristica de amplitudine a amplificatorului (Fig. 2). Până la punctul „a” este drept și apoi începe să devieze în jos, ceea ce indică o încălcare a proporționalității dintre tensiunile de intrare și de ieșire ale amplificatorului și apariția distorsiunii semnalului amplificat. Acum, folosind formula P out = U out 2 / R n, poate fi calculat puterea de ieșire a amplificatorului pentru valori diferite Ieși. În fig. 2 paralel cu axa Ieși a doua axă verticală este plasată în stânga P afară, care arată puterea de ieșire estimată a amplificatorului în wați.

Orez. 3. Circuit de măsurare a distorsiunii armonice

Punctul „a” de pe grafic, de la care începe inflexiunea caracteristică a amplitudinii, corespunde de obicei puterii nominale de ieșire a amplificatorului. De caracteristica de amplitudine De asemenea, puteți determina valoarea numerică a sensibilității amplificatorului - corespunde valorii U in la R nom.

Numeric valoarea distorsiunii armonice Kg amplificator AF poate fi măsurat folosind un filtru de oprire L1C1C2 (Fig. 3), reglat la o frecvență fundamentală de 1000 Hz, care este conectat între ieșirea amplificatorului încărcat cu sarcina echivalentă R9 și un voltmetru AC P.U.. Bobina L1 a acestui filtru, care conține 290 de spire de sârmă PEV-2, este înfășurată pe un inel de ferită de 2000NM de dimensiunea K20x12x6 folosind o navetă. Condensatoare de filtrare C1 și C2 de tip MBM sau KB.

Mai întâi, comutatorul „S” este setat în poziția „1”, corespunzătoare filtrului dezactivat și un voltmetru P.U. măsura tensiunea Ieși. Să zicem Ieși este egal cu 3 V (3000 mV). Apoi, rotind comutatorul „S” în poziția „2”, porniți filtrul de barieră și măsurați tensiunea armonică U g. Să presupunem că această tensiune va fi de 70 mV. Distorsiuni armonice Kg calculat folosind formula aproximativă dată anterior:

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

Unde:

Kg- coeficientul armonic,[ %];

UG– tensiune armonică, [mV];

Uafară– tensiunea de ieșire[mV].

Folosind această tehnică, este posibil să se măsoare cu precizie sensibilitatea, puterea de ieșire și distorsiunea armonică a aproape oricărui amplificator AF. Pentru un amplificator stereo, parametrii fiecărui canal sunt măsurați separat, comparați și, dacă este necesar, nivelați prin selecția corespunzătoare a pieselor și a modurilor de funcționare ale tranzistorilor.

Nu este atât de des necesar să aflați exact frecvența curentului alternativ, în comparație cu indicatori precum tensiunea și curentul. De exemplu, pentru a măsura puterea curentului, puteți utiliza o clemă de măsurare pentru aceasta, nici măcar nu trebuie să intrați în contact cu părțile conductoare și orice indicator sau multimetru digital verifică tensiunea. Cu toate acestea, pentru a verifica frecvența cu care se schimbă polaritatea în circuitele de curent alternativ, adică numărul perioadelor sale complete, se folosește un frecvențămetru. În principiu, un dispozitiv cu același nume poate măsura și numărul de vibrații mecanice pe o anumită perioadă de timp, dar în acest articol vom vorbi exclusiv despre mărimea electrică. În continuare, vă vom spune cum să măsurați frecvența curentului alternativ cu un multimetru și un contor de frecvență.

Ce dispozitive pot fi folosite

Clasificarea contoarelor de frecvență

Toate aceste dispozitive sunt împărțite în două grupe principale în funcție de domeniul lor de aplicare:

1. Măsurare electrică. Ele sunt utilizate pentru măsurarea frecvenței de uz casnic sau industrial în circuite de curent alternativ. Ele sunt utilizate pentru reglarea frecvenței vitezei motoarelor asincrone, deoarece tipul de măsurare a frecvenței rotațiilor, în acest caz, este cel mai eficient și răspândit.
2. Măsurare radio. Ele sunt utilizate exclusiv în inginerie radio și pot măsura o gamă largă de tensiuni de înaltă frecvență.

Prin proiectare, contoarele de frecvență sunt împărțite în montate pe panou, staționare și portabile. Desigur, cele portabile sunt mai compacte, versatile și dispozitive mobile, care sunt utilizate pe scară largă de radioamatorii.

Pentru orice tip de frecvențămetru cel mai mult caracteristici importante, cărora, în principiu, o persoană ar trebui să le acorde atenție atunci când cumpără, sunt:

• Gama de frecvențe pe care dispozitivul le poate măsura. Când plănuiți să lucrați cu valoarea industrială standard de 50 Hz, trebuie să citiți cu atenție instrucțiunile, deoarece nu toate dispozitivele o vor putea vedea.
• Tensiunea de operare in circuitele in care se vor desfasura lucrarile de masurare.
• Sensibilitate, această valoare este mai importantă pentru dispozitivele cu frecvență radio.
• Eroarea cu care poate face măsurători.

Multimetru de frecventa AC

Cel mai comun dispozitiv cu care puteți afla amploarea fluctuațiilor de frecvență și care este disponibil gratuit și pe scară largă este un multimetru. Trebuie să-i acorzi atenție funcţionalitate, deoarece nu toate astfel de dispozitive vor putea măsura frecvența curentului alternativ într-o priză sau alt circuit electric.

Un astfel de tester este cel mai adesea realizat foarte compact, astfel încât să încapă ușor într-o pungă și să fie cât mai funcțional, măsurând, pe lângă frecvență, și tensiunea, curentul, rezistența și uneori chiar temperatura aerului, capacitatea și inductanța. Aspect modern Multimetrul și circuitul său se bazează exclusiv pe elemente electronice digitale pentru măsurători mai precise. Acest multimetru este format din:

• Indicator informativ cu cristale lichide pentru afișarea rezultatelor măsurătorilor, situat, cel mai adesea, în partea superioară a structurii.
• Comutatorul este realizat practic sub forma unui element mecanic care vă permite să treceți rapid de la măsurarea unei cantități la alta. Trebuie să fiți foarte atenți, deoarece, de exemplu, dacă măsurați tensiunea și comutatorul este la marcajul „I”, adică puterea curentului, atunci consecința acestui lucru va fi inevitabil, care nu va duce numai la eșec. a dispozitivului, dar poate provoca și daune termice ale mâinilor și feței unei persoane.
• Priza sondei. Cu ajutorul lor, există o conexiune electrică directă între dispozitiv și obiectul conductor măsurat. Firele nu trebuie să aibă fisuri sau rupturi în izolație, în special vârfurile lor, care vor fi în mâinile persoanei care măsoară.

Aș dori să menționez, de asemenea, atașamente speciale pentru multimetru, care există și sunt concepute special pentru a crește numărul de funcții ale unui dispozitiv convențional cu un set standard.

Cum se efectuează măsurarea frecvenței

Înainte de a utiliza un multimetru, și în special un frecvențămetru, trebuie să vă familiarizați cu atenție din nou cu parametrii pe care îi poate măsura. Pentru a le măsura corect, trebuie să stăpâniți mai mulți pași:

1. Porniți dispozitivul cu butonul corespunzător de pe corp, cel mai adesea este evidențiat în culori strălucitoare.
2. Setați comutatorul pentru a măsura frecvența AC.
3. Luând în mâini două sonde și conectându-le, conform instrucțiunilor, în prizele corespunzătoare, vom testa dispozitivul de măsurare. Mai întâi trebuie să încercați să aflați frecvența tensiunii într-o rețea standard de 220 de volți, aceasta ar trebui să fie egală cu 50 Hz (abaterea poate fi de câteva zecimi). Această valoare este strict controlată de furnizorul de energie electrică, deoarece dacă se modifică, aparatele electrice se pot defecta. Furnizorul este responsabil pentru calitatea energiei electrice furnizate și respectă cu strictețe toți parametrii acesteia. Apropo, această valoare nu este standard în toate țările. Prin conectarea cablurilor frecvențeimetrului la cablurile prizei, dispozitivul va afișa o valoare de aproximativ 50 Hz. Dacă indicatorul diferă, atunci aceasta va fi eroarea sa și în următoarele măsurători va trebui să se țină seama de aceasta.

Alte metode alternative de măsurare

Cea mai eficientă și mai ușoară modalitate de a verifica frecvența este utilizarea unui osciloscop. Este un osciloscop pe care îl folosesc toți inginerii electronici profesioniști, deoarece pe el puteți vedea vizual nu numai numerele, ci și diagrama în sine. În acest caz, asigurați-vă că opriți generatorul încorporat. Pentru un începător în electronică, va fi destul de problematic să efectueze aceste măsurători folosind acest dispozitiv. Am vorbit despre asta într-un articol separat.

A doua opțiune este măsurarea folosind un contor de frecvență a condensatorului, care are un domeniu de măsurare de 10 Hz-1 MHz și o eroare de aproximativ 2%. Determină valoarea medie a curentului de descărcare și încărcare, care va fi proporțională cu frecvența și se măsoară indirect cu ajutorul unui ampermetru magnetoelectric, cu o scară specială.

O altă metodă se numește rezonantă și se bazează pe fenomenul de rezonanță care are loc într-un circuit electric. De asemenea, are o scară cu mecanism de reglare fină. Cu toate acestea, valoarea industrială de 50 Hz nu poate fi verificată prin această metodă, funcționează de la 50.000 Hz.

De asemenea, trebuie să știți că există un releu de frecvență. De obicei, în întreprinderi, substații, centrale electrice, acesta este principalul dispozitiv care controlează schimbările de frecvență. Acest releu influențează alte dispozitive de protecție și automatizare pentru a menține frecvența la nivelul necesar. Mânca diferite tipuri relee de frecvență cu funcționalități diferite, despre asta vom vorbi în alte publicații.

Cu toate acestea, multimetrele și contoarele electronice de frecvență digitală funcționează pe baza numărării obișnuite a impulsurilor, care sunt parte integrantă atât a impulsurilor, cât și a altor tensiuni alternative, nu neapărat sinusoidale într-o anumită perioadă de timp, asigurând în același timp acuratețea maximă, precum și cea mai largă gamă. .

Măsurarea tensiunii și curentului la frecvența industrială poate fi efectuată cu orice voltmetre și ampermetre care funcționează la o frecvență de 50 Hz, dar numai atunci când obiectul măsurat este puternic. Astfel de măsurători sunt efectuate în principal cu ajutorul voltmetrelor și ampermetrelor electromagnetice și electrodinamice.

Pentru a măsura tensiunea la frecvență variabilă, utilizați Compensatoare AC. Pentru a echilibra tensiunea măsurată u x =U x e jφ x cu tensiunea de compensare u k =U k e jφ k trebuie îndeplinite următoarele condiţii: egalitatea tensiunilor U x =U k în valoare absolută; opoziția fazelor lor (φ x -φ k = 180º); egalitatea de frecvențe; aceeași formă a tensiunilor măsurate și de compensare. Compensatoarele AC sunt mai puțin precise decât compensatoarele DC, deoarece nu există un standard AC EMF.

II. Măsurarea tensiunii la frecvențe ridicate și înalte.

Măsurătorile tensiunii la frecvențe ridicate și înalte sunt efectuate de voltmetre care funcționează în domeniul de frecvență specificat, precum și de osciloscoape electronice.

Osciloscoapele sunt instrumente sensibile la tensiune, astfel încât toate măsurătorile pe care le fac sunt limitate la măsurarea deviației unui fascicul de electroni sub influența unei tensiuni aplicate. Pentru un studiu de semnal specific, este necesar să selectați corect tipul de osciloscop, să îndepliniți condiția de potrivire, să conectați osciloscopul la obiectul de măsurat, să-l împământați și apoi să determinați tipul de sincronizare, amplitudinea, modul de baleiaj, durata și coeficient de abatere. Precizia rezultatelor măsurătorilor obținute depinde de luarea în considerare corectă a posibilelor distorsiuni și erori.

III. Măsurarea curentului în circuite de înaltă și înaltă frecvență.

Pe măsură ce frecvența crește, precizia măsurării curentului alternativ cu ampermetrele electromagnetice și electrodinamice convenționale scade. Dispozitivele special fabricate au o gamă extinsă de frecvență (până la 10 kHz) și sunt utilizate pentru măsurarea curenților în circuite de mare putere.

Figura 7.

Măsurarea curenților în circuite frecventa inalta efectuate în principal ampermetre termoelectrice.

Ampermetrele termice sunt o combinație între un convertor termic și un mecanism de măsurare magnetoelectric. Termocuplul este format din unul sau mai multe termocupluri și un încălzitor. Când curentul trece printr-un încălzitor realizat dintr-un material cu rezistivitate ridicată (nicrom, constantan etc.), se eliberează căldură, sub influența căreia joncțiunea fierbinte a termocuplului se încălzește și la capetele sale reci ia naștere un termo-EMF. .

Termo-EMF depinde de materialul conductorilor termocuplului și este proporțional cu diferența de temperatură dintre capetele calde și reci, adică. este proporţională cu temperatura de supraîncălzire θ: E T =kθ.

În medie, ET este de 30-40 µV la supraîncălzire la 1ºC. Datorită inerției încălzitorului, temperatura de supraîncălzire nu are timp să urmărească modificările aportului de căldură și este determinată de valoarea sa medie:

(5)

Dacă capetele reci ale termocuplului sunt conectate la un mecanism magnetoelectric de măsurare, atunci curentul I И =E T /R И =(k 1 I 2)/R И =k 2 I 2 va curge prin circuitul închis al contorului, ( 6)

Unde I este valoarea rădăcină pătrată medie a curentului R I este rezistența circuitului contorului, inclusiv termocuplul k 1 , k 2 sunt coeficienți de proporționalitate, în funcție de proprietățile termocuplului și de datele mecanismului de măsurare;

Întrucât în ​​(6) valoarea curentului măsurat este inclusă în pătrat, aparatul este potrivit pentru măsurători în circuite atât de curent continuu, cât și de curent alternativ. Scara instrumentului este calibrată în valori efective ale curentului.

Figura 8.

Acest tip de dispozitiv vă permite să măsurați curentul alternativ în intervalul de frecvență 50 Hz – 200 MHz și în intervalul de curent de la 100 µA la zeci de amperi. În plus, ampermetrele termice vă permit să măsurați curenți continui și nesinusoidali (în acest din urmă caz, citirile vor corespunde aproximativ cu valoarea pătrată medie a curentului, de exemplu.
).

MĂSURAREA TENSIUNII DE PULS

Procesul de determinare a parametrilor de amplitudine și timp ai semnalelor de puls folosind un osciloscop este lung și se realizează cu o eroare mare. Voltmetrele de impuls analogice și digitale oferă o precizie mai mare în măsurarea amplitudinii pulsului cu afișare convenabilă și rapidă. Datorită creșterii vitezei dispozitivelor cu impulsuri, intervalul duratelor pulsului a scăzut de la microsecunde la nano și picosecunde și, în același timp, amplitudinea pulsului a scăzut la valori de 0,01 - 1 V, caracteristice dispozitivelor semiconductoare. , circuite micromodulare și integrate.

Intervalul de frecvență de repetare a impulsurilor se extinde de la impulsuri simple (o fracțiune de rata de repetiție în herți) la sute de megaherți. Toate contoarele specializate de tensiune în impuls în nanosecunde au convertoare de impulsuri în bandă largă la intrare, care le extind, îngustând astfel spectrul de frecvență. Diodele semiconductoare sensibile sunt utilizate ca convertor de impulsuri, care au secțiuni ale caracteristicii curent-tensiune cu cea mai mică rază de curbură, care caracterizează trecerea de la o stare blocată la una deschisă. Voltmetrele cu impulsuri conectate după convertoare pot fi cu bandă îngustă, deoarece funcționează cu semnale deja convertite.

Măsurarea tensiunii impulsului cu un voltmetru cu diodă-condensator.

Un voltmetru cu diodă-condensator de impuls funcționează ca un voltmetru electronic de tensiune sinusoidală și este implementat conform circuitului unui convertor de valoare de vârf - amplificator DC - dispozitiv de măsurare magnetoelectric.

Dacă la intrarea convertorului este aplicată o secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare (Fig. 9), atunci condensatorul C este încărcat în timpul t Și existența impulsului la intrare și în intervalul dintre impulsuri T -t Și acesta este descărcat lent la un rezistor cu rezistența R. Dacă timpul t I este scurt și T este mare, atunci în timpul pulsului scurt condensatorul nu are timp să se încarce complet, iar valoarea medie a tensiunii U C av pe condensator în timpul perioadei de repetare a impulsului T poate diferi semnificativ de amplitudine ( vârf) valoarea U M a pulsului măsurat.