/
Author: Рыжавский Г.Я.
Tags: общее машиностроение технология машиностроения электротехника электроэнергетика электроника энергосистемы линии связи энергоатомиздат
ISBN: 5-283-01030-9
Year: 1989
Text
ИЗМЕРЕНИЯ
ПРИ НАЛАДКЕ
ВЧ КАНАЛОВ СВЯЗИ
ПО ЛИНИЯМ
ВЫСОКОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
Выпуск 625
Основана в 1959 году
Г. Я. РЫЖАВСКИЙ
ИЗМЕРЕНИЯ
ПРИ НАЛАДКЕ
ВЧ КАНАЛОВ СВЯЗИ
ПО ЛИНИЯМ
ВЫСОКОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
МОСКВА
ЭНЕРГО АТОМ ИЗ ДАТ
1989
ББК 31.279
Р93
УДК 621315.052.63.002.72:621.317
.Рецензент В.Т. Лаврушин
Редакционная коллегия серин:
В.Н. Андриевский, С-А. Бажанов, М.С. Бернер, Л.Б. Годгельф,
В.Х. Ишкин, Д.Т. Комаров, В.Н. Кудрявцев, В.П. Ларионов,
Э.С. Мусаэлян, С.П. Розанов. В.А. Семенов, А.Д. Смирнов,
А.Н. Трифонов, А.А. Филатов, А.Н. Щепеткин
Рыжавский Г.Я.
Р93 Измерения при наладке ВЧ каналов связи по линиям высо-
кого напряжения.~М.: Энергоатомиздат, 1989. — 112 с.: ил. —
(Б-ка электромонтера. Вып. 625).
ISBN 5-283-01030-9
Описаны измерительные приборы, методы измерений элементов ап-
паратуры, параметров сигналов, аппаратуры ВЧ зашит, противоаварий-
ной автоматики, уплотнения н телемеханики. Приведены характеристи-
ки ВЧ трактов и каналов при их наладке й включении в эксплуатацию.
Для электромонтеров и мастеров, занятых эксплуатацией аппарату-
ры н ВЧ каналов связи, релейной защиты, противоаварийной автомати-
ки и телемеханики по линиям высокого напряжения.
Производственное издание
Рыжавский Генрих Яковлевич
ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ НАЛАДКЕ ВЧ СИГНАЛОВ СВЯЗИ
ПО ЛИНИЯМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Редактор В. В. Сапнрштейн
Редактор издательства А. В. Волковицкая
Художественные редакторы В.А. Го з а к-Х озак, А. А. Белоус
Технические редакторы Т. Н. Т ю р и.н а, М. А. К а н о н и д и
Корректор Н. И. Курдюкова
ИБ № 2587
Набор выполнен в издательстве. Подписано в печать с оригинала макета 15.11.89.
Формат 60 х 88 1/16. Бумага офсетная № 2. Печать офсетная. Усл. печ.л. 6,86.
Усл.кр.-отт 7,22. Уч.-изд-л. 7.71. Тираж 14.000 экз. Заказ 6887. Цена 40 к.
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Отпечатано в ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зна-
мени МПО ’’Первая Образцовая типография” Государственного комитета СССР
по печати. 113054, Москва, М- 54, Валовая ул., 28.
ISBN 5-283-01030-9
© Энергоатомиздат, 1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие энергосистем предъявляет все более высокие требования к
надежности средств диспетчерского управления, так как от их функци-
онирования в значительной мере зависит работа электрических станций
и подстанций.
Требования к качеству и надежности каналов связи особенно возрос-
ли в связи с внедрением в энергетику систем АСУ и противоаварийной
автоматики, а также телемеханизацией и автоматизацией подстанций,
увеличением мощности генераторов, повышением напряжения линий
электропередачи. Надежность функционирования высокочастотных (ВЧ)
каналов связи в значительной мере зависит от качества пусконаладочных
работ, выполняющихся в объеме, предусмотренном директивными тре-
бованиями Минэнерго СССР и Правилами устройства электроустановок
(ПУЭ).
Персонал, выполняющий наладку аппаратуры и систем и обслужи-
вающий высокочастотные каналы связи, должен владеть методами из-
мерений и грамотно проводить их.
В аппаратуре и системах ВЧ различают следующие измерения пара-
метров сигналов — напряжения, тока, частоты, фазы, мощности, отноше-
ния сигнап/шум и другие; параметров элементов — сопротивления ре-
зисторов, емкости конденсаторов, индуктивности и взаимоиндуктив-
ности обмоток индуктивностей и трансформаторов, сопротивлений
двухполюсников и четырехполюсников; характеристик узлов и аппара-
туры — частотных, амплитудных, модуляционных; параметров уст-
ройств - усиления, ослабления, согласования, входного (выходного)
сопротивления; параметров трактов и каналов по ВЛ.
Приведенные описания и схемы измерений выполнены для нагляд-
ности и лучшего понимания для отдельных приборов и элементов, не
совмещающих функции (например, генератор с цифровой индикацией
частоты и набором внутренних сопротивлений). Применение же совре-
менных комбинированных приборов (например, генераторов типа
СГЭ) упрощает схемы и методику измерений, ускоряет работы.
Материал, приведенный в книге, систематизирует способы измерений,
дает рекомендации по методике их применения и должен способство-
вать расширению кругозора работников, повышению производитель-
ности труда и качеству наладки. В книге отражен опыт наладочных ор-
з
ганизаций Минэнерго СССР, в том числе наладочно-монтажного управле-
ния треста ’’Электроцентромонтаж”. При написании книги использованы
также работы специалистов ВНИИЭ Минэнерго Г.В. Микуцкого,
В.С. Скитальцева, Ю.П. Шкарина, Е.П. Штемпеля [5, 12, 14], Союзтех-
энерго — А.И. Малышева [2, 5], Союзэлектромонтажа — И.Л. Шагама
[7, 9] и другие, приведенные в списке рекомендуемой литературы в
конце книги. Автор выражает благодарность рецензенту В.Т. Лаврушину
и редактору В.В. Сапирштейну за ряд существенных замечаний по
рукописи, способствовавших ее улучшению.
Все пожелания и замечания по книге направлять по адресу: 113114,
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.
Автор
1. ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Параметры электрических сигналов. Электрические сигналы в систе-
мах передачи информации по линиям высокого напряжения разделяют
на сигналы постоянного тока, синусоидальные сигналы переменного
тока, сложные электрические сигналы переменного тока. Импульсы од-
нополярного тока, используемые для передачи информации в цепях ка-
налов автоматики и телемеханики, являются примером сигналов постоян-
ного тока. Их отличает знак и значение амплитуды напряжения или тока
и длительность. Амплитуду и полярность импульса определяют измери-
тели тока и напряжения или осциллографы. Длительность импульсов
можно измерить также осциллографами и электронными миллисекундо-
мерами. Если необходимо определить форму импульсов на каком-то
участке цепи и его частотный спектр, то применяют анализаторы спектра.
В синусоидальном сигнале переменного тока можно измерить ампли-
туду напряжения или амплитуду тока и частоту. Диапазоны частот, при-
меняемые для передачи информации по линиям высокого напряжения,
удобно разделить на тональный (0,3—3,4 кГц), промежуточный (4—
32 кГц), высокий (12—1000 кГц). Частоты синусоидального сигнала
можно измерять различными методами, отличающимися точностью из-
мерений. Мостовой метод наиболее применим для измерения в диапазоне
частот 0,3-15 кГц, метод сравнения — 10 Гц —1000 кГц; метод переза-
ряда конденсатора — 10 Гц —500 кГц; резонансный метод - 25 -300 Гц;
гетеродинный - 10 Гц —300 мГц; метод дискретного счета — 1 Гц -
300 Гц.
Сложный электрический сигнал можно представить суммой синусо-
идальных сигналов различных частот и амплитуд. Сложными сигналами
являются, например, импульсы переменного тока, амплитудно-модулиро-
ванные и частотно-моцулированные сигналы. При анализе сложных
сигналов измеряют его частотные составляющие. Для оценки этих сигна-
лов измеряют коэффициенты модуляции, характеризующие модулиро-
ванные колебания.
Уровни передачи. При определении режимов работы устройств связи
по напряжению, току или мощности используют нормальный генератор,
который при внутреннем сопротивлении 600 Ом отдает в согласованную
нагрузку мощность, равную 1 мВт. При этом напряжение на выходе гене-
ратора равно 0,775 В, а ток, протекающий в нагрузке, 1,29 мА. Эта зна-
чения напряжения и тока получены но известной формуле Р= \1Р /Z\ —
= \PZ\. Нормальный генератор имеет внутреннее сопротивление 600 Ом,
и на частоте 800 Гц его ЭДС составляет 1,55 В.
Для определения параметров передачи разных четырехполюсников,
оценки помех, степени согласования трактов передачи, значений мощ-
ностей, их отношений, отношений напряжений, токов, определения от-
носительного усиления, ослабления удобно пользоваться безразмерными
логарифмическими единицами.
Натуральный логарифм отношений сравниваемых величин дает основ-
ную единицу — непер (Нп), если берется десятичный логарифм, то
за единицу принимается децибел (дБ). Затухание на участке цепи
равно 1 Нп, если ток и напряжение в конце цепи (Z2, U2) будут в е =
= 2,718 раза, а мощности (Р2) — в е2 =7,389 раза меньше, чем в начале
цепи (I1, Ulf Pi). Уровни мощности, тока и напряжения равны J дБ
(децибел), если соотношение мощностей в начале и конце цепи Pi/P2 —
= IO1'10 = 1,259, т.е. 1 дБ = 10 \g(Pi/P2), а токов и напряжений t/i/t/2 =
= Л/72 = 101 /20 = 1,122, т.е. 1 дБ = 20 lg(Ux/ U2 ) при U\/U2= jО1 /20= 1,122.
Следовательно, 10 дБ соответствуют отношению мощностей Pi/P2 =
= 10; 20 дБ — отношению мощностей, 102, 30 дБ — отношению мощ-
ностей 103 и т.д. Между непером и децибелом существуют следующие
соотношения: 1 Нп = 8,686 дБ; 1 дБ =0,115 Нп. Уровни передачи (р)
оценивают напряжения, токи, мощности в единицах передачи (неперах
или повсеместно принятых децибелах). Уровни напряжения, тока или
мощности определяют по отношению к некоторым условно принятым,
практически удобным нулевым уровням соответствующих величин.
Различают абсолютные, относительные и измерительные уровни пере-
дачи.
Абсолютные нулевые уровни установлены в 1 мВт для активных и
1 мВ-А для кажущихся мощностей. Абсолютный нулевой уровень для
мощности Ро связан с абсолютными нулевыми уровнями для напряже-
ния UQ и тока 70 через стандартное значение сопротивления Ro соотно-
шениями Ро = tTo/Ro = Ддя PQ = 1 мВт и Ro = 600 Ом значения на-
пряжения и тока, как указано выше, составляют 0,775 Ви 1,29 мА
соответственно.
Абсолютные уровни напряжения ру, тока рр, мощности рр определяют
с учетом абсолютных нулевых уровней из выражений пу = 1п({71/{70) =
= 20 W^/t/o); Pl = 1п(Л/Л>) = 201g(7,/7o) -,рр = И 1п(А/Ро)= 101g(A/Po),
где Uy, Ii, Pi — соответственно напряжение, ток и мощность в точке
измерения; UQ, IQ, PQ — соответствующие абсолютные нулевые уровни.
Относительные уровни напряжения, тока и мощности определяются
выражениями для абсолютных уровней, в которых нулевые уровни за-
менены теми, относительно которых определяются зти уровни. Относи-
тельный уровень можно определить через абсолютные, например: pm 2 =
= 201g(Ui/U2) = 20lg(UiUQ/UQ/U2) = 20[lg(D\/LZo) - lgG72/C70)] =
= Pui ~ PU2-
6
Рис. 1. Схемы измерения частоты сигнала:
а - мостовая; б — Т-образная мостовая
Измерительный уровень — это абсолютный уровень напряжения в
измеряемой точке системы, если на входе системы действует напряжение
с уровнем 0 дБ.
Диаграмма уровней дает распределение уровней вдоль узлов аппарату-
ры или вдоль канала связи в виде графика. С ее помощью можно уста-
новить дефекты в аппаратуре или линии.
Измерение частоты синусоидального колебания. Частоту сигнала из-
меряют, контролируя аппаратуру уплотнения, каналы и измерительные
генераторы. Измеряя частоту, можно определять также значения времен-
ных интервалов и длин волн. Частоту можно измерять резонансным или
мостовым методом, методом сравнения и методом дискретного счета.
Электронно-счетные частотомеры, созданные на основе метода дискрет-
ного счета, являясь наиболее удобными и точными, вытесняют сейчас
другие приборы для измерения частоты и интервалов времени. Частота
/, Гц, и время Т, с, являются обратными величинами: f = 1/Т Кроме
того, f = с/Х, где с = 3-108 м/с — скорость света; X — длина волны, м.
Сигналы тональных частот могут измеряться мостовыми схемами, ус-
ловие баланса которых зависит от значения частоты. На рис. 1 приведены
две наиболее распространенные мостовые схемы измерения частоты си-
гнала. Напряжение сигнала измеряемой частоты подают на зажимы Вх,
индикатором настройки моста служит показание PV — электронного
вольтметра. Мост в схеме на рис. 1, а настраивают на минимум показания
PV изменением емкости конденсаторов С1 и С2 и сопротивлений ре-
зисторов R1 и R2. Если R4 = 2R3, то при балансе моста измеряемая час-
тота равна, Гц: f — 0,159/ {R1C1}.
В схеме на рис. I, б, широко применяющейся при измерении частоты
сигнала ниже 100 Гц, настройка моста на минимум показания PV осу-
ществляется изменением R1-R3. При R1 = R2 -R3,0.5С7 =С2 = СЗи ба-
лансе моста частота, Гц:/ = 0,318/(/?/ С7). Гармонические составляющие
в составе измеряемого сигнала вызывают заметную погрешность при из-
мерении, поэтому для точных измерений необходимо использовать изме-
рительные фильтры, которые включают перед PV, или вместо PV при-
менять избирательный измеритель по типу анализатора гармоник.
7
Рис. 2. Измерение частоты сигнала методом сравнения:
й — с помощью телефона; б — осциллографом; в — при помощи круговой
развертки
При измерения частоты колебания методом сравнения исследуемый
сигнал сравнивают с частотой сигнала, .принимаемого за эталонный.
Для этого необходим источник эталонной частоты и индикатор.
Схемы измерений методом сравнения частот приведены на рис. 2,
где G1 — генератор, вырабатывающий частоту, взятую за эталон, a G2 —
источник измеряемой частоты fx. В простейшем случае (рис. 2, а) сов-
падение частот звукового диапазона (до 10 кГц) определяют на слух при
помощи телефона Т. При f0 = fx в телефоне слышен звук частоты /0 по-
стоянной громкости. При разных/0 и fx появляются максимумы и мини-
мумы громкости (’’завывания”), обусловленные сдвигом напряжения.
Чем ближе частоты друг к другу, тем ровнее слышится основной тон
в телефоне.
Измерение сигнала любой частоты можно выполнить методом сравне-
ния с использованием осциллографа в качестве индикатора (рис. 2, б).
Плавно меняя частоту генератора G1, добиваются получения на экране
осциллографа PG неподвижного изображения — фигуры Лиссажу. Ха-
рактер изображения определяют кратность частот и соотношение фаз
измеряемых напряжений. На рис. 3 приведены фигуры Лиссажу для раз-
ных кратностей частоты и разности фаз измеряемых напряжений. Если
рассечь неподвижную фигуру взаимно перпендикулярными прямыми,
не проходящими через точки симметрии фигуры, то число точек пере-
сечения фигуры с каждой прямой определяет числа кратного отношения
частот. Фигуры Лиссажу при больших кратностях частот получаются
сложными, и определить по ним кратность частот напряжений затрудни-
тельно.
Метод сравнения. Схема измерения с дроблением частоты показана
на рис. 2, в. Напряжение с G1 подается на фазовращающую цепочку RC.
Сдвинутые на 90° напряжения с цепочки RC через усилители схемы ос-
циллографа поступают на горизонтальные и вертикальные пластины
злектронно-лучевой трубки, обеспечивая круговую развертку электрон-
ного луча. Измеряемое напряжение подается на модулирующий электрод
z трубки осциллографа. Это напряжение по частоте должно быть выше
частоты напряжения измерительного генератора G1. Меняя частоту на-
8
пряжения G1, добиваются появления на экране неподвижного круга из
черточек. Число черточек показывает кратность частоты измеряемого
напряжения частоте генератора G1. При точной кратности частот изобра-
жение неподвижно. Нужная частота генератора G1 устанавливается по
фигурам Лиссажу. Метод сравнения при помощи осциллографа применя-
ется при калибровке частоты измерительного генератора. В качестве
известного генератора используется кварцевый генератор фиксирован-
ных частот.
Метод заряда и разряда конденсатора применим для измерения сигна-
лов от единиц герц до сотен килогерц. Конденсатор известной емкости С
(рис. 4) с помощью электронного переключателя 5 переключается с
частотой, равной измеряемой частоте, на заряд от батареи или на разряд
через магнитоэлектрический прибор РА. Если конденсатор заряжается До
напряжения . а разряжается до U2, то заряд, получаемый конденсато-
ром и соответственно отдаваемый в цепь гальванометра за один такт
переключения,q =C(Ut - U2) =С A U.
Р и с. 4. Изменение частоты методом перезаряда
конденсатора
9
р и с. 5. Упрощенная функциональная схема электронно-счетного частотомера
Ток, протекающий через индикатор, /Ср ~ Д?/Ы = C&Uf, где f =
= \/At — частота, с которой индикатор переключается с заряда на разряд.
Следовательно, при заданных С и АС/ ток, протекающий через прибор
РА, пропорционален частоте. Измерительные приборы, основанные на
рассмотренном принципе, называются конденсаторными частотомерами.
Метод дискретного счета основан на счете с помощью злектронно-
счетных устройств числа периодов неизвестной частоты за известный,
стабильный по длительности интервал времени. Этот метод дает возмож-
ность быстро производить измерения в широком диапазоне частот с ма-
лыми погрешностями.
Функциональная схема электронно-счетного частотомера изображе-
на на рис. 5. Напряжение измеряемой частоты подается на вход усили-
теля-формирователя А1, где преобразуется в последовательность корот-
ких прямоугольных импульсов той же частоты. Сформированные им-
пульсы через элемент И попадают на триггерный счетчик PC. Элемент И
пропускает короткие импульсы fx в течение времени То, определяемого
длительностью импульса, поступающего с блока формирования времен-
ных интервалов. Интервал То является периодом уменьшенной в п раз
частоты опорного кварцевого генератора G1. Если период измеряемой
частоты тх = l/fx, то число импульсов, прошедших на счетчик за время
То, N= TqItx = Tofx, откуда fx =N/ То.
Если То — 1 с, то число импульсов равно неизвестной частоте в герцах.
Число импульсов, подсчитанных триггерным счетчиком PC, преобразует-
ся дешифратором ДС в код, поступающий на цифровой индикатор HG.
Измерение спектра частот. Сложное электрическое колебание можно
представить в виде совокупности гармонических составляющих. Зна-
ние частотного спектра сложного колебания позволяет определить пара-
метры этого колебания и возможность его передачи без искажений по
каналу связи. Спектры периодических колебаний (рис. 6, а, б) харак-
теризуются определенными гармоническими составляющими, ампли-
туды и частоты которых можно легко измерить. Спектры, получаемые
от модуляции несущей частоты одиночными импульсами (рис. 6, в) и
10
спектральной плотности.
Измерение гармонических составляющих спектра выполняется с по-
мощью анализаторов частоты. Разрешающая способность анализатора
определяется качеством его фильтра. Различные анализаторы (анализа-
торы гармоник, анализаторы напряжения, избирательные вольтметры,
избирательные измерители уровня) отличаются в основном разрешаю-
щей способностью и градуировкой. Анализ сложных спектров упрощает-
ся, если применить спектрометры. Спектр сигнала определяется в них
автоматически и фиксируется на экране осциллографа или записывается
на бумажной ленте.
Измерение дискретного сигнала. Информационный параметр двоич-
ных дискретных сигналов имеет только два конечных значения. Эти им-
пульсы или посылки характеризуются полярностью напряжения, фор-
мой, длительностью т0, амплитудой UQ, частотой следования , длитель-
ностью фронта Тф, длительностью спада тсп, неравномерностью плоской
части Ду, выбросом а.мплитуды фронта b у, выбросом амплитуды спада -
Прямоугольным импульсом (рис. 7, а) называется импульс, у кото-
рого плоская часть составляет не менее 0,7 ; трапецеидальным
(рис. 7,6)— импульс с линейными, регулируемыми и контролируемыми
по длительности фронтом и спадом. Экспоненциальный импульс
(рис. 7, в) — это импульс без плоской вершины и с экспоненциальным
фронтом нарастания, по длительности значительно меньшим длитель-
ности спада. Качество трапецеидального и экспоненциального импульсов
характеризуется нелинейностью формы кф, %: кф = (U2 — t/y)-100/L7o,
где f/y — напряжение реального сигнала в некоторой точке фронта или
спада для той же точки измерения; U2 - напряжение идеального фронта
или спада для той же точки измерения.
Идеальная характеристика фронта и спада импульса — прямая, про-
ходящая через точки реальной кривой импульса, соответствующая зна-
чениям напряжения 0,1 Uo и 0,9 Uo.
11
Р и с. 7. Импульсы дискретных сигналов:
а — прямоугольный; б — трапецеидальный; в - экспоненциальный
Измерения амплитуды импульсов, а также мгновенных значений на-
пряжения в любой точке импульса можно выполнить с помощью им-
пульсных осциллографов. Погрешность измерений составляет 5—10%.
Частоту повторения импульсов можно измерить методом сравнения,
если напряжение последовательности импульсов подать на вход верти-
кальной развертки электронного осциллографа, а.на вход горизонталь-
ной развертки — напряжение сигнала измерительного генератора. Изме-
няя частоту генератора, добиваются появления на экране осциллографа
устойчивого изображения одного импульса. Частота следования импуль-
сов в этом случае будет равна частоте сигнала измерительного генерато-
ра.
Измерить временные параметры импульсов можно при помощи ос-
циллографа с калиброванными метками или методом дискретного счета.
Последовательность импульсов подают на вход вертикальной развертки
осциллографа. Частота генератора развертки устанавливается такой,
чтобы на экране было изображение одиночного импульса, если надо
измерить его временные параметры, или два импульса, если хотят изме-
рить интервал времени между импульсами. Затем включают генератор
калиброванных импульсов, длительность которых известна. Временной
параметр определяется по числу меток, размещенных между выбранны-
ми точками измерения импульса. Относительная погрешность данного
способа измерения составляет ± (3<-5) -10-4.
Р и с. 8. Схема дискретного измерения
длительности импульса
12
Для измерения интервалов времени методом дискретного счета ис-
пользуется селектор счета СС (рис. 8), который срабатывает от заданно-
го напряжения импульса и при напряжении, равном или большем уста-
новленного порога, открывает путь импульсам счета от опорного генера-
тора OF на счетную схему измерителя интервала времени ИИВ.
Измеренная длительность равна: Ги -N/f0, где/0 — частота опорного
генератора; АГ— число импульсов счета, прошедших в ИИВ.
2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЬ)
Измерители напряжения, тока, уровня. Измерение постоянного на-
пряжения. Напряжение постоянного тока характеризуется значением
и полярностью.
Индикаторами аналоговых вольтметров чаще служат магнитоэлектри-
ческие измерители. В магнитоэлектрическом вольтметре последователь-
но с измерительным механизмом включают добавочные резисторы,
позволяющие изменять пределы измерения. Значения сопротивления
добавочных резисторов рассчитывают по закону Ома: для схемы с от-
дельными резисторами Rroq = Ui/Inp — Rap; для схемы с секционирован-
I - 1
ним добавочным резистором Rroq = С4//Пр — С^пр + 2 ^до&)>
где Uj — верхний предел измерения вольтметра; /пр — ток полного от-
клонения прибора; 7?Пр — сопротивление рамки измерительного прибо-
ра. Входное сопротивление вольтметра определяет в основном сопротив-
ление добавочного резистора, так как сопротивление рамки измеритель-
ного механизма мало. Но и это добавочное сопротивление не может быть
очень велико, так как его значение ограничено током, который должен
проходить через измерительный механизм. В реальных вольтметрах маг-
нитоэлектрической' системы входное сопротивление не превышает не-
скольких десятков килоом. В высокоомных цепях такого сопротивле-
ния в ряде случаев недостаточно, так как оно приводит к значительным
погрешностям измерения. Стремление снизить погрешность измерения
привело к необходимости создания электронных вольтметров с высо-
ким входным сопротивлением.
Простейший электронный вольтметр для измерения напряжения по-
стоянного тока может быть выполнен в виде однокаскадного усилителя
на лампе или транзисторе, нагрузкой которого служит магнитоэлектри-
ческий прибор. Чтобы исключить влияние нелинейности и зависимости
показаний прибора от параметров лампы или транзистора, в схему уси-
лителя вводят отрицательную обратную связь, а для устранения показа-
ний при UBK = 0 измерительный прибор включают в диагональ моста, в
одно из плеч которого включена электронная лампа или транзистор. На
рис. 9 изображена мостовая (балансная) схема вольтметра постоянного
напряжения. Мост образован внутренним сопротивлением лампы или
13
Р и с. 9. Мостовая схема вольтметра
постоянного тока
Рис. 10. Схема усилителя постоянного тока УПТ на транзисторах
транзистора R, и резисторами RK, Rl, R2. Мост уравновешивается ре-
зистором Ra, который выравнивает токи в плечах моста при отсутствии
входного напряжения. Потенциалы точек аи Ь выравниваются, и показа-
ния прибора равны нулю. При подаче на вход измеряемого напряжения
внутреннее сопротивление триода VL1 изменяется, мост выходит из
состояния равновесия и стрелка прибора РА1, градуированного в воль-
тах, отклоняется. Более распространены схемы усилителя постоянного
тока (УПТ), содержащие лампы (или транзисторы) в двух или четырех
плечах моста. Стабильность нуля таких усилителей значительно выше,
так как изменения сопротивления всех плеч моста, обусловленные ста-
рением ламп, нестабильностью напряжения питания и другими причина-
ми, становятся близкими и стрелка прибора не уходит с нулевой от-
метки.
Общие требования, предъявляемые к усилителям тока вольтметра:
постоянство коэффициента усиления, высокое входное сопротивление,
пренебрежимо малый дрейф нуля, линейность амплитудной характерис-
тики. В качестве УПТ широко применяют схемы на транзисторах и ин-
тегральные микросхемы (ИС). Примером может служить схема на
рис. 10. Входное напряжение каскада, снимаемое с коллекторов тран-
зисторов VT1 и VT2, пропорционально разности напряжений, приложен-
ных к базам этих транзисторов. Поэтому такие устройства называют
дифференциальными усилителями. Если замкнуть накоротко один из
входов дифференциального усилителя (как показано штриховой лини-
ей) , то схема превращается в УПТ с несимметричным входом, аналогич-
ный рассмотренным ранее. Транзистор VT3 стабилизирует суммарный
ток транзисторов VT1 и VT2. Транзистор VT4, использующийся в ка-
честве диода, стабилизирует коллекторный ток транзистора VT3 при из-
14
Р и с. И. Структурная схема измерителя
переменного напряжения
менении окружающей температуры. Измерительный прибор подключа-
ется к гнездам ивых. Для увеличения общего коэффициента усиления
несколько таких схем можно соединить последовательно.
Получили широкое распространение усилители на полевых транзисто-
рах, обладающих входным сопротивлением до сотен мегаом. Усилители
постоянного тока на операционных усилителях, имеющих высокие вход-
ные сопротивления и коэффициент усиления до нескольких тысяч,
также широко распространены.
Измерение переменного напряжения. Измеряемое переменное напря-
жение, как правило, преобразовывают с помощью нелинейного элемента
(детектора) UZ1 (рис. И) в пропорциональное постоянное напряжение.
Постоянная составляющая усиливается с помощью УПТЛУ и измеряется
вольтметром постоянного тока PV1. Шкалу индикаторного прибора гра-
дуируют в большинстве случаев в среднеквадратичных значениях сину-
соидального напряжения. В зависимости от характеристики преобразо-
вания переменного напряжения в постоянное вольтметры измеряют
средневьшрямленные, среднеквадратичные или амплитудные значения
напряжений.
Параметры переменных сигналов. Мгновенное значение
сигнала (напряжения U, тока i ) — это значение в заданный момент
времени. Мгновенное значение можно наблюдать на экране осцилло-
графа.
Период Т — это период, равный наименьшему интервалу времени,
через который повторяются определенные мгновенные значения периоди-
ческого сигнала.
Частота f (или F) — это параметр, обратный периоду, т.е. f = 1/Т.
Амплитуда Um — это максимальное или минимальное значение
синусоидального сигнала за период. При несинусоидальной форме сигна-
ла максимальное (Е%в) или минимальное (С%н) значение называют пи-
ковым.
Размах сигнала — это разность между максимальным и мини-
мальным значениями. Для синусоидального сигнала EZpa3 = Um— (— Um) =
= Щп ; для несинусоидального Ц,аз = t%B - (- £%н) = t%B +
Высота импульса Дм — это максимальное значение сигнала им-
пульсной формы.
Среднее значение напряжения за период Fcp - это постоянная со-
ставляющая, равная среднеарифметическому всех мгновенных значений
за период и численно равная алгебраической сумме площадей, ограни-
ченных кривой сигнала за период и осью абсцисс:
15
1 т
иср = — J U(t)dt.
‘ го
Средневыпрямленное значение напряжения — это среднее
значение модуля напряжения за период при двухполупериодном выпрям-
лении:
tfcp.B = — Т IU(r)ldt.
То
Если Т - ]. то средневыпрямленное значение равно площади, ограничен-
ной кривой напряжения и осью абсцисс. При однополярном напряжении
среднее значение (постоянная составляющая) равно средневыпрямлен-
ному. При разнополярном напряжении они различны. Для гармоническо-
го напряжения, например, 74р=О, а Ucpe =0,637 Um.
Среднеквадратичное значение сигнала (действующее или
эффективное) равно корню квадратному из среднего значения квадрата
напряжения или тока за период или за время измерения:
/Г Г '
Ц, - /- j [ tf(r)]2A.
Т о
Если периодический сигнал несинусоидальной формы и его составляю-
щие — гармоники — имеют среднеквадратичное значение Ulr U2, U3 .,
то среднеквадратичные значение всего сигнала определяют по формуле:
U = \/l% + 1% +
Связь между амплитудным (пиковым), среднеквадратичным и
средневыпрямленным значениями напряжения сигнала данной формы
устанавливается с помощью коэффициента амплитуды, равного отноше-
нию амплитудного значения к среднеквадратичному: кл = Um / UF, и
коэффициента формы кривой, определяемого отношением среднеквад-
ратичного значения к средневыпрямленному: =UpJ UcpB.
Вольтметры и амперметры, кроме импульсных, градуируют в средие-
квадртичных значениях синусоидального напряжения (тока) Зная коэф-
фициенты амплитуды и формы, легко определить остальные значения.
Импульсные вольметры градуируют в максимальных значениях, их по-
казания соответствуют высоте импульса Ат , выраженной в вольтах.
Средневыпрямленные и среднеквадратичные значения импульсной по-'
следовательности определяются соответственно:
^ср.в — ~ Atn/^акфэ ~
Коэффициенты амплитуды и формы для различных напряжений
имеют значения:
16
Напряжения:
Ци • • • ° •
tfcp.B • • •
fca ~ UmStyn .
Лф = Ui/ Ц;р.в
Прямоуголь- Пилообразное Синусоидальное
ное
l/д 1,73 U„ 1.41 l/д
U„ 0,86 Un 0,9 Un
1 1,73 1,41
1 1,16 1,11
Для синусоидального напряжения мгновенное напряжение определя-
ется выражением E/(r) = Umsincet. Среднее значение синусоидального на-
пряжения £/ср = 0 (в сигнале нет постоянной составляющей); средне-
квадратичное значение синусоидального напряжения UR = Um 1x^1'~
0,707 Um; средневыпрямленное значение синусоидального напряжения
1/ср_в =2Цп/я * 0,673 Um. Коэффициент формы при двухполупериодном
выпрямлении /:ф2 ~ Up] Ucv = 0,707 l7m/0,637 Um~ i ,11. При однополупе-
риодном выпрямлении &ф! =2 Up] 1/ср =2,22.
Вольтметры средневыпрямленных значений. Переменное напряжение
преобразуют в постоянное чаще с помощью диода, который имеет нели-
нейную вольт-амперную характеристику. Различают одно- и двухполупе-
риодные схемы преобразователей средневыпрямленного напряжения.
Самые распространенные из них показаны на рис. 12.
Наиболее простые схемы однополупериодного выпрямителя
(рис. 12, а—в) нашли применение в простейших приборах-пробниках,
в которых ток проходит через индикатор — магнитоэлектрический ме-
Р и с. 12. Схемы выпрямителей:
°~в ~ одаополупериодные; г~з — двухпопупериодуд^
s
P и с. 13. Делитель для получения равномерной шкалы
ханизм — только в положительный полупериод измеряемого напряжения
и его показания пропорциональны среднему значению однополупериод-
ного выпрямленного напряжения. Диод VD2 предохраняет диод VD1 от
пробоя обратным напряжением и не искажает форму тока в измеритель-
ной цепи. Примером такого прибора может служить Ц4315 и др. Эти
комбинированные приборы измеряют постоянное и переменное напряже-
ние, ток, сопротивление.
Среди двухполупериодных схем выпрямления наиболее распростра-
нены мостовые (рис. 12, г—з). Ток через прибор здесь вдвое больше и
реагирует на средневыпрямленные значения измеряемого напряжения
(прибор Ц4312 и др-). Недостатки зтих простых приборов: непостоян-
ство выходного сопротивления делителя на разных пределах измерения,
что приводит к неравномерности шкал вольтметра и несовпадению их
на разных пределах. Требуется нанесение нескольких шкал, что приводит
иногда к погрешностям измерения. Делитель, изображенный на
рис. 13, устраняет эти недостатки. Если при переключении диапазонов
измерений одновременно изменять Ra и RB, то можно уменьшить напря-
жение при неизменном значении С^ых.дел-
Сопротивления резисторов для п-го предела измерения определяются
из выражений: Ra„ = k„Ral; RB„ = knRa\!(kn — 1), где kn — коэффи-
циент деления измеримого напряжения. Сопротивление резистора Ra\
выбирают из условия полного отклонения стрелки индикатора при вхо-
дном напряжении Ux.
Электронные вольтметры. По схеме двухполупериод-
ного выпрямления построены и более сложные электронные приборы
средневыпрямленных значений. Структурная схема таких приборов
показана на рис. 14. Измеряемое напряжение Ux подается на вход катод-
ного повторителя А1, обеспечивающего высокое входное и низкое вы-
ходное сопротивления. Для изменения коэффициента передачи в схему
включен аттенюатор RP1, напряжение с выхода которого подается на
трехкаскадный усилитель А2 переменного напряжения. Двухполупериод-
18
Рис. 14. Структурная схема электронного прибора измерения среднеквадратичных
значений
ный диодный преобразователь среднее ыпрямленных значений (VD1,
VD2) включен в цепь последовательной обратной связи по току, охваты-
вающей усилитель А2. Положительная полуволна тока проходит через
диод VD1, резистор R1, а отрицательная - через диод VD2 и резистор
R2. При достаточно большом коэффициенте передачи усилителя и при
R1~R2=R постоянное выходное напряжение Сцых = UXR{ (k$R3),
где Цвых — постоянное напряжение на индикаторном приборе; &ф —
коэффициент формы, равный 1,11. Отрицательная обратная связь по-
вышает стабильность и улучшает частотную характеристику усилителя,
уменьшает нелинейность, обусловленную прямым сопротивлением
диодов. Но нелинейность, обусловленная обратными токами диодов,
не уменьшается. Поэтому применяют диоды с максимально возможным
обратным сопротивлением. По аналогичной схеме построены электрон-
ные вольтметры B3-38, B3-39, ВЗ-41, ВЗ-9, ВЗ-2А.
Вольтметры среднеквадратичных значений. Существует несколько
схем вольтметров среднеквадратичных значений. При любой схеме
вольтметра нужно возвести в квадрат мгновенное значение измеряемого
напряжения, усреднить получаемые значения за период и извлечь квад-
ратный корень из полученного значения, т.е. реализовать функцию:
/ 1 т т
U= V — J [ [7(1)] 2dt. Пример схемы квадратичного детектора типа
Т о
’’диодная цепочка”, использующей принцип моделирования, приведен
на рис. 15. На вход такого детектора подается измеряемое переменное
напряжение [7(г). К делителю R6—R9 приложено напряжениеЕ, которое
создает на резисторах падения напряжения Е1—Е4, запирающие диоды
VD2—VD5. В положительный полупериод, если входное напряжение не
превышает Е1, ток протекает через диод VD1 и на резисторе R возникает
падение напряжения Uo, являющееся выходным напряжением схемы.
Ток диода VD1, определяемый резисторами R1 и R, линейно зависит от
входного напряжения. По мере роста тока диода VD1 увеличивается па-
дение напряжения на резисторе R1. При входном напряжении, равном
19
Рис. 15. Схема ’’диодной цепочки” квадратичного детектора (а) и кривая его
выходного напряжения (О
Е1, напряжения на резисторах R1 и R9 компенсируются, диод VD2 от-
крывается, ток начинает протекать и через R2, крутизна зависимости
тока от входного напряжения увеличивается. Аналогичное явление про-
исходит, если U(t) = Е2. Подбирая параметры схемы, получают ломаную
линию, отражающую зависимость суммарного тока i, протекающего
через резистор R (т.е. выходного напряжения Uo = iR), близкую к ветви
квадратичной параболы (рис. 15,6). Чем больше диодов включено в схе-
му, тем больше отрезков содержит ломаная линия и тем больше это при-
ближение. На вход квадратичного детектора включают линейный двух-
полупериодный выпрямитель, это дает возможность измерять и отрица-
тельные значения входного напряжения.
Интегрирование (усреднение) выполняет магнитоэлектрический
вольтметр,-а извлечение корня получают при градуировке шкалы, кото-
рая в результате оказывается нелинейной. На этом принципе построены
детекторы вольтметров ВЗ-6, ВЗ-18, B3-I9, приборов C3-I, С6-5 и др.
Детектор среднеквадратичных значений с термопреобразователями
(рис. 16) включает в себя подогреватели ЕК1, ЕК2 и термочувствитель-
ные элементы (термопару или терморезистор). Входное напряжение
Ux подается на подогреватель, а выходным является термо-ЭДС,
которая пропорциональна энергии, выделяемой в подогревателе, т.е.
среднеквадратичному значению напряжения, приложенного к подогре-
вателю. Для устранения нелинейности преобразования в схему включены
два преобразователя и УПТ на микромодуле. На подогреватель термо-
преобразователя ЕК1 подается измеряемое напряжение Ux, а на подогре-
ватель ЕК2 — напряжение обратной связи. Термопары преобразователей
включены встречно на входе дифференциального усилителя. По такой
схеме построены многие электронные вольтметры: ВЗ-20, ВЗ-40, ВЗ-41,
ВЗ-42, ВЗ-45, ВЗ-56, ВЗ-57. Вольтметры рассмотренного типа дают наи-
более высокую точность измерения среднеквадратичного значения напря-
жения переменного тока, содержащего большое число гармонических
20
Рис. 16. Детектор среднеквадратичных значений с термопреобразователем
C1 исо
Рис. 17. Амплитудный детектор с открытым входом
составляющих, сигналов произвольной формы, импульсных и шумовых
сигналов. Но время измерения, определяемое инерционностью термопре-
образователей, велико и составляет 1—3 с.
Вольтметры амплитудных значений. Нелинейным элементом вольт-
метров амплитудных значений является амплитудный (пиковый) детек-
тор. Различают амплитудные детекторы с открытым и закрытым вхо-
дом.
Ко входу амплитудного детектора с открытым
входом подключен источник измеряемого переменного напряжения
с амплитудой Umn с внутренним сопротивлением Rncr (рис. 17). В по-
ложительные полупериоды конденсатор С1 через диод VD1 заряжается
до амплитудного значения Uc = Utn . Среднее значение напряжения на
конденсаторе Uqq поддерживается близким к амплитудному значению
измеряемого напряжения. При этом входное сопротивление вольтметра
^вх - R1/2, то же относится и к измерению напряжения, содержащего
постоянную составляющую. В положительный полупериод конденсатор
Сампл итудно г о детектора с закрытым входом
(рис. 18) заряжается через диод VD1 до амплитудного значения Um. Вы-
ходное напряжение детектора UR представляет собой алгебраическую
сумму напряжений на конденсаторе С и входного напряжения. Постоян-
ную составляющую £70 этого сигнала выделяют, а переменную подавляют
с помощью фильтра ЛфСф. При гармоническом сигнале Uo = Uqo rs Um.
Эквивалентное входное сопротивление вольтметра с закрытым входом
^вх - /?экв = #/ (3 + R/Rfy), где /?ф > 1/2тг/Сф. Вольтметр реагирует
на амплитуду сигнала относительно его среднего значения Uo независи-
мо от постоянной составляющей на входе.
Схема удвоения напряжения измеряет переменное
напряжение. Выходное постоянное напряжение схемы, изображенной
на рис. 19, пропорционально сумме положительной и отрицательной ам-
плитуд входного сигнала. Конденсатор С1 заряжается за положительный
полупериод измеряемого напряжения через диод VD1, а за отрицатель-
ный коденсатор С2 — через диод VD2. Сумма напряжений на конденса-
торах приложена к резистору К. Если тзар =7?{-С< тразр =7?С, то постоян-
ное напряжение равно <70 s» Um + + Um~ « 2Um. Вольтметры с амплитуд-
21
Рис. 18. Амплитудный детектор с закры-
тым входом:
1 — детектор; 2 — фильтр
Рис. 19. Схема удвоения напряжения
ным детектором используются в универсальных приборах, например,
типов ВК7-9, B7-I7, В7-26, а также в вольтметрах, измеряющих импульс-
ное напряжение.
Цифровые вольтметры благодаря преимуществам, свойственным
всем цифровым приборам, нашли широкое распространение. Часто на
основе этих приборов строятся мультиметры, позволяющие измерять
токи, временные интервалы, частоту, сопротивление или отношение двух
напряжений. Цифровые вольтметры, как правило, различаются по спо-
собам преобразования аналогового сигнала в цифровой эквивалент.
Цифровые вольтметры, прямого преобразова-
ния. В таких времяимпульсных вольтметрах мгновенное значение из-
меряемого напряжения преобразуется в интервал времени, длительность
которого определяется подсчетом заполняющих этот интервал коротких
импульсов. Число импульсов, попадающих на счетчик, прямо пропорци-
онально измеряемому напряжению. Их принцип реализуется в схемах
таких вольтметров, как В4-6, ВК7-10, В2-27, В7-16, В4-13, В7-20, Ф4830.
Цифровые вольтметры уравновешивающего
преобразования. В цифровых вольтметрах развертывающего
уравновешивания (рис. 20) измеряемое напряжение Ux сравнивается с
компенсирующим Ц<ом, которое изменяется по определенной заранее
установленной программе. Измеряемое напряжение подается на схему
сравнения через входное устройство. Туда же подается возрастающее сту-
пенями напряжение, которое поступает от источника опорного напряже-
ния через переключатель, коммутирующий импульсами. Эти же импуль-
сы от генератора поступают на счетчик. В.-момент равенства 17ком и Ux
схема сравнения блокирует селектор. Поступление импульсов прекраща-
ется. Результат измерения поступает через дешифратор на цифровое счет-
ное устройство. Для уменьшения погрешности от квантования прибега-
ют к поразрядному уравновешиванию. На этом принципе работают
вольтметры типов ВК2-17, В2-9.
22
Рис. 20. Структурная схема цифрового вольтметра уравновешивающего преобра-
зования:
СС — схема сравнения; ПОН - переключатель опорного напряжения; ИОН —
источник опорного напряжения; ГИ — генератор импульсов; С — селектор; СЧ —
счзтчик; ЦОУ - цифровое отсчетное устройство
Р и с. 21. Структурная схема импульсного вольтметра
Интегрирующие цифровые вольтметры дают по-
казания, пропорциональные усредненному значению измеряемого
напряжения за определенный интервал времени. Они отличаются хо-
рошей помехозащищенностью, малой погрешностью, но имеют сравни-
тельно небольшое быстродействие. Около четверти выпускаемых циф-
ровых вольтметров являются интегрирующими (Ф4801, В7-29 и др.).
Импульсные вольтметры измеряют амплитуды импульсов большой
скважности. (Скважностью называют отношение периода следования им-
пульсов к их длительности, т.е. п = Т/ти.)
Для измерения амплитуды импульсов могут быть использованы рас-
смотренные выше приборы с амплитудным детектором. Импульсные
вольтметры градуируют в амплитудных значениях.
Структурная схема подобных вольтметров (например, В4-4, В4-12,
В4-14) показана на рис. 21. Входной импульс с выхода усилителя А1
через аттенюатор RP1 и усилитель А2 поступает на амплитудный детек-
тор VD1. Конденсатор С заряжается до тех пор, пока напряжение на нем
не станет равным амплитуде входного импульса. При этом диод запира-
ется и импульсное напряжение на входе не поступает на усилитель А4.
Если напряжение на конденсаторе С снизится, то на входе усилителя А4
появятся импульсы, амплитуда которых равна разности между амплиту-
дой импульса на входе диода VD1 и напряжением на конденсаторе С. Это
импульсное напряжение поступает на усилитель А4, преобразуется в
постоянное напряжение импульсным детектором и опять подается на
конденсатор С, что приводит к восстановлению на конденсаторе посто-
янного напряжения, равного Umax, и компенсирует потерю, заряда кон-
денсатором С. Постоянное напряжение, поддерживаемое на конденса-
23
Р и с. 22. Структурная схема избирательного вольтметра
торе С, измеряется вольтметром постоянного напряжения с УПТ АЗ и
магнитоэлектрическим прибором РА1, проградуированным в единицах
напряжения.
Избирательные (селективные} вольтметры применяют для измерения
отдельных гармонических составляющих мно^очастотного сигнала, опре-
деления коэффициента гармоник, для проверки индикаторов мостовых
схем и т.п. Чаще применяются приборы гетеродинного типа, близкие по
своему устройству к радиоприемникам. Избирательные вольтметры
характеризуются в первую очередь диапазоном перестройки и полосой
измеряемого сигнала. На рис. 22 показана общая структурная схема
избирательного вольтметра с широкополосным
усилителем А2, имеющим равномерную амплитудно-частотную
характеристику (АЧХ) и частотно-зависимую отрицательную обратную
связь (ООС). При настройке RC- контура в цепи ООС на частоту сигнала
коэффициент передачи по цепи обратной связи принимает минимальное
значение, в результате этого возрастает коэффициент усиления основно-
го тракта и напряжение Ц,ых достигает максимума. По такой схеме со-
браны вольтметры типов Вб-2, Вб-4. Гетеродинные избира-
тельные вольтметры обладают большой чувствительностью
и широким диапазоном частот. Структурная схема такого вольтметра
показана на рис. 23.
Входной сигнал частоты fx на выходе преобразователя частоты UZ1
становится разностной частотой. При плавном изменении частоты гетеро-
дина G1 можно подобрать частоту fc — fx ~ fnp, на которую настроен
полосовой фильтр ZZ,h определить значение этого сигнала вольтметром.
Рис. 23. Структурная схема гетеродинного вольтметра
24
При постоянстве коэффициента преобразования показания индикаторно-
го прибора РА1 пропорциональны сигналу данной гармонической состав-
ляющей на входе. Для перестройки в широком диапазоне частот и по-
вышения избирательности применяют двукратное и более преобразова-
ние частоты. Так построены приборы В6-1, В6-5.
Измерители или указатели уровня (ИУ) — это электронные вольт-
метры, шкалы которых проградуированы в децибелах. Они измеряют
уровни передачи. Шкалы приборов ИУ градуируют обычно в абсолют-
ных уровнях по напряжению. Если при измерении прибор ИУ показал
рн (дБ), то уровень передачи по мощности определяется выражением,
дБ: рм ~Рн —101g(A/600), где И — значение сопротивления, параллельно
которому при измерении подключен ИУ с высокоомным входом.
Иногда шкалу прибора ИУ градуируют в абсолютных уровнях по
мощности для определенного значения входного сопротивления прибора
(75 и 600 Ом). При измерении уровня высокоомным входом такого ИУ
измеряемый абсолютный уровень по напряжению определяется из фор-
мулы, дБ: Рн ~ Рм — 101g (600//?п), где Rn — значение сопротивления,
при котором отградуирован измеритель уровня.
Измерители уровня могут быть широкополосными и избирательными.
Избирательный измеритель уровня используют для измерения уровня
сигнала заданной частоты при наличии сигналов других частот. Комбини-
рованный измеритель уровня (рис. 24) может использоваться как широ-
кополосный и как избирательный. Входное устройство ВУ обеспечивает
заданное входное сопротивление и чувствительность. Измеряемый сигнал
усиливается входным усилителем А1, ппоходит фильтр низкой частоты
ФНЧ1, отсекая более высокие частоты. В режиме избирательного изме-
рителя уровня (переключатель S1 в положении 1) в приборе для вы
сокой избирательности используют три ступени частотного преобразова-
ния. Избирательность измерителей уровня определяется качеством поло-
совых фильтров частотного преобразования и выбором частот преобразо-
вания. Для исключения погрешности измерений за счет проникновения
через фильтр других частот среднюю частоту первого фильтра выбирают
Рис. 24. Структурная схема избирательного измерителя уровня
25
в 2—3 раза выше самой высокой частоты рабочего диапазона частот.
Среднюю частоту полосы пропускания второго фильтра выбирают рав-
ной 1 —3 кГц, благодаря этому легко получить прибор с узкой полосой
пропускания. Применяются избирательные измерители уровня с полосой
пропускания 0,05; 0,1; 0,3; 1; 2; 5 кГц. В схемах измерителей уровня
ИУ предусматриваются переключатели изменения входного сопротивле-
ния прибора с низкоомного значения (75, 600 Ом) на высокоомное
(8-20 кОм). Низкоомный вход ИУ используют в тех случаях, когда
входным сопротивлением прибора заменяют нагрузку в точке измере-
ния. В других случаях измерения выполняют при высокоомном входе.
Измерители тока. Переменный ток высокой частоты измеряют в ос-
новном термоэлектрические и детекторные приборы.
В термоэлектрическом приборе измеряемый переменный ток преобра-
зуется в постоянный, который измеряется магнитоэлектрическим прибо-
ром. В термоэлектрическом приборе используют термопреобразователь,
состоящий из нагревателя и термопары. Нагревателем служит тонкая
проволока из термостойкого материала (например нихром, констан-
тан); измеряемый ток, проходя по нагревателю, выделяет тепловую
энергию, которая повышает температуру спая термопары, состоящей
из двух разнородных проводников (например, железа и константана).
Различают контактные термоэлектрические преобразователи, у кото-
рых спай термопары 1 приварен к середине нагревателя 2 (рис. 25,а),и
бесконтактные преобразователи, у которых спай термопары и нагреватель
разделены изолятором — стеклянной бусинкой, через которую передается
теплота от нагревателя к термопаре (рис. 25, б). В контактном термо-
электрическом преобразователе часть измеряемого тока проходит через
термопару и прибор за счет падения напряжения на месте сварки. То
же относится к термопреобразователю типа ’’термокрест”, в котором на-
греватель и термопару изготовляют из одних и тех же проволок, распо-
ложенных крестообразно и свариваемых в точке пересечения С (рис. 25,
в). Бесконтактные преобразователи позволяют соединять последователь-
но несколько термопар, повышая чувствительность прибора (рис. 25,г).
Термо-ЭДС пропорциональна количеству теплоты, выделяемой измеря-
емым током в месте спая. Количество теплоты пропорционально квадрату
измеряемого тока. Шкала такого амперметра квадратичная. Промышлен-
ность выпускает термоэлектрические приборы для измерения напряже-
ния и тока. Достоинствами термоэлектрических приборов являются: не-
зависимость показаний от частоты (до 3—5 МГц) и формы измеряемого
тока; измерение среднеквадратичных значений тока независимо от рода
тока; высокая точность измерений; чисто активное входное сопротивле-
ние прибора. Недостатки: малая перегрузочная способность (не более
50%), большое входное сопротивление, относительно малый срок служ-
бы термоэлементов.
Электронно-лучевые осциллографы. Электронно-лучевой осциллограф
является универсальным измерительным прибором. Он дает возмож-
26
Рис. 25. Схемы термоэлектрических преобразователей
ность наблюдать и фиксировать периодические непрерывные и импульс-
ные сигналы, непериодические и случайные сигналы, мгновенные одиноч-
ные явления.
Исследуемый сигнал отображается на экране осциллографа в виде све-
тящихся линий или фигур, представляющих собой функциональную за-
висимость двух или трех величин: y=f(x) ипиу=<р(х, z). Большинство
сигналов рассматривают в реальном масштабе времени, поэтому чаще
используют функциональную связь вида y=f (г) или^=<р(г, z).
Электронно-лучевые осциллографы применяются также для измере-
ния напряжения, временных интервалов и длительности сигналов, часто-
ты и фазового сдвига, параметров модулированных сигналов и других
электрических сигналов. На базе осциллографа созданы приборы для
измерения переходных, частотных и амплитудных характеристик различ-
ных электро- и радиотехнических устройств. Основными характеристи-
ками осциллографов являются: диапазон измеряемых напряжений; диа-
пазон измеряемых интервалов времени; полоса пропускаемых частот
(или время нарастания переходной характеристики), выброс на ней и
ее неравномерность; диапазон значений коэффициента отклонения ка-
нала Y, мВ/дел; В/дел; диапазон значений коэффициента развертки
(длительности развертки, мкс/дел); входные сопротивления и емкости
каналов Y, X, Z, входа синхронизации и входов на пластины Y и X;
диапазоны частот и амплитуд напряжения внешней синхронизации (дли-
тельность импульсов синхронизации); диапазоны частот и амплитуд на-
пряжения в канале Z; параметры сигнала на выходе калибратора
(амплитуда, частота, форма).
Из многих видов осциллографов наибольшее распространение полу-
чили универсальные, выполненные по структурной схеме (рис. 26).
Любой универсальный осциллограф состоит из электронно-лучевой
трубки (ЭЛТ), трех электрических каналов управления лучом, калибра-
тора и блока питания. По каналу Y поступает исследуемый сигнал Uy,
вызывающий вертикальное отклонение луча в ЭЛТ. В канал Y входят:
аттенюатор Лт для ослабления больших сигналов; предварительный
усилитель Уупр для усиления малых сигналов; линия задержки ЛЗ для
небольшой временной задержки сигнала; оконечный усилитель Ууок,
27
Рис. 26. Структурная схема осциллографа
на выходе которого вырабатывается симметричный противофазный сиг-
нал, поступающий на две вертикальные отклоняющие пластины Y. Пере-
ключателем <$! можно отключить канал Y и соединить пластины Y не-
посредственно с зажимами Вход на пластины Y. Этот вход можно исполь-
зовать, если частота сигнала выше верхней граничной частоты канала Y,
а напряжение его не требует усиления. По каналу X поступает напряже-
ние Uy, вызывающее горизонтальное отклонение луча. Одновременно
воздействие двух напряжений Uy и Ux на электронный луч Трубки вы-
зывает появление осциллограммы, отображающей зависимость Uy =
= f(Ux) или Uy Напряжение Ux называют развертывающим на-
пряжением, а канал X — каналом развертки. Главным узлом канала X
является генератор развертки ГР, вырабатывающий напряжение, пропор-
циональное времени: Ux - mt; для управления частотой развертывающе-
го напряжения используется напряжение синхронизации, поступающее
из канала Y или от внешнего источника через селектор синхронизации
СС и формирующее устройство ФУ. В канале X имеется усилитель Ух,
вход которого с помощью переключателя S3 можно присоединить к
выходу генератора развертки или к зажимам Вход X. Выходные двух-
фазные напряжения усилителя поступают на пластины X. По каналу Z
через усилитель У/ и переключатель S4 подают напряжение от генератора
развертки или внешнего источника через Вход Z для управления яр-
костью электронного луча. В двухлучевых осциллографах применяются
электронно-лучевые трубки с двумя электронными пушками и двумя
парами пластин Y; для управления ими предусматриваются два отдель-
ных канала Y. В двухканальных осциллографах используют обычную
однолучевую трубку и один электронный коммутатор, подключающий
входы двух каналов Y к отклоняющим пластинам У. Канал горизонталь-
ного отклонения всегда один.
28
В осциллографах применяют электронно-лучевые трубки с электро-
статическим формированием и управлением луча. Если на электронный
луч одновременно воздействуют два переменных напряжения Uy и Ux,
то на экране осциллографа появляется отображение исследуемого сиг-
нала в виде линии или фигуры, развернутой по оси х по закону из-
менения напряжения развертки. В зависимости от формы последнего
развертка бывает линейной и синусоидальной. Могут быть также круго-
вая и спиральная развертки.
Для измерения кратковременных импульсов напряжения и неперио-
дических процессов используются осциллографы со ждущей разверт-
кой. Здесь используется генератор ждущей развертки, который форми-
рует пилообразный импульс напряжения развертки только после получе-
ния сигнала запуска, вырабатываемого схемой запуска. Схема запуска
может срабатывать от измеряемого импульса или от постороннего ис-
точника, подключенного к входному зажиму.
Осциллографы позволяют измерять мгновенные значения напряжения
и тока, амплитуды случайных выбросов и помех, амплитуды импульсов
на фоне других импульсов и др. Напряжения импульсов можно измерять
и обычным не импульсным осциллографом. На вход осциллографа под-
ключают генератор синусоидальных колебаний и подбирают такое напря-
жение, чтобы максимальное отклонение луча по вертикали равнялось
ранее измеренному значению импульса. Это напряжение измеряют элек-
тронным вольтметром.
Напряжение импульса определяют как UK = 2С7ПИК =2,83 Ua, где Ua -
действующее значение.
Измерители амплитудно-частотных характеристик — характериогра-
фы — служат для панорамного метода измерений, когда на экране осцил-
лографа можно наблюдать частотные характеристики двух- или четырех-
полюсника в заданном диапазоне частот. Характериографы могут из-
мерять амплитудно-частотные характеристики усилителей низкой, проме-
жуточной и высокой частоты и фильтры различных напряжений, визуаль-
но определяя зависимость выходного напряжения от частоты при неиз-
менном напряжении на входе. Структурные схемы характериографов
(рис. 27) подобны друг другу несмотря на различие в диапазоне частот,
ширине полосы просматриваемых частот и в скорости измерения и сос-
тоят из следующих узлов: генератора качающейся частоты ГКЧ, генера-
Р и с. 27. Структурная схема из-
мерения амплитудно-частотных ха-
рактеристик
29
тора линейного напряжения ГЛН (генератора развертки), источника ме-
ток ГКВ и осциллографического индикатора.
Напряжение генератора развертки поступает на горизонтально откло-
няющие пластины электронно-лучевой трубки и одновременно на гене-
ратор качающейся частоты для частотной модуляции его выходного на-
пряжения. Выходное напряжение генератора развертки подается на вход
испытуемого устройства ИУ (1—2), а на его выходе появляется напряже-
ние, изменяющееся в зависимости от изменения частоты. Это напряже-
ние после детектирования детектором Ид поступает на усилитель Уу
электронно-лучевой трубки. Горизонтальное отклонение луча происхо-
дит в такт с изменением частоты, поступающей на вход испытуемого
устройства, и линия развертки является осью частоты. На экране осцил-
лографа, таким образом, появляется осциллограмма, соответствующая
амплитудно-частотной характеристике подключенного исследуемого уст-
ройства. Напряжение развертки и модуляции имеет пилообразную фор-
му с хорошей линейностью, поэтому амплитудно-частотная характеристи-
ка на экране ЭЛТ не искажена по оси х. Частота напряжения развертки
и модуляции может устанавливаться от 50 Гц и меньше, поэтому ско-
рость модуляции и развертки чаще характеризуют периодом качания час-
тоты генератора. Этот период можно сделать равным 0,1; 3; 10 и 40 с.
Для измерения амплитудно-частотных характеристик отклонение по вер-
тикали калибруется, а для уточнения частотного отклонения по горизон-
тали используются метки, получаемые от их источника. Источник меток
состоит из генератора, стабилизированного кварцевым резонатором
ГКВ, и смесителя СМ. На смеситель подаются напряжения генератора ка-
чающейся частоты и кварцевого генератора. В напряжении кварцевого
генератора есть гармоники, и поэтому оно имеет несинусоидальную
форму. При совпадении частоты ГКЧ с частотой очередной гармоники
на экране трубки появляется ’’всплеск” кривой и метка с точной часто-
той, определяемой гармоникой кварцевого генератора. Всплески отстают
друг от друга на интервал первой гармоники основной частоты кварце-
вого генератора. Для получения меток можно применить внешнее напря-
жение от генератора с частотой, более удобной для исследования.
Измерительные генераторы. Для измерения параметров каналов теле-
механики, низкочастотных узлов телефонных каналов и узлов каналов
телефонного вызова необходим измерительный генератор (ИГ) с плав-
ной перестройкой частоты в диапазоне от 10 до 4000 Гц, выходной мощ-
ностью до 0,3—0,5 Вт и точностью установки частоты ± 1 Гц.
Для измерения частотных и амплитудных характеристик телефонных
каналов широко применяются ИГ с фиксированными частотами. Выход-
ной уровень сигнала этих ИГ должен быть не менее + 13 дБ, симметрич-
ный выход генератора должен иметь сопротивление 600 Ом. Выходную
мощность можно регулировать ступенями в 4—5 дБ до уровня —20^
30 дБ. Достаточна точность установки частоты порядка ± 2%. Элементы
трактов промежуточных частот аппаратуры уплотнения измеряют при по-
30
мощи ИГ с плавной перестройкой частоты в диапазоне 4—40 кГц. ВЧтрак-
Ты и ВЧ элементы аппаратуры уплотнения измеряют ИГ с диапазоном час-
тот 18-1000 кГц и плавной перестройкой частоты. Погрешность установ-
ки частоты сигнала здесь становится больше с увеличением частоты. Для
измерения элементов аппаратуры уплотнения желательно применять ИГ
с симметричным выходом и входными сопротивлениями 75, 100, 135 и
600 Ом. Выходные мощности здесь могут составлять 0,2—0,5 Вт. Для
измерений параметров ВЧ трактов необходимы генераторы, рассчитанные
на нагрузки 75 и 150 Ом при выходной мощности 5—10 Вт с несиммет-
ричными, а в ряде случаев симметричными выходами.
Генераторы классифицируются в основном по зависимости выходно-
го напряжения от времени — формы генерируемых колебаний. По этому
признаку различают генераторы постоянного тока, синусоидального
тока, качающейся частоты, импульсные генераторы, генераторы шума.
Любой измерительный генератор можно представить структурной схе-
мой (рис. 28), содержащей задающий генератор ЗГ, преобразователь/?,
буферный каскад, усилитель мощности (УМ) А, выходное устройство
ВУ, измерительное устройство ЭВ и питающий блок БП.
Задающий генератор (возбудитель) — это обычно автогене-
ратор синусоидальных колебаний или генератор периодически повторяю-
щихся импульсов, имеющих определенную периодичность, стабильность.
Преобразователь служит для получения требуемых формы и
уровня сигнала, может содержать формирователи, усилители, модулято-
ры, фильтры.
Буферный каскад позволяет уменьшить влияние последую-
щих блоков на задающий генератор, что обеспечивает стабильность час-
тоты и малое значение коэффициента нелинейных искажений при измене-
нии нагрузки генератора. Это чаще всего однокаскадный АС-усилитель
или эмиттерный повторитель.
Усилитель мощности служит для увеличения выходной
мощности и снижения уровня четных гармоник. Его часто выполняют по
двухтактной схеме. Отрицательная обратная связь вводится для умень-
шения искажений. Выходное напряжение регулируют обычно потенци-
ометром, включенным на входе УМ.
Рис. 28. Структурная схема измери-
тельного генератора
Рис. 29. Эквивалентная схема £С-гене-
ратора
31
Выходное устройство служит для отделения внутренних
цепей генератора от выходных цепей, согласования выхода с нагрузкой,
регулирования величины выходного напряжения. Чаще применяют тран-
сформаторную связь между усилителем мощности и выходным устрой-
ством, позволяющую изменять выходное сопротивление генератора для
его согласования с нагрузкой. Делители на выходе помогают ослабить
сигнал, получить калиброванные сигналы низкого уровня.
Измерительное устройство служит для контроля пара-
метров выходных сигналов. Для этого могут быть применены электрон-
ные вольтметры, осциллографические индикаторы, термоэлектрические
приборы. Общими характеристиками для всех измерительных генера-
торов являются: частота и форма генерируемого напряжения; диапазон
изменения уровня выходных сигналов, внутреннее сопротивление генера-
тора; погрешности установки параметров выходного сигнала; напряже-
ние и мощность источника питания; допустимые внешние температуры
и т.п. В зависимости от схемы построения задающего генератора (возбу-
дителя) генераторы синусоидальных колебаний подразделяются на LC-,
RC- и гетеродинные генераторы (на биениях). Задающий LC-генератор
(возбудитель) — это автогенератор с колебательным СС-контуром,
параметры которого в основном определяют частоту генерируемых ко-
лебаний f = \!2-пу/ЬС, где L и С — соответственно индуктивность и ем-
кость колебательного контура. В зависимости от способа связи между
колебательным контуром и электронной лампой (транзистором)
имеются разные схемы возбудителей, чаще с трансформаторной, авто-
трансформаторной или транзисторной связью. Схема возбудителя долж-
на обеспечивать достаточную стабильность частоты и минимальные нели-
нейные искажения. На рис. 29 приведена эквивалентная схема СС-генера-
тора с возбудителем на транзисторе. Генератор этот выполнен по емкост-
ной трехточечной схеме. Третья точка образована конденсаторным дели-
телем СЗ, С4 и С5. При такой схеме обеспечивается высокая добротность
частоты генерируемого сигнала. Плавное изменение частоты в пределах
каждого частотного поддиапазона (их может быть несколько — переклю-
чаются конденсаторы СЗ— С5) достигается изменением емкости перемен-
ного конденсатора С1.
ZC-генераторы имеют высокую стабильность частоты. Однако в диапа-
зоне низких и звуковых частот ГС-генератор плохо обеспечивает посто-
янство выходного напряжения, имеет сложную систему установки час-
тоты.
Генератор (RC) основных колебаний. Структурная схема ЛС-генер?-
тора основных колебаний идентична схеме LC генератора. Отличие от
£С-генератора состоит лишь в методе генерирования колебаний, т.е.
в схеме задающего генератора. Задающий КС-генератор с плавным из-
менением частоты — это трехкаскадный усилитель на сопротивлениях с
положительной обратной связью, работающей в режиме самовозбужде-
ния (рис. 30), частота колебаний равна f-1 /2лКС, Эти генераторы легко
32
Рис. 30. Схема ЛС-генератора
генерируют колебания низких частот, что связано лишь с увеличением
сопротивления R. Верхняя граница диапазона рабочих частот этих гене-
раторов обычно ограничена несколькими сотнями килогерц. Выше влия-
ние паразитных сопротивлений возрастает, что увеличивает основную по-
грешность установки частоты. Примеры АС-генераторов: ИПЗ-ЗОО
(300 Гц - 300 кГц); ГЗ-4 (ЗГ-12) (20 Гц - 200 кГц).
Генераторы на биениях. В генераторах на биениях (рис. 31) частота
выходного напряжения равна разности частот двух задающих ВЧ-генера-
торов основных колебаний (гетеродинов), один из которых имеет по-
стоянную фиксированную частоту f\, а другой — переменную /2> т.е.
/=Л-Л.
Применение ZC-генераторов в качестве гетеродинов обеспечивает ма-
лую основную погрешность установки частоты, что особенно важно,
так как любое относительно малое изменение частоты задающих гене-
раторов вызывает сравнительно большое изменение разности частот.
Р и с. 31. Структурная схема генератора на биениях
33
Обычно частота f\ выбирается в 6—10 раз выше максимальной частоты
выходного напряжения. Схемы задающих генераторов и компоненты
для их изготовления выбирают по возможности идентичными с тем, что-
бы изменение температуры питающих напряжений и других факторов
одинаково влияло на их частоты и тем самым мало изменяло разностную
частоту Смеситель, выполненный по балансной схеме, при хорошей сим-
метрии подавляет четные гармоники разностной частоты. Назначение
и устройство блоков усилителя мощности УМ, выходного устройства и
измерителя напряжения не отличаются от соответствующих блоков LC-
генератора основных колебаний. Диапазон рабочих частот обычно состав-
ляет 20 Гц — 600 кГц. Генераторы на биениях имеют плавную регули-
ровку изменения частоты во всем рабочем диапазоне частот.
Импульсные генераторы применяют при наладке и проверке уст-
ройств телемеханики, логических и счетных узлов аппаратуры, каналов
передачи дискретной информации, каналов телефонного вызова и т.д.
По форме генерируемых колебаний различают: генераторы прямо-
угольных импульсов, генераторы пилообразного напряжения, генерато-
ры напряжения сложной формы. В измерениях на каналах связи приме-
няют преимущественно генераторы прямоугольных импульсов.
Генераторы прямоугольных импульсов также подразделяют на: гене-
раторы периодических одиночных импульсов; генераторы сдвинутых
импульсов, вырабатывающие периодически повторяющиеся парные
импульсы, один из которых опорный, второй сдвинутый относительно
опорного на определенный, регулируемый интервал времени; генерато-
ры кодовых групп импульсов, вырабатывающие определенные комбина-
ции импульсов с характерными признаками (амплитудой, длитель-
ностью, фазой, полярностью и т.д.).
Основные технические требования к импульсным генераторам: широ-
кий диапазон частоты следования импульсов, большие пределы уста-
новки длительности импульсов, возможность установки и регулировка
амплитуды импульса. Основными характеристиками импульсных генера
торов являются: частота повторения F, длительность импульса т0, дли-
тельность фронта Тф, длительность спада тсп, максимальное значение ам-
плитуды, минимальная скважность и погрешность установки параметров
импульса. Прямоугольный импульс идеальной формы характеризуется
длительностью т и высотой U. Реальная форма импульса отличается от
идеальной (см. рис. 7).
Для наладки и проверки устройств телемеханики, испытания логи-
ческих схем и устройств, аппаратуры каналов связи с импульсно-кодо-
вой модуляцией интегральных схем используют генераторы ко-
довых комбинаций.
Специальные генераторы пилообразных им-
пульсов применяют для модуляции сигналов генераторов шума>
генераторов качающейся частоты (свип-генераторов), для измерения ам-
плитудно-частотных характеристик. Большинство генераторов импуль-
34
Рис. 32. Структурная схема генератора импульсов.
1 — внешняя синхронизация; 2 — выход синхроимпульса
сов строится по одинаковой структурной схеме (рис. 32), в которой
осуществляется последовательное поблочное формирование параметров
импульсов. Задающий генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное или
импульсное напряжение. В первом случае он выполняется по схеме RC-
или LC-генератора, во втором — по одной из схем релаксационных гене-
раторов. Частота генерации определяет частоту повторения по следова-
тельности импульсов Через блок синхронизации БС можно осуществить
синхронизацию задающего генератора от внешнего источника. В этом
же блоке напряжение задающего генератора преобразуется в последова-
тельность коротких импульсов, с помощью которых запускается блок
формирования импульсов БФ1. Эти же импульсы можно использовать
в качестве синхроимпульсов для внешних устройств — осциллографов
и др. С помощью блока задержки БЗ можно сдвинуть начальное положе-
ние импульсов на выходе генератора. Во втором блоке формирования
БФ2 устанавливается нужная длительность импульса щав выходном
усилителе ВУ — необходимое значение амплитуды и полярность. С по-
мощью резистивного аттенюатора Л Г на первом выходе устанавливаются
импульсы высотой, в 10" (п = 1,2, 3 и 4) меньшей, чем на втором вы-
ходе. Контроль высоты импульсов осуществляется пиковым вольтмет-
ром; иногда высота импульса сравнивается с опорным напряжением
Форма выходных импульсов сохраняется при работе генератора на опре-
деленную нагрузку, которая у разных генераторов составляет 50, 75,500
и 1 000 Ом.
По характеру генерируемых сигналов различают: генераторы непре-
рывной последовательности импульсов с одинаковыми параметрами и
постоянной частотой; генераторы серии импульсов одинаковых парамет-
ров и постоянной частоты, ограниченной заданным числом импульсов;
генераторы кодовых комбинаций с постоянной последовательностью
импульсов различных параметров.
По способу регулирования импульсов генераторы можно разделить:
на генераторы с точной регулировкой амплитуда, с точной регулиров-
кой длительности и временных сдвигов; с точной регулировкой час-
тоты следования импульсов; универсальные с одинаковой точностью ка-
ровки основных параметров импульсов, соответствующих классу
35
Генераторы качающейся частоты (ГКЧ) используют в устройствах,
предназначенных для измерения различных частотных характеристик.
Генераторы качающейся частоты (свип-генераторы) вырабатывают
синусоидальные колебания, частота которых автоматически меняется по
заданному закону в заданных пределах при постоянстве напряжения
выходного сигнала. Эти генераторы используют для снятия частотных
характеристик затухания, усиления, фазового сдвига и других харак-
теристик и как вспомогательные устройства в измерительной аппара-
туре. С их помощью можно ускорить измерение частотных характерис-
тик с помощью характериографов. Наряду с ГКЧ иногда используют
частотно-модулированные (ЧМ) генераторы, являющиеся составным эле-
ментом ГКЧ Частотно-модулированные генераторы используются са-
мостоятельно в тех случаях, когда относительная ширина полосы кача-
ния (девиация частоты) невелика. Генераторы качающейся частоты или
свип-генераторы вырабатывают колебания с напряжением постоянной
амплитуды и непрерывно изменяющейся по заданному закону частотой.
Выходное напряжение этих генераторов имеет вид ’’посылок”, в тече-
ние которых частота изменяется в определенных регулируемых границах
рабочего диапазона частот, определяющих полосу качания ГКЧ
(рис. 33). Ширина полосы качания ГКЧ может изменяться от максималь-
ного значения, определяемого шириной рабочего диапазона частот,
до минимального значения, составляющего обычно несколько про-
центов максимальной полосы. При этом среднее значение частоты поло-
сы качания также может изменяться. ’’Посылки” разделяются между со-
бой паузами, при которых напряжение на выходе генератора равно
нулю.
Функциональная схема ГКЧ аналогична схеме генератора на биениях,
однако вместо генератора переменной частоты в ГКЧ используют ЧМ
генератор, частота которого периодически изменяется по линейному за-
кону /2 — to. Разностная частота на выходе низкочастотного фильтра вы-
числяется по следующей формуле:/ВЬ[Х =fi - /2 + to =/0 + to, при этом
/1 и/2 >Wo,где То -периодследования ’’посылок” ГКЧ.
Р и с. 33. Выходное напряжение генератора качающейся частоты
36
Частотная модуляция задающего генератора осуществляется измене-
нием во времени параметров колебательного контура, которое наиболее
часто производится электрическим путем. Модулирующее напряжение
от генератора пилообразных импульсов воздействует на нелинейный эле-
мент, включенный в колебательный контур генератора. Нелинейным эле-
ментом может быть обмотка индуктивности с ферромагнитным сердеч-
ником или диод. В результате частота ЧМ генератора изменяется в соот-
ветствии с напряжением модулирующего генератора пилообразных им-
пульсов. Отношение девиации частоты к несущей частоте выбирают до-
статочно малым для получения линейной зависимости между частотой
ЧМ генератора и управляющим напряжением. При обратном ходе генера-
тора пилообразных импульсов напряжение на выходе ЧМ генератора ста-
новится равным нулю, что дает нулевое значение напряжения и на выхо-
де ГКЧ. Девиация частоты ГКЧ может или производиться на весь диапа-
зон рабочих частот, или охватывать часть этого диапазона.
3. ИЗМЕРЕНИЯ ДВУХПОЛЮСНИКОВ
При наладке и эксплуатации ВЧ аппаратуры и трактов часто необхо-
димо измерять параметры двух- и четырехполюсников. Это измерения
сопротивлений, емкостей, индуктивностей, добротности, сопротивлений
двухполюсников, входных сопротивлений, затухания пассивных и уси-
ления активных четырехполюсников.
Прохождение тока / по цепи, содержащей активное R, индуктивное
XL = 2-nfL и емкостное Хс = l/2-nfC сопротивления (рис. 34), создает
падения напряжений Ur, UL и U^, сдвинутые относительно друг друга
по времени. Если ток имеет синусоидальную форму, то он достигает
максимального значения 1тах одновременно с максимумом напряжения
Ur- Напряжение на индуктивности достигает максимума раньше тока,
напряжение же на конденсаторе, наоборот, отстает. Напряжение на ин-
дуктивном сопротивлении опережает ток в цепи, а напряжение на ем-
костном сопротивлении отстает от этого тока (рис. 35, а). При Х[ =
= Хс Uc равны по значению, но противоположны по направлению.
При этом суммарное напряжение U^q, измеренное в точках 1, 2 (см.
рис. 34), равно нулю, т.е. сопротивление АС-цепи равно нулю, что равно-
Р ” с' 34- Активная и реактивная состав-
ите полного сопротивления
R 1 L
37
,1
-^<p=-7t/2
U^IZTtfL Uc=l/2TCfC
a)
Рис. 35. Векторные диаграммы напряжений (а, б) и сопротивлений (в)
сильно КЗ между этими точками, а сопротивление цепи чисто активное
и равно А.
Если ф Хс (рис. 35, б), то с = Ul + Uc =IXl + IXc =
= I{Xl + Хс) = IX, где Х = X/ + Хс — суммарное сопротивление цепи.
Модуль полного сопротивления цепи Z определяют геометрически, сум-
мируя активную R и реактивную X составляющие: Z =y/R7 + X2 . Угол
<р (рис. 35, в) определяет фазовую постоянную полного сопротивления.
Одноэлементные двухполюсники. Двухполюсники (два входных за-
жима), встречающиеся в схемах (в общем случае они реактивные),
подразделяют на элементарные (одноэлементные), двухэлементные и
многоэлементные.
Одноэлементными реактивными двухполюсниками являются резис-
торы, конденсаторы и индуктивности. Они характеризуются значением
полного сопротивления и добротностью. В общем случае любой из рас-
сматриваемых элементов обладает активным R и реактивным X сопро-
тивлениям^ Л'с = 1/(2п/0 = 1/а>С; Х^ = 2rrfL = сэ£; Величину Z =
= \Jr2 + Af2' называют модулем полного сопротивления, а угол у>, при
котором tgy> =XfR, называют фазовым углом полного сопротивления.
Если = О, то характер полного сопротивления активный, если
О < \р < 90° — индуктивный, а если 0 > > 90°, то емкостный. Модуль
полного сопротивления двухполюсника определяется также выражением
Z = С^х//Вх, где UBX — приложенное переменное напряжение; /вх — ток,
проходящий через входные зажимы. Двухполюсники, имеющие R = О,
называют реактивными двухполюсниками без потерь, а при R =# 0, -
с потерями. Двухполюсники, использующиеся в схемах фильтров или
других четырехполюсников, должны иметь минимальные потери, т.е-
R =» 0. Двухполюсники с потерями характеризуют не только значением
сопротивления, но и добротности. Если к зажимам двухполюсника под-
ключить генератор, то мощность сигнала, поступающего от генератора,
будет равна сумме реактивной Pq и активной Р мощностей, выделяю
щихся соответственно на реактивном и активном сопротивлениях двух-
полюсника. Добротностью называется отношение Q = Pq/P г
-Рх/Рг =х/г.
Двухэлементные двухполюсники состоят из параллельно или последо-
вательно соединенных конденсаторов и индуктивностей. Дополнитель-
38
ным параметром является здесь резонансная частота настройки /рсз-
Это частота действующего на двухполюсник переменного напряжения,
при которой полное сопротивление двухполюсника равно нулю, беско-
нечности или активному сопротивлению. Последний случай относится
к двухполюснику с активными потерями. Двухэлементные двухполюс-
ники представляют собой резонансные (последовательный и парал-
лельный) контуры. Эти резонансные контуры обладают сопротивлени-
ями, имеющими явно выраженную частотную зависимость. Сопротив-
ление последовательного контура без потерь на частоте резонанса /рез
равно нулю. Характер сопротивления на частотах, меньших резонанс-
ной, — чисто емкостный, а на участках выше резонансной — чисто ин-
дуктивный. Модуль полного сопротивления здесь Z = \Х^-Xq\, резо-
нансная частота со0 = 1/зДСНа частотах ниже резонансной последова-
тельный контур имеет комплексное сопротивление, содержащее емкост-
ную и активную составляющие, а на частотах выше резонансной — ком-
плексное сопротивление, содержащее индуктивную и активную состав-
ляющие.
Параллельный контур без потерь на частоте резонанса имеет бесконеч-
но большое активное сопротивление, на частотах ниже резонансной —
индуктивное, на частотах выше резонансной — емкостное. Модуль
полного сопротивления Z = | (Х^ Xc)!(Xi — Хс) |, резонансная частота
coo =II\JLC.
Практически резонансные контуры обладают потерями из-за своих
активных сопротивлений. Поэтому сопротивление на частоте резонанса
последовательного резонансного контура равно активному сопротивле-
нию потерь, а сопротивление параллельного контура - активному сопро-
тивлению Rpe3 =L/Cr , где г — сопротивление потерь в контуре.
Формулы для практического расчета:
/рез = 5030/\J~LC\ L = (253-105)/С^ез; С = (253 10s)/£/^3;
/рез = 159/^; Q = (/ре3Ь)/160г = (l,6-108)/fpe3O- =
1000
где г — сопротивление, Ом; / — в килогерцах; L — в микрогенри; С —
в пикофарадах.
Сопротивление параллельного контура на частоте резонанса Дрез =
Л"1
v • где R — сопротивление, кОм.
Добротность контура определяется значениями добротностей элемен-
тов, образующих контур, измеренными на резонансной частоте контура:
к ~ QlQcKQl + Qc) Чем большей добротностью обладает контур,
39
тем более резко изменяется частотная характеристика модуля полного
сопротивления контура и тем резче выражен момент резонанса.
Многоэлементные двухполюсники содержат более двух элементов и
отличаются от двухэлементных большим числом резонансов. Число
резонансных частот двухполюсника на единицу меньше числа элементов.
Изменение параметров или возникновение неисправностей обмоток
индуктивностей и конденсаторов вызывает изменение параметров, на-
пример резонансной частоты, и отказ двух- или многоэлементных двух-
полюсников. Чаще других наблюдаются расстройки контуров фильтра,
потери добротности, нарушения контактов.
Проверяют качество контуров измерением их параметров, в первую
очередь резонансной частоты и добротности.
Измерение индуктивности, емкости и добротности. Часто для отыс-
кания причин неисправностей — повышения затухания фильтров в поло-
се пропускания, увеличения уровня пульсации на выходе фильтров ис-
точников выпрямленного напряжения, неустойчивой работы генерато-
ров — возникает необходимость измерения индуктивности, емкости и
добротности.
Специальными приборами для измерения индуктивности являются
приборы типа ЕЗ, емкостей — Е4. добротности — Е9. При отсутствии этих
приборов можно измерить индуктивность и емкость по схеме рис. 36.
Если емкость Со, пФ, известна, то, изменяя частоту на выходе генерато-
ра ИГ, определяют частоту резонанса f0, кГц, контура ЬХСО. На этой
частоте напряжение U2 минимально. Индуктивность подсчитывают по
формуле: Lx l/4-n2fiCo = (2,53 -107 )lflC0.
При наличии известной образцовой индуктивности Lo, мГн, в той же
схеме измеряют неизвестную емкость, пФ: Сх = (2,53-107)//о^<х-
Уровень на выходе генератора при измерении не изменяют. Сопротив-
ление Ro =54-10 Ом; 7?рСЗ =34-5 кОм.
. Если известно, что добротность индуктивности высока, но значение
индуктивности неизвестно, то можно измерить модуль ее входного со-
противления Zix, Ом, и подсчитать индуктивность, мГн: Lx = Zix!2-nf,
где f — частота, кГц. Аналогично для конденсатора Сх высокой доброт-
ности находят емкость, пФ: С = (Zcx-109)/2jt/. Если измерения прово-
дят по схеме амперметра-вольтметра, то Lx = UI6,2%fL, Сх -II6,28fU, где
I — ток, А.
Этим способом можно измерять и емкости электролитических
конденсаторов, но во избежание их повреждения измерительное напря-
жение не должно превышать 1 —2 В.
Отсутствие короткозамкнутых витков в обмотке индуктивности про-
веряют по схеме рис. 36. Настраивают какой-либо вспомогательный кон-
тур £Св резонанс: на частоту /0. Приближают к этому контуру проверя-
емую индуктивность Lo. Если в ней есть короткозамкнутые витки, то ре-
зонанс в контуре LC нарушится и напряжение U2 резко возрастет. В ка-
честве измерительной схемы можно использовать и радиоприемник, на-
до
Рис. 36. Схемы измерения резонансного контура индуктивности и емкости
Рис. 37. Измерение добротности обмотки индуктивности
строенный на какую-либо станцию. Приближение к его антенному кон-
туру обметки с короткозамкнутыми витками уменьшит громкость
звука.
Определение добротности обмотки индуктивности производят по
схеме рис. 37. Здесь Со — конденсатор известной емкости, а емкость
конденсатора Ссв составляет примерно 5% Со. При медленной горизон-
тальной развертке на экране осциллографа появляется кривая затухаю-
щих колебаний. При высокой добротности обмотки амплитуды А и Б
мало различаются, при низкой — амплитуда Б значительно меньше А.
Добротность можно определить так: Q-l,36/\g(A/B).
Проверку конденсаторов на отсутствие пробоя производят омметром
по схеме измерения сопротивлений. При большой емкости конденсатора
(микрофарады) стрелка прибора в момент подключения отклонится,
а затем вернется к R При малых емкостях отклонения стрелки нс
произойдет. При наличии утечки (уменьшения добротности) омметр
покажет конечное сопротивление. У исправных электролитических кон-
денсаторов имеется некоторое конечное сопротивление, но оно не долж-
но быть менее 100 кОм, а ток утечки, измеренный миллиамперметром
постоянного тока, 1у С С1/-10~ч + т, где С — номинальная емкость, мкФ;
U— номинальное рабочее напряжение, В; ш=0,2 для С< 5 мкФ; ш=0,1
Дня С=5-?5О мкФ; т^О для С> 50 мкФ.
На рис. 38 приведены схемы измерения индуктив-
ности и емкости резонансным методом.
При измерении индуктивности Lx производят настройку контура
^'хСэ (рис. 38, а) на нужную частоту f\ с помощью калиброванного
(.эталонного) конденсатора Сэ минимуму показания вольтметра Ut.
Индуктивность Lx определяется по формуле, Гн: Lx = 1/(2тт/)2Сэ.
Добротность исследуемой обмотки индуктивности Q[ ~UzlUi,z ее ак-
тивное сопротивление, Ом: Rn = /Qx.
Дтя измерения емкости Сх, кроме эталонного конденсатора Сэ,
необходимо иметь еще эталонную индуктивность £э (рис. 38, б).
помощью эталонного конденсатора контур ГЭСЭ настраивают на часто-
41
Рис. 38. Схемы измерения индуктивности (о) и емкости (б)
ту сигнала при разомкнутом ключе S, фиксируют после этого значения
эталонной емкости С3 и определяют добротность Qi по приведенной
выше формуле. Подключив ключом S исследуемую емкость Сх, вновь
настраивают схему в резонанс и фиксируют новые значения емкости эта-
лонного конденсатора и добротности Qi. Емкость измеряемого кон-
денсатора и его добротность определяют из выражений: Сх = С3 — C3j;
Qx =QiQi (Сэ - СЭ1)/((21 - &) с3.
Эти схемы измерения использованы в специальных измерительных
приборах — куметрах. Сопротивление резистора R1 выбирают равным
внутреннему сопротивлению генератора G, сопротивление резистора
Ri = Н5 кОм. Точность измерения зависит от качества эталонной индук-
тивности L3 и эталонного конденсатора С3, от точности установки часто-
ты сигнала и его чистоты (отсутствия высших гармонических составля-
ющих) . Индуктивности обмоток и емкости конденсаторов часто изме-
ряют с помощью мостов переменного тока. Качество обмотки индуктив-
ности или конденсатора часто оценивают с помощью тангенса угла
потерь tgS, где угол S = 90° — <р. Поэтому tgS = tg(90° — <р) = 1/ tg </? =
= г /х = 1 /Q. Чем меньше активная составляющая полного сопротивления
г конденсатора или индуктивности, тем меньше тангенс угла потерь и
тем выше добротность.
К конденсаторам и обмоткам индуктивности, используемым в схемах
фильтров и других четырехполюсников, предъявляют требования высо-
кой добротности и стабильности параметров. В фильтрах, как правило,
применяют конденсаторы с добротностью выше 1000. Лишь бумажные
конденсаторы, используемые в схемах фильтров нижних частот (ФНЧ
тональных частот), имеют добротность 140—200. Добротность керамичес-
ких конденсаторов, используемых в полосных фильтрах высоких частот,
достигает 2000, а слюдяных — 2000—4000. Добротность конденсаторов
всегда значительно больше добротности обмоток индуктивности. Ста-
бильность параметров конденсаторов учитывается температурным коэф-
фициентом емкости (ТКЕ) — относительным изменением емкости
ДС/С на ГС изменения температуры окружающей среды. У разных
типов конденсаторов имеются как отрицательные, так и положительные
ТКЕ. Желательно применять конденсаторы с малым ТКЕ. В зависимости
от значения ТКЕ конденсаторы классифицируются по группам от А до С-
42
Повреждения конденсаторов могут быть различными: исчезновение
емкости вследствие обрыва проводов или пробоя диэлектриков, окис-
ление контактов в точках соединения выводов и пластин, снижение изо-
ляции между выводами, проникновение влаги, а также периодическое
исчезновение емкости из-за плохих контактов в соединениях выводов
и пластин. Индуктивность обмоток зависит от частоты, собственной ем-
кости и магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника. Доброт-
ность индуктивности всегда имеет частотную зависимость. Экран, если в
него помещают обмотку, уменьшает ее индуктивность и добротность,
но и уменьшает паразитные связи от электромагнитных полей обмотки
и внешних полей. Индуктивность обмотки с ферромагнитным сердечни-
ком с увеличением тока уменьшается при постоянной частоте. Индуктив-
ность обмотки без таких сердечников не зависит от тока, протекающего
по обмотке. Измерения параметров обмоток индуктивности, входящих
в схему фильтра, должны выполняться на средней частоте полосы про-
пускания фильтра или на резонансной частоте контура, если катушка
входит в него. Измерения параметров обмоток с ферромагнитным сер-
дечником надо выполнять при токе, близком к току через обмотку в
рабочем режиме. Параметры обмоток могут изменяться безвозвратно
(из-за старения материала сердечника, пропитки) или временно (из-за
изменения окружающей температуры). Характерные повреждения в
эксплуатации: обрыв обмотки, обрыв жилы литцендрата (потеря до-
бротности) , механические повреждения сердечника (значительная потеря
индуктивности и добротности), изменение изоляции провода под влия-
нием влажности (потеря добротности), смещение обмотки относительно
экрана (изменение индуктивности и добротности).
4. ИЗМЕРЕНИЯ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
Четырехполюсники — это элементарные схемы, имеющие два входных и
два выходных зажима, обладающие определенной избирательностью по
пропусканию токов различных частот. Типичным примером четырехпо-
люсника (ЧП) являются фильтры. Полосу частот, токи которых фильтр
хорошо пропускает, называют полосой частот пропускания. Полосу
частот, токи которых фильтр не пропускает, называют полосой запира-
ния фильтра. Частоты, лежащие на границах этих полос, называют часто-
той среза фильтра /с.
Основными параметрами, характеризующими
качество четырехполюсника, в частности фильтра, явля-
ются затухание и входное сопротивление. Входное сопротивление — это
полное сопротивление, измеренное со стороны входных или выходных
зажимов. Значение и частотный характер изменения входного сопро-
тивления четырехполюсника определяются его схемой и нагрузкой, под-
ключенной к выходным зажимам. Входное сопротивление ЧП, измерен-
Пр 1 отсутствии нагрузки на выходных зажимах, называют входным
43
сопротивлением холостого хода Zx, а сопротивление, измеренное при КЗ
выходных зажимов, — входным сопротивлением короткого замыкания
ZK. Характеристическое или собственное сопротивление фильтра равно
среднему геометрическому значению сопротивлений холостого хода и
короткого замыкания : Zc = \JZyZK . Если характеристические сопро-
тивления со стороны входных Zqi и выходных Zq2 зажимов равны, то
это симметричный ЧП, если не равны — то несимметричный. При
нагрузке ЧП на сопротивление, равное характеристическому (7?нг =
= Zc2), входное сопротивление его ZBX будет равно характеристическо-
му Zc]. При исследовании ЧП (фильтров) измеряют не полное сопро-
тивление, а его модуль. По изменению модуля входного сопротивления
вне полосы частот пропускания определяют его характер. Если с увеличе-
нием частоты модуль сопротивления возрастает, то в данном диапазоне
частот сопротивление имеет индуктивный характер, а если уменьша-
ется — то емкостный. Уменьшение кажущейся мощности сигнала
(Р = UP) при его прохождении через ЧП (фильтр) называют затуханием.
Различают рабочее, собственное (характеристичес-
кое), вносимое и затухание передачи.
Рабочим затуханием ЧП (фильтра) называют десятичный
логарифм отношения мощности, которую может отдать генератор
нагрузке, равной его внутреннему сопротивлению, к мощности, отдава-
емой тем же генератором рабочей нагрузке фильтра, подключенной к
генератору через исследуемый фильтр. Для определения рабочего затуха-
ния ЧП необходимо знать модули входных сопротивлений Zt и Z2 участ-
ков реальной схемы, между которыми включен исследуемый ЧП
(фильтр) в рабочих условиях.
Собственным затуханием ЧП (фильтра) называют деся-
тичный логарифм отношения мощности Pt, отдаваемой генератором с
внутренним сопротивлением, равным характеристическому сопротивле-
нию Zci исследуемого ЧП, согласованной нагрузке Z^y, к мощности Р2,
выделяющейся на нагрузке, равной характеристическому сопротивлению
ЧП (фильтра) со стороны выходных зажимов Zq2, подключенной к то-
му же генератору через исследуемый фильтр.
Вносимым затуханием ЧП (фильтра) называют десятич-
ный логарифм отношения мощности Рх, выделяющейся на рабочей на-
грузке фильтра в случае подключения ее непосредственно к генератору,
к мощности Р\, выделяющейся на той же самой нагрузке, подключен-
ной к тому же генератору через исследуемый фильтр. Если RHr =Rr, то
рабочее затухание равно вносимому. Если Rr = Zqj = Zq2 ~ ^нг, то
все три вида затухания численно равны.
Частотная характеристика рабочего затуха-
ния фильтра позволяет полностью оценить качество фильтра в части
способности передачи сигналов. Сравнивая данные, полученные из анали-
за частотной характеристики рабочего затухания фильтра, с соответст-
вующими нормами, оценивают качество фильтра.
44
Иногда для оценки фильтра удобнее пользоваться частотной ха-
рактеристикой избирательности фильтра Ддраб ~
= д б — Драбтгл • Фильтр считается дефектным, если его частотная ха-
рактеристика рабочего затухания не соответствует нормам. Эти нормы
обычно задаются или шаблонами частотных характеристик, или таблич-
ными данными значений затуханий.
Полное сопротивление двух- или четырехполюсников
включает в себя активные и реактивные сопротивления и имеет частот-
ную зависимость. Полное сопротивление линейных двухполюсников
определяется только параметрами его элементов. Полное сопротивление
нелинейных двухполюсников зависит не только от параметров их эле-
ментов, но и от тока и напряжения сигнала генератора при измерениях.
При наладке чаще измеряют модуль сопротивления Z, т.е. входное со-
противление четырехполюсника. Иногда определяют только активную
(например, при измерении заградителей), реактивную составляющие или
фазовую постоянную полного сопротивления. Измерения модуля полно-
го сопротивления Z, который также называют входным сопротивлением
четырехполюсника, выполняют методами: амперметра-вольтметра, ма-
лого и большого сопротивления и сравнения. В схеме рис. 39, а с по-
мощью миллиамперметра и вольтметра измеряют ток Ц, проходящий
через сопротивление Z% и напряжение Ut на этом сопротивлении. Мо-
дуль полного сопротивления Z -Ui/Ц .В схеме рис. 39, б измерение тока
заменяют измерением падения напряжения U2 на известном малом со-
противлении Ао <0,1 ZBX =» 10 Ом. Модуль полного сопротивления
здесь ZBX = [ (Ut - U0)R0] /Uo = UiR0/U0 - Ro. Погрешность измере-
ния, вносимая резистором Ro, зависит от точности подбора сопротивле-
ния Ro и соотношения его значения со значением измеряемого входного
сопротивления. Так как входные сопротивления ЧП обычно не меньше
100 Ом, то удобно пользоваться измерительным резистором Ro с сопро-
тивлением 10 Ом. Его можно изготовить из калиброванного или любого
Рис. 39. Измерения сопротивле-
ний методами:
с-амперметра-вольтметра; б—
малого сопротивления; в —
большого сопротивления
45
другого провода с повышенным удельным сопротивлением. Намотку ре-
зистора Ro нужно сделать бифилярной, чтобы обсепечить отсутствие
реактивности. Резистор R1 необходим для улучшения формы сигнала,
его сопротивление выбирают близким к входному сопротивлению ИГ.
Для упрощения подсчетов желательно устанавливать значение t70 крат-
ным значению Ro. Если, например, Ro = 10 Ом и Uo = 10 мВ, то Z =
= (Ut — t/o)103 =U1 -103 — Ro. Значение сопротивления измерительного
резистора Ro, включенного в заземленный провод цепи, должно быть ми-
нимальным, поскольку его включение ухудшает заземление. Эту схему
не следует применять, если имеется влияние посторонних электромагнит-
ных полей. Если практически невозможно отсоединить от земли измеря-
емый двух- или четырехполюсник (например, при измерении входных
сопротивлений ВЧ тракта и при Ro > Z), то резистор Ro включают в по-
тенциальный провод схемы (рис. 39, в) и расчет ведут по формуле
Z = U3R0/(U2 — U3) =Ro/(.U2/U3 — 1). Погрешность измерения достига-
ет здесь 20% и зависит от фазового угла сопротивленияZBX (увеличива-
ется с ростом реактивной составляющей Z). Погрешность уменьшается
при увеличении Ro по сравнению с Z, а с увеличением частоты увеличи-
вается.
При измерениях в полосе пропускания фильтров погрешность невели-
ка, так как здесь сопротивление фильтров имеет активный характер.
Если установить L\, мВ, равным Ro, Ом, то Z, Ом равно U3, мВ. Допол-
нительная погрешность при этом определяется так, %: S = (ZBX-100)//?o.
При измерении методами малого и большого сопротивлений определение
напряжения выполняется на разных шкалах вольтметра и для получения
точности измерения, равной 1%, необходимы приборы класса 0,5 (так
как погрешность здесь может быть двойной по отношению к классу при-
бора) .
Более точные измерения модуля входного сопротивления дают мето-
ды сравнения (рис. 40, а, б), так как здесь исключается влияние на точ-
ность измерения погрешности вольтметра. В положении 7 переклю-
чателя S измеряют напряжение Ux. Переключатель переводят в положе-
ние 2 и подбором сопротивления образцового резистора (магазина со-
противлений R2), не изменяя частоту и выходной уровень генератора,
Рис. 40. Измерение сопротивления методом сравнения
46
устанавливают напряжение U2 равным измеренному 14. При этом мо-
дуль измеряемого сопротивления равен сопротивлению резистора R2.
Значение R3 выбирают из условия R3 > 10Zj, а напряжение £4 измеря-
ют для наибольшей чуствительности вольтметра. Схема рис. 40, б отли-
чается от схемы рис. 40, а тем, что сопротивление переменного резистора
R2 и измеряемое Zx включены последовательно и обтекаются одним
и тем же током, что значительно снижает погрешность измерения вход-
ных сопротивлений со значительной реактивной составляющей. На точ-
ность измерений по вышеприведенным схемам, кроме класса точности
измерительных приборов и сопротивлений резисторов, влияют гармони-
ческие составляющие в сигнале измерительного генератора. Идеально
было бы применение измерительных фильтров на выходе генераторов.
В какой-то степени влияние гармонических составляющих можно сни-
зить, нагрузив генераторы на резисторы R1 с сопротивлением, близким
к их входному сопротивлению, и выполнив измерения при небольшой
выходной мощности генератора. Форму сигнала можно контролировать
осциллографом, подточенным к измеряемому сопротивлению Zx, и
на резисторе R 2.
Помехи и наводки также сильно влияют на увеличение погрешностей
или возникновение ошибок в измерениях. Наличие напряжения помех
можно проверить в точках измерения при выключенном генераторе сиг-
нала. Оно должно быть меньше сигнала по крайней мере на порядок.
На точность измерений влияет и значение входного сопротивления изме-
рителя напряжения. Желательно, чтобы входное сопротивление измери-
теля было больше предполагаемого значения модуля измеряемого со-
противления в 20—30 раз. Применение в качестве измерителей напряже-
ния селективного вольтметра или селективного указателя уровня позво-
ляет совсем исключить погрешности от гармонических составляющих
сигнала.
Измерение составляющих комплексных сопротивлений лучше всего
выполняется с помощью мостов переменного тока —измерителей полных
сопротивлений или полных проводимостей. При отсутствии таких
мостов для измерения полных сопротивлений и их составляющих
двухполюсников можно применить мостовые схемы.
В схеме рис. 41 изменением сопротивления заранее отградуированно-
го резистора R 0 и емкости конденсатора Со (или магазина сопротивле-
нии и емкостей) добиваются явно выраженного минимума показаний
вольтметра. Если изменением емкости конденсатора Со не удается до-
биться явно выраженного минимума, то переключатель следует пере-
вести в другое положение и изменением значения Ro и Со добиться мини-
мума показаний вольтметра. Если этот минимум получают в положении
переключателя, то измеряемое сопротивление имеет индуктивный ха-
РактеР, если в положении С — то емкостный. При равенстве напряжения
пулю активная составляющая измеряемого сопротивления Zx равна
новленному сопротивлению измерительного резистора Ro. Реактив-
47
Р и с. 41. Измерение активной и реак-
тивной составляющих полного сопро-
тивления
ная составляющая Х= 1,59-108/(27г/Со), где f — частота, на которой про-
изводятся измерения, кГц; Со — установленная емкость измерительного
конденсатора при нулевом показании вольтметра, пФ. Определив Ro и X,
получаем модуль полного сопротивленияZ ~\/R2 +Х2. Погрешность из-
мерения зависит от добротности измерительного конденсатора. В качест-
ве Со можно использовать воздушные, керамические или слюдяные кон-
денсаторы с малым tgS. При измерении активной составляющей полного
сопротивления не обязательно добиваться нулевого показания вольтмет-
ра, достаточно уменьшить его при помощи Со, а затем добиваться явного
минимума при изменении Ro. Активное сопротивление равно установ-
ленному значению Ro. Вместо вольтметра можно использовать другой
прибор с высокочастотным входом — указатель уровня или осцил-
лограф.
Измерение затухания. Передаваемые сигналы затухают (ослабляются)
при прохождении через пассивные элементы канала связи (ВЧ кабели,
фильтры, ВЛ и т.д.). Степень ослабления оценивают значением затуха-
ния элемента, группы элементов, части канала или всего канала в целом.
Если каскад содержит усилительные элементы, то мощность сигнала на
выходе может оказаться выше, чем на входе. Затухание и усиление из-
меряют по одинаковым схемам и рассчитывают по одинаковым фор-
мулам.
Затухание зависит от сопротивления резисторов и всех других элемен-
тов (добротности обмоток индуктивности и конденсаторов, утечек и
т.д.), а также от качества согласования входного сопротивления каскада
с выходным сопротивлением предыдущего и с входным сопротивлением
последующего каскада (нагрузка). За ухание является параметром ис-
следуемой электрической цепи, который оценивает ее способность пере-
давать сигнал от источника к приемнику.
Затухание четырехполюсников оценивается при сравнении мощности
Р2, выделяемой на реальной нагрузке, подключенной на выход четырех-
полюсника, и исходной мощности сигнала Рг.
Pi Ui Zi
Затухание определяется выражением а = 101g — =201g — + 101g—з
Рг ^2 Z2
где Pi — кажущаяся мощность, выделяющаяся в электрической цели
на сопротивлении Z i; Ui — модуль напряжения; Р2 — кажущаяся мош-
48
Рис. 42. Структурная схема канала связи
ность, выделяющаяся на сопротивлении Z2; U2 — модуль напряжения.
Канал связи можно изобразить структурной схемой, представленной
последовательно соединенными четырехполюсниками (рис. 42). К
выходу измерительного генератора ИГ, имеющего ЭДС Е и внутреннее
сопротивление ZT, подключен каскад ЧП1 с входным сопротивлением
ZBX. Нагрузкой каскада ЧП1 является входное сопротивление каскада
ЧП2 и т.д. Каскад ZHr — это двухполюсник. Часто последовательное со-
единение А, В, С, D рассматривают как один ЧП, включенный между G и
нагрузкой ZHr. Входные зажимы такого ЧП 1, 2, а выходные — 9, 10.
Канал связи при измерении остаточного затухания рассматривают как
ЧП, входными зажимами которого является вход передающего комп-
лекта, а выходными — абонентский вход аппаратуры уплотнения на при-
емной стороне канала. Измерительный генератор отдает максимальную
мощность Рт нагрузке в том случае, когда сопротивления Zr и ZBX
согласованы, т.е. равны между собой. При их неравенстве в месте их со-
единения возникает отражение и на нагрузке выделяется меньшая мощ-
ность. Степень отличия Рнг от Ртах зависит, следовательно, от согласова-
ния Zr и ZBX и оценивается величиной затухания отражения дотр, дБ:
йотр ~ 101g
Р нг
?тах
= 201g
Zr + 2НГ
2 y/Z rZ Hr'
. Для определения дОТр измеря-
ют Zr и ZBX, как показано выше. При Zr — ZBX потери на отражение от-
сутствуют и затухание отражения равно нулю.
Для измерения затуханий четырехполюсников желательно иметь из-
мерительные генераторы с заданными значениями внутреннего сопро-
тивления или применять схемы эквивалентного генератора. В схеме
эквивалентного генератора ЭГ (рис. 43,а) любой измерительный генера-
тор нагружают на резистор R1 с сопротивлением, равным номинальному
значению нагрузки. Последовательно с нагрузкой ZHr включается ре-
зистор Дг, сопротивление которого выбирается равным внутреннему
сопротивлению эквивалентного генератора. Зажимы 1 и 2 схемы явля-
выходными зажимами эквивалентного генератора с внутренним со-
противлением RT и ЭДС, равной напряжению Ug, измеренным на зажи-
мах резистора R1. Мощность, отдаваемая данным ЭГ согласованной на-
49
Рис. 43. Схемы эквивалентных генераторов
грузке, определяется выражением Ро =Ull4Rr. В схеме рис. 43, б генера-
тор нагружается на удлинитель R1—R3 с характеристическим сопротив-
лением Rr и собственным затуханием ccog > 1,5 дБ. Со стороны зажи-
мов 1 и 2 схема представляет собой ЭГ с внутренним сопротивлением
Rr и ЭДС, равной напряжению Ор на зажимах 1, 2 при отключенной
нагрузке. Мощность, отдаваемая ЭГ согласованной нагрузке, равна Ро =
= Ь/в2х/4Дг; A, = R2 =Pr(V^-l)/(V&Al); R3=2ArX/c7(C-l),
где С — ^вх/^вых-
В тех случаях, когда входное сопротивление ЧП согласовано с сопро-
тивлениями нагрузки и генератора, отражения на выходе и входе от-
сутствуют и ослабление сигналов обусловлено лишь его собственным
затуханием ас
Измерение рабочего затухания. Идеального согласования на входе и
выходе ЧП добиться практически невозможно. Поэтому при наладке
потери оценивают по рабочему затуханию ср, которое учитывает, кроме
собственного затухания, затухание отражения на входе и выходе измеря-
емого ЧП, а также затухание, обусловленное взаимодействием этих от-
ражений свз: ср =сс + сотр.вх + Дотр.вых. +свз- При измерении рабочего
затухания четырехполюсника с целью уменьшения затухания от отра-
жения внутреннее сопротивление эквивалентного генератора RT и сопро-
тивление нагрузки /?11г схемы измерения должны быть соответственно
равны модулю входного сопротивления электрической цепи, включен-
ной на вход ЧП, и модулю входного сопротивления электрической цепи,
включенный на выход ЧП:ср = 101g(Pr/PHr).
При измерении рабочего затухания по схеме рис. 44 определяют, дБ:
Ср = 201g(t/1/2f/2) + 101g(RHr//?r);
Ср = 201ё(^/С/2) + 101g(KHr/4Ar);
. ср = 201g(t7,/t/2) + 101g(/?l!r/Ur) -6.
Если измерения производят указателем уровня, отградуированным
на 600 Ом, в последней формуле 201g(LA/U2) =Pi — р2 и cp=Pi — р2 +
+ 101g(/?[Ir//?r) — 6. Погрешность измерения зависит от точности выбора
50
сопротивлений резисторов Rt, R4. Точность измерения рабочего затуха-
ния повышается, если применить схему сравнения (рис. 45). В этом слу-
чае исключается погрешность, вносимая измерительным прибором при
отсчете на разных шкалах. Переключатель S устанавливают в положение
1, затем переводят в положение 2 и, изменяя затухание с помощью М3,
добиваются равенства показаний указателя V в обоих положениях.
Указателем может быть вольтметр или указатель уровня с высоким
входным сопротивлением.
Рабочее затухание, дБ: = дм,3 + 101g(7?5/Rl), где дм-3 — затухание,
введенное на М3 при равенстве показаний V в обоих положениях пере-
ключателя. Перед измерением отключают ЧП и, соединив резисторы R1
и R3, добиваются равенства показаний указателя в положении 1 и 2.
Если схема исправна, то при R1 = R3 затухание М3 равняется нулю, при
Rl > R3 ам 3 = 201g( 1 + R1/R3) - 6, при Rl < R3 ам.3 =6- 201g( 1 +
+ R1/R3).
Точность измерения определяется точностью магазина затуханий.
Измерение вносимого затухания. Величиной вносимого затухания двн
оценивают изменение мощности Рнчп> 0ТДаваем°й нагрузке при подклю-
чении этой нагрузки к генератору через ЧП, по сравнению с мощностью
РНг> отдаваемой генератором при непосредственном подключении на-
грузки к генератору, дБ: двн = 101g(PHr/PH чп) •
Вносимое затухание можно измерить по тем же схемам, что и рабочее,
и рассчитывать по формуле: двн =др — 201g
+ 201g
2R3
Rl + R3
Р и c. 45. Схема измерения рабоче-
го затухания методом сравнсиия
Rl + R3
1\I~rTrT
R3
= др- 101g— +
Rl
51
При наладке для измерения вносимого затухания чаще используется
схема рис. 46. Измеряют напряжения и U2 при соответствующих по-
х /С4 / и2\
пожени я х ключам (1, 2). При этом двН =201g(C7i/C72) =201gl— / —1 =
\6'о / 1/0/
= Pi - Р2, где J70 — напряжение, соответствующее абсолютному нулево-
му уровню. Если внутреннее сопротивление генератора неизвестно, то
его модуль может быть определен путем измерения напряжения сигнала
Uy на выходе при нагрузке на известное сопротивление R1 и напряжения
U2 при нагрузке выхода генератора на другое известное сопротивление
R2: Zr=Rl(U2 - Uy)/(Ut - kU2),rRe k=Rl/R2.
Измеряют также частотную характеристику модуля внутреннего со-
противления генератора или его значения на средней частоте рабочей по-
лосы частот, используемой при измерении.
Измерение затухания передачи. Для определения затухания передачи
йпер измеряют мощность Рвых, отдаваемую генератором в ЧП, и мощ-
ность Рпг, выделяющуюся в нагрузке ZHr, по схеме рис. 47:
йпер ~ 101g РвЫХ/Рнг — 101g(C7jZjZHr/U2).
При отсутствии миллиамперметра для измерения тока Ц значение за-
тухания передачи определяют, измерив предварительно модуль входного
сопротивления ZBX четырехполюсника, по формуле:
Дпср = 101g(t7lZHr/ZBxt71) = 201g Ux/U2 + 101gZur/ZBX.
Затухание передачи меньше рабочего на значение затухания отраже-
ния, вызванного несогласованностью внутреннего сопротивления генера-
тора с входным сопротивлением ЧП.
Рис. 47. Схема измерения затуха-
ния передачи
52
Рис. 48. Схема измерения затухания несогласованности и коэффициента отраже-
ния
Измерение затухания несогласованности и коэффициента отражения.
Степень согласования двух входных сопротивлений (двух четырехполюс-
ников) можно оценить (рис; 48) по значениям затухания несогласован-
ности анс и коэффициента отражения k0, дБ:
®нс 201g
Zj + Z2
Zt - Z2
= - 201g k0
В схеме не нужно измерять Zj и Z2. Точность измерения тем выше,
чем больше сопротивление измерительных резисторов Ко (рекомендует-
ся Ro = 1000 Ом, коэффициент отражения k0 = 2С/2/Ц). Затухание не-
согласованности определяют по выражению аяс = 201g( 171/2 U2) =
=201g((7| / U2) - 6. Чем лучше согласованы четырехполюсники, тем боль-
ше анс. При полном согласовании напряжение U2 равно нулю, затухание
несогласованности — бесконечности.
Измерение частотных характеристик затухания. Частотные харак-
теристики затухания — это совокупность измеренных затуханий для раз-
личных частот по вышеприведенным схемам. В зависимости от измеряе-
мого затухания могут быть частотные характеристики рабочего, вноси-
мого или собственного затухания (затухания передачи). Чаще в практи-
ческой работе при наладке аппаратуры уплотнения измеряют частотные
характеристики рабочего затухания ар На измерительном генера-
торе последовательно устанавливают частоты. Напряжение V\ на выходе
генератора поддерживают постоянным на всех частотах. Диапазон изме-
рения частоты и интервалы между отдельными измерениями определяют
с учетом диапазона рабочих частот, частот соседних каналов, назначения
Данного фильтра. Желательно напряжение Ui поддерживать таким, чтобы
напряжение на выходе измеряемого ЧП было того же порядка, что и в
рабочем режиме. Расчет затухания на каждой из частот производят по
Формулам для расчета затухания в зависимости от вида затухания.
Качество частотной характеристики определяет ее неравномерность
^йч.х — отличие затухания на каждой из частот от затухания на какой-то
одной частоте, принятой за основную (например, на частоте 800 Гц при
измерении частотной характеристики остаточного затухания телефонного
53
Рис. 49. Схемы измерения частотных характеристик избирательности четырехпо-
люсника
канала): Дсч.х =.<р (/) fx - afQ, где a fx — затухание, измеренное на
данной частоте; afo — затухание, измеренное на основной (нормирую-
щей) частоте данного элемента.
Для фильтров и резонансных контуров характеристику Дсч.х =¥’(/’)
вне рабочей полосы (пропускания) или затухания на частотах помехи
принято называть частотной характеристикой избира-
тельности или относитльного затухания. Избира-
тельность фильтра или контура — это разность затуханий, вносимых
фильтром на частоте сигнала, лежащего вне полосы частот пропускания,
и на средней частоте полосы пропускания фильтра.
Избирательность приемника и приемного
тракта аппаратуры — один из важных параметров, характери-
зующих возможность работы аппаратуры в условиях разного рода помех
(линейных и от других передатчиков). Избирательность приемника опре-
деляется в основном суммарной избирательностью всех фильтров, а
приемного тракта — суммой избирательностей всех фильтров и других
устройств, входящих в схему тракта приема системы: сИЗб = Дс0 -
— апрп - д0, где дпр„ — затухание на n-й частоте; а0 — затухание на часто-
те, принятой за основную (нормирующую).
Более точные результаты измерений получают при использовании ге-
нераторов с внутренним сопротивлением, значительно меньшим, чем
входное сопротивление четырехполюсника ZBX > (10 — 20)Zr.
Измерение частотных характеристик избирательности можно произ-
водить по схемам рис. 49. Установив частоту сигнала генератора равной
нормирующей частоте исследуемого фильтра (рис. 49, а), измеряют на-
пряжение сигнала U2 на выходной нагрузке фильтра. Оставляя неизмен-
ным уровень сигнала Uf на выходе измерительного генератора G, меняют
его частоту и для каждой точки измерения фиксируют значения напряже-
ния U2i на нагрузке. Избирательность определяется выражением сч.х =
= 201g(L^/ U2i). В схеме рис. 49, б в качестве сопротивления используется
рабочая нагрузка или эквивалентное ей сопротивление. Сопротивление
Rr резистора равно внутреннему сопротивлению генератора G. В положе-
нии 1 переключателя S на всех измеряемых частотах устанавливают оди-
наковое значение напряжения L\. Напряжение U2 измеряют в положе-
54
нии 2 переключателя. Избирательность или относительное затухание
определяется как, дБ: Ддч.х = 201g(r72o/{72zj =£20 ~Ри, где U20 - на-
пряжение на сопротивлении Z2 на основной частоте. В; р20 — соответст-
вующий уровень, дБ; С/2г- — напряжение на сопротивлении Z2 на данной
частоте измерения, В; р-ц — соответствующий уровень, дБ.
Можно также измерить избирательность в схеме рис. 49, б, но при под-
держании постоянным напряжения U2 на выходе ЧП. При этом избира-
тельность приемника максимальна на той частоте, на которой входное
напряжение Ur минимально:
Адч.х = 201g( Uii/Unfiin) — Pij — Pimin-
При измерениях обязательно определяют затухания на крайних часто-
тах рабочего спектра, фиксируют все частоты, на которых затухание
имеет экстремальные значения. По данным измерения строят графичес-
кое изображение частотной характеристики избирательности. Погреш-
ность при измерении частотной характеристики затухания вызывается не
только погрешностью приборов и отсчетов, но и наличием гармоничес-
ких составляющих в сигнале измерительного генератора.
Измерение усиления. При прохождении сигнала через активные четы-
рехполюсники - усилители, входящие в схему аппаратуры уплотнения, —
мощность или напряжение сигнала увеличивается. Усиление оценивается
коэффициентом или значением усиления. Коэффициент усиления по на-
пряжению кп или по мощности км — это отношение напряжения £4ЫХ
или мощности РВых на выходе измеряемой цепи к аналогичным значени-
ям С4х и Рвх сигнала на входе этой цепи:
кц ~ ^4ых/^вх> к-м ~ ^вых/^вх-
Коэффициент усиления в логарифмической форме S = 201gfcH или
5 = 20Ig км.
При измерении усиления или коэффициента усиления усилителя уси-
лительного каскада или тракта на их вход подают сигнал на средней час-
тоте рабочей полосы. Напряжение измерительного сигнала, подаваемого
на вход усилителя, должно по возможности соответствовать его рабоче-
му напряжению (с отклонением не больше ± 30%) во избежание боль-
шой погрешности измерения из-за нелинейности усилителя. Усиление
усилителя часто зависит от внутреннего сопротивления источника сиг-
нала, подключаемого на вход усилителя. Поэтому схема эквивалентного
генератора должна иметь такое же выходное сопротивление, как и ре-
альная схема подключения усилителя. На выход измерямого усилителя
включается реальная нагрузка либо резистор, сопротивление которого
равно модулю сопротивления реальной цепи, подключенной к выходу
усилителя.
На схеме рис. 50, а сигнал с генератора поступает на вход усилителя
через магазин затухания М3 с характеристическим сопротивлением
55
Рис. 50. Схемы измерения усиления с помощью магазина затухания (а) и потен-
циометра (б)
Zr, равным сопротивлению эквивалентного генератора. Напряжение
сигнала Ur выбирают таким, чтобы на М3 включить затухание 10—15 дБ
при рабочем напряжении на входе усилителя. Измерения производят
электронным вольтметром или измерителем уровня с высокими вход-
ными сопротивлениями. Рабочее усиление усилителя (по напряжению и
по уровню) 5pa6=201g(l7Hr/14)-101g(^HrMr)+«м.з= (Рнг~Рг) -
— ^01g(7?Hr/Zr) +йм.з.
Коэффициент усиления по напряжению опре г,еляется как кн -
= 1/Нг/^вх- На схеме рис 50, б выход генератора нагружают на потен-
циометр с сопротивлением R i, равным или меньшим внутреннего сопро-
тивления эквивалентного генератора. Подав с измерительного генератора
G напряжение сигнала, устанавливают потенциометром Rx напряжение
иг, соответствующее норме на входе усилителя, и измеряют напряжение
£/нг на его выходе. Затем устанавливают выходные напряжения UT = UHr,
а потенциометром регулируют напряжение на выходе усилителя до зна-
чения, равного ранее измеренному €7НГ. Рабочее усилие в этом случае
^раб = 201ё(Бгнг/ UBX) — 101g(KHr/Rr) + 6 — (Рнг ~~ Рвх) — ^01g(7?nr/Rr) +
+ 6. Коэффициент усиления здесь кн . Если усилитель не отклю-
чают от схемы аппаратуры, то можно измерить его усиление по напряже-
нию. Сигнал измерительного генератора подают на вход тракта. Напря-
жение устанавливают равным напряжению рабочего сигнала в этой точке
по диаграмме уровней.
Измерение нелинейности. Электронные лампы, полупроводниковые
приборы, трансформаторы и дроссели с сердечниками из магнитных ма-
териалов, работающих в режиме насыщения, а также состоящие из них
усилители, преобразователи частоты относятся к нелинейным элемен-
там. Сигналы при прохождении через нелинейные элементы искажаются,
в результате этого кроме исходных частот появляются новые синусои-
дальные составляющие — продукты нелинейности. При поступлении на
вход нелинейного элемента нескольких частот на его выходе образуются
не только чисто гармонические составляющие каждой из частот, но
и их комбинационные частоты вида + f2, 2fL ± f2,nf\ + mf2, где
и и т — 1, 2 ... — любые числа натурального ряда.
Гармоники и комбинационные частоты дают на выходе аппаратуры
мешающие частоты, что приводит к их влиянию на другие каналы связи
56
и на свой приемник, снижению КПД аппаратуры, ухудшению разборчи-
вости речи, изменению тембра звука, ошибкам в измерениях и т.д.
Степень нелинейности элемента или участка схемы оценивают коэффици-
ентами нелинейных искажений или затуханием нелинейности. Коэффи-
циент нелинейности можно определить как отношение действующих зна-
чений напряжения или тока всех гармонических составляющих и напря-
жения (тока) основной частоты или всего напряжения (тока) на выходе
элемента:
*hj = у/^+и2з + - --^/^; ^н2 = Щ + ... [7/
/У^+М+.-.+'гЯ
где СА, U2, Un — действующие напряжения соответствующих гармоник.
Затухание нелинейности дн и затухание нелинейности по гармоникам
Дни определяется как дн = 201g кк, аКп = 201g(i/]/Un), где 14 — напряже-
ние 1-й гармоники; Un — напряжение/?-й гармоники. Затухание нелиней-
ности усилителей, работающих в классе Б, измеряют при помощи двух-
частотного сигнала.
При наладке ВЧ каналов связи оценку нелинейности чаще произво-
дят по амплитудным характеристикам.
Амплитудная характеристика выражает зависимость
уровня напряжения или мощности на выходе измеренного элемента от
соответствующих уровней на его входе: С4ых =|Х^вх) и^вых=|Р(^вх)-
Иногда амплитудную характеристику можно представить зависимостью
усиления усилителя от напряжения сигнала на входе 5 = ^(С4Х) или
выходе S —<p(UBblx) усилителя. По амплитудной характеристике можно
определить минимальный и максимальный уровень (мощность) на входе
и выходе ЧП или системы, при которых не будет значительных нелиней-
ных искажений.
Заводские диаграммы уровней для каждого типа аппаратуры строятся
так, чтобы в различных ее точках уровни сигнала при допустимых его из-
менениях, все элементы и канал связи в целом работали на линейных
участках своих амплитудных характеристик. При наладке измеряют ам-
плитудную характеристику передатчика и амплитудную характеристику
остаточного затухания телефонного канала. При отыскании причин по-
вышения нелинейности измеряют амплитудные характеристики отдель-
ных блоков. Чаще всего значительные нелинейные искажения возникают
в усилителях мощности при неправильной их регулировке. Амплитуд-
ные характеристики измеряют при нагрузках, соответствующих рабочим
условиям. Для каналов телефонной связи измерения производят обычно
на частоте 800 Гц или на соответствующих ей преобразованных частотах.
5. ИЗМЕРЕНИЯ АППАРАТУРЫ
При наладке измеряют узлы, блоки и общие параметры и характерис-
тики аппаратуры.
Измерение фильтров. При наладке чаще всего измеряют рабочее за-
тухание и входное сопротивление фильтров. Исследование фильтров мо-
жет включать также измерение рабочего и характеристического сопро-
тивления, затухания нелинейности, коэффициента отражения или затуха-
ния несогласованности, фазового сдвига. Затухание несогласованности
измеряют в тех случаях, когда фильтр вносит в реальную схему доба-
вочную неравномерность частотной характеристики затухания.
Измеряют рабочие затухания всех фильтров. По схеме рис. 51, а
измеряют напряжения на выходе измерительного генератора и фильтра.
Сопротивления резисторов R1 и R2 выбирают равными (желательно бо-
лее точно) соответственно входному и выходному сопротивлениям
фильтра: ар = 201g((/i /2<72) + 101g(7?//R2); если R1 =R2, то ар = 201g х
х (Ц№).
Измерения производят электронными вольтметрами при уровнях сиг-
налов, соответствующих рабочим. Сигналы с большими уровнями могут
привести к пробою конденсаторов на резонансных частотах отдельных
контуров.
Рабочие затухания (и неравномерность в полосе пропускания, указан-
ная в скобках) для фильтров аппаратуры АВС не превышают, дБ:
2(0,7 — фильтр промежуточной частоты (ФПЧ); 9(1) — диапазонный по-
лосовой фильтр высокой частоты (ФПВЧ); 5(1) — фильтр входа
(ФВХ); 1 — полосовой фильтр (ФП).
Вне полосы избирательность: ФПЧ — 40 дБ при отстройке от края
полосы не менее 52 кГц; 74 дБ при отстройке менее 154 кГц; ФПВЧ —
зависит от диапазона рабочих частот (28 дБ при расстройке 20 кГц и
47 дБ при расстройке 40 кГц в диапазоне 600—1000 кГц, при более низ-
ких рабочих частотах расстройка при той же избирательности уменьшает-
ся соответственно до 4 и 14 кГц в диапазоне 32-160 кГц); ФВХ — не
регламентируется, но затухание обеспечивает линейную работу фильтра
ФПВЧ; ФП — не менее 30 дБ при отстройке ± 3%, 43 дБ при отстройке
± 5%, 45 дБ при отстройке ± 40 кГц.
Входное сопротивление вне полосы пропускания, как правило, значи-
тельно выше, чем в полосе. При этом затухание, измеренное при сопро-
Р и с. 51. Схема проверки фильтров в аппаратуре уплотнения (с) и линейного
фильтра (б)
58
тивлении резистора Rl, равном входному сопротивлению фильтра на
рабочих частотах, ниже фактического.
Характеристику затухания линейного фильтра можно также измерить
и методом затухания передачи (рис. 51, б), по которому мощность, по-
даваемую на вход ЛФ, подсчитывают по току и напряжению:
др - 101g| 17i/i.RHr/£^ |, ток /j измеряют милливольтметром или термо-
амперметром.
Характеристики линейных фильтров (ЛФ) снимают при больших
уровнях сигнала, так как эти фильтры включены на выходах мощных
усилителей (МУС). Если на контурах ЛФ возникнут высокие напряже-
ния ВЧ, то они могут при касании вызвать дугу. Полосу пропускания
фильтра определяют по двум точкам характеристики, где затухание пре-
вышает минимальное значение на 3 дБ.
Рабочее затухание ЛФ в полосе пропускания не более 2,5 дБ, вне по-
лосы на частотах, отстоящих на 10% от ее края, не менее 10 дБ. Если
фильтры расстроены, то входящие в них контуры надо настроить на рас-
четные частоты. При настройке ФНЧ и ФПЧ на стандартные частоты ис-
пользуют заводские данные этих фильтров. Отсчет частоты требует точ-
ности до 1 Гц.
Фильтры высокой частоты, собранные по дифференциально-мостико-
вой схеме, отличаются числом элементов. Настройка этих фильтров
сводится к настройке отдельных звеньев в плечах моста на заданные час-
тоты подбором значения емкости. Для большей точности настройки ак-
тивное сопротивление в настраиваемом контуре компенсируют резисто-
рами с активным сопротивлением 2—3 Ом, включенными в противопо-
ложное плечо моста. Резонанс при настройке определяют по минималь-
ному отклонению указателя на выходе фильтра (рис. 52).
При настройке двухзвенного фильтра один из контуров настраивают
на расчетную верхнюю крайнюю частоту рабочего диапазона, другой —
на расчетную нижнюю. При настройке трехзвенного фильтра контур,
включенный в плечо фильтра, настраивают на среднюю частоту, а .тва
контура, включенных в противоположное плечо, — на крайние частоты
полосы пропускания. Шестизвенный фильтр состоит из двух последова-
тельно включенных трехзвенных, каждый из которых настраивается от-
Р и с. 52. Схема настройки контура в дифференциально-мостиковом фильтре
59
Р и с. 53. Схема цепочечного фильтра
дельно. Соответствующие контуры в каждом из трехзвенных фильтров,
соединенных в шестизвенный, должны быть настроены на одинаковые
частоты.
Частоты настройки контуров в четырех- и восьмизвенном фильтрах
определяют по [2]. Частоты настройки соответствующих пар контуров
в восьмизвенном фильтре должны быть одинаковы. Для любых фильт-
ров при настройке каждого контура к нему подключают входной и вы-
ходной трансформаторы фильтров. Если после настройки отдельных
звеньев и соединения их между собой характеристика рабочего затуха-
ния фильтра окажется сдвинутой по отношению к заданной полосе про-
пускания, то необходимо фильтр перестроить, настроив контуры со
сдвигом частот, соответствующим получившемуся сдвигу полосы про-
пускания фильтра. После настройки фильтра измеряется его затухание.
Для настройки линейного фильтра, собранного по цепочечной схеме
(рис. 53), можно рассчитать значения емкостей конденсаторов Cl (СЗ) и
С2 при заданных значениях индуктивности LI = 0,5/. =0,5£, сопротивле-
ния нагрузки R и расчетных крайних частот рабочей полосы /1 и f2:
Ci = (/2 - Ji) HirRf1 и C2 = j + f2)R. Если контуры L1-C1-C2
и L - C3—C2 настроены на f0, то и весь фильтр окажется настроенным.
Частот и ы е характеристики входного сопро-
тивления фильтров измеряются в том же диапазоне частот
и с теми же частотными интервалами между соседними точками, как и
частотные характеристики рабочего затухания. Измерение частотной ха-
рактеристики входного сопротивления выполняют с использованием
схем измерения рис. 39,40.
Измерение затухания фильтров, особенно в полосе частот непропус-
кания, предпочтительно проводить генераторами, в сигнале которых
меньше гармонических составляющих. Собранная схема измерения дол-
жна обладать большим переходным затуханием от измерительного гене-
ратора к нагрузке фильтра.
Измерение усилителей. Амплитудные и частотные характеристики.
Собственные помехи усилителя определяют, измеряя уровень сигнала
на выходе усилителя при закороченных входных зажимах. Нелинейность
усилителей индивидуальных трактов выполняют, измеряя затухание не-
линейности или коэффициент нелинейных искажений при подаче на вход
60
усилителя одночастотного, а для усилителей, работающих в классе Б,
двухчастотного сигналов. При испытании выходных усилителей мощ-
ности измеряют амплитудную характеристику затухания нелинейности.
При измерении усилителей промежуточной (УПЧ) и высокой (УВЧ)
частот проверяют, что усиление используемых в аппаратуре УПЧ и УВЧ
составляет 17-26 дБ. Амплитудная характеристика должна быть линей-
ная во всем рабочем спектре частот с точностью ± 0,5 дБ; линейной
должна быть и частотная характеристика; характеристики снимают при
реальных нагрузках на выходах усилителей.
Мощные усилители (МУС) на выходе передатчиков предварительно
согласовывают с линейными фильтрами (ЛФ), а последние с нагрузкой
75 Ом при помощи отводов на выходных трансформаторах МУС и ЛФ.
Лишь затем измеряют амплитудную характеристику и определяют
максимальную неискаженную мощность. Линейность характеристики
и максимальная неискаженная мощность МУС зависят от правильности
подбора транзисторов в плечах двухтактных каскадов, равенства амп-
литуд сигналов на базах этих транзисторов, правильности согласования
усилителя с нагрузкой и выбора рабочей точки характеристик транзис-
торов.
При регулировке режима транзисторов в выходных каскадах МУС,
работающих в режиме В, необходимо добиваться минимального тока по-
коя при отсутствии сигналов в передающем тракте, так как транзисторы
могут перегреться и выйти из строя.
Часто нелинейные искажения вносит предварительный каскад МУС,
в котором может быть неверно выбрана рабочая точка характеристик
транзисторов каскада или насыщен сердечник трансформатора двухтакт-
ного каскада.
Измерение амплитудной характеристики предварительного каскада
может помочь выяснить причину нелинейных искажений. Искажению
мощности может способствовать неправильная настройка ЛФ. Чтобы
убедиться в этом, следует измерить амплитудную характеристику МУС,
нагруженного не на ЛФ, а на безреактивный резистор сопротивлением
75 Ом, мощностью 25 —30 Вт.
Измерив уровень сигнала на выходе передатчика при снятых с его
входа сигналов несущих на всех модуляторах, убеждаются далее в отсут-
ствии самовозбуждения МУС.
Устранить возможное самовозбуждение можно, если улучшить экра-
нирование и заземление соединительных проводов во входных и выход-
ных цепях МУС и отдельных индуктивностей и трансформаторов в его
блоках, уменьшить коэффициент усиления каскада МУС, а также чувст-
вительность МУС за счет повышения усиления промежуточных усилите-
лей. В том, что усилитель не самовозбуждается, можно проверить при по-
мощи осциллографа.
Отрегулировав МУС и получив от него максимальную неискаженную
мощность, измеряют его частотную характеристику в рабочей полосе
61
Рис. 54. Схема измерения затуха-
ния нелинейности тракта передачи ап-
паратуры типа АВС
приемопередатчика. Характеристика должна быть линейной с точностью
до + 1 дБ.
Затухание нелинейности тракта передачи аппаратуры типа АВС можно
измерить при помощи двухчастотного сигнала. При этом следует: замк-
нуть гнезда ОТКЛ. КОНТР, узла МФКЧ внешней перемычкой; подсоеди-
нить два измерительных генератора на вход тракта передачи через развя-
зывающие резисторы сопротивлением 1,2 кОм (гнезда АБ.ВХ. узла
ДС-ОГР рис. 54); установить на генераторах частоты (18ОО±5О) Гц
на одном и (315±15) Гц на другом с уровнями, соответствующими
уровням этих сигналов 23,5 дБ на выходе тракта передачи, измеренными
селективным прибором. Измерить уровень комбинационной частоты
третьего порядка избирательным измерителем уровня (П326-2) на зажи-
мах XI6-2, XI6-4. Уровень комбинационной частоты должен быть мень-
ше уровня суммарного сигнала на 50 дБ.
После регулировки МУС и определения максимальной неискаженной
мощности ее распределяют между каналами связи и телемеханики. Мощ-
ность МУС делится так, чтобы сумма амплитуд напряжения сигнала ка-
нала связи и сигналов каждого канала телемеханики была равна ампли-
туде напряжения, соответствующего максимальной мощности МУС:
Umax ~ ^св + fA'Ml + ^тм2 + • . • + UTMn + UK ч, причем =UTM2 =
~ ^ТМП-
При распределении мощности МУС между каналами учитывают, что
для каналов связи соотношение сигнал/помеха должно быть на 4,5 дБ
выше, чем для каналов телемеханики.
Для организации ВЧ каналов по ВЛ большой протяженности с боль-
шим уровнем помех используют дополнительные мощные усилители
(УМ-100М, ЛУС-80), которые увеличивают выходную мощность с +40
до +50 дБ.
Регулировку блоков этих усилителей (питания, линейного фильтра
и МУС) выполняют аналогично аппаратуре ВЧ связи.
Измерение генераторов. Качество генераторов, применяемых в аппа-
ратуре уплотнения, определяется стабильностью генерируемой частоты
и выходного напряжения сигнала и коэффициентом гармоник этого
сигнала.
Измеряют частоту генератора; точность измерений должна быть не
хуже ± 1 Гц для генераторов несущих частот, ± 2 Гц для генераторов ка-
налов телемеханики и вызова, ± 5 Гц для генераторов служебных сигна-
62
лов. Измерительные приборы подключают на выходе генератора парал-
лельно нагрузке. Стабильность частоты определяется отношением макси-
мально возможного отклонения частоты к номинальной частоте генера-
тора Of = &f/ fr. На частоту генератора влияют колебания питающего на-
пряжения, окружающей температуры, смена транзисторов или ламп.
Влияние этих факторов учитывается стабильностью питающего напряже-
ния ан, температурной стабильностью ot: о =у/оц + qp Стабильность час-
тоты генератора определяют по приведенным формулам по данным
измерения частоты в нормальных условиях и частотного отклонения
Д/г при введении соответствующих влияющих факторов. Стабильность
частоты генераторов служебных сигналов должна быть не менее 2 10~2 ;
генераторов вызова и телемеханики — не хуже 6-10“ 4; генераторов сиг-
налов несущих частот аппаратуры по системе ДБП — не хуже 2-10-4.
Наиболее высокие требования предъявляются к стабильности генерато-
ров несущих частот аппаратуры уплотнения, выполненной по схеме ОБП,
так как изменение несущей частоты приводит здесь к частотному сдвигу
рабочих сигналов, передаваемых по каналам, и соответственно к ухуд-
шению качества связи. Частотный сдвиг рабочих сигналов не должен
быть больше + 2 Гц для телефонных каналов, + 5-5-10 Гц для несущих
частот каналов телемеханики, работающих по принципу амплитудной
модуляции, и + 3 Гц для каналов телемеханики с частотной модуляцией.
Рабочий сигнал проходит несколько частотных преобразований в трак-
те каналов, выполненных на аппаратуре системы ОБП. Частотный сдвиг,
обусловленный нестабильностью генераторов сигналов несущих частот
одного оконечного или промежуточного полукомплекта аппаратуры уп-
лотнения, можно определить по формуле
Д/г = bfchjn,
где п — число полукомплектов в схеме канала; Д/с — частотное откло-
нение, допустимое для данного канала.
Стабильность выходного напряжения и напряжения генератора вычис-
ляются так же, как и для усилителей, по результатам измерений выход-
ного сигнала.
Измерение преобразователей частоты. Основные показатели преобра-
зователей частоты аппаратуры ОБП определяются в основном рабочим
затуханием, а также амплитудной и частотной характеристиками рабоче-
го затухания и затухания нелинейности.
Рабочее затухание преобразователя частоты опре-
деляется выражением, дБ: араб = 101g(P/?/Py +/.), где Рр - мощность,
которую источник напряжения преобразуемой частоты F отдает нагруз-
ке, равной его внутреннему сопротивлению; Pf + р — мощность полез-
ной боковой полосы частот, выделяющаяся на нагрузке преобразователя
при подключении на его вход указанного источника напряжения частоты
fи •
63
Рабочее затухание определяют по схеме рис. 44; измеряют напряжение
(уровень) и частоту сигнала несущей /н. Напряжение сигнала несущей
частоты должно соответствовать паспортным данным с точностью ± 20%,
а частота — с точностью ± 2 Гц. Измеряют анализатором гармоник на-
пряжение остатка несущей частоты на выходе преобразователя. Умень-
шить это напряжение можно балансировкой. Через резистор Rr,
сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению нужного
эквивалентного генератора, подают низкочастотный сигнал от измери-
тельного генератора на вход преобразователя. Напряжение на выходе
генератора устанавливают в 2 раза большим напряжения рабочего
сигнала на входе преобразователя в реальных условиях. Частоту F из-
мерительного генератора устанавливают равной средней частоте рабочего
спектра частот. Измеряют анализатором гармоник напряжение частотной
составляющей /н +F или /н — F (для нижней боковой полосы частот).
Рабочее затухание преобразователя, дБ: араб = ZOlg^f/^ux) +
+ 101g(Z?r/RHr) — Lay - 6, где UE — напряжение на выходе G; С^ых —
напряжение полезного сигнала на выходе преобразователя; ау — затуха-
ние удлинителей У/ и У2 в схеме преобразователя.
Если отсутствует анализатор гармоник, то измерение выполняют с
использованием полосового фильтра преобразователя, который имеется
в аппаратуре уплотнения. Полосовой фильтр включают в схему измере-
ния между нагрузкой Rm и выходом преобразователя. Вследствие этого
из всего спектра частот на нагрузку попадает лишь напряжение полез-
ного сигнала, измеряемое электронным вольтметром. При этом рабочее
затухание, дБ: лраб - 201g(UE/кивых) + 10^(Кг/7ф) - 2лу - 6, где
£ф — входное сопротивление полосового фильтра при нагрузке на/?11Г;
к — коэффициент передачи фильтра, равный отношению напряжения сиг-
нала частотой /н + F на входе фильтра к напряжению этого сигнала
на выходе фильтра, погруженного на /?нг. Затухание балансного преобра-
зователя составляет обычно 5—7 дБ.
Амплитудной характеристикой затухания пре-
о бразователя частоты называют зависимость его рабочего затуха-
ния от напряжения или уровня сигнала на входе преобразователя.
Измерение амплитудной характеристики выполняют при подаче на
вход преобразователя сигнала, частота которого равна средней частоте
рабочего диапазона. Уровни входного сигнала изменяют ступенями через
5 дБ с минимального Pi — 20 до р1з т.е. уровня сигнала, соответствую-
щего диаграмме уровней при нормальной работе преобразователя.
Частотной характеристикой затухания преоб-
разователя частоты назвают зависимость рабочего затухания от
частоты сигнала на входе преобразователя. Эту характеристику можно
снимать только в полных испытаниях, необязательных в наладке.
Уровень сигнала на входе преобразователя при измерении поддержи-
вают постоянным и равным уровню рабочего сигнала, частоту в преде-
лах рабочей полосы меняют ступенями.
64
Затухание нелинейности определяют по формуле: cjr = Pf ± F —
— Pf ± 2F J °3г ~Pf + F - Pf + 3F- Избирательным вольтметром изме-
ряют на входе преобразователя уровень полезного сигнала с частотой
/н ± F и уровни сигналов нелинейности с частотой /н ± 2F и fH ± 3F.
При измерении затухания нелинейности по комбинационным частотам
на вход преобразователя подают сигналы частот Ft и F2 с одинаковыми
уровнями. Избирательным вольтметром измеряют уровень рс или на-
пряжение Uc полезного сигнала и уровень рк или напряжение UK того
сигнала комбинационной частоты, который попадает в спектр рабочих
частот или находится вблизи него. Затухание нелинейности в этом случае
'-'к ~Рс — Рк = 201g(Uc/£/K). В рабочем диапазоне входных уровней груп-
повой преобразователь частоты должен иметь затухание нелинейности не
менее 60 дБ. Индивидуальные преобразователи обычно не проверяют на
затухание нелинейности.
Измерение амплитудных ограничителей. Качество ограничителей
максимальных амплитуд определяют их амплитудными и частотными ха-
рактеристиками, постоянством входного сопротивления в заданном
динамическом диапазоне.
Амплитудной характеристикой ограничителя
называют зависимость его рабочего затухания (усиления) от уровня
(напряжения) сигнала на входе ограничителя.
Часто в практике наладки амплитудную характеристику определяют
как зависимость напряжения сигнала на выходе ограничителя от
напряжения сигнала на его входе. Типовые амплитудные характеристики
ограничителей максимальных и минимальных амплитуд приведены
на рис. 55. Порогом ограничения называют напряжение сигнала на входе
ограничи'елч 17огр, при котором реальная амплитудная характеристика
ограничения отличается от идеальной (пунктир) на 2 дБ. На вход огра-
ничителя подают сигнал с частотой, равной средней частоте рабочего
спектра, проходящего через ограничитель. Изменяют уровень входного
сигнала ступенями 4—5 дБ в пределах уровней рОгр * 20 дБ, где Догр —
порог ограничения ограничителя. Более точные измерения получают при
использовании пикового вольтметра или осциллографа. Форму кривой
напряжения сигнал51 на выходе ограничителя нужно контролировать по
экрану осциллографа.
р и с- 55. Амплитудная характеристи- ка ограничителей максимальных (о) и минимальных (б) амплитуд и>1.х ' у^вых 1 / 2 V / 1 У VL _ Ц>гр ^вх ^вх а) б)
65
В телефонных каналах современной аппаратуры ограничители мини-
мальных амплитуд не находят применения.
Частотную характеристику затухания ограни-
чителя измеряют в диапазоне рабочих частот при уровне входного
сигнала, соответствующем прямолинейному участку амплитудной харак-
теристики. Амплитуда выходного сигнала не должна ограничиваться во
всем частотном диапазоне. В противном случае надо уменьшить уровень
входного сигнала. Порог ограничения ограничителя телефонного канала
должен соответствовать напряжению (уровню) сигнала на входе огра-
ничителя при передаче с абонентского входа канала сигнала частотой
800 Гц с нулевым уровнем. Порог ограничения ограничителя минималь-
ных амплитуд т ракта приема телефонного канала обычно устанавливают в
пределах Pi = —(20-^25) дБ, rp.epj — уровень сигнала на входе ограничи-
теля при передаче по каналу сигнала номинального уровня. Порог огра-
ничителя максимальных амплитуд приемника телемеханики с частотной
модуляцией выбирают на 12—15 дБ ниже уровня рабочего сигнала на
входе ограничителя, а минимальных амплитуд — на 20—25 дБ ниже
уровня этого же сигнала.
Крутизну ограничения выражают зависимостью tg</?orp = Ддраб, где
Дйраб — приращение рабочего затухания (уменьшение рабочего усиле-
ния) ограничителя при увеличении входного уровня сигнала относи-
тельно порога ограничения на 10 дБ для ограничителей максимальных
амплитуд. Обычно крутизна ограничения равна 5—7 дБ. Желательно
иметь большую крутизну ограничения. Частотная характеристика зату-
хания (усиления) ограничителей должна быть прямолинейной с точ-
ностью до ± 1 дБ во всем диапазоне рабочих мест. Исправность и качест-
во ограничителя амплитуд практически определяют путем сравнения ре-
зультатов измерений с заводскими шаблонами и нормами данного огра-
ничителя.
Измерение блока питания. Блок питания оценивают по выпрямлен-
ным напряжениям, коэффициентам пульсации этих напряжений и коэф-
фициентом полезного действия. Потребленная, блоком питания мощ-
ность: Рпотр =IoUo, где 10 и Uo — ток и напряжение на входе блока
питания.
Сумма мощностей, отдаваемых каждой цепи питающего напряжения,
п
составляет мощность, отдаваемую блоком питания: Ротд = "Е ImUm,
где Im, Um —ток и напряжение цепи питающего напряжения; п — число
питающих цепей.
Коэффициент полезного действия блока питания, %: jjg п =
- (Л>тд/Лютр)'Ю0. Измерения токов и напряжений выполняют прибо-
рами переменного и постоянного тока. Коэффициент пульсации выпрям-
ленного напряжения, %: кп = ({/^ /LL) 100 < 0,01.
Напряжение Соизмеряют вольтметром переменного тока, Ц=— вольт-
метром постоянного тока (рис. 56, а).
66
Рис. 56. Схемы измерения пульсаций постоянного
тока (с) и проверки работы стабилизатора (б)
Проверяют работу всех стабилизаторов напряжения в схеме. Снимают
характеристики стабилизаторов (рис. 56, б): зависимость напряжения
на его выходе 14ых от напряжения на входе ступенями по 10 В в диапа-
зоне допустимых по заводским данным пределов. При этом напряжение
на выходе не должно изменяться более чем на ± 3%. Электронные стаби-
лизаторы измеряют также при изменении тока нагрузки ступенями в
50—100 мА в интервалах, указанных в заводской документации. Изме-
рив питающие напряжения в блоках питания (напряжение питания тран-
зисторных схем и микросхем, устройства автоматики и сигнализации,
вызывное напряжение и т.д.), проверяют соответствие их заводским
нормам.
При измерении постоянного напряжения определяют также значение
его коэффициента пульсации по схеме (рис. 56, б).
Напряжение пульсации источников постоянного напряжения изме-
ряют электронным вольтметром, имеющим закрытый (емкостный)
вход.
Напряжение пульсации, так же как и соответствующее постоянное
напряжение, измеряют на выходе дросселя сглаживающего фильтра в
сторону нагрузки.
Комплексные измерения. Измерение аппаратуры уплотнения в целом
производят для проверки правильности функционирования всех пред-
варительно настроенных узлов и блоков, отыскания и устранения причин
отклонения от нормы параметров аппаратуры. Проверяют и устанавли-
вают диаграммы уровней передающего и приемного трактов, регулиру-
ют их характеристики. Проверку производят при нагруженном на эквива-
лент линии передатчике с подачей сигнала рабочей частоты от измеритель-
ного генератора на приемный тракт или с подачей сигнала от коррес-
пондирующего передатчика.
Передающий тракт. Подают сигнал с частотой 800 Гц и уровнем 0 дБ
от измерительного генератора П-321. С помощью регулируемых элемен-
тов аппаратуры и удлинителей устанавливают уровни сигналов в кон-
трольных точках характеристики в соответствии с заводской диаграм-
мой. Такими точками диаграммы являются вход и выход ОГР, Сж
РАСШ, вход МУС и выход на эквивалент линии (нагрузка 75 Ом), раз-
ветвление тракта в многоканальной аппаратуре и в промежуточных уси-
лителях, вход преобразователей. В отдельных точках диаграммы уров-
ни сигнала могут различаться с заводскими на ± 3^5 дБ из-за различного
затухания отдельных филеров ч усиления усилителей, что не повлияет
на устойчивую работу аппаратуры.
В промежуточных усилителях в канале связи регулируют диаграмм’
уровней передатчиков так же, как и для оконечной аппаратуры, мощ-
ность на их выходах устанавливают одинаковой.
В многоканальной аппаратуре регулируют диаграмму уровней дая од-
ного канала связи в соответствии с заводскими данными, добиваясь
максимальной неискаженной мощности на выходе передатчика. Затем
при помощи удлинителей или регулированием понижают уровень на вы-
ходе передатчика для этого канала до расчетного. После этого, не меняя
регулировочные характеристики блоков в групповом тракте, подают
сигнал 800 Гц с нулевым уровнем на четырехпроводном окончании теле-
фонного канала остальных телефонных каналов и регулируют диаграм-
му уровней их индивидуального тракта, так чтобы на выходе передат-
чика на нагрузке 75 Ом уровень сигнала да я каждого качала был таким
же, как для первого. Каждый канал регулируют отдельно при отсутст-
вии сигналов по другим каналам. После установки диаграммы уровней
передающего тракта проверяют еще раз максимальную неискаженную
мощность МУС в тракте передачи на частоте 800 Гц, подаваемой на четы-
рехпроводное окончание телефонного канала. Для этого отключают ОГР
и снимают амплитудную характеристику трак га передачи на нагрузке
75 Ом. При этом неискаженная мощность на выходе передатчика дол «на
быть больше требуемой. В противном случае надо выявить причину нели-
нейности характеристики передатчика и устранить ее. В многоканальной
аппаратуре эти измерения производят для одного из каналов после пер-
воначальной регулировки диаграммы уровней до понижения уровни в
индивидуальном тракте.
Качество переда' чика. (тракта передачи) оценивают уровне м > с -
р е д а ч и, амплитудными и частотными характе-
ристиками, уровнем мешающих сигналов на вы-
ходе передатчика, стабильностью часто ты и уровней
передачи во времени, затуханием несогласован-
ности с линией.
Амплитудной характеристик ой тракта переда-
чи аппаратуры называют зависимость выходного уровня
68
иди напряженчя рабочего сигнала на нагрузке трак- а передачи от уровня
Pf,K низкочастотного сигнала на входе тракта передачи.
Амплитудную характеристику можно представить и как зависимость
усиления тракта от уровня (напряжения) сигнала на выходе дБ: $ =
=рвкх 'Рвх- Рабочим участком амплитудной характеристики является
участок, на котором нелинейность меньше 1 дБ. Уровень (напряжение)
выходною сигнала, соответствующего точке амплитудной характерис-
тики при нелинейности 1 дБ, называю7, максимальным уровнем (напря-
жением) передачи. Снимают амплитудную характеристику передат-
чика, нагруженного на 75 Ом, при включенном ограничителе максималь-
ных Ямплитуд (ОГР) На вход дифференциальной системы канала под-
ключают ИГ с внутренним сопротивлением 600 Ом. Характеристика
должна быть линейной при изменении уровней сигнала 800 Гц на або-
нентских зажимах от 20 до 0 дБ с интервалом в 4 дБ с точностью до
+ I дБ. При увеличении уровня сигнала 800 Гн выше 0 дБ характеристи
ка должна быть идентичной характеристике ОГР.
Частотной характеристикой тракта передачи
называют зависимость уровня или напряжения рабочего сигнала на вы-
хо ;е передатчика от частоты сигнала постоянного уровня, подаваемого
ча вход передатчика. Частотную характеристику можно представить как
А®ч.х = *’трО ~ ^тр> гДе ^трО ~ усиление тракта на средней частоте ра-
бочей топосы; — усиление на других частотах.
Частотную характеристику тракта пепецачи телефонного канала из-
меряют при ’включенном ограничителе максимальных амплитуд и вы-
ключенном сжимателе. На вход дифференциальной системы подают сиг
нал с уровнем на 5 дБ меньше уровня, при котором начинается значи
тельная (больше 1 дБ) нелинейность телефонного канала. Частотную ха-
рактеристику снимают в номинальной полосе рабочих частот да <ного
тракта с интервалом 100-300 Гц для телефонных каналов и групповых
трактов и 10--20 Гц для индивидуальных и групповых трактов каналов
телемеханики. Полезно также произвести измерения на граничных часто-
тах. для которых неравномерность частотной характеристики составляет
6, 12 и 18 дБ Эту неравномерность можно определить по формуле:
~р(! — pf == 201g(t7H/ Vf), где рн и — уровень и напряжение сиг-
нала нормированной частоты на выход** исследуемого тракта; рр и Up —
уровни и напряжение сигналов других частот в этой же точке.
Нор?лировакная частота для трактов телефонных каналов равна
800 Гн, для трактов каналов телемеханики и групповых — средней часто-
те номинальной рабочей полосы канала. Точки, соответствующие нерав-
номерности б, 12 и 18 дБ, находят после измерения частотной характе-
ристики в полосе рабочих частот тракта и определения значения UK или
Рн- Уменьшаю; частоту ИГ до тех пор, пока напряжение сигнала на вы-
ходе тракта ие станет равным 0,5 UH (или рн — 6 дБ). Эта частота соот-
ветствует неравномерности частотной характеристики, равной 6 дБ.
69
Значения 0,25 UH и 0,125 Uu или рн — 12 и рн — 18 дБ, будут соответство-
вать частотам с неравномерностью 12 и 18 дБ.
Амплитудно- частотная характеристика тракта передачи и тракта при-
ема в аппаратуре серии АВС удовлетворяет следующим условиям:
а) уменьшение уровня сигнала относительно уровня на частоте 800 Гц
не более 2 дБ в полосе 300—399 Гц и 2000—2400 (3001—3400) Гц,
1,5 дБ в полосе 400—599 Гц и 1601—2000 (2401—3000) Гц, 1 дБ в полосе
600 1600 (600—2400) Гц; б) увеличение уровня сигнала в полосе 300—
2400 (300—3400) Гц не более 1 дБ также относительно уровня на частоте
800 Гц.
Большую неравномерность устраняют корректирующими цепочками
в низкочастотном (НЧ) тракте (в блоке УНЧ-передачи и в блоках вы-
равнивателей). При отклонении от нормы частотной и амплитудной ха-
рактеристик на выходе передатчика необходимо измерить их на выходе
отдельных блоков в тракте передачи при подаче сигналов на вход пере-
датчика. Это даст возможность выявить блок, в котором происходит от-
клонение от нормы. После регулировки частотной характеристики окон-
чательно устанавливают диаграмму уровней предагчика и вновь снимают
его частотную и амплитудную характеристики.
В многоканальной аппаратуре амплитудную и частотную характерис-
тики, а также остаток несущей на выходе передатчика можно измерять и
регулировать для каждого канала в отдельности.
В заключение устанавливают уровни служебных сигналов — контроль-
ной и вызывной частот, сигналов занятия, готовности, прохождения вы-
зова и др на выходе передатчика (на нагрузке 75 Ом) — по расчетным дан-
ным. Регулировка уровней этих сигналов производится в блоках соот-
ветствующих генераторов. Уровни сигналов телемеханики при нагрузке
75 Ом на выходе передатчика устанавливают регулировкой напряжения
на выходе отдельных блоков телемеханики в аппаратуре АПТ, АПС,
АПСТ-М и т.п. Уровни передачи и минимальные уровни приема приво-
дятся в расчетах для каждого типа аппаратуры.
Амплитудная характеристика тракта передачи
телефонного канала (рис. 57, кривая 2) при включенном
ограничителе определяет качество работы ограничителя максимальных
амплитуд. При правильной регулировке ОГР уровень передачи телефон-
ного канала при уровне низкочастотного сигнала +10 дБ будет отличать-
ся от уровня передачи, соответствующего сигналу 0 дБ, не более чем на
3 дБ.
Амплитудная характеристика группового
тракта дает возможность определить максимальную мощность пере-
датчика. Параллельно линейной части амплитудной характеристики
(рис. 57, кривая 7) проводят две прямые линии, отстоящие на ± 1 дБ.
Точка А является границей прямолинейного участка характеристики,
а соответствующее ей значение уровня передачи или напряжения выход-
ного сигнала считается максимальным уровнем передачи данной аппа-
ратуры.
Рис. 57. Амплитудные характеристики 5 дБ
группового тракта передачи (7 ) и тракта jj
передачи телефонного канала (2)
32pw*,/& Зв
I_____________L_
^вых,В 22
0
Частотные характерис-
тики трактов определяют не-
равномерность затухания в их рабо-
чей полосе Ддч.х=ф (F). Абсолют-
ное значение затухания (усиления)
тракта в полосе рабочих частот при
этом второстепенно.
Уровни передачи рабочих сигналов и помех на выходе пере-
датчика измеряют при нагрузке на номинальное сопротивление при по-
моши осциллографа и вольтметра (указателя уровня).
Уровень собственных помех передатчика изме-
ряют широкополосным измерителем уровня или вольтметром при вы-
ключенных рабочих и служебных сигналах аппаратуры уплотнения. Как
правило, помехи здесь создаются остатками несущих частот первого и
второго преобразования тракта передачи, которые следует предвари-
тельно измерить. При выключенном преобразователе первой ступени час-
тотного преобразования собственные помехи обусловлены только груп-
повым трактом передачи. При наладке мощных передатчиков измеряют
уровни собственных помех и вне рабочей полосы частот. Для этого с
передатчика подают два сигнала разных частот с напряжением 0,5
t/BbIx max, лсжа'Дих в рабочей полосе передачи. Избирательным измери-
телем уровня с полосой пропускания 0,3 кГц измеряют все уровни сиг-
налов помех вне рабочей полосы частот передатчика. В общем случае на-
личие помех можно проверить в диапазоне частот от /ср — 2,5 Д/НОм
ДО/ср + 2,5 Д/ном Для одао- и трехканальных систем и в диапазоне
(/ср - 2Д/пом)-(/ср + 2Д/’ноМ) для двенадцатиканальных систем,
где /ср — средняя частота рабочей полосы частот передатчика; Д/Ном —
номинальная ширина рабочей частоты передатчика.
Приемный тракт можно оценить по частотным характерис-
тикам избирательности, регулировочным харак-
теристикам системы АРУ и чувствительности.
Характеризуют приемный тракт также АЧХ, линейность, собст-
венные шумы. Вначепе подают фиксированное смещение на эле-
менты, управляемые АРУ (терморезисторы, блоки УНЧ приема и т.д.).
Затем подают на вход приемника сигнал от корреспондирующего пере-
датчика или от высокочастотного измерительного генератора такой часто-
ты, при которой на абонентских зажимах (нагрузка 600 Ом) появляется
частота 800 Гц (рис. 58, а), что можно определить по цифровому частото-
меру или, при его отсутствии, по фигуре Лиссажу на осциллографе. За-
71
Рис. 58. Схемы проверки приемного тракта (а), входного сопротивления аппара-
туры (б, в), избирательности по зеркальному и соседнему каналам (с)
тем устанавливают уровень сигнала на входе приемника в соответствии
с заводской диаграммой уровней и регулируют диаграмму по всему при-
емному тракту. Используя высокочастотный измерительный генератор,
снимают характеристику входного сопротивления приемника с интер-
валом 1 кГц (рис. 58, б и s) на рабочих частотах и на
частотах параллельно работающей аппаратуры. Между измерительным
генератором и входом приемника необходимо включить удлинитель
8—13 дБ. Одновременно снимают характеристику избирательности
аппаратуры (рис. 58, в) - Если нет ВЧ миллиамперметра, - > между прием-
ником и измерительным генератором надо вклюшть удлинитель
13—17 дБ и поддерживать постоянное напряжение сигналов измеряемых
частот на выходе генератора. Измерения производят в диапазоне рабочих
частот и в диапазоне ±30 кГц вне полосы через 1 кГц. Вольтметр или ука-
затель уровня включены на абонентских зажимах. Избирательность при-
емника на частоте зеркального канала должна составлять 80—90 дБ и
может достигать 100 дБ. При измерении входного сопротивления и из-
бирательности вход МУС отключают от тракта передачи.
В многоканальной аппаратуре снимают характеристики избиратель-
ности для каждого канала на частотах всех каналов. Высокие частоты
72
от измерительного генератора на вход приемника подают с интервалами
0,5 кГц; уровни сигнала измеряют на абонентских зажимах (600 Ом)
каждого канала. Избирательность по каждому каналу должна быть не
менее 45 дБ. Плохая избирательность по зеркальному каналу и низкое
входное сопротивление свидетельствуют о некачественном ВЧ фильтре
приема. Плохая избирательность по отдельным каналам говорит о неис-
правности индивидуальных полосовых фильтров или о неправильной ре-
гулировке диаграммы уровней приемного тракта отдельных каналов.
Частотную характеристику измеряют при отсутствии
всех сигналов тракта передачи. Для исключения помех от тракта пе веда-
ли отключают питание или вход усилителя мощности. Систему АРУ
переводят в фиксированное положение при минимальном затухании его
регулирующего элемента. Через магазин затухания (затухание 30—40 дБ,
характеристическое сопротивление 75 или 100 Ом) подают сигнал от ИГ.
Установив на измерительном генераторе среднюю частоту приемной
полосы тракта, меняют напряжение сигнала до тех пор, пока в избранной
точке измерения (7П не достигнет значения напряжения реального рабоче-
го сигнала. Меняя частоту сигнала измерительного генератора при посто-
янном напряжении его на выходе генератора, измеряют напряжение Uf,
соответствующее каждому значению частоты. Неравномерность затуха-
ния Дач.х =20ig(t/o/ry).
В аппаратуре системы ОБП различают частотные характеристики груп-
пового тракта приема, индивидуального тракта приема и полного тракта
приема телефонного канала.
Частотные характеристики индивидуального
и полного тракта приема телефонного канала
изображают как зависимость неравномерности затухания Дпч.х от час-
тоты низкочастотного сигнала на выходе дифференциальной системы-
Напряжение Uo в точке измерения устанавливают равным 400—500 мВ,
подавая на вход тракта ВЧ сигнал, соответствующий приему сигнала час-
тотой 800 Гн.
Частотная характеристика группового тракта
комбинированной и многоканальной аппарату-
р ы изображается зависимостью Дсч.х от значения промежуточной час-
тоты на выходе группового тракта приема, который нагружают на реаль-
ную нагрузку или на ее эквивалент.
Ре гули ровоч ной характеристикой АРУ называют за-
висимость уровня сигнала контрольной частоты ркч, -измеренного за
регулирующим элементом системы АРУ тракта приема, от уровня этого
сигнала на входе приемника.
На вход приемника через магазин затухания 40—50 дБ подают сигнал
ИГ, соответствующий частоте сигнала контрольной частоты. При этом
затухание удлинителя ручной регулировки уровня (УРР) отключено.
Измерения упрощаются при подаче сигнала от корреспондирующего
передатчика.
73
Напряжение сигнала контрольной частоты (КЧ) измеряют вольтмет-
ром, подключенным на выход фильтра выделения сигнала КЧ или на вы-
ход первого усилителя управляющего элемента системы АРУ. Меняя вы-
ходное напряжение ИГ, устанавливают напряжение сигнала в точке из-
мерения равным половине напряжения, указанного диаграммой уровня.
Уменьшая затухание магазина ступенями в 5 дБ, измеряют напряжение
сигнала КЧ на входе приемника С^х> мБ,и С^ых, в точке измерения
приемного тракта. Уровень сигналов в указанных точках, дБ: Рвх(вых)~
= 201g(f7BX(Bb[x)) — 58. Типовая регулировочная характеристика систе-
мы АРУ (рис. 59) имеет рабочий участок аб, в пределах которого реаль-
ная характеристика 1 отличается от идеальной 2 не более чем на 1 дБ.
Разность приемных уровней сигнала КЧ на входе приемника, соответст-
вующих конечной б и начальной а точкам рабочего участка характерис-
тики, называют максимальным пределом регулиро-
вания системы АРУ =рвх2 - pBXj. Уровень сигнала КЧ
на входе приемника pBxi, соответствующий началу рабочего участка ха-
рактеристики, называют максимальной чувствительностью приемника.
Рабочая чувствительность приемника: рвх.р =рвх] + Дйурр, где Даурр—
затухание УРР, установленное при наладке.
Рабочим пределом регулирования системы АРУ
называют изменение приемного уровня сигнала КЧ, при котором уро-
вень сигнала на выходе тракта приема Дркц изменяется на 3,5 дБ.
Неправильная регулировка системы АРУ может привести к взаимным
влияниям между каналами комбинированной или многоканальной ап-
паратуры. Перегрузка регулирующего элемента системы АРУ может при-
вести к нелинейным искажениям.
Имеются специальные схемы измерения для определения нелинейных
искажений, вносимых в тракт приема аппаратуры уплотнения системой
АРУ [5].
Промежуточные усилители. Характеристики транзитных трактов про-
межуточного усилителя измеряют, выключив сигналы передачи местных
каналов усилителя. Надо также убедиться в отсутствии мешающих сиг-
налов на выходе его передатчиков. Системы АРУ при этом переводят в
фиксированное состояние и устанавливают минимальное затухание ее
регулирующего элемента.
В схеме измерения на рис. 60 при отсутствии частотомера с цифровым
отсчетом вертикальный вход осциллографа подключают к тракту приема
промежуточной частоты промежуточного усилителя ПУ. На горизон-
тальный вход подают сигнал G2. С помошью осциллографа и сигнала G2
по фигурам Лиссажу устанавливают заданную частоту G1. Установив на
G1 частоту сигнала, соответствующую приему сигнала 800 Гц первого
телефонного канала, регулируют выходное напряжение сигнала G1 так,
что вольтметр, включенный на нагрузку Анг = 75 Ом, на выходе тракта
показывает напряжение 2—3 В. Уменьшая затухание М3 ступенями в
74
Рис. 59. Регулировочная характеристика системы АРУ:
1 - реальная; 2 - идеализированная
Рис. 60. Структурная схема измерения частотной характеристики транзитного
тракта промежуточного усилителя
5 дБ, измеряют напряжение С/Вх на входе ПУ и ивых на нагрузке, под-
ключенной к выходу тракта. Усиление промежуточного усилителя для
каждой точки рабочего диапазона частот: S = 201g(J7BbIX/ UBX). Ампли-
тудная характеристика транзитного тракта промежуточного усилителя
характеризует зависимость усиления от уровня сигнала на входе уси-
лителя.
Частотную характеристику транзитного тракта измеряют при той же
частоте сигнала G1, что и в предыдущем измерении, устанавливая на вы-
ходе ПУ напряжение сигнала С/о, равное 6—10 В. Оставляя напряжение
сигнала на выходе G1 постоянным, изменяют его частоту и для каждой
частоты измеряют напряжение С^ых сигнала на нагрузке RHT- Частотная
характеристика транзитного тракта представляется зависимостью от
частоты входного сигнала в тракте промежуточной частоты, дБ: Дпч х =
=2Olg(C/o/C/BbIX).
Избирательность транзитного тракта промежуточного усилителя
измеряют по этой же схеме так же, как измеряют избирательность трак-
та приема оконечной аппаратуры уплотнения.
Измерения параметров транзитного тракта, составленного из двух
полукомплектов оконечной аппаратуры путем организации двух- или че-
тырехпроводного переприема, выполняют для оценки качества схемы
переприема. Измерения проводят так же, как для промежуточного
усилителя, при этом осциллограф PG подключают в точку переприема.
При двухпроводной схеме переприема отключают вход усилителя мощ-
ности тракта передачи в сторону подключения М3 и G1. Подключив
вольтметр или измеритель уровня параллельно точкам двухпроводного
переприема, можно одновременно с измерением транзитного тракта про-
верить тракты приема и передачи отдельных полукомплектов.
6. ИЗМЕРЕНИЯ ВЧ ТРАКТОВ
Основным элементом каналов ВЧ связи по ВЛ является линейный
тракт, образованный фазными проводами и тросами ВЛ Этот тракт
принципиально отличается от линейных трак сов воздушной или кабель-
ной линии, специально сооруженной для связи Назначением ВЛ является
передача электроэнергии промышленной частоты, и электрические сети
приходится приспосабливать для организации ВЧ трактов. Поэтому
сложность процессов в линейных ВЧ трактах по ВЛ больше, чем в спе-
циально выполненных для связи других трактах. Высокочастотный тракт
канала связи по ВЛ всключает в себя, кроме проводов и тросов ВЛ
(многопроводных воздушных или кабельных ВЛ и ответвлений от них),
подстанции с оборудованием высокого напряжения, высокочастотные
заградители, конденсаторы связи, фильтры присоединения, ВЧ кабели
Таким образом, ВЧ тракт канала связи по ВЛ представляет собой состав-
ной четырехполюсник, включенный между выходными и входными
ВЧ зажимами оконечной или промежуточной аппаратуры уплотнения.
Особенности ВЧ трактов, сложные процессы происходящие в них. опре
деляются следующим: ВЛ, входящие в схемы трактов, -г это многопро-
водные несимметричные системы, в которых расстояние между провода-
ми и высота их над землей соизмеримы. Поэтому в передаче сигнала
участвуют все провода, хотя присоединения выполняют к одному или
реже к двум проводам. Изменение схемы коммутации ВЛ приводит к
изменению параметров четырехполюсника ВЧ тракта, возникающему в
связи с изменением сопротивлений, через которые необработанные про-
вода соединены с землей.
Распространение ВЧ энергии вдоль линии приводит к возможности на-
ложения (интерференции) токов различных волновых каналов в нагруз-
ке рабочего провода в конце линии, что может резко увеличить затуха-
ние линии вблизи частот интерференции. Однородность ВЧ тракта рас-
пространения сигнала по ВЛ нарушается в местах транспозиций, ответ-
влений, врезанных в провода заградителей, изменения профиля подвески
проводов и т.д. В местах неоднородности происходит изменение парамет-
ров ВЧ тракта, частичное отражение ВЧ сигнала. При изменении схем
соединения подстанций по концам ВЛ и на ответвлениях, а также из-за
неоднородностей изменяется и степень согласоЯаВия ВЧ тракта по кон-
цам ВЛ с ВЧ аппаратурой, что приводит к увеличению затухания ВЧ ка-
нала. Увеличение затухания тракта в некотором диапазоне часто» может
быть вызвано иногда изменением переходного затухания (из-за паразит-
ной электромагнитной связи) между смежными участками ВЧ тракта с
обходом промежуточной подстанции. Нестабильность параметров ВЧ
тракта с обходом вызывают переключения линий и силового оборудова-
ния на подстанции.
В сети высокого напряжения возникают помехи для ВЧ тракта при
переключениях и КЗ, помехи от атмосферных электрических разрядов и
76
особо значительные и продолжительные помехи от короны на проводах
и от разрядов при поврежденной изоляции. Коронирование проводов ВЛ
может приводить к значительному увеличению затухания ВЧ тракта.
Особо большое увеличение затухания вызывает гололед — обмерзание
проводов ВЛ, когда они покрываются слоем инея или льда.
При наладке ВЧ каналов производят измерения параметров ВЧ тракта
в целом и поэлементно для определения его исправности, сопоставления
измеренных величин с расчетными и паспортными данными. Иногда
лишь измерения позволяют судить о возможности организации ВЧ кана-
ла по определенному тракту, так как расчеты могут быть в определен-
ных случаях затруднены или невозможны. Измерения отдельных элемен-
тов не зависят от схемы ВЧ тракта. Это измерения параметров уст-
ройств обработки и присоединения ВЧ кабелей, разделительных филь-
тров [4,9j.
Измерения параметров ВЧ тракта в целом, в том числе переходных
затуханий от соседних трактов, коммутационных и ВЧ помех, зависят
от схемы организации ВЧ тракта. Электрическую схему ВЧ тракта, как
уже отмечалось, можно рассматривать как составной несимметричный
четырехполюсник. Его характеризуют значения затухания и входного
сопротивления. Измеряют затухание и входное сопротивление в диапазо-
не всех полос частот, передаваемых по тракту, т.е. измеряют частотные
характеристики затухания и входного сопротивления тракта. В схемр
измерения внутреннее сопротивление генератора и сопротивление на-
грузки принимают равными номинальному входному сопротивлению ап-
паратуры уплотнения, значение которого, как нцавило, равно
75—100 Ом.
Сложная зависимость затухания и входного сопротивления ВЧ тракта
от частоты обусловливается тем, что ВЧ сигнал распространяется по
нескольким волновым каналам, ло тракту со значительными нарушени-
ями однородности в местах подключения к ВЛ ответвлений на ВЧ обхо-
дах и транспозиции на промежуточных подстанциях и т.д. Дайсе в узкой
полосе частот одного направления передачи канала связи (не больше
4 кГц) затухание и входное сопротивление могут резко изменяться. Эта
неравномерность затухания Датр в полосе частот ДА представляет
собой разность между максимальчым и минимальным затуханиями
тракта.
Частотные характеристики затуханий и входного сопротивления трак-
j измеряют в диапазоне рабочей полосы частот заградителей и фильтров
^соединения, каналов, работающих по тракту. Данные, полученные
'си измерениях, позволяют дать окончательную оценку параметров
пакта и определить возможность организации по нему канала связи,
лк как предварительный расчет не может учесть всех особенностей трак-
и часtо дает значительные погрешности. Изменения затухания и вход-
ного сопротивления тракта при изменении частоты могут быть периоди-
чески повторяющимися. Периодические изменения происходит из-за
77
отражения волн от мест неоднородностей тракта (ответвления, обходы,
начало и конец линии и др.). Частоты, соответствующие максимумам и
минимумам затухания и входного сопротивления, периодически повторя-
ются с интервалом Д/и определяются соотношением, кГц: Д/тах/min ~
~ V/41, где Afmax/min ~ частотный интервал между ближайшими
миксимумом и минимумом затухания или входного сопротивления, кГц;
I — расстояние между пунктами неоднородности линии, км; V — ско-
рость распространения волн вдоль ВЛ, тыс. км/с (для ВЛ принимают
V = 300 тыс.км/с).
Непериодические (по отношению к частоте измерения) изменения за-
тухания и входного сопротивления тракта обусловливаются взаимо-
действием реактивных составляющих сопротивлений заградителей и
входного сопротивления подстанции или ответвления и др. В общем, из-
мерения затухания и входного сопротивления проводят одинаково
для трактов любой схемы. В то же время выбор частот и условий, при
которых производят измерения, должны учитывать особенности частот-
ных характеристик затухания и входного сопротивления данной схемы
тракта.
С учетом особенностей частотных характеристик ВЧ тракты можно
разделить на следующие группы: простая схема по трехпроводной одно-
родной нетранспонированной линии; схема трехпроводной транспониро-
ванной линии; схема с ответвлением, используемым или неиспользуе-
мым для организации канала связи; схема с обходом промежуточной
подстанции; схемы по нерасщепленным и расщепленным грозозащитным
тросам, схема по расщепленным фазным проводам. В общем случае ВЧ
тракт измеряют в реальных условиях, когда внутреннее сопротивление
аппаратуры уплотнения по концам тракта чаще всего не согласовано с
его характеристическим сопротивлением. Поэтому измеряют рабочее
или вносимое затухание тракта. Характеристическое сопротивление ВЧ
тракта сильно зависит от коммутационного состояния аппаратуры вы-
сокого напряжения и изменения частоты.
Измерения помех. Одной из особенностей каналов ВЧ связи, организо-
ванных по ВЛ, является высокий (по сравнению с проводными канала-
ми) уровень помех. Помехи представляют собой напряжения на выходах
ВЧ тракта, образуемые посторонними влияними, не связанными с рабо-
чими сигналами, передавемыми по каналу связи. В суммарных помехах
можно различить: распределенные помехи, обусловленные коронирова-
нием проводов и частичных разрядов на изоляторах; сосредоточенные
помехи от передатчиков других ВЧ каналов и радиостанции, работаю-
щих на частотах, близких к рабочим частотам налаживаемого канала свя-
зи; помехи от перенапряжений, возникающих при коммутационных пере-
ключениях, атмосферных разрядах, перекрытиях дефектной изоляции.
Распределенные помехи — зто основной, наиболее постоянный вид по-
мех на ВЛ; они распределены по всему спектру частот. Уровень этих по-
78
ПС А
ПС Б
Рис. 61. Схема измерения помех
мех определяет в основном минимально допустимый уровень приема
сигнала рабочего канала при отсутствии мешающих влияний других
передатчиков. Напряжение помех на выходе приемного фильтра зависит
от ширины его полосы пропускания Д/; Un = к у/ Af, где к — коэффи-
циент пропорциональности.
Помехи возрастают при уменьшении плотности воздуха (уменьшении
давления), увеличении напряжения, а также при дожде, снеге, загрязне-
нии воздуха. Уровень помех несколько снижается с ростом частоты. При
горизонтальном расположении проводов ВЛ помехи в средней фазе
выше. В общем при неблагоприятной погоде (сильный дождь, снегопад)
уровень распределенных помех может увеличиться на 5—20 дБ- Макси-
мальные всплески напряжения помех соответствуют положительным
максимумам напряжений промышленной частоты на измеряемом прово-
де и имеют периодичность повторения 50 Гц. Для схем присоединения к
изолированным проводам расщепленных фаз всплески напряжения по-
мех соответствуют положительным максимумам напряжения промыш-
ленной частоты только на измеряемой фазе и имеют периодичность
50 Гц.
Распределенные помехи при измерении их уровня, соответствующего
средневыпрямленному напряжению, меньше примерно на 3 дБ, чем при
измерении действующего значения. Уровень помех фиксируют измери-
тельным указателем уровня при широкой (1 —2 кГц) полосе указателя
уровня в начале, середине и конце диапазона частот (рис. 61) в пяти-
десяти точках в полосе приема аппаратуры уплотнения и в нескольких
точках в диапазоне частот, отстающих от края полосы приема на + 1СН-
20 кГц.
79
Ширина диапазона частот, в котором измеряют у ров да помех, зависит
от ширины полосы пропускания фильтра присоединения и полосы
заграждения заградителя. Измерения производят на частотах, где отсут-
ствуют сосредоточенные помехи, что фиксируют на экране осциллогра-
фа или с помощью наушников, подключенных к выходу детектора
испытательного измерителя уровня (ИИУ). Сосредоточенные помехи,
источником которых часто являются другие передатчики, работающие
на той же подстанции, можно убрать отключением этих передатчиков.
Во избежание значительных погрешностей при измерении ИИУ малых
уровенй на тракте не должно быть других сигналов, превышающих изме-
ряемый сигнал на 25--35 дБ. Это можно проконтролировать вольтмет-
ром, фиксирующим суммарное напряжение на входе ИИУ Уровень по-
мех на проводах ВЛ определяют по формуле
РпОмД/ ~ РпОмДГ + афП + акаб + 101g(/?rp//?Hr),
гдерпом Д/ ~ уровень помех, измеренный ИИУ с полосой частот пропус-
кания Д/, кГц; jRt-p - сопротивление, для которого произведена гра-
дуировка прибора; RHr - сопротивление нагрузки ВЧ кабеля.
Пересчет измеренного уровня распределенных помех в полосе пропус-
кания ИИУ Д/и в полосу частот Д/к налаживаемого канала (телефон-
ного, контрольного, телемеханики) производят по формуле:
Р1юмД/к ~ РпомД/ + Ю1й(Д/к/Д/и). Если результаты привести к рас-
четной полосе частот ДА =1 кГц, то последняя формула примет вид:
РпомД/i =РпомДГ — Соотношение между уровнем помех в
полосе приема и уровнем полезного сигнала канала на входе приемника
является определяющим при регулировке канала связи и опечке надеж-
ности его работы.
Сосредоточенные помехи возникают при работе передатчиков других
ВЧ каналов и радиостанций на частотах, близких к частотам налажива-
емого канала связи. Иногда источником помех может быть неисправ-
ный элемент высоковольтного оборудования подстанции.
Уровни распределенных и сосредоточенных помех измеряют при на-
ладке ВЧ канала на входе приемника. Для правильного распределения
частот желательно такие измерения проводить в точках системы, где
предполагаются новые каналы связи. При измерениях (см. рис. 61)
ВЧ кабель отсоединяют от аппаратуры уплотнения и нагружают на резис-
тор с сопротивлением 75-100 Ом. На противоположном конце ВЧ тракта
и на промежуточных подстанциях кабель соединен с приемопередатчи-
ком. анодное (коллекторное) напряжение выходного каскада МУС
передатчика отключено.
Сосредоточенные помехи определяют при помоши избирательного
указателя уровня с высокоомным входом. Источник помех устанаяли
вают прослушиваниери с помощью наушников, имеющихся в ИИУ. При
измерении наушники отключают, так как они шунтируют измеряемый
сигнал.
8G
Р и с. 62. Схема измерения амплитуды
сигналов сосредоточенных помех
Рис. 63. Схема наблюдения периодич-
ности всплесков помех
Амплитуду сосредоточенной помехи можно измерить методом срав-
нения (рис. 62), используя осциллограф. В положении переключателя
1 регулятором ’’Вертикальное усиление” осциллографа устанавливают
амплитуду помехи, равную I. Горизонтальную развертку лучше отклю-
чить. Переключатель устанавливают в полож< ние 2, подключая ИГ. По
вольтметру устанавливают уровень (/2, соответствующий амплитуде на
экране. Усиление осциллографа остается при этом неизменным. «Ампли-
туду помехи определяют как Unmax ~ \/2Г<А- Уровень помехи, следова-
тельно, определяют как уровень, соответствующий напряжению Уптах
на сопротивлении 7?нг.
Помехи от перенапряжений возникают в большинстве случаев при
коммутационных переключениях. Такие помехи возникают пои КЗ, гро-
зовых разрядах. Помехи от коммутационных переключений имеют боль-
шие амплитуды и крутизну фронта. Эти помехи действуют кратковре-
менно и могут вызвать ложное срабатывание аппаратуры релейных
защит и противоаварийной автоматики, ухудшить параметры каналов
связи или вывести их из строя из-за спекания разрядников-, пробоя изо-
ляции в заградителях, фильтрах присоединения, повреждений транзисто-
ров выходных каскадов усилителей мощности, повреждения изоляции
оборудования высокого напряжения. Поврежденная изоляция оборудо-
вания высокого напряжения может вызвать искровые разряды в широ-
ком спектре частот. Периодичность повторения всплесков напряжения
таких помех может составлять 100 Гп, так как пробой изоляции проис-
ходит вблизи максимумов полуволн напряжений Амплитудные значе-
ния помех можно измерять так же, как и напряжения от короны. Оиба-
S1
ющую напряжения этих помех можно наблюдать на осциллографе по схе-
ме рис. 62, выбрав соответствующую частоту развертки и синхронизиро-
вав ее частотой 50 Гц. Периодичность всплесков напряжения ВЧ помех
по отношению к напряжению промышленной частоты можно также на-
блюдать на осциллографе по схеме (рис. 63). В этой схеме конденсатор С
(5000 пФ) и дроссель/, (20 мГн) служат для разделения напряжения ВЧ
помех и напряжения 50 Гц (5—10 В).
Измерение входного сопротивления ВЧ тракта. Среднее номинальное
значение входного сопротивления ВЧ тракта составляет 75 Ом. В реаль-
ных же схемах входное сопротивление изменяется в пределах от 30
до 300 Ом. Измерения модуля входного сопротивления тракта произ-
водят по схеме рис. 39, а ВЧ миллиамперметром и вольметром или по
схеме рис. 39, б- Можно при отсутствии вольтметра измерения проводить
методом сравнения (см. рис. 40). При высоком уровне помех на входе
ВЧ тракта (если невозможно временное отключение ВЧ каналов, созда-
ющих помехи) можно измерить входное сопротивление методом срав-
нения с использованием избирательного измерителя уровня. При этом
ZB =Ю0,05 (Pi _ Р21/?2,где pt — уровень, соответствующий напряже-
нию Ut на входе ВЧ тракта; р2 — уровень, соответствующий напряже-
нию U2 на измерительном резисторе R2, включенном последовательно с
входным сопротивлением тракта.
Измерение частотной характеристики затухания ВЧ тракта. Измере-
ния частотной характеристики рабочего и вносимого затухания ВЧ
трактов производят по схемам рис. 64 и 65. Обычно достаточно из-
мерения рабочего затухания. На приемной стороне ВЧ кабель нагру-
Р и с. 64. Схема измерения рабочего затухания ВЧ тракта
82
Рис. 65. Схема измерения вносимого затухания ВЧ тракта
жают на резистор сопротивлением 75 Ом. Если измерительные генерато-
ры имеют заданный набор внутренних сопротивлений, цифровую индика-
цию частоты и индикацию уровня передачи, то остальные приборы не
нужны. На стороне приема также достаточен один ИИУ с входным сопро-
тивлением 75 Ом. Измерение рабочего затухания исключает погрешность
от изменения внутреннего сопротивления измерительного генератора и
несогласованности этого сопротивления с входным сопротивлением ВЧ
тракта на разных частотах.
Вносимое затухание измеряют при высоком уровне помех на переда-
ющей стороне и для трактов с большим затуханием.
Измерения производят в полосах рабочих частот приема и передачи
каналов связи (± 3 кГц), организуемых по данному ВЧ тракту на часто-
тах каналов, присоединенных ко всем фазам, с интервалами 0,5—1 кГц
и далее через 10 кГц. Измерения во всем диапазоне частот фильтра при-
соединения и заградителя определяют возможности организации ВЧ
каналов по данному тракту. Перед измерением характеристик весьма
желательно отключить в пунктах измерения другие ВЧ каналы (связи,
телемеханики, телеотключения, защиты), рабочие частоты которых
близки к частотам измерения1. Вначале измеряют уровни помех на
приемной стороне UnoM (на резисторе R2 при отсутствии сигнала рабо-
1 Работы по измерению характеристик трактов обязательно согласовывают с
диспетчерскими службами, на них надо получить разрешение диспетчера.
83
чей частоты). Затем на передающей стороне устанавливают напряжение
одной из рабочих частот налаживаемого канала и передают эту частоту,
фиксируя на приемной стороне напряжение U2 или уровень р2 при из-
мерении с помощью ИИУ. Если сумма напряжения сигнала и помехи
Ег2д 5е 2,514юм или ^2т ЮЦгом-то помехой можно пренебречь, допус-
кая погрешность не более 10%. Если уровень помех выше, то напряжение
приема рабочего сигнала U2 - ^пом' или U2 = 14д ~ Цюм- Если
при высоком уровне помех U2 < l,5t/;i0M>то измерения нужно произво-
дить уже при помощи ИУУ, что сложнее. При соблюдении приведенного
отношения сигнал/помеха можно измерить частотные характеристики
рабочего или вносимого затухания. В положении 1 ключа S (см. рис. 65)
устанавливают на ИГ первую из частот измерения с уровнем 30—35дБ.
Желательно на всех частотах измерения поддерживать постоянным мак-
симальное неискаженное напряжение 14, контролируемое по экрану ос-
циллографа. Ключ 5 переключают в положение 2 на линию и производят
измерения. Прекращают передачу ft, размыкая ключ S (положение 2),
устанавливают частоту f2 и вновь ставят ключ в положение 2. Далее по-
очередно передают остальные частоты.
Если приемная и передающая стороны имеют дополнительный канал
связи, измерение характеристики можно выполнить быстрее. В против-
ном случае после серии измерений к измеряемому ВЧ тракту подсоеди-
няют аппаратуру уплотнения и устанавливают связь, проверяя правиль-
ность измерений. Достаточно измерить характеристики в одном направ-
лении. Рабочее затухание определяют так, дБ:
Яр = 20^(2Л/2U2) = Pi -р2 -6,0
Если на передающей стороне измерения производились вольтметром,
а на приемной стороне указателем уровня, то затухание определяют
так, дБ: ар =pt - р2 — 101g(2?rp/^2) - 6, где /?гр — сопротивление, на
котором производилась градуировка ИУУ; рх — уровень передачи, соот-
ветствующий напряжению на сопротивлении 75 Ом.
Вносимое затухание ВЧ тракта, дБ: авн = 201g(C71/C72) =Pt - Рг-. где
Pi ир2 — абсолютные уровни, соответствующие СД и U2.
Неравномерность частот характеристики затухания в полосах рабочих
частот приема и передачи: Ддвл =аВЛтвх ~ «ВЛтйп гДе аВЛтах ~ мак'
симальные затухания ВЧ тракта в полосе передачи или в полосе приема
канала связи, дБ; яВЛт,-и — минимальное затухание в этой же полосе
частот, дБ
Периодическая неравномерность вызывается плохим согласованием
входных сопротивлений ВЧ тракта. Расстояние от пункта измерения до
точки неоднородности, вызвавшей соответствующую неравномерность,
можно приближенно определить как I = 75/Д/Э1<с, где Д/экс - частот-
ный интервал между соседними максимальными и минимальными зату-
ханиями ВЧ тракта, кГц.
84
Непериодическая неравномерность час готной характеристики вызы-
вается плохой настройкой ВЧ заградителей или взаимной компенсацией
реактивных сопротивлений заградителей и оборудования подстанций
на определенных частотах.
Дня электрически коротких ВЧ трактов (затухание которых не более
6 дБ) характерна значительная периодическая неравномерность частот-
ной характеристики ВЧ тракта. Здесь желательны дополнительные изме-
рения на частотах, на которых ожидаются экстремальные значения зату-
хания ВЧ тракта: = Д/экси, где п — числа натурального ряда; Д/экс ~
ожидаемый интервал частот между двумя соседними экстремальными
значениями, кГц, Д/экс = 75//; п = /н/Д/экс; I — длина ВЛ, км; /н —
нижняя частота каждого из диапазонов рабочих частот, кГц. Значение п
округляют до ближайшего меньшего целого числа.
Затухание электрически короткого ВЧ тракта на одних и тех же час-
тотах может иметь большую зависимость от режима нагрузки ВЛ. Разли-
чие тем больше, чем хуже согласовано входное сопротивление ВЛ и вход-
ное сопротивление фильтра присоединения. Измерения при различных ре-
жимах нагрузки необходимы для правильной регулировки приемников
аппаратуры уплотнения. Для электрически коротких ВЧ трактов также
существенны измерения затухания в режимах XX (отключенная неза-
земленная ВЛ) и КЗ (отключенная и заземленная ножами линейных
разъединителей ВЛ). На частотах максимальных затуханий ВЧ тракта в
режиме КЗ будут минимальные затухания в режиме XX.
Отличие характеристики затухания ВЧ тракта от аналогичной, изме-
ренной в противоположном направлении, может свидетельствовать о
неодинаковой настройке элементов обработки и присоединения, погреш-
ности приборов, неточности установки частоты и измерительных резис-
торов по противопложным концам ВЧ тракта.
При отсутствии ИИУ и высоком уровне помех рабочее и вносимое
затухание ВЧ тракта может быть приближенно измерено в ограниченной
полосе частот при помощи ВЧ фильтров самой аппаратуры уплотнения
(при снятой перемычке а на схеме рис. 65). Сопротивление резистора R2
при измерении рабочего затухания должно быть равно номинальному
выходному сопротивлению используемого ВЧ фильтра (для аппаратуры
АСК — 135 Ом, при измерении вносимого затухания —75 Ом).Входное
сопротивление фильтра должно быть равно входному сопротивлению
ВЧ тракта (75 Ом). Рабочее или вносимое затухание определяют так, дБ:
ар ~ 201g(l/j/2/4) + 201g(A2//?1) — Ср.ф; сви = 201g(t7i/С/^) — ар.ф, где
ар.ф — рабочее затухание использованного фильтра, дБ, полученное из
его частотной характеристики затухания, измеренной по схеме
рис. 51. Сопротивление резисторов R1 и R2 в этой схеме должно быть
равно 100 Ом независимо от входного и выходного сопротивления ис-
пользованного фильтра.
Измеренное затухание ВЧ тракта может отличаться от расчетного из-за
неисправности или неправильной настройки элементов обработки и при-
85
соединения, несоответствия режима коммутации на ВЛ и подстанциях
расчетному, неблагоприятных погодных условий (дождь, изморозь,
гололед и т.п.). Поэтому для оценки результатов измерений необходимо
также зафиксировать данные о погодных условиях, при которых произ-
водились измерения (температура воздуха, осадки или ясно, сухо или
сыро и т.д.), данные по элементам обработки и присоединения, по ВЛ
тракта (напряжение, длина, расположение проводов и грозозащитных
тросов, марка линейных проводов и грозозащитных тросов, схема транс-
позиции проводов линий, коммутационное состояние оборудования
высокого напряжения подстанций, на которые заходит линия).
Измерение частотных характерстик затухания и входного сопротив-
ления простого тракта по нетранспонированной линии. Такие тракты
образуются трехпроводными однородными линиями.
У простых трактов со схемой присоединения средняя фаза — земля
на ВЛ с горизонтальным расположением проводов и верхняя фаза —
земля для ВЛ с треугольным расположением проводов среднее значение
затухания увеличивается пропорционально частоте, а неравномерность
затухания, вызванного многократными отражениями, уменьшается.
Характер изменения среднего значения входного сопротивления тракта
с частотой совпадает с характером частотной зависимости входного со-
противления фильтра, присоединенного со стороны кабеля, при нагрузке
фильтра на характеристическое сопротивление линейного тракта. Для
простых трактов со схемой присоединения крайняя фаза — земля на ВЛ
с горизонтальным расположением проводов и нижняя фаза — земля на
ВЛ с треугольным расположением проводов частотная характеристика
затухания линий представляет собой кривую с увеличением среднего зна-
чения затухания и неравномерностью затухания вблизи резонансной час-
тоты. Для ВЛ 110—220 кВ резонансные частоты могут лежать выше
500 кГц (во всяком случае измерения, проведенные на частотах до
1000 кГц, резонансов не обнаружили), а для ВЛ 330—500 кВ — в диапа-
зоне 60—400 кГц. В простом тракте по нетранспонированной ВЛ
периодически изменяются затухание и входное сопротивление из-за от-
ражения волн от концов линий. Частотный интервал между близлежа-
щими максимумами и минимумами затуханий определяют как Д/ ~
~ 300/41, где I — длина линии.
Частоты, соответствующие экстремальным значениям затухания и
входного сопротивления тракта, как правило, не совпадают. При измене-
ниях коммутационного состояния концов ВЛ изменяются частотные
характеристики затухания и входного сопротивления тракта, что может
иногда привести к нарушению рабочего канала из-за измене гы я диаграмм
уровней приемного тракта аппаратуры уплотнения. Показания вольт-
метра U\ (см. рис. 64, 65) пропорциональны входному сопротивлению
тракта. При изменении частоты измерительного генератора можно по
показаниям вольтметра определить частоты, соответствующие экстре-
мальным значениям входного сопротивления. Показания прибора на при-
86
емном конце тракта дают возможность определить частоты, соответству-
ющие экстремальным значениям затухания тракта, не совпадающие,
как правило, с частотами экстремальных значений входных сопротивле-
ний. Учитывая периодичность повторения изменений затухания и вход-
ного сопротивления тракта, измерения проводят не для всех экстремаль-
ных частот. Измерения простого тракта по нетранспонированной линии
надо производить в рабочем режиме ВЛ и в коммутационном, при
котором возможны максимальные изменения относительно рабочего ре-
жима (например, при ВЛ, отключенной на одном или обоих концах).
Измерение частотных характеристик затухания и входного сопротив-
ления тракта по трехпроводной транспонированной линии. Неравномер-
ность затухания и отклонение входного сопротивления от среднего зна-
чения для тракта по транспонированной линии, как правило, невелики,
и коммутационные изменения заметного влияния на частотную характе-
ристику затухания и входного сопротивления не оказывают. Но и здесь
в частотных характеристиках затухания трактов отмечается увеличение
затухания вблизи резонансной частоты. Для транспонированных ВЛ с
горизонтальным расположением проводов с двумя транспозициями
присоединение по схеме фаза — земля лучше осуществлять к проводу,
который в начале или конце ВЛ является средним. Линии с одной или
двумя транспозициями могут иметь большую неравномерность зату-
хания.
Частотные характеристики входного сопротивления тракта почти сов-
падают с входным сопротивлением ВЧ кабеля, нагруженного на фильтр
присоединения, который, в свою очередь, нагружен на характеристичес-
кое сопротивление линии. Измерения можно производить только в рабо-
чем режиме, так как переключения по концам линии мало влияют на
частотную характеристику затухания, так же как и отражения мало
сказываются на изменении входного сопротивления тракта.
Измерения высокочастотных трактов с ответвлениями. Ответвления
от ВЛ вносят дополнительное затухание в ВЧ тракт, шунтируя его.
Это затухание зависит от длины ответвления, соотношения между дли-
ной ответвления и частотой, передаваемой по ВЧ тракту, от затухания от-
ветвления и нагрузки в конце ответвления. Ответвление вносит в ВЧ
тракт дополнительную неравномерность, особо заметную при затухании,
вносимом ответвлением, более 4 дБ. Ответвления от ВЛ делают чаще
в распределительных сетях, где линии относительно коротки и не транс-
понированы.
Короткое ответвление на некоторых частотах может иметь очень
малое входное сопротивление и шунтировать ВЧ тракт, поэтому ответ-
вления обычно обрабатывают заградителями. Часто достаточно обрабо-
тать только рабочую фазу, влияющую более других фаз на входное со-
противление ответвления.
Ответвление,' не используемое для организации каналов связи. Из-
мерение частотных характеристик ВЧ тракта с ответвлением, обработан-
87
ным вначале заградителем, полное сопротивление которого больше или
равно 800 Ом, не отличается от измерения аналогичного ВЧ тракта без
ответвления. В этом случае ответвление вносит дополнительное затуха-
ние и дополнительную неравномерность не более 3 дБ. Если ответвление
не обработано или обработано заградителем, сопротивление которого
меньше 800 Ом, а также если выбирают частоты для нового канала свя-
зи, то дополнительно измеряют затухание ВЧ тракта для режима XX
линии, когда ВЛ отключена и не заземлена по концам. Частотные харак-
теристики измеряют для трех режимов нагрузки ответвления: ответвле-
ние подключено к подстанции; ответвление отключено от подстанции и
не заземлено (XX ответвления); ответвление отключено от подстанции
и заземлено линейными разъединителями (КЗ ответвления).
Экстремальные значения затухания периодически повторяющихся не-
равномерностей будут наблюдаться на частотах: /экс к ~ (148и +
+ 74) /7ОТВ (максимальные значения затухания для режима XX и мини-
мальные для режима КЗ ответвления) и /Экс.к ~ 148и/7отв (минималь-
ные значения для режима XX и максимальные для режима КЗ ответвле-
ния) . Интервал между смежными частотами (максимумами и миниму-
мами) составляет: А/Экс =74//отв, где I — длина ответвления, км; и =0.
1,2...; £ = 1,2,3...
Ответвление, используемое для организации канала связи. Ответвле-
нием можно считать любой из возможных участков по отношению к
двум другим, которые можно рассматривать как сквозной тракт.
Затухание, вносимое ответвлением, в большей части случаев не превы-
шает 6 дБ при неравномерности не более 4,5 дБ. Это затухание и не-
равномерность максимальны в режиме XX. Расчет этих затуханий при-
веден в [12]. х
При нескольких ответвлениях, используемых для каналов связи,
неравномерность частотной характеристики затухания ВЧ тракта в по-
лосе 3 кГц не должна быть больше 7 дБ. Затухание, вносимое ответвле-
нием, используемым для организации каналов связи, и его неравномер-
ность можно уменьшить, обработав ответвление в месте го подключения
заградителем с активным сопротивлением, равным 200 -400 Ом в полосе
рабочих частот и вносящим дополнительные затухания в ВЧ тракт около
1,5 дБ. При этом затухание, вносимое ответвлением в основной канал,
не превышает 4,5 дБ, а его неравномерность — около 2 дБ. Измеряют
частотные характеристики рабочего ипи вносимого затухания ВЧ тракта
с таким ответвлением в рабочем режиме и режиме XX. В режиме XX
(ВЛ отключена и нигде не заземлена) затухание и его неравномерность
больше, чем в рабочем режиме ВЛ.
Измерения ВЧ тракта с обходом промежуточной подстанции. Кроме
основного, специально организованного канала ВЧ обхода для прохож-
дения сигналов с одной ВЛ на другую (рис. 66) при помощи элементов
присоединения и соединительной линии (а на активных обходах еще и
усилителя) есть еще путь через заградители, шины и оборудование под-
88
ПС в
Рис. 66. Прохождение сигнала на пассивном обходе
станции, а также электромагнитная связь (если есть параллельный учас-
ток ВЛ). Сигнал на выходе обхода, представляющий собой сумму сиг-
налов по трем путям, имеет значительную частотную зависимость, каж-
дый из участков тракта также имеет неравномерность частотной харак-
теристики затухания. При наладке измеряют частотную характеристику
затухания тракта по участкам и в целом, что позволяет оценить влияние
канала перехода.
Измерение пассивного обхода выполняют по схеме рис. 67. Выбором
соответствующей модификации обоих фильтров стремятся обеспечить
минимальное затухание основного канала по всей полосе частот канала
связи. Измерение достаточно произвести в одну сторону. Измеряю^ час-
тотную характеристику рабочего или вносимого затухания ВЧ тракта
на подстанции Б н между подстанциями А и В (рис. 67) при рабочей
схеме на подстанции обхода и гри разрыве основного канала обхода, ког-
да ВЧ кабель отсоединяют от обоих фильтров на обходе и заменяют его
двумя резисторами сопротивлением 75 См, подключенными вторыми
концами к земле. Сравнив оба измерения, можно судить о взаимном
Рис. 67. Схема измерения при настройке основного канала обхода
89
влиянии каналов при обходе и о влиянии коммутационных переключе-
ний на подстанции обхода на работу канала связи. Затухание ВЧ тракта,
измеренное при разрыве основного канала, должно превышать затухание
на тех же частотах, измеренное при рабочей схеме, не менее чем на 17 дБ.
Если эта разность меньше, то желательно повторить измерение при от-
ключении одной из ВЛ на подстанции обхода, что разрывает путь ВЧ
сигнала через заградители, шины и оборудование. Чтобы снизить влия-
ние этого канала обхода, необходимо увеличить активное сопротивление
ВЧ заградителей на подстанции обхода. Если затухание тракта на обходе
и его неравномерность’неудовлетворительны, то можно попытаться улуч-
шить их изменением индуктивности линейной и кабельной обмоток
одного из фильтров присоединения, можно также поменять местами по-
тенциальный и заземленные отводы трансформаторов одного из фильт-
ров.
Измерение активного обхода, на который в основной канал включен
усилитель чаще со сдвигом частот, выполняют после настройки каждого
из фильтров присоединения так же, как для настройки фильтров на око-
нечных подстанциях. Измеряют затухание ВЧ тракта по участкам и пере-
ходное затухание подстанции обхода с дальнего и ближнего концов. Для
ВЛ до 220 кВ может быть ориентировочно Лп.д > 22 дБ, Лп.б > 19 дБ,
для ВЛ более высоких напряжений ниже, вплоть до 0 дБ на ВЛ 750 кВ.
Промежуточный усилитель, включенный на обходе, шунтирует основ-
ной канал обхода, увеличивая затухание и неравномерность частотной
характеристики затухания ВЧ тракта. Затухания, вносимые промежуточ-
ным приемопередатчиком в ВЧ тракт, определяют сравнением частотных
характеристик сквозного тракта, измеренных при присоединении и
отключении аппаратуры уплотнения на обходе. Эти дополнительные за-
тухания не должны превышать 4 дБ.
Особенности трактов по грозозащитным и расщепленным грозоза-
щитным тросам. На ВЛ напряжением 330 кВ и выше подвешиваются по
два троса, служащих для защиты фазных проводов воздушных линий
электропередачи от грозовых перенапряжений. На нетранспонированной
ВЛ 220 кВ с треугольным расположением проводов подвешивают один
трос.
Для организации ВЧ связи по грозозащитным тпосам их разземляют
на всем протяжении усилительного участка. На каждой опоре трос под-
вешивается на изоляторах, шунтируемых воздушным искровым разряд-
ником. На ВЛ напряжением 500 кВ и выше, которые являются, как пра-
вило, магистральными, желательно иметь большое число ВЧ каналов
связи. Поэтому на них для этих целей используют и проводящие тросы.
Сопротивление проводящих тросов на линии сопоставимо с сопротивле-
нием фазных проводов, и эти тросы являются частью системы многопро-
водной линии.
Километрическое затухание тросовых трактов вне области резонанс-
ного подъема можно определить для ВЛ 500 и 750 кВ по эмпирической
90
Рис. 68. Схема присоединения ВЧ аппаратуры к проводящим грозозащитным
тросам:
а — два троса — земля; б — трос — трос; в — трос — земля; 1 — грозозащитные
тросы ВЛ; 2 — ВЧ. заградитель; 3 - конденсатор связи; 4 - фильтр присоедине-
ния; 5 - ВЧ кабель; 6 - ВЧ аппаратура; 7 — заземляющий ток
формуле, дБ/км: дт = к \/~f -10“ 2, где к - коэффициент, определяемый
конструкцией провода. Для одноповивных тросов АС 70/72 к = 0,8;
f — частота, кГц.
Из-за взаимодействия отражений в пролетах появляются резонансные
подъемы затухания линейных трактов. Максимумы затухания можно
определить из выражения, кГц,: fmax ~ и 150//, где / — длина пролета,
км; п = 1,2 ...
Указанные явления существенно влияют на затухание линейных трак-
тов по тросам в диапазоне частот выше 300 кГц.
Аппаратура систем передачи информации по ВЛ может присоединять-
ся к проводящим тросам по схеме два троса — земля, трос — трос, трос —
земля (рис. 68). Последняя схема применяется на ВЛ с одним грозоза-
щитным тросом. На ВЛ с двумя грозозащитными тросами схема трос —
земля применяется для присоединения аппаратуры по четырехпроводной
схеме: передатчиков — к одному тросу, а приемников — ко второму, что
дает возможность уменьшить обычные интервалы между полосами час-
тот приема и передачи. Для линий 500-750 кВ с горизонтальным распо-
ложением проводов чаще используется схема два троса — земля.
В приближенных расчетах в диапазоне частот до 300 кГц собственное
затухание такого тракта можно принять равным, дБ: дс=2,5-10-7 Ix/f1+
91
+ т + 2, где / — в килогерцах; I — в километрах; т — число транспози-
ций.
Для схемы присоединения трос — земля последнее слагающее этой
формулы равно 7.
Характеристическое сопротивление Zc этих тросовых трактов можно
приближенно принять, Ом: 275 — два троса — земля, 960 - трос — трос,
540 — трос — земля.
Для нетранснонированной ВЛ 220 кВ с треугольным расположением
проводов собственное затухание тросового тракта можно принять, дБ:
oc~kl у//1*Лдоп•
Для проводящего троса АС 70/72 и стального троса С 70 характерис-
тическое сопротивление Zc соответственно 550 и 570 Ом, к = 2,6-10“ 7
и 1,6-10“6, йроп для КЗ и XX нерабочих проводов 1,1; 2,6 и 3; 5,5 дБ.
Схема устройства присоединения к проводящему тросу 1 приведена
на рис. 69. На линии с двумя тросами монтируют два таких устройства.
Путем соотвестствующего включения ВЧ кабелей 5 в аппаратной связи
могут быть созданы схемы два троса - земля, трос — земля и трос —
трос. Высокочастотный заградитель 2 заземляет трос по промышленной
частоте. Для этой цели можно использовать реакторы заградителей
B3-J 000-0,6 с носледовтельным соединением обоих рядов витков (об-
щая индуктивность около 2,3 мГц, небольшая межвитковая емкость сла-
бо шунтирует ВЧ тракт в диапазоне 30—400 кГц). Конденсатор связи 3
и фильтр присоединения 4 образуют полосовой фильтр, настроенный на
пропускание полос частот ВЧ канала. При двух тросах на ВЛ на усили-
тельном пункте монтируются четыре устройства присоединения — два
для одного направления и два для передачи второго (обратного) направ-
ления. Устройства присоединения различных направлений передачи
разносят обычно на расстояние одного пролета ВЛ для снижения влияния
по петле обратной связи с выхода промежуточного усилителя на его вход
(из-за электромагнитной связи между спусками тросов к конденсаторам
связи). Поэтому, как правило, все устройства присоединения устанавли-
вают на траверсе опоры, это уменьшает длину спусков к оборудованию.
Затухания линейного тракта по схеме присоединения трос — земля на
5—7 дБ выше, чем при схеме два троса — земля из-за больших концевых
потерь.
Длина линий, по которым организуется ВЧ связь по тросам, как пра-
вило, достаточно велика, поэтому отраженные от приемного конца сиг-
налы и переключения по концам линий мало сказываются на частотной
зависимости входного сопротивления и затухания трактов по тросам.
Частотная зависимость затухания линейного
т ракта по грозозащитным тросам. На линейных трак-
тах по грозозащитным тросам частотная зависимость затухания плавная,
за исключением ’’резонансных” областей частот, где наблюдаются всплес-
ки затухания. Области повышенного затухания появляются из-за влия-
ния емкости фазных проводов и тросов по отношению к опорам и даже
92
Рис. 69. Схема устройства при-
соединения к проводящему грозоза-
щитному тросу'
Рис. 70. Схема присоединения
ВЧ аппаратуры провод - провод
разных расщепленных грозазащитных
тросов
из-за проводимости гирлянды изоляторов, на которой подвешен трос.
Точки измерения параметров тракта по тросам можно выбирать через
10—20 кГц, а в резонансных областях через 2—5 кГц. Кривая затухания
плавно растет с увеличением частоты, прерываясь местами ’’всплесками”
увеличения затухания.
Внутр и тросовые тракты, т.е. тракты по изолированным
друг от друга проводам грозозащитных тросов (рис. 70). являются
развитием ВЧ связи по грозозащитным тросам и используют принцип
связи по изолированным расщепленным фазам. Они сочетают основные
преимущества тех и других схем присоединения, что позволяет осущест-
влять ВЧ связь на значительные расстояния, уменьшить потери мощности
на корону, снизить уровень радиопомех. Однако при неблагоприятной
погоде при образовании инея такие тракты могут потерять работоспо-
собность из-за увеличения затухания. Внутритросовые тракты применяют
на ВЛ сверхвысокого напряжения переменного тока (1150 кВ) и посто-
янного тока (1500 кВ).
В нормальных метеорологических условиях наибольшее соотношение
сигнал/помеха имеют волновые каналы провод — провод расщепленного
троса. Но в гололедных условиях наибольшее отношение сигнал/помеха
присуще волновому каналу расщепленный трос — расщепленный трос,
затухание которого на 30—35% меньше затухания канала трос — трос при
использовании одиночных тросов.
Организация каналов по внутритросовым трактам дает возможность
уменьшения взаимных влияний между ВЧ каналами по ВЛ. Высокие
значения переходных затуханий между внутритросовыми трактами по-
зволяют повторять частоты ВЧ каналов на смежных участках без взаим-
ных влияний, что уменьшает дефицит частот при организации каналов
93
по ВЛ. Снижается также влияние на воздушные линии связи, на системы
радионавигации и радиоприема.
Переходное затухание между ВЧ каналами (рис. 71) по ВЛ на
ближнем конце определяют по формуле, дБ: Aq = 1 Olg(Pj o/A) > где Л о~
мощность передатчика ПРД1 влияющего канала, которая отдается в ли-
нию, Вт; Р2 или Р3 — мощность, поступающая от этого передатчика на
вход приемника ПРМ2 или ПРМЗ, Вт.
Переходное затухание на дальнем конце, дБ: Аа = 10Ig(Pi/jP4), где
Л — мощность, поступающая на вход приемника ПРМ4 или ПРМ5. Более
подробно о переходных затуханиях между фазными тросовыми и внут-
ритросовыми каналами можно узнать из [8].
Особенности трактов по расщепленным фазам. Тракты по изолирован-
ным проводам расщепленной фазы организуются чаще по ВЛ 330 кВ.
Внутрифазная связь по изолированным проводам расщепленных фаз
обеспечивает возможность организации большого числа каналов по од-
ной ВЛ, их малое влияние на каналы связи по другим линиям, на нави-
гационные системы, радиоприем. Поэтому эта связь дает возможность
рационально использовать частотный диапазон. Внутрифазные тракты в
отличие от внутритросовых имеют два вида периодически повторяющих-
ся неоднородностей — от изолирующих распорок и гирлянд изоляторов.
Сама опора, расстояние которой до проводов составляет не менее 4—6 м,
не оказывает влияния на ВЧ параметры этих трактов. Среднее значение
переходных затуханий на ближнем конце составляет 60 дБ между внутри-
фазными трактами и 45 дБ между внутрифазным трактом и трактом
фаза — земля. При этом они практически не зависят от частоты. В отли-
94
Р и с.12. Схема присоединения ВЧ аппаратуры к внутрифазным трактам
чие от переходных затуханий на дальнем конце гололед мало влияет на
переходные затухания на ближнем конце.
Высокочастотные ВЧ заградители устанавливают без элементов наст-
ройки, так как оборудование подстанции включено в среднюю точку за-
градителей — точку нулевого потенциала токов высокой частоты — и не
оказывает влияния на индуктивное сопротивление реактора. Два реак-
тора заградителя типа ВЗ-1250-0.5, через каждый из которых протекает
половина рабочего тока фазы линии или полный ток КЗ, подключены к
двум устройствам присоединения по схеме провод — земля (рис. 72).
Высокочастотные кабели подсоединяют к уравновешенному входу ВЧ
аппаратуры. Параметры внутрифазного тракта не зависят от переключе-
ний оборудования высокого напряжения по концам ВЛ.
Влияние Стриженных волн на частотные зависимости входного сопро-
тивления и затухания тракта невелико, за исключением диапазона 30—
40 кГц, так как по концам внутрифазного тракта обычно осуществляют
приемлемое согласование характеристического сопротивления'устройст-
ва присоединения с волновым сопротивлением линии.
Поэтому измерение параметров внутрифазного тракта можно произ-
водить, выбирая частоты через 10—20 кГц и лишь в диапазоне 30—40 кГц
более часто, чтобы определить влияние отраженных волн на эту частот-
ную зависимость. Следует отметить, что с ростом частоты симметрия
внутрифазных трактов нарушается.
95
К недостаткам внутритросовых и внутрифазных трактов надо отнести
повышенную чувствительность их затухания и волнового сопротивления
к гололеду и изморози (дождю, инею, туману, снегу) по сравнению с
традиционными схемами присоединения к фазным Проводам и тросам.
Волновое сопротивление внутрифазных и внутритросовых трактов мень-
ше аналогичных, нерасшепленных. Это и приводит к большему затуха-
нию от гололеда и изморози. Кроме того, на тросах облегчается образо-
вание гололеда и изморози из-за того, что они не обтекаются током.
В связи с этим при значительном гололеде (в IV и особом районах по
гололеду) организация ВЧ каналов по внутригросовым трактам практи-
чески невозможна без дополнительных мер, снижающих затухание при
гололедно-изморозевых отложениях.
Здесь возможно применение плавки гололеда, что является дорого-
стоящим мероприятием. Воможны также и другие методы: внутритросо-
вый тракт с переменным шагом расщепления; внутритросовый тракт
с присоединением провод — провод разных расщепленных грозозащит-
ных тросов. Однако эти методы не являются радикальными, они лишь
уменьшают затухания этих трактов в зависимости от метеорологических
условий.
Измерения переходных затуханий. Переходное затухание ВЛ или под-
станции оценивает ослабление сигнала от одного канала или сигнала, вы-
деляющегося на каналах других фаз той же линии или других линий,
подходящих к данной подстанции или подстанции противоположного
конца' ВЛ. Эти сигналы увеличивают уровень помех для приемников
других каналов. Такие же влияния существуют и между различными ВЛ,
идущими параллельно, особенно на двухцепных опорах. Переход сигнала
с одной фазы на другую или с одной ВЛ на другую осуществляется по
электрической связи через заградители, шины и оборудование подстан-
ции Аэ и по электромагнитной связи между фазами или линиями Лэы.
Если передатчик и приемники разных каналов на подстанции подсое-
динены к различным фазам линии или к линиям разных напряжений, то
непосредственная связь через шины подстанций между ними отсутству-
ет. При смене фаз одной ВЛ переходное затухайте увеличивается пример-
но на 9—10 дБ, а при присоединении к разным ВЛ — примерно на 17 дБ
при отличии напряжений ВЛ на одну ступень, на 26 дБ — на две ступени,
на 43 дБ - на три ступени. Переходное затухание А б.эм мало зависит от
параллельного участка линии, если он длиннее четверти длины волны
ВЧ сигнала X. При малой длине параллельного участка (Z < 15//, где/ —
в килогерцах) переходное затухание Лб.эм очень велико и не учитывает-
ся. Если длина параллельного участка линий 15// < 1а < 810//, то надо
учитывать неравномерность суммарного переходного затухания на ближ-
нем конце А§. Частотная характеристика на ближнем конце имеет до-
полнительную периодическую неравномерность из-за отражений от кон-
цов линий и других точек неоднородности. Эта неравномерность заметна
при .4б <26 дБ.
96
Р и с. 73. Измерения переходных затуханий на ближнем и дальнем концах линии
Измерение переходного затухания на ближ-
нем конце можно проводить методами рабочего или вносимого
затухания (рис. 73). При измерении частотных характеристик переход
ного затухания напряжение Uo поддерживают равным 10—20 В на всех
частотах. Переходные затухания линии и псдстанции ближнего конца
определяются выражениями. дБ
Лд.б = 201g((7o/l/2) -6; Лп.б = 201g(l7o/l/4) -6.
Если одна из пиний отключена на данной подстанции, то в режиме XX
по той же схеме переходное затухание, дБ, электромагнитного канала:
. -^л.б-эм ~ 201g(C7ox/ ^2х) — 6;
•^п.б эм ~ 2О1§({/о/1/4Х) —6.
Измерение рабочего переходного затухания
на дальнем конце производится аналогично предыду щемл.
Я„.д = 20^(17»/^) — 6; Лп.д = 20ig(<73/«7s) - 6;
^п.д.эм = 201g(l7ixl ^5х) ~ 6.
При наладке измерение переходных затуханий ВЛ и подстанции на
ближнем и дальнем концах желательно проводить для всех возможных
вариантов схемы организации каналов связи на подстанциях А и Б. В
97
дальнейшем в случае увеличения затухания какого-либо ВЧ тракта мож-
но довольно просто найти элемент, увеличивающий затухание, сравнивая
аналогичные измерения с прежними, выполненными при наладке при тех
же схемах коммутации.
Переходное затухание подстанции на ближнем и дальнем концах Ап
измеряют: при определении мешающих влияний между каналами связи
на подстанциях А и Б, присоединенных к разным фазам ВЛ; при нали-
чии обходов на дальней подстанции; при отыскании неисправного эле-
мента ВЧ тракта. Переходное затухание линии на ближнем и дальнем
концах Ал измеряют: при определении мешающего влияния друг на дру-
га каналов связи, организованных по разным фазам одной ВЛ или по
параллельным ВЛ; при определении причин повышенного затухания или
неравномерности частотной характеристики этого затухания.
Увеличение переходных затуханий может быть достигнуто увеличени-
ем сопротивления заградителей, а также организацией специальных
шунтирующих устройств на подстанциях [9].
Измерение дополнительного затухания от параллельно включенной и
промежуточной аппаратуры. Параллельно включенная и промежуточная
аппаратура на уплотненных каналах, когда к одному фильтру присоеди-
нения подключаются разные каналы, вносит дополнительные затухания и
неравномерность в частотные характеристики ВЧ тракта.
Каждый из каналов связи шунтирован при этом входным сопротив-
лением параллельно включенных ВЧ линий и приемопередатчиков
(рис. 74). Наиболее распространены схемы рис. 74, б, в.
Затухание, вносимое одним передатчиком, различно на частотах пере-
дачи и приема другой аппаратуры, так как входные сопротивления аппа-
ратуры передачи и приема могут существенно различаться, если они ра-
ботают на разных частотах. Дополнительные затухания, вносимые в
ВЧ тракт параллельно подключенной аппаратурой, не должны превышать
1 дБ на частотах передачи рассматриваемого канала связи. Измеряя
частотные характеристики ВЧ тракта, фиксируют также на стороне
приема дополнительное затухание, вносимое промежуточной и парал-
лельно включенной аппаратурой.
Перед измерением отключают всю подключенную к данному каналу
аппаратуру, и если по схеме возможно, то с ВЧ кабелем. Отключив про-
межуточную, последовательно включенную аппарутуру на обходе, соеди-
няют между собой ВЧ кабели. Включают передатчик исследуемого ка-
нала, на применой стороне ВЧ кабель нагружают на резистор сопротив-
лением 75 Ом. Уровень приема измеряют на этом резисторе избиратель-
ным указателем уровня с узкополосным высокочастотным входом.
Измеряют уровни сигналов контрольной, вызывных частот, частот
телефонного канала 300, 800 Гц, верхней частоты/в, несущих частот ка-
налов телемеханики. Затем все параллельные и последовательные при-
емопередатчики подключают к ВЧ тракту с поданными на выходные уси-
лители передатчиков коллекторными (анодными) напряжениями и от-
98
Рис. 74. Схемы подключим ВЧ кабелей при параллельном присоединении (/ — в
километрах, f — в герцах):
а, б — при длинах участков кабеля I > 38 f; в, г — аппаратура защиты и передачи
сигналов-команд; при длинах участков кабеля 39//<Z <114//
ключенными генераторами несущих частот выходных ступеней преобра-
зования.
Делают повторное измерение уровней р2 тех же сигналов.
Дополнительное затухание, вносимое шунтирующей аппаратурой,
дБ: аш = pi - р2. Аналогичные измерения производят и для обратного
напряжения передачи. Высокое входное сопротивление параллельно
включенной аппаратуры обеспечивает допустимое шунтирующее затуха-
ние. Если нет возможности провести такие полные измерения, то можно
ограничиться измерениями на выходе ВЧ фильтра приема. Правильная
настройка линейных и входных ВЧ фильтров дает возможность получить
высокое входное сопротивление при условии достаточного разноса час-
тот параллельно работающих каналов.
В ряде случаев для уменьшения шунтирующего затухания или предот-
вращения случайного КЗ более ответственного канала при наладочных
работах и эксплуатационных проверках на менее ответственном канале
включают разделительные фильтры (рис. 74, в, г). Дополнительное за-
тухание, вносимое разделительным фильтром в шунтирующий канал
связи, не должно быть более 1 —2 дБ в полосе пропускания.
Отношение сигнал/помеха в приемниках. Допустимые отношения сиг-
нал/помеха в различных точках приемников следующие: на выходе ВЧ
фильтра приема для телефонного канала (ТФ) 26 дБ в рабочей полосе
и —10 дБ в нерабочей полосе; на выходе индивидуального фильтра при-
ема для ТФ 26 дБ в рабочей полосе; для канала контрольной частоты 22
и 29 дБ соответственно для АРУ и для АРУ с несущей; для каналов теле-
механики с управлением 22 дБ для амплитудной модуляции (AM) и
99
18 и 22 дБ для частотной модуляции (соответственно для скорости пере-
дачи 50,100 Бод и более).
Неудовлетворительное отношение сигнал/помеха может получиться
из-за большого уровня мешающих частот на ВЧ входе приемника; кро-
ме того, частоты помехи могут попасть в рабочий или зеркальный канал
приемника; возможна неправильная настройка фильтров высоких,
промежуточных или низких частот; возможен недостаточный разнос
частот между параллельно работающими приемниками и передатчиками;
не исключены переходные влияния между индивидуальными каналами
налаживаемого канала связи, работа какого-либо блока приемника или
передатчика в нелинейном режиме, собственные шумы аппаратуры.
Измерения рс/п при отыскании причин, повышающих уровни помех,
могут быть произведены на ВЧ входе приемника, на входе первого де-
модулятора и на входе и выходе фильтров промежуточных и низких час-
тот. Разнос Д/ частот приемников от частот передатчиков параллельно
работающих каналов должен быть не меньше допустимого, указанного
в заводской документации на аппаратуру. Если причиной высокого уров-
ня помех на выходе приемника являются частоты, попадающие в зер-
кальный канал приема, то можно перейти на другую боковую полосу
частот (НБП или ВБП), одновременно изменив несущую частоту послед-
него модулятора передатчика и первого демодулятора приемника. При
этом соответственно изменится и полоса зеркального канала приемника,
а рабочие частоты приема (высокие, промежуточные и низкие) остаются
без изменения. Если несущая частота была выше рабочих частот приема,
то ее следует сделать ниже этих частот; если несущая частота была ниже
рабочих частот, то ее следует сделать выше рабочих частот. Для уменьше-
ния влияния параллельно включенного передатчика можно на входе при-
емника включить фильтр или контур с большим затуханием на частотах
зеркального канала или других влияющих частотах и малым затуханием
на рабочих частотах приема. В некоторых случаях можно присоединить
приемник и влияющий передатчик к разным фазам ВЛ.
Помимо влияния частот передатчиков, присоединенных к одной фазе
ВЛ, возможны влияния передатчиков, подключенных к другим фазам
или другим ВЛ данной подстанции или передатчиков, подключенных к
данной ВЛ в других пунктах, если переходные затухания Ап иАп между
данным приемником и этими передатчиками невелики. Измерения
производят, как и в случае параллельного включения, дважды: при
включении только передатчика налаживаемого канала и при включении
лишь влияющих передатчиков.
7. ИЗМЕРЕНИЯ ВЧ КАНАЛОВ
Качество каналов связи определяется качеством аппаратуры уплотне-
ния, качеством ВЧ тракта, уровнем линейных помех, степенью согласова-
ния входных сопротивлений аппаратуры уплотнения и ВЧ тракта. Для
100
определения корректировки и улучшения качества канала выполняют
следующие измерения.
Измерение частотной характеристики входного сопротивления при-
емопередатчика (ПП). Перед измерениями входного сопротивления ПП
согласовывают его выход с ВЧ трактом. Выход ПП нагружают на ВЧ
кабель, подсоединенный к фильтру присоединения, включенному на
линию. Анодные напряжения передатчиков, работающих на этом канале
связи, отключают. Желательно отключить также сигналы от других пере-
датчиков, создающих помехи на данном канале. На выход ВЧ передатчи-
ка включают электронный вольтметр и осциллограф. Изменяя отводы
выходного трансформатора блока МУС и отводы первичной обмотки
входного трансформатора блока ЛФ, согласовывают передатчик с ВЧ
трактом по максимуму тока и напряжения. Выходной ток контролируют
прибором ПП, а напряжение — электронным вольтметром. Затем изме-
ряют ток и напряжение сигнала нулевого уровня при нагрузке на кабель
на частоте 800 Гц, а также контрольного, вызывающих сигналов и сигна-
лов телемеханики. Аналогичные измерения делают, нагрузив ПП на
резистор 75 Ом. При согласовании на частоте 800 Гц оно может оказать-
ся неоптимальным на других частотах в связи с неравномерностью час-
тотных характеристик передатчика и входного сопротивления ВЧ
тракта. В этих случаях целесообразно произвести согласование на конт-
рольной или другой частоте, для которой затухание ВЧ тракта и уровень
помех на входе приемника оказались максимальными.
Измерения входных сопротивлений производят для оценки качества
настройки ВЧ фильтров (ЛФ и ПФПр) в полосе рабочих частот передачи
и приема канала через 0,5—1,0 кГц, в полосе /о ±10 кГц через 1—3 кГц,
где fo - средняя частота полосы передачи или приема. Измеряют также
входное сопротивление на частотах параллельно подключенной аппара-
туры уплотнения. В рабочей полосе передачи входное сопротивление ап-
паратуры связи должно быть равным 30-100 Ом. Вне рабочей полосы пе-
редачи входное сопротивление должно резко возрастать. В полосе при-
ема оно может быть выше, чем в полосе передачи.
Измерение частотной характеристики тракта. Подключив ко входу
группового тракта передачи (или телефонного канала) измерительный
генератор, поочередно передают сигналы постоянного уровня с интерва-
лом 100—200 Гц в полосе рабочих частот системы. Все служебные сигна-
лы на передающем пол у комплекте, в том числе сигнал контрольной
частоты, отключены. На приемнике полукомплекта аппаратуры эти сиг-
налы на выходе приемного фильтра фиксируют вольтметром или изме-
рителем уровня. Строится частотная характеристика тракта Дач.х.т =
= 201g(CZo/0y) =р0 - pf, где £/0, р0 - соответственно напряжение или уро-
вень сигнала средней частоты рабочей полосы тракта на выходе фильтра
приема; Uf, р[ — соответственно напряжение и уровень сигналов других
частот в этой точке измерения.
101
Рис. 75. Схема измерения характеристики остаточного затухания телефонного
канала
Значительные неравномерности затухания в полосе рабочих частот
могут быть следствием неравномерности затухания ВЧ тракта или несо-
гласованности выходных сопротивлений аппаратуры и ВЧ тракта, если
это согласование не было выполнено раньше. Согласование производится
с помощью отводов выходного трансформатора линейного фильтра пе-
редатчика, как показано выше, и входного трансформатора ВЧ фильтра
приемника.
Измерение остаточного затухания канала связи. Качество работы те-
лефонного канала при заданной полосе эффективно передаваемых час-
тот определяется остаточным затуханием, частотной и амплитудной ха-
рактеристиками остаточного затухания, помехозащищенностью и устой-
чивостью.
Остаточным затуханием канала называют разность
сумм всех усилений и всех затуханий в канале связи: а0 = Z 5 — 2 а,
где S 2а - суммы соответственно всех усилений и затуханий, дБ.
Остаточное затухание определяет значение принимаемого абонентом
сигнала. Измерение остаточного затухания производят по схеме рис. 75,
и заключается оно в измерении рабочего затухания канала связи на часто-
те 800 Гц, нагруженного с обоих концов на резисторы сопротивлением
600 Ом. В качестве измерительного генератора можно использовать гене-
ратор прибора П-321. Измерение на приемной стороне производят ука-
зателем уровня с сопротивлением входа 600 Ом или электронным вольт-
метром, включенными на выходе приемника, параллельно резистору
600 Ом. Остаточное затухание определяется так, дБ: а0 =рвх — Рвых» гДе
Рвх и Рвых ~ уровни соответственно на входе и выходе канала связи,
дБ. При нулевом уровне на входе а0 = - Рвых- При отсутствии прибора
П-321 измерение можно выполнить при помощи генератора звуковых
частот и схемы эквивалентного генератора. Вместо указателя уровня ко
входу дифференциальной системы противоположного конца канала мож-
но подключить резистор сопротивлением 600 Ом и электронный вольт-
метр. Остаточное затухание определяют так, дБ: аост = 201g(C/£-/C4bix)>
где UE — напряжение на выходе генератора.
102
Остаточное затухание телефонных каналов устанавливают равным
6—8 дБ на выходе дифференциальной системы приемника в связи с тем,
что при остаточном затухании телефонного канала, равном нулю, резко
снижается устойчивость канала связи (хотя при этом и обеспечивается
одинаковая слышимость при разговоре абонентов по местной сети и при
разговоре с абонентами, подключенными через каналы ВЧ связи). Оста-
точные затухания для противоположных направлений не должны отли-
чаться более чем на 2 дБ. Допускается изменение остаточного затухания
во времени не более чем на + 2 дБ установленного значения, но
скорость изменения не должна превышать 1 дБ/c, а мгновенное (скачко-
образное) изменение не должно превышать 0,5 дБ. Значение остаточного
затухания одного и того же канала телефонной связи может оказаться
неодинаковым для различных абонентов, так как остаточное затухание
для абонента больше затухания канала связи на значение затухания его
соединительной линии.
Для нормальной слышимости максимальные остаточные затухания
между любыми абонентами данного канала связи не должны превышать
28 дБ. Если в канале ВЧ телефонной связи есть ответственный абонент
с повышенным затуханием соединительной линии, то допускается умень-
шение остаточного затухания ВЧ канала до 5 дБ. При этом устойчивость
канала связи понижается и у абонентов с меньшим затуханием соедини-
тельных линий может возникнуть возбуждение. Если затухание соедини-
тельных линий абонентов невелико, остаточное затухание может быть
увеличено до 9 дБ при необходимости увеличения запаса устойчивости
канала связи.
Частотной характеристикой остаточного зату-
хания называют зависимость рабочего затухания канала от частоты
сигнала, подаваемого на вход канала при постоянстве уровня этого сиг-
нала. Частотная характеристика остаточного затухания измеряется так
же, как остаточное затухание, но при различных частотах одинакового
уровня и строится зависимость аост от частоты. Неравномерность частот-
ной характеристики оценивается величиной, дБ: Длост =йост - «ост/»
где аост и aOCTf — затухания сигналов соответственно частотой
800 Гц и f.
Амплитудной характеристикой остаточного
затухания канала называют зависимость его рабочего затухания
от уровня сигнала частотой 800 Гц, подаваемого на вход канала. Схема
измерения та же, что и для частотной характеристики. Меняя уровень
сигнала частотой 800 Гц на входе канала ступенями в 5 дБ с уровня
—25 дБ, измеряют для всех точек остаточное затухание. Строится зависи-
мость остаточного затухания от уровня сигнала на входе канала.
Участок характеристики, в пределах которого остаточное затухание
остается постоянным с точностью до 1 дБ, называют рабочей частью
амплитудной характеристики. Точка перегиба амплитудной характерис-
тики телефонного канала, имеющего ограничитель максимальных ампли-
103
туд, должна, как правило соответствовать максимальному уровню сиг-
нала 04—2,5 дБ, но не меньше -4 дБ в зависимости от уровня линейных
помех.
Изменение остаточного затухания со временем - нестабильность
Дост ~ может обусловливаться работой системы АРУ Д0СТ1 и изменени-
ем схемы включения оборудования высокого напряжения и ВЛ Дост2-
Нестабильность A0CTi можно определить, измеряя остаточное за1ухание
в условиях изменения затухания ВЧ тракта. К ВЧ входу приемника под-
ключают магазин затуханий (М3) и, меняя его затухание от 0 до 30—
40 дБ ступенями в 5 дБ, измеряют остаточное затухание для каждой
точки. Нестабильность остаточного затухания определяют так: ДоСТ1 =
= йост - йост0> где йост0 ~ остаточное затухание при нулевом затуха-
нии М3.
Нестабильность AOci2 определяют при различных частотах для каждой
схемы ВЛ на подстанциях (ВЛ отключена и не заземлена. ВЛ заземлена
со стороны подстанции и др.). Частотные характеристики нестабильности
остаточного затухания снимают для каждой схемы: ДОст2 = йост.к —
йост.о» гДе йост.к ~ остаточное затухание телефонного канала на данной
частоте при данной схеме подключения ВЛ и подстанции. Значения ДоСТ1
и Д0СТ2 не должны превышать 3 дБ.
Устойчивость канала — это допустимое снижение остаточного затуха-
ния в обоих направлениях от нормального значения до возникновения
генерации. Устойчивость определяют из выражения, дБ,: ок =
= 0,5(дост.н1 ~ йост.г1) + (йост.н2 — йост.г2) ’ гДе йост.н1 и йост.н2 ~
нормальные значения остаточного затухания в прямом и обратном на-
правлениях; а0СТГ1 и аОст.г2 — остаточные затухания в тех же направле-
ниях, соответствующие порогу генерации канала.
Устойчивость любого простого канала не должна быть менее 2.5—
3,5 дБ на холостом ходу дифференциальной системы (дифсистемы) и
менее 6 дБ при дифсистеме, нагруженной на телефонный аппарат абонен-
та. Измерение устойчивости производят при дифсистеме, переведенной в
режим XX (выход дифсистемы отключают от телефонной автоматики
аппаратуры). Подключают осциллограф или высокоомный телефон на
выход одной из дифсистем, регуляторами усилителей низкой частоты
увеличивают усилие до порога генерации. Измеряют при этом остаточное
затухание в каждом направлении передачи, отключив обратное на травле-
ние передачи. Такое же измерение проводят, подключив к дифсистеме
телефонный аппарат самого дальнего абонента.
В сложных каналах измерения устойчивости на усилительном участке
транзитного канала выполняют так же, как и для простого канала. При
измерении устойчивости транзитного канала с промежуточным усилите-
лем прямого усиления между ВЧ кабелем и входом каждого оконечного
полукомплекта аппаратуры уплотнения включают магазин с затуханием,
равным рабочему пределу регулирования системы ЛРУ промежуточного
усилителя в соответствующем направлении передачи.
1 пл
Измерение уровня линейны-' помех в полосе рабочих частот произво-
дят на выходе ВЧ фильтра приема при выключенном передатчике проти-
воположного конца канала связи.
Вляние линейных помех оценивают так, дБ: рс/п = рс - рп —
= 201gft/c/где рс и Uc — соответственно уровень и напряжение ра-
бочего сигнала на выходе фильтра приема; рп и Ua — соответственно
уоовень и напряжение помех в той же точке измерения.
Если в спектре линейных помех на экране осциллографа, подключен-
ного к выходу ВЧ фильтра приема, обнаруживается селективная помеха,
о ее уровень на выходе фильтра приема измеряют селективным волы
метром.
Измерение тракта приема. При измерениях и регулировке тракта при-
ема отключают передатчик этой аппаратуры уплотнения, так как сигнал
передатчика может возвратиться через недостаточно сбалансированную
дифсистему противоположного приемопередатчика. Анодное (коллектор-
ное) напряжение выходного каскада не отключают, чтобы не изменить
входного сопротивления или напряжения питания аппаратуры уплот-
нения
Измерение отношения сигнал[помеха на входе приемника. Высоко-
частотный кабель на приемной стороне нагружают на резистор сопротив-
лением 100 Ом. Измеряют и рассчитывают уровень помех в поло-
се частот телефонного канала, каналов АРУ, телемеханики и управления.
Измеряют уровни приема рс телефонного сигнала (800 Гц нулевого
уровня), сигналов контрольной частоты, телемеханики и вызывных час-
тот, передаваемых последовательно передатчиком противоположного
конца. Уровни помех и рабочих сигналов измеряют избирательным ука-
зателем уровня. При его отсутствии измерения производят на выходе
ВЧ фильтра приема, нагруженного на резистор с сопротивлением, рав-
ным рабочему сопротивлению нагрузки этого фильтра. Если при этом
суммарный уровень сигнала и помех удовлетворяет неравенству £7^
<2,5 Li,, где Un — напряжение помех, измеренное квадратичным вол.-т-
метром, то напряжение сигнала определяется так: Uc - .
Отношение сигнал/по.меха на входе приемника для каждого из^каналов,
дБ: /?с/п ~ Рс ~ Pv.Afi . Это отношение должно быть не хуже допусти-
мого. Если отношение рс/П меньше допустимого, то следует принять
меры к увеличению уровня сигнала на входе приемника. Можно приме-
нить, например, дополнительные усилители мощности типов УМ-100,
МУС-2, ЛУС-80.
Уровень чувствительности приемника и оптимальная рабочая точка
АРУ. Система автоматической регулировки уровня приема сигнала обес-
печивает постоянство остаточного затухания и других выходных уров-
ней канала связи и предохраняет от перегрузки усилительный и другие
каскады приемника.
105
Рис. 76. Регулировочная характеристика АРУ:
Рс ~ Уровень сигнала на входе приемника (ось абсцисс); ао - уровень остаточ-
ного затухания, измеренный на выходе приемника (ось ординат)
Затухание ВЧ тракта может увеличиться на 17—35 дБ при гололеде и
по другим причинам, а также уменьшиться до 10 дБ во время коммута-
ционных переключений. Считается, что качество канала связи остается
удовлетворительным, пока остаточное затухание канала не увеличится
более чем на 4—6 дБ по сравнению с нормально установленным в канале.
Системы АРУ выполняют с учетом этого требования. Пределы регулиро-
вания АРУ современной аппаратуры составляют 26—35 дБ при изменении
остаточного затухания на 3-4 дБ. Работа канала АРУ в канале связи по
ВЛ обеспечивается обычно при изменении контрольной частоты, постоян-
но циркулирующей в канале.
На рис. 76 приведена регулировочная характеристика системы АРУ.
Рабочий участок — линейная часть характеристики АРУ. Рабочий диапазон
системы АРУ составляет 26—35 дБ: Арару -рСтах — Рч-
Оптимальную рабочую точку АРУ рр-опт, дБ, выбирают таким обра-
зом, чтобы при уменьшении затухания ВЧ канала на 9—10 дБ рабочая
точка АРУ, которая переносится вправо, стала соответствовать рстах-
Условие для определения оптимальной рабочей точки АРУ, дБ: рр.опт 55
~Рстах — Ю ИЛИ рр.опт ~Рч + АРАРУ — Ю.
Пределы регулирования АРУ при увеличении затухания ВЧ трагтД
определяются выражением, дБ: Дав Л =-'43ап0 = АРАРУ — 10.
В некоторых случаях стремятся увеличить этот запас, смещая рабочую1
точку вправо от оптимальной. Не следует выбирать рабочую точку
Рртах ближе чем на 5 дБ от уровня Рстах, так как может появиться
возможность нелинейных искажений в приемнике. Не рекомендуется
также выбирать р^тт ближе чем Лзаппг/Й от уровня рч ; для большин-
ства каналов Лзап/гаги =94-10 дБ.
Измерение чувствительности приемника телефонного канала. На вхо-
де приемника устанавливают дополнительное затухание, равное расчет-
ному значению , АРУ переводят в положение автоматического регули-
рования. На входе приемника включают магазин затуханий и уменьшают'
106
уровень принимаемого сигнала частотой 800 Гц с нулевого уровня до
предварительно определенного значения рщ. При этом с противоложного
ПП поступает также контрольная частота. Увеличивая задержку АРУ и
уменьшая сигнал контрольной частоты на входе усилителя переменного
тока АРУ, добиваются максимального усиления усилителя высокой
частоты приемника (УВЧ). Если при сигнале на входе приемника, рав-
ном рч1, сигнал на входе первого демодулятора отсутствует, то зто озна-
чает, что чувствительность приемника ниже расчетной. В этом случае
чувствительность увеличивают уменьшением затухания ау, введенного
для постоянной работы. Если же сигнал на входе первого демодулятора
уменьшается незначительно (не более чем на 3 дБ) по сравнению с сиг-
налом при рабочем уровне на входе приемника, то надо увеличить допол-
нительное затухание ау еще на 1-2 дБ, т.е. сделать сигнал на входе при-
емника равным рч -(0г2 дБ). Если чувствительность приемника близка
к расчетной, то уровень сигнала на выходе приемника должен умень-
шиться по крайней мере до —10 дБ.
В общем случае чувствительность приемника равна минимальному
уровню сигнала на входе, при котором уровень на абонентском выходе
приемника равен — [ (7± 1) + 3,5] дБ. При максимальном усилении УВЧ
чувствительность рч не хуже, дБ: —23,5 — АСК-1; —20 — АСК-3,
СПИ-122, СПИ-244.
Диаграмма уровней при работе от фиксированного смещения. Уста-
новив чувствительность приемника равной расчетному значению рч\, пе-'
реводят АРУ для работы при фиксированном смещении. Изменяя фикси-
рованное смещение при помощи регуляторов, имеющихся в аппаратуре
уплотнения всех типов, устанавливают на входе первого демодулятора
уровень в соответствии с диаграммой уровней приемника. При этом от
противоположного ПП передается только сигнал 800 Гц нулевого уровня
без контрольного сигнала. Затем регулируют диаграмму уровней при-
емника в соответствии с типовой диаграммой. Для регулировки имеются
плавные или ступенчатые регуляторы на входе блоков демодуляторов
Д1, Д2, модуляторов М3, в блоках УНЧ приема и других точках в зави-
симости от типа аппаратуры уплотнения. Допустимые отклонения уров-
ней ±2 дБ. На низкочастотном выходе приемника телефонного канала,
нагруженном на резистор сопротивлением 600 Ом, устанавливается уро-
вень рвых = — (7±1) дБ. Затем синхронизируют генераторы высоких
частот.
Измерение канала контрольной частоты. Проверяют правильность на-
стройки и избирательности узкополосного фильтра УФ АРУ. Контроль-
ная частота данного канала должна находиться в центре полосы пропус-
кания УФ. Подстройку производят изменением емкостей или контуров
УФ и контролируют по максимуму показаний электронного вольтметра,
включенного на выходе усилительного каскада АРУ (для аппаратуры
АСК вольтметр подключают параллельно выходной обмотке 1, 4 транс-
форматора блока АРУ TL4). Измеряют отношение сигнал/помеха на вы-
107
ходе УФ АРУ: рс/п = 201g(tZI/i72), где 14 - напряжение сигнала контроль-
ной частоты на выходе УФ АРУ при отсутствии на входе приемника сиг-
налов других частот; U2 — суммарное напряжение одновременно пере-
даваемых телефонных, вызывных, телемеханических сигналов, которые
циркулируют в канале связи одновременно в одном из рабочих режи-
мов, а также сигналов влияющих передатчиков, помех по ВЛ. Измерение
напряжения производят в тех же точках, что и U\ . При этом сигнал кон-
трольной частоты отсутствует. Для аппаратуры СПИ, АСК, АСКУ при ра-
боте с приглушенной несущей частотой отношение рс/п должно быть не
менее 30 дБ, для АСК, АСК-У, работающих с местной несущей конеч-
ного демодулятора, — не менее 20 дБ. При одновременном включении
влияющих передатчиков и сигналов телефонных, телемеханики н вызыв-
ных данного канала связи не должен подавляться контрольный сигнал.
Допускается подавление не более чем +1 дБ.
Измерения уровня и несущих частот. С противоположного ПП при-
ходит контрольная частота, АРУ находится в положении фиксированного
смещения. Регулируют уровни несущих частот в блоках кольцевых пре-
образователей приемника Д1, Д2.МЗ. ’’отбор несущей”, ДГС, УСН-40 и
т.д. Современные преобразователи выполняют на микросхемах.
Уровни несущих частот должны быть в 5—15 раз больше уровней пре-
образуемых частот на входе названных концевых преобразователей.
Рекомендуется наблюдать форму кривых всех регулируемых сигналов
на осциллографе. При возникновении искажений уменьшают соответст-
вующие уровни сигналов кроме преобразователей. Сигналы искажаются
также в точках соединения несогласованных сопротивлений.
Измерение амплитудной характеристики остаточного затухания теле-
фонного канала. Амплитудную характеристику измеряют на частоте
800 Гц по схеме рис. 77 при отключенных ограничителе максимальных
амплитуд и системе сжиматель — расширитель.
Рис. 77. Амплитудная характе-
ристика остаточного затухания ка-
нала связи:
а — ограничитель максимальных
амплитуд включен; б — ограничитель
отключен; I — нелинейный режим
блоков передатчика или приемника;
2 - наличие помех, остатков преоб-
разования; 3 - глубина динамическо-
го диапазона уменьшена до 17-18 дБ
108
Измерение производят в такой последовательности. Тракты передачи
и приема телефонного канала разблокируют. На абонентский вход пере-
датчика подают сигнал нулевого уровня частотой 800 Гц (от генератора
П-321). Одновременно передается и контрольный сигнал. На приемной
стороне проверяют правильность установки остаточного затухания
(7±1) дБ. На входе передатчика устанавливают уровень —26 дБ. На
приемной стороне фиксируют показания указателя уровня рвых. На
передающей стороне на входе передатчика устанавливают уровень,
равный — 20дБ, и далее через 5 дБ до уровня 20 дБ.
Остаточное затухание определяют так: до1- -рвх/ — рвых/- -
Уровни на выходе приемника рвых!- обычно отрицательны, остаточ-
ное затухание положительно. Относительное затухание рассчитывают так,
дБ: ~aot - яо_], где ло~1 — остаточное затухание при уровне на
входе —10 дБ.
Амплитудная характеристика считается линейной в пределах, где зна-
чение относительного остаточного затухания не превышает 1 дБ. Из-
меренны° амплитудные характеристики считаются удовлетворительны-
ми, если в пределах динамического диапазона отличия от примерной ха-
рактеристики (рис. 77) не превышают ± 2 дБ.
Измерение частотной характеристики остаточного затухания. При на-
ладке необходимо измерить частотную характеристику остаточного зату-
хания-ВЧ канала связи в диапазоне эффективно передаваемой полосы
частот. Остаточное затухание канала связи на частоте 800 Гц берется
при этом за единицу отсчета.
Полосой эффективно передаваемых частот
считается полоса, ограниченная частотами, на которых остаточное затуха-
ние телефонного канала на 10 дБ превышает его остаточное затухание на
частоте 800 Гц. Частотная характеристика рассчитывается так: Дяо1- =
~ Рвыхвоо — Рвых! — uoj — До8оо> ГД® Рвыхг и aoi соответственно
уровень выхода и остаточное затухание на 1-й частоте измерения, дБ;
Рвыхвоо» «овоо — соответственно уровень выхода и остаточное затухание
на частоте 800 Гц, дБ.
Измерения производят по схеме рис. 75. Каждая из частот эффектив-
но передаваемой полосы последовательно усганавливаегся на выходе ге-
нератора П-321. Уровень передачи при измерении частичной характерис-
тики поддерживают одинаковым для всех частот и равным —10 дБ.
Измерение производят при пониженном уровне передачи во избежание
возможной погрешности от амплитудной нелинейности ВЧ канала связи.
Измерения производят в такой последовательности: измеряют остаточ-
ное затухание канала связи на частоте 800 Гц. Если оно существенно от-
личается от установленного (7± 1) дБ, то восстанавливают его нормаль-
ное значение. Частоту генератора П-321 устанавливают равной 300 Гц
с уровнем —10 дБ. Фиксируют значение данной частоты на выходе канала
связи. Устанавливают частоту генератора равной 400 Гц с тем же уров-
109
нем и вновь подключают его на вход передатчика и так для всех частот
эффективно передаваемой полосы.
При изменении частоты измерительного генератора в ряде случаев его1
выходной уровень остается без изменения. Для того чтобы на приемной
стороне фиксировались все точки измерения, генератор нужно отключать
после окончания передачи каждой из частот. Допустимые пределы откло-
нения остаточного затухания от нормированного (остаточного затухания
на частоте 800 Гц) принято задавать в виде шаблонов [9]. Измеренная
частотная характеристика остаточного затухания канала должна нахо-
диться между заштрихованными линиями: прямой и ломаной.
Существенное значение имеет знак отклонения остаточного затухания
от нормированного. Если зто знак положительный и данная частота про-
ходит с большим затуханием по каналу связи, чем частота 800 Гц, то або-
нент будет слышать ее хуже, чем частоту 800 Гц. Если же знак отрица-
тельный, т.е. затухание канала на данной частоте меньше, чем на частоте
800 Гц, то громкость на этой частоте будет выше, но устойчивость канала
связи будет ниже (по сравнению с частотой 800 Гц). Значит, запас устой-
чивости канала уменьшен и должен определяться на этой частоте. Воз-
можны также перегрузка нелинейных элементов высоким уровнем сиг-
нала такой частоты и возникновение при ее появлении нелинейных иска-
жений в канале связи. Исходя из этого допустимая нижняя граница Дсо
отстает от нормированного уровня на 2 дБ.
При наладке стремятся к получению частотных характеристик оста-
точного затухания, незначительно отличающихся от нормированного
значения. В аппаратуре уплотнения предусмотрена возможность коррек-
тировки частотной характеристики остаточного затухания. Поэтому
допустимые отклонения от нормированного значения конкретных типов
аппаратуры меньше приведенных в шаблоне.
Для частотной коррекции в аппаратуре уплотнения имеются специ-
альные частотно-зависимые контуры. Они состоят обычно из цепочек ем-
костей и индуктивностей, имеющих резонанс на одной из частот рабочего
диапазона.
В приемниках аппаратуры АСК предусмотрен дополнительный блок
выравнивателей, позволяющий ввести коррекцию частотной характерис-
тики на промежуточных частотах.
Измерение устойчивости телефонного канала. Устойчивость двухпро-
водного телефонного канала связи показывает, насколько можно умень-
шить остаточное затухание канала в обоих направлениях (увеличить уси-
ление) до возникновения генерации.
При измерении устойчивости канала абонентов обоих оконечных ПП
связывают по каналу, затем отсоединяют дифференциальную систему
от автоматики, вынув соединительные вилки из абонентских гнезд.
Создается режим XX дифференциальной системы. К абонентским гнез-
дам входа одной из дифференциальных систем подключают осциллог-
раф, электронный вольтметр или телефон с высоким выходным сопро-
110
тивлением (несколько тысяч ом). Увеличивают усиление в обоих направ-
лениях канала связи (например, регуляторами УНЧ приема) до возник-
новения генерации в канале. Установив такое усиление, когда канал свя-
зи находится на пороге генерации, измеряют остаточное затухание в каж-
дом из направлений при передаче сигнала нулевого уровня той частоты
телефонного спектра, которая имеет наименьшее остаточное затухание.
Устойчивость телефонного канала связи определяют так, дБ: о =
= 0,5(до1 +ао2) — 0,5(ло1 + «о2)>гДеяо1 ияо2 ~ нормально установлен-
ное остаточное затухание канала в каждом из направлений; До! и а^? —
остаточное затухание канала в каждом из направлений, при которых воз-
никает генерация.
Если увеличение усиления в канале производилось изменением поло-
жения регулятора УНЧ приема, то значения ао и могут быть ориенти-
ровочно найдены из регулировочной характеристики УНЧ каждого из
направлений. Устойчивость телефонного канала должна быть не менее
3 дБ. Устойчивость канала связи при разговоре абонентов зависит от
входного сопротивления линии каждого из них и может быть различной.
Поэтому измеряют иногда и устойчивость канала при нагрузке диффе-
ренциальной системы на линию какого-либо абонента. При таком изме-
рении она должна быть не меньше 5 дБ. Устойчивость зависит также от
фазы тока обратной связи. При наладке она в ряде случаев увеличивает-
ся, если изменить зту фазу на 180°. Такое изменение можно сделать, по-
меняв местами точки подсоединения линии и балансного контура или
провода, идущих к выводам любого трансформатора тракта приема.
Измерение уровня помех на выходе приемника телефонного канала.
Различные по частоте составляющие напряжения шума при одинаковых
уровнях воспринимаются абонентом как сигналы с различными уров-
нями громкости. Система телефон — ухо наиболее чувствительна к коле-
баниям с частотами 800—1000 Гц.
Для оценки уровня шумов используются псофометры, представляю-
щие собой милливольтметры с полосовым фильтром чувствительности
на входе и частотной характеристикой пропускания, близкой к частотной
характеристике системы телефон — ухо. Псофометрическое напряжение
на нагрузке 600 Ом в точке с относительным уровнем, равным —7 дБ,
должно быть не более 12,5 мВ.
При отсутствии псофометра измерения можно произвести квадратич-
ным вольтметром или широкополосным указателем уровня на выходе
приемника, нагруженного на резистор сопротивлением 600 Ом. Уровень
помех, измеренный в этих же точках псофометром, ниже в 1,33 раза.
Измеренное таким образом отношение сигнал/помеха должно быть не
меньше 26 дБ при минимальном уровне сигнала на выходе приемника
Pcmin- Уровень помех должен быть не выше —(39± 1) дБ. Если это соот-
ношение при правильно запроектированном канале ниже 26 дБ, то непра-
вильно выбрана рабочая точка и чувствительность АРУ (помехи из ВЧ
тракта), либо на выходе приемника имеются остатки несущих частот
111
плохо сбалансированных кольцевых преобразователей, либо какие-то
каскады работают в нелинейном режиме.
Большой уровень помех иногда объясняется селективными источни-
ками помех, наводками промышленной частоты 50 Гц и ее гармоник от
блоков питания и стабилизации, переходными влияниями между ин-
дивидуальными каналами данного канала связи.
Приложение
Таблица Ш. Приборы для наладки аппаратуры и ВЧ каналов связи
Наименование прибора Тип и основные параметры
Генератор высокочастотный Генератор импульсов Генератор звуковых частот Вольтметр электронный Вольтметры электро иные селективные Вольтметры универсальные Вольтметры цифровые Частотоме ры электронно-счетные Осциллографы Измерители параметров цепей с сосредоточенными постоянными Измерители параметров полупровод- никовых приборов и интегральных схем Избирательные указатели, измери- тели уровня Амперметр термоэлектрический ВЧ магазин затуханий Приборы комбинированные Мегаомметр ГИВЧ, ИГ-300, ЕТ-70Т/А, ЕТ-100Т/А, Г3-112. ГЗ-120, Г3-111, ГСЭ, Г4-117 Г5-54, Г5-63 ГЗ-106, ГЗ-109, П-321 B3-38A, ВЗ-38Б, В348А, ВЗ-55А, ВЗ-56, В3-57, B3-36 В6-9, В6-10, ET-70T/V, ET-100T/V В7-36 ВЗ-52/1, ВЗ-62, В7-22А. В7-27А. В7 32, В7-37, В7-38, ВЗ-59, ВЗ-60. ВКЗ-61, В7-28, В7-40, S7-40/1, В7-41 43-44, 43-62, 43-63 Cl-55, С1-65А, CI-69. Cl-76, Cl-94, С1-96, С1-112, С1-1128 Е4-11 (добротность), Е-1 ЗА, Е6-16, Е6-17 (сопротивление постоянному току), Е7-8, E7-I0, Е7-11 (универсальные) Л2-54, Л2-60 ИИУ-2, ET-70T/V, ET-100T/V, П326-2 Т15 до 1 А и 1000 кГц ВЧИ, M3-73; до 70 дБ, 75 Ом, 10-30 Вт, до 1000 кГц Ц4315 и аналогичные, ММЦ-01 Ф4101, М4100/4, М4100/3, М4100/1 (100-1000 В)
Примечание. Рекомендуемые аналогичными параметрами. приборы могут быть заменены другими с
112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефремов В.Е. Наладка высокочастотных каналов связи. М.: Энергия, 1971.
2. Малышев А.И. Фильтры высокочастотной аппаратуры уплотнения линий
электропередачи. М.: Энергия, 1972.
3. Зельдин Е.А. Децибелы. М.: Энергия, 1977.
4. Рыжавский Г.Я. Присоединение высокочастотных каналов к линиям высоко-
го напряжения. М.: Энергия, 1978.
5. Малышев А.И., Шкарин Ю.П. Специальные измерения высокочастотных ка-
налов по линиям электропередачи. М.: Энергия, 1979.
6. Кушнир Ф.В. Радиотехнические измерения. М.: Связь, 1980.
7- Шагам И.Л. Наладка каналов связи и телемеханики на аппаратуре АСК-1.
М.: Энергия, 1980.
8. Ишкии В.Х, Цитвер И.И. Высокочастотная связь по линиям электропередачи
330-750 кВ. М.: Энергоиздат, 1981.
9. Справочник по наладке каналов ВЧ связи по ЛЭП / Под ред. Э.С. Мусаэляна.
М.; Энергоатомиздат, 1984.
10. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения. М.: Радио и связь,
1985.
11. Рыжавский Г.Я., Скитальцев В.С. Наладка высокочастотных каналов авто-
матики на аппаратуре АККА-АВПА. М.: Энергоатомиздат, 1986.
12. Микуцкий Г.В., Шкарни Ю.П. Линейные тракты каналов высокочастотной
связи по линиям электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1986.
13. Микуцкий Г.В., Скитальцев В.С. Высокочастотная связь по линиям электро-
передачи. М.: Энергоатомиздат, 1987.
14. Штемпель Е.П. Полупроводниковый приемопередатчик высокачастотиой за-
щиты АВЗК-80. М.:_Энергоатомиздат, 1987.
15. Рыжавский Г.Я., Штемпель Е.П. Наладка ВЧ каналов релейной защиты.
М.: Энергоатомиздат, 1988.
СОДЕРЖАНИЕ
. Предисловие....................................................... 3
1. Измерения электрических сигналов............................. 5
2. Измерительные приборы....................................... [3
3. Измерения двухполюсников ................................... 37
4. Измерения четырехполюсников................................. 43
5. Измерения аппаратуры........................................ 58
6. Измерения ВЧ трактов........................................ 76
7. Измерения ВЧ каналов.....................................'. . 100
Приложение.........................................................112
I
40 к.
им на
ttifPir fit^ет.пи»ос1м1