В. И. ВИНОКУРОВ, С. И. КАПЛИН, И. Г. ПЕТЕЛИН

ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Под ред. проф. В. И. Винокурова

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов радиотехнических специальностей вузов

ББК 32.842

В49 УДК 621.317.7

Рецензент: кафедра метрологии и стандартизации Минского радиотехнического института  (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. А. С. Елизаров)

Винокуров В. И., Каплин С. И., Петелин И. Г.

В49        Электрорадиоизмерения:  Учеб. пособие для  радиотехнич. спец. вузов/Под ред. В. И. Винокурова. — 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Высш шк., 1986.— 351 с: ил.

В книге   рассмотрены современные методы  и  средства  измерений электрических и радиотехнических   величин,  основные  метрологические   понятия,  элементы   теории погрешностей  и др.  Во 2-е  издание  (1-е — в  1976 г.)  введен  материал  о приборном интерфейсе, обеспечивающем объединение измерительных приборов с ЭВМ.

© Издательство «Высшая школа», 1976
                                         © Издательство «Высшая школа», 1986, с изменениями

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1986

Предисловие
введение

Глава 1. Основные сведения о метрологии, измерениях и средствах измерений
§ 1.1. Измерение физических величин
§ 1.2. Средства измерений
§ 1.3. Характеристики измерений и их виды
§ 1.4. Обеспечение единства измерений
§ 1.5. Особенности измерений в радиоэлектронике
§ 1.6. Основные характеристики средств измерений
§ 1.7. Структурные схемы средств измерений

Глава 2. Обработка результатов измерений
§ 2.1. Погрешность измерения
§ 2.2. Прямое однократное измерение
§ 2.3. Прямое многократное измерение
§ 2.4. Косвенное измерение

Глава 3. Измерительные схемы общего назначения
§ 3.1. Реализация метода сравнения
§ 3.2. Чувствительность схем сравнения
§ 3.3. Принципы построения цифровых измерительных приборов
§ 3.4. Измерительные преобразователи
§ 3.5. Методы подавления помех при измерениях

Глава 4. Электромеханические измерительные приборы
§ 4.1. Общие сведения
§ 4.2. Конструкции основных узлов
§ 4.3. Магнитоэлектрические измерительные приборы
§ 4.4. Электродинамические измерительные приборы
§ 4.5. Логометры
§ 4.6. Самопишущие приборы

Глава 5. Измерительные генераторы и синтезаторы частоты
§ 5.1. Измерительные генераторы
§ 5.2. Генераторы сигналов низкочастотные
§ 5.3. Генераторы сигналов высокочастотные
§ 5.4. Генераторы качающейся частоты
§ 5.5. Генераторы импульсов и сигналов специальной формы
§ 5.6. Генераторы шумовых сигналов
§ 5.7. Синтезаторы частоты и генераторы на их основе

Глава 6. Электронный осциллограф
§ 6.1. Назначение, классификация и основные устройства осциллографов
§ 6.2. Структурная схема универсального осциллографа
§ 6.3. Основные технические характеристики, осциллографа
§ 6.4. Техника осциллографических измерений
§ 6.5. Запоминающие, скоростные и стробоскопические осциллографы
§ 6.6. Автоматизация осциллографических измерений

Глава 7. Измерение частоты и интервалов времени
§ 7.1. Осциллографический способ сравнения частот
§ 7.2. Резонансные частотомеры
§ 7.3. Цифровые частотомеры
§ 7.4. Измерители интервалов времени

Глава 8. Измерение фазового сдвига
§ 8.1. Осциллографические измерения
§ 8.2. Компенсационные измерения
§ 8.3. Фазометры с преобразованием фазового сдвига
§ 8.4. Цифровые фазометры
§ 8.5. Измерение фазового сдвига с преобразованием частоты

Глава 9. Измерение напряжения
§ 9.1. Общие вопросы измерений
§ 9.2. Построение электронных вольтметров аналогового типа
§ 9.3. Измерение среднеквадратического значения напряжения
§ 9.4. Особенность измерения импульсных и высокочастотных напряжений
§ 9.5. Цифровые вольтметры

Глава 10. Измерение мощности
§ 10.1. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока
§ 10.2. Калориметрический измеритель мощности СВЧ
§ 10.3. Измерители малой мощности СВЧ
§ 10.4. Ваттметры проходящей мощности
§ 10.5. Измерение мощности лазерного излучения

Глава 11. Анализ спектров. Измерение коэффициента нелинейных искажений
§ 11.1. Построение анализаторов спектра
§ 11.2. Измерение параметров спектра
§ 11.3. Основные характеристики анализатора спектра
§ 11.4. Особенности исследования спектров
§ 11.5. Сокращение времени спектрального анализа
§ 11.6. Измерение нелинейных искажений

Глава 12. Измерение характеристик случайных процессов
§ 12.1. Особенности измерений
§ 12.2. Оценка распределения вероятностей
§ 12.3. Оценка функций корреляции
§ 12.4. Построение цифровых коррелометров
§ 12.5. Измерение коэффициента корреляции по диаграмме разброса
§ 12.6. Особенности оценки спектральной плотности

Глава 13. Измерение параметров компонентов цепей и устройств
§ 13.1. Измерение активных сопротивлений
§ 13.2. Мостовые схемы для измерения параметров компонентов
§ 13.3. Резонансные схемы для измерения параметров компонентов
§ 13.4. Измерение добротности. Куметр
§ 13.5. Особенности измерения параметров и характеристик интегральных микросхем\

Глава 14. Измерение амплитудно-частотных и импульсных характеристик
§ 14.1. Общие сведения
§ 14.2. Структурные схемы измерителей АЧХ
§ 14.3. Устройство измерителей АЧХ
§ 14.4. Измерение частот на экране измерителей АЧХ
§ 14.5. Динамические погрешности измерителей АЧХ
§ 14.6. Применение измерителей АЧХ
§ 14.7. Корреляционный измеритель импульсных характеристик

Глава 15. Измерение параметров и характеристик СВЧ-устройств
§ 15.1. Устройство измерительных линий
§ 15.2. Измерение коэффициента стоячей волны, коэффициента отражения и полного сопротивления нагрузки
§ 15.3. Измерение параметров рассеяния четырехполюсных СВЧ-устройств
§ 15.4. Измерение ослабления четырехполюсных СВЧ-устройств
§ 15.5. Автоматизация измерений на СВЧ

Глава 16. Автоматизированные измерительно-вычислительные комплексы и интерфейсные системы
§ 16.1. Автоматизация измерений на основе микропроцессоров
§ 16.2. Измерительно-вычислительные комплексы
§ 16.3. Интерфейсная часть измерительных приборов
§ 16.4. Интерфейс измерительных систем
§ 16.5. Функционирование интерфейса при передаче измерительной информации

Заключение
Приложение
Литература
Предметный указатель

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для успешного выполнения плановых заданий на двенадцатую пятилетку в части ускорения научно-технического прогресса в нашей- стране, повышения качества продукции и производительности труда особое внимание должно уделяться измерительной технике и обеспечению высокой подготовки будущих инженеров в области электро- и радиоизмерений.

Предполагается, что в результате изучения курса «Электрорадиоизмерения» студенты должны: знать методы измерения основных электротехнических и радиотехнических величин, понимать принципы построения современных измерительных схем и приборов, знать области их применения, усвоить теорию и методы расчета погрешностей, а также пути их уменьшения, приобрести навыки эксплуатации радиоизмерительных приборов основных типов (главным образом в процессе лабораторных занятий).

Материал пособия изложен с учетом физико-математической подготовки студентов (в том числе по разделу теории вероятностей), а также изучения ими курсов «Теоретические основы электротехники», «Радиотехнические цепи и сигналы».

Внедрение в измерительную технику микропроцессоров обеспечило дальнейшее развитие средств измерений, создание нового поколения программируемых измерительных приборов с повышенными метрологическими характеристиками. За последние годы заметно изменилась и роль отдельных измерительных приборов. Они все чаще становятся источниками первичных данных автоматизированных систем сбора, передачи, обработки и отображения (регистрации) измерительной информации. Последнее привело к необходимости ознакомить студентов с вопросами построения стандартных интерфейсов для измерительной техники. Учитывалось также и то, что выпускники вузов должны не только грамотно использовать или разрабатывать промышленные измерительные средства, но и создавать измерительные схемы или установки частного применения для решения конкретных производственных или научных задач.

В основу настоящего учебного пособия положены лекции, которые в течение ряда лет авторы читают в Ленинградском электротехническом институте им. В. И. Ульянова (Ленина).

Кроме авторов в работе над рукописью принимали участие: Д-р техн. наук, проф. А. Г. Варжапетян (§ 13.5);  д-р техн. наук, проф. И. Ф. Шишкин (гл. 1; 2); лауреат Ленинской и Государственной премий канд. техн. на(ук, доц. И. Ю. Кривцов (§ 10.5); канд. техн. наук А. А. Данилин (§ 15.5; гл. 6).

Авторы благодарны коллективу кафедры «Метрология и стандартизация» Минского радиотехнического института (зав. кафедрой – д-р техн. наук, проф. А. С. Елизаров) за доброжелательную критику и рекомендации, способствовавшие улучшению содержания книги.

Авторы также признательны старшему инженеру Г. Н. Сорокиной за помощь при выполнении отдельных расчетов и оформлении рукописи.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Для. перевода производства на преимущественно интенсивный путь развития следует добиться кардинального повышения производительности общественного труда и на этой основе ускорить темпы экономического роста. Чтобы решить эти задачи необходимы: наращивание выпуска продукции, определяющей технический прогресс в народном хозяйстве; значительное увеличение масштабов создания, освоения и .внедрения в производство новой высокоэффективной техники; повышение технического уровня вычислительной техники, приборов и средств автоматизации на основе новейших достижений микроэлектроники, оптоэлектроники и лазерной техники.

С учетом достижений науки и техники предполагается ускорить внедрение автоматизированных методов и средств контроля _ качества и испытания продукции как составной части технологических процессов, применяя при создании новых машин, оборудования, аппаратуры и приборов модульный принцип с использованием унифицированных узлов и агрегатов.

Значение и роль измерений и измерительных приборов в развитии науки были оценены многими русскими учеными еще в XVIII в.

Первые электроизмерительные приборы в России были разработаны великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым и его учеником академиком Георгом Рихманом в процессе исследований атмосферного электричества.

С развитием электротехники разрабатывались новые методы измерений, создавались измерительные приборы. Большой вклад в развитие электрических измерений в России внесли Михаил Осипович Доливо-Добровольский, Борис Семенович Якоби, выдающийся физик Александр Григорьевич Столетов.

В 1883 г. Дмитрий Иванович Менделеев основал в Петербурге Главную палату мер и весов, став ее первым директором. Это он отметил: «Наука начинается там, где "начинают измерять».

Начало развитию радиоизмерений положил Александр Степанович Попов, крупнейший ученый, которому человечество обязано открытием радио, положившим начало новой эры в развитии науки, техники и культуры.

В 1905 г. А. С. Попов разработал специальную дифференциальную мостовую схему для измерения малых емкостей. С помощью этого устройства проводились исследования влияния такелажа на работу садовых антенн. Академик Михаил Васильевич Шулейкин в 1913 г. основал первую в России заводскую лабораторию по изготовлению радиотехнических измерительных приборов. Профессор Электротехнического института Алексей Алексеевич Петровский в тот же период создал первый в России учебник по телеграфным (слаботочным) измерениям.

Великая Октябрьская социалистическая революция открыла. большие возможности для развития электро- и радиотехники, включая электро- и радио измерения. В результате успешного выполнения пятилетних планов развития народного хозяйства СССР созданы новые заводы, выпускающие современные измерительные средства.

В развитии электро- и радиоизмерений существенною роль сыграло создание электронных ламп, электронного осциллографа. С появлением транзисторов и интегральных схем повысились возможности и долговечность приборов. Огромное влияние на развитие электро- и радиоизмерений оказала вычислительная техника. Методы вычислительной техники внедряются в измерительные приборы, а вычислительные средства широко применяют для обработки и хранения измеренной информации.

Измерительная техника продолжает интенсивно развиваться в следующих направлениях: повышаются точность и быстродействие, расширяется частотный диапазон, совершенствуется конструкция радиоизмерительных приборов, для их создания используют последние достижения науки и техники; расширяется и совершенствуется применение средств вычислительной техники, особенно микропроцессоров и микро-ЭВМ; совершенствуются методы и средства автоматизации измерений, расширяется их применение при разработке измерительных приборов и средств контроля качества продукции, а также метрологическое обеспечение измерений, создаются новые эталоны единиц; расширяется номенклатура и улучшаются характеристики преобразователей, применяемых как в измерительной технике, так и в системах управления.

Скачать книгу В. И. Винокуров, С. И. Каплин, И. Г. Петелин. Электрорадиоизмерения. Москва, Издательство «Высшая школа», 1986