Образовательные публикации
Теория работы барретора
Идеальный детектор мощности сантиметровых волн должен иметь квадратичную характеристику, т. е. изменение его сопротивления должно происходить Прямо пропорционально мощности, рассеиваемой на нем. Квадратичная характеристика особенно желательна для болометров, поскольку это является первым условием линейности градуировки болометрического мостика с непосредственным отсчетом.
Как нетрудно видеть из равенства, термистор далек от тою, чтобы быть совершенным квадратичным детектором. Барретор в большей степени удовлетворяет этому условию и имеет приблизительно линейную кривую зависимости сопротивления (постоянному току) от мощности в пределах большой части диапазона своих сопротивлений. Можно показать в общем виде, что барретор не может быть совершенным квадратичным детектором. Поскольку платиновая нить охлаждается выводами за счет теплопроводности, вдоль нити должен иметь место температурный градиент.
Поэтому сопротивление на единицу длины нити является функцией как тока, так и положения этой единицы длины. При использовании барретора в схемах для измерения мощности сантиметровых волн отклонение от квадратичной характеристики вызывается наличием сопротивления источника питания. Таким образом, нормальное отклонение от квадратичной характеристики, определяемое уравнением, следует отличать от эффективного отклонения.
Последнее включает в себя влияние источника питания барретора на изменение сопротивления, происходящее в результате подведения высокочастотной мощности. Если сопротивление источника питания барретора таково, что мощность постоянного тока питания барретора не зависит от уровня высокочастотной мощности на нем, то так называемые нормальное и эффективное отклонения от квадратичного закона становятся идентичными. Значительный интерес представляет вычисление ошибки в мостике с непосредственным отсчетом, вызываемой отклонением от квадратичной характеристики.
При этом предполагается, что нормальное и эффективное отклонения равны и что используемая схема мостика эквивалентна W мосту. Первой балансировкой мостика является балансировка на звуковой частоте, а постоянный ток используется в качестве калибровочного сигнала. Калибровка производится для отклонения стрелки на всю шкалу прибора, а меньшие уровни мощности отсчитываются путем линейной интерполяции.
При подаче высокочастотной мощности на барретор отсчет (при помощи интерполяции) даст значение. Отметим, что у обращается в нуль как для нулевого отклонения, так и для отклонения на всю шкалу и имеет максимальное значение при высокочастотной мощности, равной половине мощности постоянного тока, вызывающей отклонение прибора на всю шкалу.
Приближенная линейность этих двух кривых наводит на мысль, что равенство может быть видоизменено, как это было сделано с уравнением термистора, с тем, чтобы учесть влияние окружающей температуры Т на сопротивление барретора. Это показывает, что детекторная чувствительность барретора при данном рабочем сопротивлении не зависит от Т. Конвекционное охлаждение тонкой платиновой проволоки оказывает существенное влияние на характеристики барретора. Детекторная чувствительность сильно возрастает, возрастает и постоянная времени.
Теория барретора
Общие сведения о приборах
Приборы для измерения неэлектрических величин состоят из двух основных частей: преобразователя и измерительного устройства.
Очень часто между этими частями имеются вспомогательные элементы (провода, кабели, аттенюаторы и согласующие устройства), а измерительный прибор разбивается на ряд блоков: усилительное устройство, измерительный или регистрирующий прибор и блок питания. Назначение каждого из узлов весьма четко определено его наименованием.
Первый из них преобразователь-является устройством, обеспечивающим восприятие измеряемой входной величины (скорости, давления и т. п.) и преобразование ее в величину, удобную для передачи по линиям связи, усиления, измерения или регистрации электрическими средствами. Наряду с термином "преобразователь" в технической литературе часто встречается другой термин "датчик", имеющий одинаковое с первым значение.
В настоящей брошюре под "датчиком" понимается конструктивно законченный преобразователь, предназначенный для выполнения определенной функции (например, датчик давления, датчик скорости) безотносительно к заложенному в нем принципу преобразования. В случае, когда необходимо одновременно характеризовать и принцип преобразования, в название датчика включается соответствующее определение, например пьезоэлектрический датчик давления и т. д. Усилительный блок, равно как и блок питания, не является неотъемлемой частью измерительного прибора.
В ряде случаев эти блоки могут отсутствовать, например при измерении скорости вращения с помощью индукционного тахогенератора и чувствительного гальванометра. Иногда усилительный блок разбивается на два блока: согласующий каскад (часто катодный повторитель) и основной усилитель. Такое разделение имеет место, в частности, при применении пьезоэлектрических преобразователей, устанавливаемых далеко от измерительного блока.
В этом случае катодный повторитель с большим входным сопротивлением располагается вблизи преобразователя, в результате чего длинный кабель (иногда до 100-200 м), подключенный к низкоомной нагрузке повторителя, не оказывает заметного влияния на измерения. Неэлектрические величины, преобразованные в электрические напряжение или ток, измеряются или регистрируются соответствующим устройством. В качестве измерительного устройства часто используются показывающие стрелочные и цифровые приборы, а в качестве регистрирующих устройств различные самописцы, осциллографы и магнитные регистраторы.
Преобразователи механических величин в электрические: Преобразователь механической величины в электрическую является одним из основных элементов измерительного прибора. Выбор преобразователя в значительной степени предопределяет выбор схемы усилительного устройства и блока питания. Поэтому выбору преобразователя следует уделять особое и пристальное внимание.
Общие сведения о приборах
Измерение импульсных приемников
Приемники сантиметровых волн, предназначенные для усилений коротких импульсов, были подробно исследованы в Лаборатории излучения. Большая часть измерений, которые будут описаны в дальнейшем, была разработана именно для этого класса приемников, и в некоторых случаях разработанная методика измерений применима только к этим приемникам.
Импульсным приемником является приемник, предназначенный для приема коротких импульсов энергии сантиметровых волн, усиления их и преобразования в усиленные сигналы низкой частоты, огибающая которых достаточно точно воспроизводит форму импульсов. Подобные приемники обычно строятся по схеме супергетеродинного типа.
В приемнике используются кристаллический смеситель в качестве первого детектора, гетеродин незатухающих колебаний сантиметровых волн, усилитель промежуточной частоты, работающий на обычных высоких частотах, и второй детектор, создающий импульсы постоянного тока. Эти импульсы воспроизводят форму огибающей импульсов высокой частоты со степенью точности, которая зависит от амплитудной и фазовой характеристик усилителя промежуточной частоты.
В частности, полоса принимаемых частот усилителя промежуточной частоты должна иметь ширину порядка - гц, где т - продолжительность импульса высокой частоты, выраженная в секундах. Цепи сантиметровых волн почти всегда обеспечивают полосу пропускания, более широкую, чем указанная, и не ограничивают точности воспроизведения всей системы.
Характеристика импульса. Для определения поведения приемника при воздействии на него импульсных сигналов необходимо знать полную амплитудную и фазовую характеристики приемника; следовательно, каждый приемник должен рассматриваться особо.
Однако основные положения могут иллюстрироваться одним примером. Обстоятельствами, требующими особого внимания, являются низкое выходное напряжение и большие искажения, которые имеют место в тех случаях, когда продолжительность импульса слишком коротка для полосы пропускания данного приемника. Возникновения подобных условий следует избегать при испытании приемников с импульсными сигнал-генераторами.
Измерения с помощью сигнал-генераторов с импульсной модуляцией: Испытания импульсных приемников чаете производятся с помощью сигнал-генераторов с импульсной модуляцией, так как в этом случае условия измерений наиболее близко подходят к действительным условиям работы приемников. Минимальный обнаруживаемый сигнал очень трудно определить и измерить, так как он существенно зависит от параметров приемника и опыта наблюдателя.
Поэтому желательно найти более точный критерий, которым можно было бы пользоваться при исследовании импульсных приемников с обычными осциллографическими индикаторами. Установлено, что таким наилучшим критерием является так называемый "касательный" сигнал. Касательный сигнал представляет собой сигнал, который сдвигает амплитуду наблюдаемых шумов на величину, равную их собственной амплитуде, что наблюдается с помощью осциллографического индикатора типа А. Совершенно очевидно, что выполнение этой операции требует от оператора опыта.
Читать дальше...
