Индикатор СВЧ излучения 8-12 Ггц
Прибор предназначен для поиска СВЧ излучении и обнаружения маломощных СВЧ-передатчиков выполненных, например, на диодах Ганна. Он перекрывает диапазон 8,..12 ГГц.Рассмотрим принцип работы индикатора.
Простейшим приемником, как известно, является детекторный. И такие приемники диапазона СВЧ, состоящие из приемной антенны и диода, находят свое применение для измерения СВЧ мощности. Самым существенным недостатком является низкая чувствительность таких приемников.
Чтобы резко повысить чувствительность детектора, не
усложняя СВЧ головки, используется схема детекторного СВЧ приемника с модулируемой задней стенкой волновода (рис. 5.22).СВЧ головка при этом почти не усложнилась, добавился только модуляторный диод VD2, a VD1 остался детекторным.С некоторым приближением можно считать, что когда диод VD2 закрыт, он не влияет на процессы в волноводе, а когда открыт — полностью закорачивает волновод, т.е. играет роль короткозамкнутой задней стенки.Рассмотрим процесс детектирования. СВЧ сигнал, принятый рупорной (или любой другой, и нашем случае — диэлектрической) антенной, поступает в волновод. Поскольку задняя стенка волновода короткозамкнута, в волноводе устанавливается режим стоячих волн. Причем, если детекторный диод будет находиться на расстоянии полуволны от задней стенки, он будет в узле (т.е. минимуме) поля, а если па расстоянии четверти волны — то в пучности (максимуме). То есть, если мы будем электрически передвигать заднюю стенку волновода на четверть полны (подавая модулирующее напряжение с частотой 3 кГц на VD2), то на VD1, вследствие перемещения его с частотой 3 кГц из узла в пучность СВЧ поля, выделится НЧ сигнал с частотой 3 кГц. который может быть усилен и выделен обычным усилителем НЧ.Таким образом, если на VD2 подать прямоугольное модулирующее напряжение, то при попадании в СВЧ поле с VD1 будет снят продетектированныЙ сигнал той же частоты. Этот сигнал будет противофазен модулирующему (это свойство с успехом будет использовано в дальнейшем для выделения полезного сигнала из наводок) и иметь очень малую амплитуду.
То есть вся обработка сигнала будет производиться на НЧ. без дефицитных СВЧ деталей.
Схема обработки приведена на рис. 5.23. Питается схема от источника 12 В и потребляет ток около 10 мА.
Резистор R3 обеспечивает начальное смещение детекторного диода VD1. Принятый диодом VD1 сигнал усиливается трехкаскадным усилителем на транзисторах VT1 — VT3. Для исключения помех питание входных цепей осуществляется через стабилизатор напряжения на транзисторе VT4.На микросхеме DD2 собран генератор импульсов частотой 3 кГц, которыми через резистор R22 модулируется диод VD2. Модулирующее напряжение в прямой (вывод 8 DD2) и инверсной (вывод 9 DD2) фазах через R8 поступает на резистор R11 «Чувствительность». Этим резистором устанавливается такая фаза и амплитуда компенсирующего напряжения па движке R11, чтобы свести к пулю паводки на диод VD1. В самом деле, на VD1 так или иначе будет наведено (через паразитные связи) модулирующее напряжение 3 кГц (все-таки на VD2 почти 1 В, а полный сигнал снимается с VD1 и имеет амплитуду 1 мкВ и менее). Но вспомним, что полезный сигнал (от СВЧ ноля) с диода VD1 и модулирующее напряжение па диоде VD2 противофазны. Именно поэтому движок R11 можно установить в такое положение, при котором паводки будут подавлены. Подключите осциллограф к выходу ОУ DA2 и. вращая ползунок резистора R11, вы увидите, как происходит компенсация.С выхода предварительного усилителя VT1—VT3 сигнал поступает на выходной усилитель па микросхеме DA2. Обратите внимание па то, что между коллектором VT3 и входом DA2 стоит RC-цепочка R17C3 (или С4 в зависимости от состояния ключей DD1) с полосой пропускания всего 20 Гц(!). Это так называемый цифровой корреляционный фильтр. Мы знаем, что должны принять прямоугольный сигнал частотой 3 кГц, в точности равной модулирующей, и в противофазе с модулирующим сигналом. Цифровой фильтр как раз и использует это знание — когда должен приниматься высокий уровень полезного сигнала, подключается конденсатор С3, а когда низкий — С4. Таким образом, на С3 и С4 за несколько периодов накапливаются верхнее и нижнее значения полезного сигнала, в то время как шумы со случайной фазой отфильтровываются. Цифровой фильтр улучшает соотношение сигнал/шум в несколько раз, соответственно повышая и общую чувствительность детектора. Становится возможным уверенно обнаруживать сигналы, лежащие ниже уровня шума (это общее свойство корреляционного приема).С выхода DA2 сигнал через еще один цифровой фильтр R5C6 (или С8 в зависимости от состояния ключей DD1) поступает па интегратор-компаратор DA1, напряжение на выходе которого при наличии полезного сигнала на входе (VD1) становится равным примерно напряжению питания. Этим сигналом включается светодиод HL2 «Тревога» и головка ВА1. Прерывистое тональное звучание головки ВА1 и мигание светодиода HL2 обеспечивается работой двух мультивибраторов с частотами около 1 и 2 кГц, выполненными на микросхеме DD2, и транзистором VT5, шунтирующим базу VT6 с частотой работы мультивибраторов.Конструктивно прибор состоит из СВЧ головки и платы обработки, которая может быть размещена как рядом с головкой, так и отдельно.
Источник: http://www.radio-schemy.ru/instrumentation/radio-wave/47-indikator-svch-izlucheniya-8-12-ggc.html
Электровакуумные приборы в СВЧ
Магнетрон, электровакуумный прибор СВЧ, мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Принцип действия магнетрона основан на торможении электронов в электрических и магнитных полях. Используется главным образом в устройствах радиолокации, а также в нагревательных установках сверхвысокой частоты.
Впервые термин «магнетрон» был предложен А. Халлом, который в 1921 году, опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора и предложил ряд конструкций магнетрона.
Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн с помощью магнетрона в 1924 запатентовал чехословацкий физик А. Жачек. В 40-х годах под руководством М. А.
Бонч-Бруевича была разработана конструкция многорезонаторного магнетрона, что позволило значительно увеличить выходную мощность.
По своей принципиальной схеме магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу, помещённую в магнитное поле. Анод лампы — медный цилиндр, в центральной части которого высверлено круглое широкое отверстие.
По периферии центрального отверстия высверлено несколько одинаковых цилиндрических отверстий меньшего диаметра, которые представляют собой камеры объёмных резонаторов.
Каждый такой объёмный резонатор имеет щель, соединяющую его с центральным отверстием анода.
По оси центрального отверстия анодного блока расположен подогревательный катод с высокой эмиссионной способностью. Нить накала катода соединяется с источником питания специальными выводами. Предусмотрен также отдельный вывод для выхода энергии высокочастотных колебаний из камер объёмных контуров.
К торцам анодного блока магнетрона привариваются медные крышки. Внутри анода создаётся вакуум. Для лучшего охлаждения корпус блока имеет на внешней поверхности ребристые радиаторы.
Принцип действия магнетронного генератора основан на возбуждении колебаний в объёмных резонаторах. Для этого между анодом и катодом прибора прикладывается высокое напряжение, положительный полюс которого соединен с анодом. Кроме того, весь блок в целом помещается в сильное магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами.
В результате электроны, вылетающие из катода, находятся под воздействием двух сил: одна сила, обусловленная наличием электрического поля, заставляет электроны двигаться в радиальном направлении; другая, обусловленная наличием магнитного поля, заставляет электроны искривлять свою траекторию.
Подбирая величину электрического поля и величину магнитного поля, можно добиться такого положения, когда электроны, вылетевшие с катода, описав окружность, будут проходить вблизи анода, после чего снова возвращаться на катод. При этом лишь незначительная часть излучённых электронов попадает на анод, в то время как большая их часть возвращается в область катода.
Около анода создаётся условие динамического равновесия, при котором возвращающиеся к катоду электроны заменяются вновь вылетевшими.
Так как электроны непрерывным потоком двигаются от катода к аноду, возле анода, около щелей объёмных резонаторов образуется вращающийся пространственный заряд кольцевой формы.
Двигаясь по окружности центрального отверстия анодного блока, электроны проходят около щелей объёмных резонаторов. Благодаря этому в каждом объёмном резонаторе возбуждаются, а затем поддерживаются незатухающие высокочастотные колебания.
Энергию высокочастотных колебаний из магнетрона в большинстве случаев выводят при помощи витка провода, помещённого в полость одного из резонаторов. Другой конец витка соединяется с коаксиальной линией или с волноводом, по которой энергия и передаётся в антенну.
Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме. В импульсном режиме магнетроны, способные развивать огромную мощность до 5 МВт и нашли широкое применение в современной в современной радиолокационной технике.
В настоящее время становится важной проблема миниатюризации электронных приборов СВЧ. Бурное развитие полупроводниковой электроники СВЧ способствует решению этой проблемы. Однако важным является и создание миниатюрных и высоконадежных электровакуумных приборов СВЧ.
В современной радиолокационной технике нашли широкое применение магнетроны МИ-29, МИ-99А , МИ-119, МИ-279А1 и другие.
Источник: http://oscillografi.ru/stati/114-jelektrovakuumnye-pribory-v-svch
Измерение напряжения с помощью осциллографа
Измерение напряжения с помощью осциллографа не представляет большого труда.
После того, как мы откалибровали щуп осциллографа, можно приступать к измерениям. В нашей статье пошагово рассмотрим, как измерять постоянное и переменное сетевое напряжение.
Переменный ток обозначается как «АС» — Alternating Current — с англ. переменный ток, а постоянный — «DC» — Direct Current — с англ. постоянный ток.
Думаю, тут ничего сложного нет. Имейте также ввиду, что в великом могучем русском языке постоянный ток и постоянное напряжение — это синонимы, переменный ток и переменное напряжение — аналогично.
Просто так повелось.
Итак, первым делом выбираем, какой ток будем мерять. Это делается с помощью кнопочки Coupling (нажимаем клавишу Н1)
Далее выбираем род тока: постоянный (DC) или переменный (AC). Давайте же будем измерять постоянный ток. Справа экрана сплывают окошки и мы выбираем DC (нажимаем клавишу F1)
На Блоке питания для пробы выставляем напряжение в 5 Вольт.
Соединяем щупы блока питания и осциллографа. Сигнальный щуп осцила желательно соединить с красным плюсовым крокодильчиком щупа блока питания, а черный щуп (земля) соединить с минусовым черным крокодилом.
Смотрим на дисплей осцила
Итак, что мы тут видим? А видим мы тут осциллограмму постоянного напряжения. Постоянное напряжение — это такое напряжение, которое не изменяется со временем. А если вы в курсе, осциллограф показывает значение напряжение во времени. Если не знаете, что такое осциллограф и как им пользоваться, можно подробно узнать в этой статье.
Давайте подробнее разберем эту картинку. Смотрим, на что в основном надо обратить внимание (указано белой стрелкой).
Так как мы измеряем постоянное напряжение на первом разъеме осцила, то и следовательно, осциллограмма будет помечена цифрой «1» в красном кружочке в красной рамке. Как мы с вами видим, весь экран осциллографа поделен на кубики штриховой линией.
В красной рамке по оси Y обозначают напряжение одной стороны кубика. В данном случае 2 Вольта. Если посчитать от центра пересечения утолщенных штриховых линий, то осциллограмма находится на высоте 2,5 стороны кубика. Значит напряжение будет 2.
5х2=5 Вольт.
В зеленой рамке с помощью нехитрой кнопки я вывел точное значение напряжения, нажав кнопку «Measure», что с англ. — измерять. Точное значение равно 5,085 Вольт.
Настало время измерить переменный ток (переменное напряжение). Для опытов я взял ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор). Как вы помните, ЛАТР понижает или повышает переменное сетевое напряжение.
Ставим напряжение в 100 Вольт.
Ставим на осциле измерение переменного напряжения AC
Цепляемся к щупам осцила крокодилами, идущими от ЛАТРа и смотрим картинку
Ну как? Похожа на синусоиду? С помощью кнопки «Measure» я вывел некоторые интересующие нас параметры. Vk — среднеквадратическое значение напряжения. В данном случае он нам показывает напряжение, которое мы подавали с ЛАТРа — это 100 Вольт.
F — частота и T — период. Как мы с вами видим частота напряжения в сети 50 Герц. Все верно, в России частота в сетях электрического тока принята 50 Герц, в США — 60 Герц. Период — 20 миллисекунд.
Если единицу разделить на 20 миллисекунд, то мы как раз получим частоту сигнала ;-).
Хотите узнать больше об измеряемом сигнале? Не пропустите нашу следующую статью!
Источник: https://www.ruselectronic.com/tsifrovoj-ostsillograf-owon-sds/
Осциллограмма
Главная > Теория > Осциллограмма
Любая электротехническая лаборатория должна быть оборудована измерительной аппаратурой для определения источников сигналов, уровня напряжения, силы тока и так далее.
Это позволяет осуществлять не только необходимые исследования, но и проектирование или конструирование различных приборов и устройств.
На промышленном предприятии, особенно там, где присутствуют токи высокой частоты, без осциллографа (основного прибора для измерения электричества) практически невозможно обойтись.
Пример осциллограммы
Применение осциллографа
Данный аппарат позволяет визуализировать напряжение на специальном экране. Он выдает осциллограмму, которая представляет собой график изменения параметра электрического тока на протяжении некоторого периода.
Основной ценностью осциллографа является возможность одновременного измерения напряжения, частоты, силы тока и угла сдвига фаз. Все результаты сразу обрабатываются и выводятся на экран в виде графика, который демонстрирует форму электрического сигнала.
В результате наблюдатель может увидеть процессы, которые происходят в электрической цепи, определить источник сбоя, своевременно выключить прибор, чтобы предотвратить повреждение или катастрофу.
Осциллограф
Как правило, постоянное напряжение представляет собой идеальную синусоиду. Однако на практике это не всегда так – напряжение в сети может колебаться, что и будет отражено на экране описываемого прибора.
В такой ситуации точно измерить данный параметр с помощью стандартного вольтметра почти невозможно (будут существенные погрешности: измерительная аппаратура со стрелками будет выдавать одни значения, цифровые приборы – другие, а устройства для измерения напряжения постоянного тока – третьи).
Единственный способ максимально точно определить напряжение в такой сети – использовать осциллограф.
Особенности применения цифрового аппарата
Данные измерительные устройства позволяют не только отслеживать форму сигнала в режиме реального времени, но и сохранять полученную информацию, которую затем можно будет обрабатывать на компьютерах при исследовании и моделировании различных процессов. Осциллограмма, которую выводит на экран описываемый прибор, предоставляет возможность наблюдать следующие особенности измеряемого сигнала:
- Параметры электрического импульса;
- Значения входящего сигнала (отрицательные или положительные);
- Скорость изменения значений импульса от нуля до максимального значения;
- Соотношение продолжительности импульса и паузы.
Цифровой осциллограф
Чаще всего осциллографы используются для изучения сигналов, носящих периодический характер.
Принцип функционирования прибора
Ключевым элементом устройства является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Из нее откачивается воздух так, чтобы внутри образовался вакуум, в котором находится катод (положительно заряженное вещество).
При воздействии на него электрического тока он начинает излучать отрицательно заряженные частицы, фокусирующиеся затем с помощью специальной системы и направляемые на внутреннюю поверхность экрана.
Эта поверхность покрыта специальным веществом – люминофором, на котором при попадании пучка электронов возникает свечение. В результате, если смотреть на прибор снаружи, можно наблюдать на экране движение светящейся точки.
Функционирование осциллографа
Фокусировка и направление луча в ЭЛТ осуществляется с помощью двух пар пластин, которые управляют движением электронов в двух плоскостях. В горизонтальной – пучок электронов отклоняется пропорционально изменению времени, а в вертикальной – пропорционально измеряемому напряжению.
Развертка
При наблюдении за характером сигнала с использованием осциллографа напряжение следует подавать на вертикально расположенные пластины.
Полученный график изменения параметра, как правило, имеет вид пилы: сначала происходит нарастание разности потенциалов в линейной зависимости, а затем следует резкий спад. Кроме того, наблюдая за движением луча на экране, можно увидеть его отклонение влево или вправо.
Это свидетельствует о знаке напряжения: при его отрицательной величине происходит движение влево, а при положительной – вправо. Чаще всего движение луча происходит слева направо с постоянной скоростью.
Развертка осциллографа
Такое перемещение точки на экране прибора и называется разверткой. Горизонтальная линия, проводимая лучом, носит название линии нуля. Относительно нее производятся измерения времени. Под частотой развертки понимается периодичность, с которой повторяются пилообразные импульсы.
Порядок подключения осциллографа
Поскольку напряжение – разность потенциалов, то измерять его следует в двух точках.
С этой целью осциллограф оборудован двумя клеммами, с помощью которых производится подача напряжения на пластины.
Первая клемма является входом и подключается к источнику сигнала, что ведет к отклонению луча по вертикали. Вторая – называется общим проводом и заземлена (замкнута на корпус самого прибора).
Чтобы корректно подключить прибор, необходимо заранее знать, какой из проводов является фазой (по какому проводу течет электрический ток). В зарубежных устройствах для этого имеются специальные щупы, которые позволяют определить наличие напряжения на входе и, к какому источнику какую клемму подключать.
При этом общий провод заканчивается зажимом типа «крокодил», что позволяет легко его закрепить на металлическом корпусе измерительного прибора.
Клемма, которая обеспечивает контакт с фазой, имеет форму иглы, что позволяет легко измерять электрический сигнал в любом месте: розетке, проводе, печатной плате или даже на ножке микропроцессорного чипа.
Подключение осциллографа
После того, как клеммы установлены, можно переходить непосредственно к измерениям.
Практически в любой электрической цепи существует единый провод, и для проверки параметров рекомендуется измерять характеристики сигнала на нем. Но такая ситуация может быть не всегда.
Тогда следует выбрать точки, где требуется произвести замеры, и осуществить их (чаще всего в качестве таких точек выбирают места наиболее вероятной неисправности).
Обратите внимание! Основной задачей осциллографа является наблюдение за напряжением в динамике. Но, подключив сопротивление, можно исследовать и форму электрического сигнала тока.
Величина сопротивления при этом должна быть существенно ниже общего сопротивления исследуемой цепи.
Только при соблюдении данного условия измерения будут корректными, поскольку прибор не окажет влияния на функционирование цепи.
Особенности подключения отечественных устройств
Стандарты организации электрических цепей в РФ отличаются от зарубежных, поэтому и измерительную аппаратуру приходится подключать по-другому. В частности, применяются штекеры с диаметром щупа в 4 миллиметра. Поскольку они одинаковые, то, чтобы правильно подключить прибор, необходимо обращать внимание на следующие признаки:
- Вывод, который присоединяется к источнику тока, как правило, обладает большей длиной;
- Провод для заземления (крепления к корпусу) обычно черный или коричневый;
- На штекере для заземления часто присутствует соответствующая надпись или указание, что он должен быть подсоединен к общему проводу.
Отечественный осциллограф
Важно! Однако такие обозначения встречаются не всегда. Приборы могут быть после ремонта, штекеры заменены, поэтому, чтобы определить, на каком проводе фаза, а на каком – ноль, рекомендуется воспользоваться проверенным способом.
Для этого необходимо дотронуться рукой сначала до одного штекера, а потом – до другого. Если пользователь коснулся штекера на минусовом проводе, то на экране появится горизонтальная линия. При касании фазового провода на экране будет отображена синусоида с большим количеством шумов (помех).
Данный способ является безошибочным, а помехи появляется из-за влияния других электроприборов, находящихся в помещении.
Возможности двухканального аппарата
Особенностью данного прибора является возможность одновременной выдачи на экран сигнала от двух различных источников. У такого типа измерительного аппарата имеется два канала, обозначенных соответствующим образом.
При этом клеммы нулевого провода обоих каналов заведены на корпус, поэтому, измеряя импульсы таким прибором, следует не допускать их подключения к разным местам в одной электрической цепи, поскольку в таком случае может произойти короткое замыкание, и сведения о напряжении окажутся неверными.
Единственным недостатком двухканального осциллографа является невозможность наблюдать одновременно два различных напряжения. Однако такая проблема не является критической, поскольку в большинстве случаев нулевой провод соединен с корпусом и является общим для двух фаз, а, значит, измерение напряжения осуществляется с применением данного проводника.
Двухканальный осциллограф
Преимуществом такого прибора является наличие возможности контроля двух параметров электрической цепи: силы тока и напряжения.
Для измерения тока в схему требуется обязательно включить дополнительное сопротивление с определенными параметрами (оно не должно превышать общего сопротивления цепи, чтобы не создавать погрешностей при измерении).
Использование такого осциллографа является довольно сложным занятием, поэтому рекомендуется всегда иметь справочники и схемы корректного его подключения.
Дополнительная информация. Следует учитывать и особенность конструкции двухканального осциллографа.
В нем имеется некоторая несимметричность: синхронизация первого канала обладает более высоким качеством и стабильностью по сравнению со вторым.
Поэтому для получения корректной осциллограммы рекомендуется использовать первый канал для наблюдения за напряжением, а второй – за током.
Порядок измерения напряжения
Для мониторинга данной характеристики сигнала с помощью осциллографа следует ориентироваться на значения вертикальной шкалы экрана. Чтобы получить значения, необходимо соединить клеммы прибора между собой, а затем включить режим измерений. После этого требуется отрегулировать прибор так, чтобы линия развертки оказалась совмещенной с центральной горизонтальной чертой на экране.
Измерение напряжения осциллографом
Только после завершения описанных подготовительных действий можно переводить устройство в режим для осуществления измерений. Для этого входную клемму следует поместить на источник сигнала, который требуется исследовать.
Важно! Производить измерения с помощью портативного осциллографа несколько сложнее, поскольку у него существенно большее количество настроек и регулировок, поэтому применять его рекомендуется либо при наличии соответствующего опыта, либо, сверяя каждое действие с инструкцией.
После подачи сигнала на вход прибора на экране появится график. Для измерения высоты синусоиды (уровня напряжения) необходимо также произвести регулировку: установить пластины так, чтобы точка на экране находилась на вертикальной линии. Так производить измерение будет существенно проще, поскольку на нее нанесена шкала со значениями.
Порядок изменения частоты
Осциллограф позволяет измерять и периоды сигнала. Для вычисления частоты в последующем можно воспользоваться простой формулой, поскольку частота находится в обратно пропорциональной зависимости от периода сигнала (увеличение периода ведет к сокращению частоты и наоборот).
Измерять период проще всего в местах, где осциллограмма пересекает горизонтальную ось. Следовательно, для получения корректных значений рекомендуется перед началом исследования настроить линию развертки так же, как при мониторинге напряжения.
Определение частоты
После этого необходимо установить начало движения точки на крайней левой линии на экране. Далее требуется только зафиксировать значение, при котором точка пересечет горизонтальную линию.
Вычислив значение периода, можно с помощью специальной формулы определить частоту. Для увеличения точности измерений следует максимально растягивать график в горизонтальной плоскости.
Оптимальной точностью считается погрешность на уровне менее одного процента, но такие параметры можно получить только на цифровых устройствах с линейной разверткой.
Определение угла сдвига фаз
Данное явление демонстрирует расположение относительно друг друга графиков двух электрических сигналов на протяжении определенного периода времени.
Измерение величины сдвига осуществляется в частях периода (градусах), а не в единицах времени.
Это объясняется особенностью графика, который по своей форме представляет синусоиду, а значит, различие в графиках зависит от разницы в величине углов.
Сдвиг фаз
Максимальную точность можно получить также при растяжении графика в длину. В связи с тем, что каждый сигнал отображается с одинаковой яркостью и цветом, рекомендуется установить для них разную амплитуду. Для этого следует подавать на первый канал максимально возможное напряжение, что позволит улучшить синхронизацию изображения на экране.
Таким образом, использование осциллографа требует определенных навыков и теоретических знаний, но измерения параметров электрического сигнала, которые позволяет сделать данный прибор, позволяют обнаружить различные неисправности, а также проектировать качественные новые изделия.
Видео
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/oscillogramma.html
Загрузка...