Obecné pojmy Základní pojmy měření souhrn experimentálních úkonů, jejichž cílem je stanovit hodnotu měřené veličiny v násobcích příslušné měrové jednotky měřicí metody přímé/nepřímé definiční/nedefiniční absolutní/srovnávací výchylkové/nulové kontaktní/nekontaktní např. nutnost rozpojení obvodu statické/dynamické nejistoty měření zákony šíření chyb
Obecné pojmy Měřicí přístroje Dělení podle poslání aktivní veličiny pasivní veličiny a vlastnosti obvodů/soustav měřicí generátory způsobu indikace/zpracování analogové číslicové konečný počet úrovní frekvenčního rozsahu stejnosměrné nízkofrekvenční vysokofrekvenční širokopásmové úzkopásmové dalších kriterií univerzální/jednoúčelové laboratorní/provozní
Obecné pojmy Vlastnosti měřicích přístrojů přesnost měřicí rozsah citlivost kmitočtový rozsah rychlost vstupní impedance výstupní impedance referenční a pracovní podmínky stabilita spolehlivost přetížitelnost napájení a bezpečná napětí další specifické vlastnosti
Obecné pojmy Blokové schéma měřicího přístoje analogový měřicí přístroj Měřicí převodník číslicový měřicí přístroj Analogový obvod Indikátor Měřicí převodník A/D převodník Logický obvod Indikátor za A/D může být převodník kódů A/D převodník lze někdy vynechat
Obecné pojmy Srovnání typů měřicích přístrojů přenost čtení údaje indikace polarity dosažitelná přesnost a vstupní odpor doba ustálení/měření snadnost dalšího zpracování citlivost na neelektrické vlivy automatizace způsob indikace z pohledu člověka externí napájení konstrukční složitost, rozpoznání poruch ochrany proti přetížení
Obecné pojmy Přístupy ke konstrukci měření efektivní hodnoty I ef = 1 T T 0 i 2 (t) dt 1 změření jedné hodnoty i(t), výpočtem I ef 2 fyzikální definice 3 analogový výpočet 4 číslicový výpočet 1 I ef = T [i(tn )] 2 t 5 kompenzace vhodným generátorem liší se např. citlivostí na vyšší harmonické
Obecné pojmy Konstrukce klasického měřicího přístroje otočná ručka ovládaná dvěma momenty: 1 pohybový moment M x vyvolaný měřenou veličinou, M x = k x x nebo M x = k x x 2 2 řídicí moment M d vyvolaný mechanicky (pružina), působí proti M x, M d = k d φ pokud by řídicí moment nepůsobil, ručka by se otáčela pořád dokola ustálená poloha ručky φ ust = kx k d x pohybová rovnice M x + M d + M J + M b = 0 φ t
Obecné pojmy Magnetoelektrické ústrojí otočná cívka v magnetickém poli M x = 2NBlr I = k x I Magnet principiálně ampérmetr voltmetr a multimetr R R A Voltmetr R A R I3 R I2 R I1 R U1 R U2 R U3 I/U + I 3 I 2 I 1 U 1 U 2 U 3
Obecné pojmy Další klasická ústrojí elektromagnetické indikuje kvadrát proudu (opět ampérmetr) obsahuje železné jádro, nevhodné pro ss proud elektrostatické otočný deskový kondenzátor principiálně voltmetr poměrové ústrojí dvě posunuté cívky jazýčkový kmitočtoměr zvlástní typ ústrojí bez ručky ladění jazýčků závažím
Obecné pojmy Etalony určen k definování, realizaci, uchovávání nebo reprodukování jednotky za účelem jejího přenosu porovnáním na jiné měřicí přístroje primární nejvyšší metrologická kvalita hodnota není určena navázáním (není na co) nejlépe vypočítatelný sekundární hodnota navázána na primární zpravidla se od primárního etalonu konstrukčně liší referenční nejvyšší metrologická kvalita v určitém místě pracovní běžně se používá k ověřování a kalibraci transferový prostředek při vzájemném porovnávání etalonů skupinový složen z několika etalonů jeho hodnota je průměrem hodnot jednotlivých etalonů
Problematika měření Typy signálů = nesymetrický signál R(x) u H u H U R 1 R(x) H u x U R(x) R 1 H u x L L u L symetrický signál = R(x) H u u H t = L R(1 + x) H L R(1 x) = R(x) L u L t R(1 x) R(1 + x)
Problematika měření Typy vstupů nesymetrické = diferenciální u 2 = = u 1 =
Problematika měření Kapacitní vazba fyzická realizace a náhradní obvod C 12 C 12 u 1 C 1 C 2 konkrétní příklad R z u 2 u 1 C 1 C 2 R z u 2 Nežádoucí R 2 C 12 u 1 u x R 1 + u out
Problematika měření Další vazby induktivní L 1 R 2 u 1 u x R 1 M L 2 u i + u out galvanická
Problematika měření Eliminace vazeb kapacitní u 1 R z u 1 R z induktivní Stíněný objekt Materiál s vysokou permeabilitou µr
Problematika měření Propojení přístrojů (kroucená) dvojlinka U 2 = { }} { Měřený obvod u i2 U x u i1 U x + U } {{ } = Měřicí přístroj Měřený obvod u i2 u i2 u i2 u i2 Měřicí přístroj U 1 u i1 u i1 u i1 u i1 elektricky stíněné R 1 R 2 R 1 R 2
Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Elektromagnetická kompatibilita základní zdroje: emise poruchy napájení interference na rádiových frekvencích elektrostatické výboje model zdroj cesta přijímač v testovaném systému se musí vyskytovat nějaký zdroj energie; musí zde být přijímač, který lze touto energií ovlivnit; musí být vazebná cesta mezi zdrojem a přijímačem.
Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Aspekty EMC zemnění λ / 20 stínění Stíněný objekt
Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Vhodný návrh z hlediska EMC [8]
Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Testování EMC předepsané dle norem různé definice odolnosti bez narušení funkce narušení jen po dobu působení nenáročný zásah obsluhy testování výboji pistole [8]
Problematika měření Elektronické prvky Elektronické prvky a obvody pasivní součástky aktivní součástky přístrojové zesilovače + R g izolační zesilovače u1 u2 + uout [1]
Problematika měření Elektronické prvky Izolační zesilovače [1]
Problematika měření Elektronické prvky Měřicí převodníky transformace typu vstupu impedanční přizpůsobení zeslabovač/zesilovač zádržný obvod oddělení filtr převodník úrovní analogové multiplexory demodulátor zdroj ochranný obvod
Měření napětí Referenční zdroje napětí Reference napětí zdroj přesného napětí U ref hodnota stálá v čase (long-term stabilita) teplotní stabilita (malý α = 1 U T T ) nemění se vlivem elektrických parametrů (napětí/proud) stabilita po zapnutí (turn-on-drift) nesmí se používat k napájení dalších obvodů izolace od zdrojů šumu a rušení vícehodnotové zdroje ustálení
Měření napětí Referenční zdroje napětí Zenerovy diody základní zapojení R U Uin UZ U in I Z ZD U Z teplotní stabilizace a malá napětí R IZ Uin R+rZD I U k NU p U R Z U D } {{ } N ZD 1 ZD 2
Měření napětí Referenční zdroje napětí Zenerovy diody zapojení s aktivními prvky ZD R 2 R k T U ref + U ref = U Z R1+R2 R1 R R 1 R 3 U Z ZD
Měření napětí Referenční zdroje napětí Band-gap reference vlastnosti přechodu BE R 3 R 3 /n I C1 I C2 T 1 T 2 + R 5 R 1 U BE R 4 U 1 U ref R 2 U k
Měření napětí Referenční zdroje napětí Josephsonův přechod tenký přechod mezi supravodiči I = I 0 sin δ, (1) δ t = 2e U, (2) 9,594 653 7 GHz U J [µv] 60 n 1 θ 1 n 2 θ 2 I J 4,2 K U J K J = 2e h 40 20 = 483 597,891 GHz/V 200 400 600 I J [µa]
Měření napětí Referenční zdroje napětí Další typy JFET využívají teplotní nezávislosti napětí U GS při proudu ( ) 2 I DZ = I 0,66 V Ds U p I Ds nasycený proud tranzistoru, U p prahové napětí nízká proudová spotřeba integrované obvody využívají předchozích principů doplnění o další obvody (tepelná ochrana) např. REF025, AD586, LM169 s napětími 2,5; 5 a 10 V
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Chyby při měření napětí vliv reálného odporu voltmetru R i U 0 = U V R V V přechodové odpory termoelektrické napětí
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Jednoduchý voltmetr 100M 10M 1M2 100 V 10 V 1 V Volba rozsahu R 3 R 4 R 2 R 1 = R 5 U x 9M M9 10 V 1 V 100 V U x M1 U in
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Voltmetr s FET i bipolárními tranzistory [4]
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Milivoltmetr [4]
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Modulační mikrovoltmetr Nízkofrekvenční µv Střídavý mv Řízený mv Stejnosměrný V U x modulátor zesilovač usměrňovač zesilovač Měřicí přístroj Generátor modulačního napětí = vstup výstup = vstup výstup = vstup výstup modulace modulace modulace
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Modulační mikrovoltmetr se zpětnou vazbou U xuzv Nízkofrekvenční modulátor Střídavý zesilovač Řízený usměrňovač Stejnosměrný zesilovač Měřicí přístroj Dělič N Generátor modulačního napětí
Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Modulační zesilovač R 2 U in u 1 R 1 u u 3 2 u4 + u out + C 1 C 2 u obd (t) Multivibrátor ω 0
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Vlastnosti A/D převodníků R 2 U u u in R 1 R 3 + C + U vz t 0 t U A/D chyba zesílení U A/D q U A/D INL 4 q 7 chyba nuly U x U x U x
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Paralelní převodník U ref U x R/2 + K 3 a 1 R R + K 2 + Převodník kódu a 0 K 1 R/2
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Převodník s postupnou aproximací D/A převodník U x + Zdroj impulzů & 1 Registr Přepínač Výstup U x u t
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Převodník se stupňovitým napětím U x + K U D/A D/A převodník Zdroj impulzů Vratný čítač Výstup Vpřed/vzad
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Generátor stupňů D 2 R 2 OZ 1 R + u 3 1 + D 1 2R 2 OZ 2 K + C u i u 2 Astabilní multivibrátor Integrátor Komparátor
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Sledovací převodník U x U D/A + K U U x D/A převodník U D/A Výstup Zdroj impulzů Vratný čítač Vpřed/vzad t
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry S mezipřevodem na čas U x start =1 Lineární zdroj + K Zdroj impulzů & Čítač
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Integrační převodník U ref U x start Přepínač stop Integrátor + K Řídicí obvod u int U x2 U x Zdroj impulzů & Čítač T x t T n T n2
Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Převodník s vyrovnáváním náboje U x + u Integrátor int +U ref U ref + K u K u int u K U x = 0 t t u int u K U x > 0 t t
Měření střídavého napětí Převodníky střední hodnoty R D U in U in R z U out I z R D 1 R z D 2 U in I z D 3 D 4 R 1 R 2 R D 1 R z D 2
Měření střídavého napětí Aktivní převodník střední hodnoty U in R + D 1 R z D 2 I 1 R 1 I 2 R 2 D 1 U D1 I z D 3 D 4 U in U 3 I z02 + D R 2 3 U D2 U d U 2 U 3 U p U in
Měření střídavého napětí Řízený usměrňovač u x Analogová násobička Dolní propust U out u s
Měření střídavého napětí Spínačový detektor u x 1 u 2 Dolní propust U out s(t) s s(t) u 2 (t) φ = 0 t u 2 (t) t φ = 90 t t
Měření střídavého napětí Převodník efektivní hodnoty termoměnič termoměnič s kompenzací U 2 = U 1ef R1 R 2 + D R 1 R 2 u in i t R t + U out u x T 1 + + T 2 U out
Měření střídavého napětí Převodník efektivní hodnoty s vyhřívanými přechody BE +U B R C R C C 1 D + u x R 1 R 2 C 2 U out R E U B
Měření střídavého napětí Výpočtový převodník s přímým výpočtem u x (t) 2 Dolní propust U out
Měření střídavého napětí Výpočtový převodník s implicitním výpočtem u 2 x U out R + u x C U out
Měření střídavého napětí Logaritmický převodník u x u 1 u 2 u 3 + u x 2 ln u x e 2 ln ux ln Střední Uout hodnota U out ln U out
Měření střídavého napětí Příklad řešení C 3 R 4 R 1 R 2 R 3 T 1 T 2 T 3 R 5 u x D 1 D 2 R 7 OZ 3 + R 6 U out T 4 OZ 1 OZ 2 + + C 1 R 8 C 2 OZ 4 +
Měření střídavého napětí Převodník maximální hodnoty (špičkový detektor) D C 1 R u x C R U out u x D C 2 U out U U1 U T 1 T 2 t
Měření střídavého napětí Aktivní špičkový detektor D Ux + C U out
Měření střídavého napětí Převodník rozkmitu U u x D 1 D 2 U out U1 U2 t C 1 C 2 T 1 T 2
Měření střídavého napětí Aktivní převodník rozkmitu D 1 R 1 R 2 OZ 1 + C 1 + C 2 R 3 OZ 2 + U x OZ 2 D 2 R 4 U out
Měření střídavého napětí Jednoduchý střídavý voltmetr u x Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr citlivost dána ss částí na měřicím převodníku závisí typ voltmetru
Měření střídavého napětí Střídavý milivoltmetr s kompenzací u x Měřicí usměrňovač 1 Rozdílový zesilovač Oscilátor Měřicí usměrňovač 3 Stejnosměrný voltmetr Měřicí usměrňovač 2 Dělič napětí
Měření střídavého napětí Širokopásmový voltmetr u x Přepínatelný zeslabovač Širokopásmový zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr u x 1M + D 1 D 3 U out R 1 R 2 D 2 } {{ } R3 D 4
Měření střídavého napětí Širokopásmový voltmetr kompenzovaný dělič Kompenzovaný dělič napětí: R 1 C 1 = R 2 C 2 u R 1 C 1 u 1 R 2 C 2 u 2 t
Měření střídavého napětí Selektivní mikrovoltmetr u x Přepínatelný zeslabovač Laditelný selektivní zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr + u in Pásmová zádrž uout
Měření střídavého napětí Heterodynní voltmetr Zvláštní typ selektivního voltmetru, využívá směšování f x ± f osc Vstupní f u x x Směšovač obvod f osc Přepínatelný zeslabovač Mezifrekvenční zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr Laditelný oscilátor f x + f osc pro nízkofrekvenční voltmetr f x f osc pro vysokofrekvenční voltmetr f 2 f 1 f r f out = f 1 f 2 f r = f 1 f 2
Měření střídavého napětí Střídavé číslicové voltmetry nepřímé nejprve se u x usměrní, pak se měří číslicově přímé u u t t a) b)
Další měření napětí Fázorové voltmetry u x Vstupní obvod Zesilovač Měřicí usměrňovač Měřicí usměrňovač Dělička V Fázoměr Ux Uref φ u ref Vstupní obvod Zesilovač
Další měření napětí Číslicové měření poměru napětí U ref U x R/2 + K 3 a 1 R R + K 2 + Převodník kódu a 0 K 1 R/2 jak zapojení upravit?
Měření času, frekvence a fáze Frekvenční standard Atomové hodiny Zásobník cesia Mikrovlnná dutina Ionizátor Separátor Separátor Násobič Zesilovač f lo Laditelný oscilátor
Měření času, frekvence a fáze Frekvenční standard Praktická realizace NIST atomová fontána http://tf.nist.gov/cesium/fountain.htm
Měření času, frekvence a fáze Frekvenční standard Krystalové oscilátory +U R B1 R C X T u out C 2 C 1 R B2 R E C E reference s krystalovými výbrusy reference fáze přesné oscilátory s fázovým posuvem
Měření času, frekvence a fáze Měření času Elektronické stopky start stop BKO U ref Spínač Integrační člen V U ref R S T C t x + V u V
Měření času, frekvence a fáze Měření času Číslicový časoměr u x Zdroj impulzů Měnič kmitočtu f i & u 3 Čítač u 2 f i t t start stop Vstupní jednotka u x Řídicí obvod u 2 t x u 3 T 1 T 2 t t
Měření času, frekvence a fáze Měření času Číslicový časoměr s noniem Zdroj impulzů f i & Hlavní čítač start stop Bistabilní klopný obvod & start Hlavní zdroj impulzů Detektor koincidence Bistabilní klopný obvod Noniový generátor f i Noniový čítač stop Noniový zdroj impulzů Čítač
Měření času, frekvence a fáze Měření času Měření periody Zdroj impulzů Měnič kmitočtu & Čítač T x Vstupní jednotka Dělicí dekády Řídicí obvod
Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Rezonanční kmitočtoměr u x Vazební člen Laděný kmitavý obvod Vazební člen Měřicí usměrňovač Měřicí přístroj M u x L C D C 1 R
Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Můstkový kmitočtoměr u x Vstupní obvod Můstek Zesilovač Měřicí usměrňovač Měřicí přístroj R 1 R u in u out C R 2 C R
Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Kmitočtoměr s přímým údajem Dolní u Schmittův Monostabilní u 1 u 2 u 3 Derivační u 4 Jednostranný u 5 u 6 x Zesilovač klopný klopný propust člen omezovač obvod obvod Měřicí přístroj u x u 4 t t u 1 u 5 t t u 3 u 6 U0 t t
Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Záznějový kmitočtoměr f x f n Směšovač Dolní propust Indikátor záznějů Laditelný oscilátor
Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Číslicový kmitočtoměr u x Vstupní jednotka & Čítač Zdroj impulzů f i Řídicí obvod T u t u t Toleranční pásmo u u t t
Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Číslicové měření poměru dvou kmitočtů u A Vstupní jednotka f A & Čítač u B Vstupní jednotka f B Dělicí dekády Řídicí obvod
Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Fázoměr využívající kosinové věty u 1 Stavitelný zesilovač Voltmetr 1 2 3 Součtový člen u 2 Stavitelný zesilovač 1
Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Fázoměr s kompenzací fáze u 1 Zesilovač Měnič fáze Rozdílový člen Indikátor u 2 Zesilovač
Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Impulzový fázoměr u 1 u 2 Zesilovač Zesilovač Oboustranný omezovač Oboustranný omezovač Derivační člen Derivační člen Jednostranný omezovač Jednostranný omezovač Bistabilní klopný obvod Dolní propust Měřicí přístroj u u 1 t u u u U0 u 2 t t t
Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Číslicový fázoměr Zdroj impulzů Měnič kmitočtu f i & u 3 Čítač u x u ref Tvarovací obvod u 1 Řídicí u 2 obvod u x u ref u 1 u 2 f i u 3 t t t t t
Měření proudu Proudové váhy m
Měření proudu Howlandův zdroj proud R 2 R 2 + R 1 U ref R 3 R 2 I z R z
Měření proudu Základní měření proudu R I x R U R V I x + V
Měření proudu Hallova sonda I x R V U R U H Zesilovač
Měření proudu Střídavé ampérmetry i x ϑ R t i x D 1 D 2 D 3 D 4 R R U nap
Měření proudu Reaktivní bočníky i M i x C 1 A C 2 R A i x L 2 R A
Měření proudu Proudová sonda Koaxiální kabel i x R 1 R 2 V
Měření výkonu Průchozí wattmetry Základní schema průchozího wattmetru Snímač napětí Snímač proudu Násobička Dolní propust Měřicí přístroj
Měření výkonu Průchozí wattmetry Chyba měření I x I z I x A A I z U x V U z R z U x U z V R z
Měření výkonu Průchozí wattmetry Odvození napětí u i U i R R i R = R z U u R u u u R z
Měření výkonu Průchozí wattmetry Wattmetr s modulační násobičkou 1 u i Dolní propust U out u u + K Zdroj pily
Měření výkonu Průchozí wattmetry Wattmetr s Hallovou sondou i u i x p x R u R z u x V
Měření výkonu Průchozí wattmetry Vf wattmetry zdroj zátěž od zdroje Směrová odbočnice k zátěži φ=π λ/4 Wattmetr na odražený výkon Wattmetr na přímý výkon
Měření výkonu Průchozí wattmetry Metoda 3 voltmetrů V A B I Z V R V U Z Ẑ C
Měření výkonu Průchozí wattmetry Číslicový wattmetr u x i x Snímač napětí Snímač proudu Vzorkovač Vzorkovač A/D převodník A/D převodník Výpočetní jednotka Indikátor
Měření výkonu Průchozí wattmetry Čítací metoda u u Převodník u u /f & Vratný čítač Nulový komparátor =1 u i Převodník u i / t Nulový komparátor
Měření výkonu Pohlcovací wattmetry Napěťový wattmetr P x R U R V
Měření výkonu Pohlcovací wattmetry Kalorimetrické wattmetry ϑ in v Tepelná izolace + P x R z Px V + v ϑ out Ohřev
Měření výkonu Pohlcovací wattmetry Diodový nanowattmetr D u x R C V
Měření elektrické energie Měření energie f p(t) u x i x Hallova násobička Filtr U/f Dělič frekvence Registr N W
Měření impedance Kvantový Hallův jev nutnost Landauových hladin: pouze ve 2D systémech, ve 3D je vlivem mag. pole spojité supravodiče, nízké teploty 1 2 K, silné mag. pole, R H = h 2e 2 n = K K n I U p E C U H
Měření impedance Etalon kapacity F A C G B E A G C D 3 C n 1 2 C 1 C 2
Měření impedance Měření elektrických vlastností součástek Zdroj měřicího signálu Měřicí obvod Přístroj pro měření signálu Měřená součástka
Měření impedance Měření odporu Přímoukazující ohmmetry R x R n U R n U = V R x + U V V Teraohmmetr R x U = R n V
Měření impedance Měření odporu Ohmmetr s lineární stupnicí M5 50k 5k 500 R x = I U V V R x V
Měření impedance Měření odporu Můstková metoda Budicí zdroj R x R 1 V R 3 R 2
Měření impedance Měření odporu Induktivní můstek n 1 R x n 2 R
Měření impedance Měření odporu Senzorové můstky R 1 R 3 R R 0 R 0 + R(x) = R R + = R 0 + R 2 R 4 R U out R 0 U out
Měření impedance Měření odporu Andersonova smyčka R 1 I R 2 + R 3 + U out R 4 +
Měření impedance Měření odporu Měření velmi malých odporů I = R 3 R 4 R x V R 3 R 4 I R x R 5 R 2 R x =
Měření impedance Měření reaktancí Měření kapacity C x U ref R + U 0 + K T Měřič časového intervalu
Měření impedance Měření reaktancí Měření kapacity a indukčnosti s převodem na změnu kmitočtu rezonanční C 2 L x nebo C x Oscilátor Měřič frekvence C 2 Laditelný oscilátor L x C 1 Indikátor rezonance Oscilátor L x C 1 Indikátor rezonance Laditelný oscilátor R 1 R 2 L C x Indikátor rezonance
Měření impedance Měření reaktancí Můstkové měření kapacity a indukčnosti Budicí zdroj Cx C R1 R2 V Budicí zdroj Lx L R1 R2 V Budicí zdroj Lx R3 R1 C V
Měření impedance Měření obecné impedance Měření obecné impedance fázorový měřič impedance Laditelný oscilátor Regulátor amplitudy Ẑ x Snímač proudu Voltmetr 1 Ẑ x Voltmetr 2 Fázoměr φ x
Měření impedance Měření obecné impedance Můstky Maxwellův-Wienův Rx R1 Lx R3 R2 C2 Scheringův Rx Cx C1 R2 R3 C2
Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Statické charakteristiky bod po bodu R A = V D
Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Snímání statické charakteristiky R D X Y Čítač D/A převodník
Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Zkoušeče tranzistorů A A = V V =
Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Měření operačních zesilovačů R 2 + R 1 R 1 R 2 V
Měření vlastností obvodů Dynamické vlastnosti Parametry h tranzistoru [4]
Měření vlastností obvodů Dynamické vlastnosti Parametry y tranzistoru [4]
Měření vlastností obvodů Dynamické vlastnosti Mezní kmitočty tranzistoru Laditelný oscilátor Měřený tranzistor Střídavý voltmetr Napájecí obvod
Měření vlastností obvodů Vlastnosti lineárních zařízení Měřiče frekvenčních charakteristik Laditelný oscilátor Â(f) Zesilovač Usměrňovač Osciloskop Zdroj pily
Měření vlastností obvodů Vlastnosti lineárních zařízení Měření přechodové charakteristiky Měřený obvod Šumový generátor Korelátor
Měření vlastností obvodů Vlastnosti lineárních zařízení Měření činitele šumu Šumový generátor Měřený obvod 1 2 Wattmetr 3 db
Analyzátory signálů Analyzátory spektra Analyzátor spektra u x (t) Vstupní obvod Přepínatelná pásmová propust Zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr u x (t) Vstupní obvod Zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr Laditelná pásmová zádrž
Analyzátory signálů Analyzátory spektra Heterodynní analyzátor [4]
Analyzátory signálů Analyzátory spektra Mnohokanálový analyzátor Pásmová propust Měřicí usměrňovač u x(t) Vstupní obvod Zesilovač Pásmová propust Měřicí usměrňovač Přepínač Vertikální zesilovač Pásmová propust Měřicí usměrňovač Zdroj pily Horizontální zesilovač
Analyzátory signálů Analyzátory zkreslení Měření činitele nelineárního zkreslení 100 % 1 u x Zesilovač 2 Pásmová zádrž Voltmetr
Generátory měřicích signálů Zdroje napětí Síť Filtr Transformátor Usměrňovač Filtr Stabilizátor Proudová pojistka U 0
Generátory měřicích signálů Wienův oscilátor R C + T R C u out
Generátory měřicích signálů Funkční generátor C R R Zesilovač Dělič u out (t) R 1 + + Sinusový tvarovač
Generátory měřicích signálů Číslicový generátor Zdroj impulzů f i f Čítač Paměť D/A převodník Filtr u out (t)
Generátory měřicích signálů Impulzní generátor Vnitřní generátor Zpoždění Šířka Strmost u g (t) Spouštění vnější vnitřní Stejnosměrná složka Oscilátor
Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Přímá frekvenční syntéza 10 10f Generátor harmonických 10f, 20f, 30f,... Pásmová propust 20f Oscilátor f Generátor harmonických f, 2f, 3f,... Pásmová propust 3f Směšovač Filtr 23,1f 10 f 10 Generátor harmonických f 10, 2f 10, 3f 10,... Pásmová propust f 10
Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Fázový závěs f 1 Fázový detektor Dolní propust Napětím řízený oscilátor f2 v případě číslicových signálů jako fázový detektor: XOR aplikace např. jako filtr pravoúhlá pásmová propust souvisí s oblastí zachycení
Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Nepřímá frekvenční syntéza Oscilátor f Fázový detektor Dolní propust Napětím řízený oscilátor Nf Frekvenční dělič N
Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Dělič frekvence f Usměrňovač Integrátor f/n nulování + U ref
Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Nepřímá frekvenční syntéza f Multivibrátor Dělič N 1 Fázový detektor Napětím řízený multivibrátor N2 f N1 Dělič N 3 N2 f N1N3 Fázový detektor Napětím řízený oscilátor Dělič N 2
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Analogové osciloskopy vertikální a horizontální zesilovače časová základna volnoběžná spouštěná dvojité synchronizační obvod vychylovací soustava obrazovka pomocné a doplňkové obvody 1 číslicová indikace 2 kalibrační obvody 3 vazba vstupního signálu (DC/AC/GND)
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Sondy zprostředkují vstup signálu (věrohodnost, zatížení měřeného obvodu, šířka pásma, kompenzace) velikost vstupního signálu (škálování 1 : 10) vhodná volba špičky pasivní/aktivní diferenciální/uzemněné různé typy: napěťové, proudové (Hallova sonda, trafo)
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Speciální osciloskopy 1 rastrovací osciloskopy 2 vzorkovací osciloskopy ux(t) Zpožďovací vedení Vzorkovací obvod Zesilovač s pamětí Vertikální zesilovač Zdroj vzorkovacích impulzů Komparátor Zdroj pomalé pily spouštěcí signál Tvarovací obvod Zdroj rychlé pily Zdroj rychlé pily Zesilovač s pamětí Horizontální zesilovač u x t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t T 2T 3T 4T 5T 6T t
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Parametry osciloskopů počet kanálů frekvenční pásmo doba náběhu přesnost zesílení vstupní impedance rozsahy, citlivost a časové základny možnosti zobrazení (XY, MATH, ALT, CHOP)
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Digitální osciloskopy signál se vzorkuje a ukládá do paměti typu FIFO, rastrová obrazovka výhody: snadné zobrazení jednorázových dějů snadné uchování a numerické zpracování vyšší přesnost měření, kurzory, matematické funkce dostupné složitější metody zobrazení (peak mode) předspouštění a složitější možnosti spouštění
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Režimy spouštění [9]
Zobrazovací přístroje Osciloskopy Vlastnosti počet bitů vzorkovací rychlost (S/s, Sps) velikost paměti (počet vzorků) počet kanálů (multiplexované?) rozhraní pro komunikaci parametry ekvivalentní analogovým, např. šířka pásma
Zobrazovací přístroje Logický analyzátor Logický analyzátor 1 pro analýzu více logických vstupů 2 zjednodušená A/D část (komparátor) u x log. 1 3 složitější možnosti spouštění 4 vazba na logické obvody (procesory) t
Ostatní techniky Lock-in detektor technika pro detekci nízkoúrovňových signálů velmi selektivní filtr, lze detekovat signál utopený v šumu potřeba silného referenčního signálu fázově citlivá detekce [11]
Literatura Doporučená literatura Tumanski, S.: Principles of Electrical Measurements, CRC Press 2006 Čejka, M.; Matyáš, V.: Elektronická měřicí technika, Vutium 2001 Rathore, T. S.: Digital Measurement Techniques, Alpha Science Internat. 2003 Matyáš, V.: Elektronické měřicí přístroje, SNTL/Alfa 1981 Vedral, J.; Fischer, J.: Elektronické obvody pro měřicí techniku, ČVUT 1999 Haasz, V.; Sedláček, M.: Elektrická měření. Přístroje a metody, ČVUT 2000 Boháček, J.: Metrologie elektrických veličin, ČVUT 1994 Svačina, J.: Elektromagnetická kompatibilita, PPT prezentace Tektronix: XYZs of Oscilloscopes Tektronix: ABCs of Probes Signal Recovery: What is a Lock-in Amplifier, Technical Note 1000