Современная электроника №8/2021

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2021 Использование опции построения диаграмм Боде R&S RTM-K36 для измерения импеданса первичных преобразователей ультразвуковых расходомеров Рис. 1. Диаграмма Боде для фильтра нижних частот первого порядка при f0 = 1/(2 π ) В статье рассматривается вопрос об использовании диаграмм Боде для измерений импеданса первичных преобразователей, используемых в ультразвуковых преобразователях. Даётся представление о диаграммах Боде и основных областях их применения, а также принципах анализа свойств электрических цепей и систем автоматического управления. Представлена информация о функциональных особенностях опции R&S RTM-K36 осциллографов серии R&S RTM, предназначенной для построения диаграмм Боде для частот от 10 Гц до 25 МГц. Проанализированы свойства применяемых в расходомерах первичных ультразвуковых преобразователей как электронных компонентов, представлены схема измерений и расчётные соотношения для определения действительной и мнимой частей их импеданса в зависимости от частоты. Представлен пример выполнения таких измерений с применением опции R&S RTM-K36. Лемешко Н.В. (д.т.н., нач. отдела АО «Корпорация «Комета», nlem83@mail.ru ) , Горелкин М.В. (инженер по продукту «Осциллографы» ООО «РОДЕ и ШВАРЦ РУС», Mikhail.Gorelkin@rohde-schwarz.com ) , Струнин П.А. (директор департамента продаж ООО «РОДЕ и ШВАРЦ РУС», Pavel.Strunin@rohde-schwarz.com ) Введение В настоящее время в радиоизмерени- ях особое внимание уделяется вопро- сам комплексности и достаточности получаемой информации о свойствах исследуемых объектов. Многие узлы электроники можно рассматривать как четырёхполюсники, причём их функциональность в конкретной схеме может быть полностью описана, напри- мер, во временно ′ й области переходной характеристикой, которая применя- ется для расчёта переходных процес- сов на основе интеграла Дюамеля [1]. Однако для большинства типов четы- рёхполюсников наиболее подходя- щим для практических нужд описанием является частотная зависимость ком- плексного коэффициента передачи, которая включает в себя одновремен- но их амплитудно-частотную и фазо- частотную характеристики (АЧХ, ФЧХ). Наиболее подходящими они являются для усилителей, фильтров, а также ана- логовых регуляторов тембра и систем автоматического управления с непре- рывными переменными. Такие зависи- мости, представленные в логарифмиче- ском масштабе по амплитуде и частоте и иногда совмещённые при помощи единой оси частот, принято называть диаграммой Боде [2]. Для детального экспериментального исследования свойств многополюсни- ков рынок средств измерений предлага- ет специальные приборы – векторные анализаторы цепей (ВАЦ) [3], предна- значенные для измерений частотной зависимости параметров, посредством которых могут быть связаны входные, выходные и отражённые высокочастот- ные сигналы. В большинстве своём при таких измерениях для ряда частот оце- ниваются S-параметры, характеризую- щие передачу сигналов через многопо- люсник в обе стороны. Такие приборы обычно применяются на частотах выше 1 ГГц, являются специализированными и дорогостоящими средствами изме- рений. Флагманские векторные ана- лизаторы цепей серии R&S ZVA охва- тывают диапазон частот от 300 кГц до 60 ГГц, а приборы R&S ZNB4 функцио- нируют, начиная с частоты 9 кГц [3], и, таким образом, охватывают даже часть звукового диапазона. На практике применение ВАЦ в низ- кочастотных приложениях обычно оказывается избыточным. Действитель- но, бо ′ льшая часть перечисленных выше функциональных узлов характеризу- ется односторонней передачей сигна- лов, поэтому обратные коэффициенты передачи практически теряют первона- чальный смысл. Параметры S ii , характе- ризующие отражение энергии от пор- тов многополюсника, также обычно не используются для низкочастотных устройств, равно как и диаграммы Воль- перта – Смита [4]. Ввиду этого для экс- периментального определения АЧХ и ФЧХ здесь следует использовать иную номенклатуру приборов. С учётомширокого распространения технологии прямого цифрового син- теза сигналов [5] генерирующие бло- ки, необходимые для построения диа- грамм Боде, могут быть реализованы в составе других устройств, включая осциллографы. Такое решение реализо-