3.1. Измерение комплекса напряжения

Для того, чтобы полностью характеризовать гармонический сигнал, необходимо знать три величины: частоту, амплитуду и начальную фазу. При моделировании гармонических воздействий частоту можно считать заданной частотой источника сигнала. В этом случае любой ток или напряжение в схеме можно характеризовать двумя оставшимися величинами, по которым можно вычислить мгновенные значения в любой момент времени. Эти две величины образуют, таким образом, комплекс величин, который полностью определяет гармонический сигнал. Этот комплекс величин дает компоненты комплексного числа (изображаемого точкой на комплексной плоскости), которое моделирует гармонический сигнал при применении символического метода расчета. Измерение комплекса напряжения является основной операцией в измерениях при воздействии гармонических сигналов, поскольку на ней основаны операции измерения комплекса тока и сопротивления. Комплекс напряжения представляет собой совокупность двух величин: действительной и мнимой части при записи в алгебраической форме и модуля и начальной фазы при записи в показательной форме. При измерениях обычно определяют именно вторую совокупность величин, поскольку модуль инвариантен по отношению к начальному углу и измеряется обычно не фаза, а фазовый сдвиг различных напряжений, который также инвариантен к начальному углу.

В Electronics Workbench имеется две возможности измерения комплекса напряжения.

1. С помощью осциллографа, который является универсальным измерительным прибором, можно непосредственно измерить модуль и фазу потенциала любой точки схемы. На самом деле с помощью осциллографа определяется не фазовый, а временной сдвиг, и для вычисления фазового сдвига необходимо провести еще некоторые вычисления. Необходимо отметить, однако, что для измерения комплекса напряжения на любом участке цепи один из концов этого участка должен быть заземлен. Однако осциллограф не показывает компоненты комплекса непосредственно и выводит избыточную информацию.

2. В Electronics Workbench имеется прибор, который в соответствующих режимах и при правильно собранной схеме позволяет получить компоненты комплекса непосредственно на табло. Это Воде-плоттер, применяемый в качестве измерителя на фиксированной частоте. Измерение с помощью осциллографа Схема измерения с помощью осциллографа приведена на рис. 21. На рис. 22 представлен осциллограф с увеличенным экраном, показывающий осциллограммы напряжений в схеме рис. 21. Подведя курсор 1 к максимуму, можно получить мгновенное значение напряжения в точке кривой на табло VA1. Для вычисления модуля это значение нужно разделить на V2. Выставив курсор 1 на ноль тока, а курсор 2 на ноль напряжения, можно измерить временной сдвиг между током и напряжением непосредственно на табло Т2 - Т1. Но для того чтобы вычислить фазовый сдвиг, нужно провести еще дополнительные вычисления по формуле: ф = 360°- (Т2 - Т1)/Т - - 45°.

Знак минус соответствует отставанию тока от напряжения. Таким образом, при измерениях с помощью осциллографа для получения и модуля и фазового сдвига требуются дополнительные вычисления.

Измерение с помощью Боде-плоттера Наиболее просто измерение комплекса напряжения производится с помощью Боде-плоттера. Для того, чтобы значение модуля и фазы коэффициента передачи, измеряемого Боде-плоттером, численно равнялось модулю и фазе потенциала точки В, на вход Боде-плоттера (зажимы IN на рис. 23) должен быть подключен источник напряжения той же частоты, что и у сигнала с модулем 1 В и фазой 0°. Вид вертикальной шкалы должен быть выбран линейным (иначе отношение модулей будет выведено в децибелах), а начальная частота должна быть установлена равной частоте источников. В этом случае не придется сдвигать курсор, отыскивая требуемую частоту, и при выборе вида измерений MAGNITUDE на табло будет показан модуль (верхнее изображение плоттера на рис. 23), а при выборе PHASE - фаза комплекса (нижнее изображение плоттера). Большим удобством этого метода является непосредственное считывание результатов без всяких промежуточных выкладок.