Модуляційний метод вимірювання потужності

Вимірювання енергії за допомогою електронних перемножувачів

До електронних перемножувачів відноситься широкий клас електронних і напівпровідникових пристроїв, в яких операція перемноження здійснюється за допомогою ефекту Холла, модуляції вхідних сигналів і низки інших методів.

Цей метод засновано на перемноженні вхідних сигналів U_u та U_i шляхом використання їх для подвійної модуляції імпульсного сигналу. При цьому аналогові сигнали U_u та U_i лінійно перетворюються на частоту, період, амплітуду або тривалість імпульсного сигналу з наступним його інтегруванням. Найчастіше використовуються комбінації широтно-імпульсної (ШІМ) і амплітудної модуляції (ШІМ–АМ), широтно-імпульсної і частотної модуляції (ШІМ–ЧМ), частотної і амплітудної модуляції (ЧМ–АМ).

При використанні принципу ШІМ–АМ в широтному модуляторі ШМ (рис. 8.2, а, б) вхідним сигналом u_i модулюється тривалість (ширина) t імпульсів, що надходять від генератора Г з частотою f₀=1/T₀. З виходу ШМ імпульси тривалістю t_i = k∙u_i подаються до амплітудного модулятора АМ, де вони модулюються по амплітуді сигналом u_u(t). При Т₀ → 0 площа кожного імпульсу на виході АМ пропорційна до миттєвої потужності

S(t)= u_ut_i = k∙u_uu_i. (8.17)

Напруга на виході інтегратора Σ пропорційна до середньої потужності.

При використанні модуляції ШІМ–ЧМ (рис. 8.2, в) один з вхідних сигналів, наприклад u_u, подається на перетворювач напруга-частота ПНЧ. Імпульси з ПНЧ надходять на інтегратор Σ через ключ К, який відкривається на час, що дорівнює тривалості імпульсу з ШМ, котрий, в свою чергу, керується другим сигналом (u_i). Число імпульсів в кожному пакеті на вході інтегратора Σ пропорційне до миттєвої напруги

N_u = f_u·t_i = k₁·u_u ·k₂ ·u_i. (8.18)

Застосування цифрових інтеграторів дозволяє легко створити ватметри з цифровим відліком.

Усі модуляційні методи мають методичну похибку, обумовлену скінченним значенням тривалості циклу модуляції, що обмежує верхню межу частотного діапазону. При Т₀=5 мкс і частоті вхідних сигналів 10 кГц похибка ватметра на базі ШІМ–АМ складає 0,1%.

8.4.2 Вимірювання потужності методом статистичних випробувань (метод Монте-Карло)

Цей метод засновано на відтворенні функції перемноження згідно з теоремою теорії імовірності: імовірність суміщення двох випадкових подій Е₁ і Е₂ дорівнює добутку ймовірностей існування кожної з них

P{E₁∩E₂} = P{E₁}∙P{E₂}. (8.19)

При використанні цього методу вимірювання потужності провадиться шляхом проведення багаторазових актів порівняння миттєвих значень вхідних сигналів u_u(t) i u_i(t) з миттєвими значеннями двох незалежних випадкових напруг з рівномірним законом розподілу густини імовірності.

Цей метод використовується для вимірювання потужності в звуковому діапазоні частот при малих cos φ. На частотах 1…2 МГц похибка методу не перевищує 0,2…0,5%.