| Метод вольтметра-генератора (по другому называется метод построения АЧХ по точкам) представлен на рис. 8.2 и заключается в следующем. Диапазонный генератор гармонических колебаний перестраивают в исследуемом диапазоне частот. АЧХ снимают с помощью цифрового вольтметра по точкам при последовательной настройке генератора на частоты f1, f2, f3… fn . По результатам измерений строится график АЧХ.
Недостатком данного метода является:
трудоемкость (для более точного графика необходимо провести большее число измерений) ;
возможны упущения изменения АЧХ в промежутках между точками измерений (диапазонный генератор нужно переключать с малым шагом частоты);
после каждого, даже незначительного изменения элементов схемы, всю процедуру снятия АЧХ необходимо повторять заново.
Другой способ измерения АЧХ, который отличается простотой, осуществляется измерителем АЧХ. Функциональная схема простейшего измерителя АЧХ с ЭЛТ изображена на рис. (8.2-а), а временные диаграммы даны на рис. 8.2-б.
Рисунок 8.2 – Схема простейшего измерителя АЧХ:
а) – функциональная схема АЧХ;
б) – временные диаграммы, поясняющие принцип работы.
Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) одновременно осуществляет частотную (ЧМ) модуляцию генератора синусоидальных колебаний и горизонтальную развертку. Частотно-модулированный сигнал постоянной амплитуды U2 с ЧМ-генератора (генератора качающейся частоты) поступает на вход исследуемого четырехполюсника. Так как коэффициент передачи исследуемого четырехполюсника на различных частотах может быть различен, то и его выходной сигнал U3 различен по амплитуде на разных частотах.
Амплитудный детектор обеспечивает получение напряжения U4, пропорционального изменению амплитуды выходного напряжения исследуемого четырехполюсника за период изменения частоты (период напряжения U1). Луч на экране ЭЛТ по горизонтали отклоняется линейно, т.е. пропорционально изменению частоты ЧМ-генератора, а по вертикали - в соответствии с коэффициентом передачи исследуемого четырехполюсника на этой частоте. Таким образом, луч на экране вычерчивает кривую, соответствующую АЧХ исследуемого четырехполюсника.
В современных измерителях АЧХ, кроме перечисленных выше, имеется ряд вспомогательных узлов, повышающих качество измерений: система стабилизации выходной амплитуды генератора ЧМ-колебаний, блок частотных меток и т.п. Иногда предусматривается применение двухканальных индикаторов, устройства перемещающейся метки, возможность подключения цифрового частотомера для точного определения частоты в произвольной точке АЧХ.
Следует отметить, что при прохождении сигнала в электрических цепях часто появляются новые частотные компоненты, которые отсутствовали во входном. В этом случае говорят о нелинейном преобразовании (искажении) входного сигнала. Оно бывает желательным и полезным (например, при детектировании), а может быть вредным, сопутствующим (например, в усилителях).
Нелинейные искажения возникают в цепях с нелинейной амплитудной характеристикой. При прохождении по таким цепям колебания теряют синусоидальную форму (искажаются) и в их спектре появляются высшие гармоники. Примеры нелинейных искажений представлены на рис. 8.3.
Рисунок 8.3 – Виды нелинейных искажений
Существует несколько количественных показателей уровня нелинейных искажений. Наибольшее распространение получил показатель – коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник). Он характеризует отличие формы данного периодического сигнала от гармонической и определяется по формуле:
, (8.4)
где U1, U2, …, Un – амплитуды гармоник.
Методы измерений коэффициента нелинейных искажений можно классифицировать:
по виду испытательного сигнала: одночастотные, двухчастотные и многочастотные;
по способу обработки выходного, искаженного сигнала:
- графоаналитические (при помощи анализатора спектра или осциллографа);
- фильтровые (при помощи измерителя нелинейных искажений).
Рассмотрим способ измерения нелинейного искажения при помощи анализатора спектра последовательного действия типа С4-48. Функциональная схема представлена на рис. 8.4.
Рисунок 8.4 – Функциональная схема анализатора спектра С4-48
Частота составляющих спектра переносится последовательно на промежуточную частоту (частоту настройки усилителя ПЧ). Для сигналов с широким спектром приходится выбирать высокую ПЧ. Полоса пропускания усилителя ПЧ может оказаться чрезмерно широкой, а разрешающая способность - не достаточной. В этих случаях двойное или тройное преобразование с понижением частоты. Узкополосая фильтрация сигнала производится в усилителе ПЧ. В реальной схеме также присутствуют дополнительные узлы – аттенюатор, преселектор и другие, расширяющие эксплуатационные возможности приборов. В качестве регистрирующего прибора здесь стрелочный прибор, по которому снимаются показания и рассчитывается коэффициент гармоник (формула 8.4). Анализатор гармоник С4-48 имеет много общего с селективным вольтметром.
Иногда используют другой тип анализатора, например, СК4-56. В нем вместо стрелочного прибора предусмотрена ЭЛТ (для визуального наблюдения за спектром сигнала) и автоматическая перестройка частоты, которая служит для синхронизации развертки.
Существует специальный прибор, измеряющий коэффициент нелинейного искажения, называемый измеритель нелинейного искажения. Упрощенная структурная схема аналого-цифрового измерителя представлена на рис. 8.5. В основе такого прибора лежит метод подавления основной частоты исследуемого сигнала.
Рисунок 8.5 – Упрощенная структурная схема аналого-цифрового усилителя нелинейных искажений
Входное устройство служит для согласования измерительного прибора с источником исследуемого сигнала. Перед измерением переключатель Кл ставят в положение Калибровка. Затем с помощью усилителя уровень исследуемого напряжения повышают до такого фиксированного значения, при котором электронный цифровой вольтметр среднего квадратического значения будет проградуирован в величинах коэффициента нелинейных искажений. При этом измеряется среднее квадратическое значение напряжения всего исследуемого сигнала:
(8.5)
Затем переключатель Кл прибора ставят в положение Измерение. Настраивая заграждающий фильтр, подавляют напряжение основной частоты (первой гармоники U1). Полное подавление гармоники U1 будет при минимальном показании прибора. В этом случае цифровой вольтметр показывает среднее квадратическое значение суммы высших гармонических составляющих сигнала Uг.
Подставляют полученное значение U (вместо U1) и Uг в формулу 8.4, получаем значение Кг1. Практически при положении Кл Измерение будет измеряться Кг1. Тогда коэффициент гармоник будет вычисляться:
(8.6)
При небольших нелинейных искажений исследуемого сигнала (Кг<0,1) коэффициенты Кг и Кг1 отличаются меньше чем на 1%. Обычно измерители нелинейных искажений применяются для измерения коэффициента гармоник Кг в пределах 0,1…30%, в диапазоне частот 0,01 кГц до 25 МГц и более.
Недостатками рассмотренной схемы являются:
при измерении необходимо произвести две операции (калибровка и измерение);
необходима точная настройка режекторного фильтра, т.к. даже незначительные изменения амплитуды сигнала или его частоты приводят к значительной погрешности.
Достарыңызбен бөлісу: |
