6. Измерение коэффициента гармоник

Как известно, коэффициент гармоник характеризует степень нелинейных искажений гармонических сигналов. Он представля­ет собой отношение среднеквадратического значения всех гармо­ник напряжения (или тока) искаженного сигнала, кроме первой, к среднеквадратическому значению напряжения (или тока) пер­вой гармоники:

(7.36)

Приборы, измеряющие этот коэффициент, называют измери­телями нелинейных искажений.

Распространенный метод измерения коэффициента гармоник — метод «подавления основной частоты». Он заключается в сравне­нии среднеквадратического значения полного напряжения иска­женного сигнала с среднеквадратическим значением напряжения всех высших гармоник, начиная со второй, имеющихся в иска­женном сигнале. В этом случае фактически измеряется не коэф­фициент , а величина , определяемая формулой

(7.37)

Сравнивая (7.36) и (7.37), легко установить связь между зна­чениями и

Вн­если искажения не очень велики , то коэффициенты и отличаются мало (меньше, чем на 1%).

Принцип действия прибора (рис. 7.19) заключается в следую­щем. При установке переключателя П в положение К (КАЛИБ­РОВКА) исследуемый сигнал подается с выхода предваритель­ного усилителя, минуя фильтр, непосредственно на электронный вольтметр. Последний измеряет среднеквадратическое значение напряжения всего искаженного сигнала. Когда же переключатель П устанавливается в положение И (ИЗМЕРЕНИЕ), между уси­лителем и вольтметром оказывается включенным режекторный фильтр, настроенный на частоту исследуемого сигнала (частоту первой гармоники). При наличии фильтра, практически полно­стью подавляющего первую гармонику и почти свободно пропус­кающего высшие гармоники, на вольтметр поступает только на­пряжение высших гармонических составляющих сигнала. Вольт­метр, обладающий квадратичной характеристикой, измеряет сред­неквадратические значения напряжений независимо от их формы.

Сравнением показания вольтметра во втором случае с его по­казанием, полученным в первом случае, определяют значение ко­эффициента . В приборе с ручными регулировками такое сравнение осуществляют следующим способом. Коэффициент уси­ления предварительного усилителя регулируют так, чтобы на вход вольтметра при отключенном фильтре всегда подавалось напря­жение, значение которого вызывает отклонение стрелки индика­торного прибора до конечного деления на его шкале, принятого за единицу. Эта операция называется калибровкой.

После калибровки включают фильтр, подавляющий напряже­ние первой гармоники, и фиксируют показание вольтметра, изме­ряющего среднеквадратическое значение напряжения только выс­ших гармоник.

Шкала вольтметра градуируется непосредственно в единицах коэффициента (в процентах и децибелах).

Режекторный фильтр чаще всего представляет собой мостовой RС-фильтр, подавляющий первую гармонику и равномерно про­пускающий высшие (вторую и третью) гармоники. Иначе гово­ря, у такого фильтра (i=2, 3,...). Мост включается в схему усилителя с обратной связью, что улучшает