31.Генераторы высокой частоты. Структурная схема, характеристики и параметры. Синтезаторы частоты.

Обобщенная структурная схема генератора НЧ

В задающих генераторах ВЧ используют LC – генераторы с переключаемыми катушками индуктивности и плавной перестройкой конденсатором. Для получения модулированных по частоте сигналов управляющее напряжение подают на задающий генератор, частота которого изменяется электронным способом.

Разные индуктивности позволяют получить разные частотные диапазоны. Ток, поступающий внутрь, фильтруется. Качество сигнала лучше. Задается коэффициент гармоник.

Усилитель в ВЧ генераторе предназначен для увеличения амплитуды сигнала до опорного уровня, по которому калибруют выходной аттенюатор. В усилителе часто предусматривают плавную регулировку опорного уровня.

Модулятор – дополнительный усилитель. Для получения амплитудной модуляции в ВЧ генераторах используют управление коэффициентом передачи усилителя напряжением.

Аттенюатор предназначен для дискретной регулировки уровня выходного сигнала. Генераторы ВЧ обычно имеют одно постоянное значение выходного сопротивления (50 или 75 Ом).

Устройство контроля параметров представляет собой электронный вольтметр, обеспечивающий паспортную точность установки опорного уровня и его измерение при плавной регулировке. Для генераторов ВЧ предусматривают также измеритель параметров модуляции. В некоторых генераторах опорный уровень фиксирован и поддерживается с необходимой точностью системой автоматической регулировки, поэтому блок контроля параметров не предусматривают.

Аттенюатор предназначен для дискретной регулировки уровня выходного сигнала. Генераторы

Основные параметры: диапазон перестройки по частоте; пределы регулирования среднеквадратического значения выходного напряжения; диапазон установки параметров модуляции; выходное сопротивление

Метрологические параметры - пределы допускаемой погрешности установки: частоты. Погрешность определяется неточностью градуировки, временной нестабильностью задающего генератора, дискретностью шкалы и конструкцией отсчетного устройства.;уровня сигнала и параметров модуляции. Погрешность определяется точностью контроля опорного уровня и погрешностью градуировки аттенюатора. Паспортная точность гарантируется только при работе генератора на активную нагрузку, сопротивление которой равно выходному сопротивлению Rвых.; напряжения; поддерживания выход напряжения; формы выходного сигнала

Синтезатор частоты

Синтезатор частоты – прибор, который с очень высокой стабильностью позволяет вырабатывать гармонический аналоговый сигнал. Очень высокая стабильность частоты.

Принцип работы: есть сигнал опорной частоты, умножителем частоты сигнал превращаем в сетку частот. Сложением и вычитанием этих частот (суммируем сетку, подавая значения из нее на сумматоры) получаем на выходе частоту, которую задали нажатием клавиш. То есть частота является результатом преобразования опорной.

32. Импульсные генераторы. Генераторы шумовых сигналов. Структурные схемы, характеристики и параметры.

Генераторы импульсов общего применения предназначены, как правило, для получения видеоимпульсов прямоугольной формы. Они используются при исследовании импульсных и цифровых устройств, измерении переходных характеристик и пр. Подразделяются на 2 вида: генераторы периодической последовательности импульсов и генераторы кодовых групп импульсов. Широко применяются генераторы периодических последовательностей прямоугольных импульсов.

Структурная схема:

Частота повторения импульсов генератора определяется внутренним задающим генератором периодической последовательности импульсов. Частота повторения импульсов калибрована и устанавливается с помощью дискретного и плавного регуляторов. Предусмотрен вывод синхроимпульсов, совпадающих по времени с импульсами задающего генератора, синхроимпульс совпадает с началом развертки. Их используют для синхронизации и запуска внешних устройств (осциллографа, частотомера и пр.). Предусмотрен также запуск импульсного генератора от внешнего источника сигналов произвольной формы, а также разовый запуск при нажатии кнопки. Интервал между двумя импульсами определяет частоту следования импульсов f=1/T. Длительность импульсов определяется временем задержки t_и = t_з.

Блок задержки генератора обеспечивает регулируемый и калиброванный временной сдвиг основных импульсов относительно синхроимпульсов. Этот блок удобно использовать совместно с осциллографом, работающим в режиме внешней синхронизации. Регулировкой задержки можно перемещать импульс по экрану, обеспечивая удобный вид осциллограммы. Калиброванная задержка позволяет измерять временные интервалы методом замещения.

Усилитель и аттенюатор должны быть широко частотными, чтобы не искажать форму импульса.

По длительности импульсов импульсные генераторы делятся на микросекундные и наносекундные. Классы точности импульсных генераторов устанавливаются отдельно по амплитуде, частоте следования и длительности импульса. Классы точности по амплитудному значению устанавливаются как приведенная погрешность, а по остальным параметрам как относительная погрешность от измеряемой величины. Причем погрешности установки временных параметров в среднем достигают нескольких процентов.

К эксплуатационным параметрам импульсного генератора относят диапазон регулирования частоты повторения, длительности и амплитуды импульсов, времени их задержки. Метрологическими параметрами являются пределы допускаемой погрешности установки этих параметров и точность воспроизведения формы импульса. В большинстве случаев требуется прямоугольная форма импульса. Осциллограмма реального выходного импульса измерительного генератора представлена на рисунке.

П араметры импульса характеризуют степень близости его формы к идеальной прямоугольной. Амплитуда импульса Um, отсчитывается по усредненной вершине (без учета выброса ), t_ф - длительность фронта нарастания – интервал времени, в течение которого мгновенное значение вырастает от 0,1 до 0,9 амплитудного Um. t_ф.сп. - длительность фронта спада – время спада напряжения от 0,9 до 0,1 Um. Длительность импульса  определяют по уровню 0,5Um. Принято считать импульс прямоугольным, если t_ф, t_ф.сп.  0,3.

Генераторы шумовых сигналов.

Шумовым сигналом называется совокупность одновременно суще­ствующих электрических колебаний, частоты и амплитуды которых носят случайный характер. Типичным примером шумового сигнала являются электрические флуктуации (случайные сигналы). Генераторы шума строятся на основе задающих генераторов, имеющих физические способы генерации шума.

Применение

Генераторы шума применяются в качестве источников флуктуационных помех при исследовании предельной чувствительности радиоприемных и усилительных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при измерении напряженности поля или шумов внеземного происхождения, в качестве имитаторов полного сигнала многоканальной аппаратуры связи, для измере­ния нелинейных искажений и частотных характеристик радио­устройств с помощью анализа­тора спектра с постоянной по­лосой пропускания.

Основным требованием к генераторам шума является равномерность спектрального состава шумового сигнала в возможно большей полосе частот, от 0 до оо («белый» шум), а практически — от единиц герц до десятков гигагерц. Такой измерительный сигнал позволяет исследовать устройство или систему одновременно во всем диапазоне рабочих частот. В реальных генераторах «белый» шум получить невозможно, но для любого устройства, полоса пропускания которого во много раз меньше спектра шумового сигнала, последний можно считать «белым».

По диапазону генерируемых частот генераторы шума делятся на низкочастотные (20 Гц — 20 кГц и 15 Гц — 6,5 МГц); высокочастотные (1—600 МГц); сверх высокочастотные (500 МГц — 12 ГГц).

С

U(∆f)

труктурная схема

Задающий

генератор

Преобразователь

Выходной

аттенюатор

Измеритель уровня сигнала

Основной узел шумового генератора – задающий генератор. Его сигналы должны иметь:

• равномерную спектральную плотность мощности по всей требуемой полосе частот (теоретически это белый шум)

• достаточное выходное напряжение (мощность) шумового сигнала

• неизменность и воспроизводимость характеристик шума во времени и при изменении внешних влияний

• заменяемость после истечения гарантийного срока работы без нарушения выходных параметров генератора

• описываться заданными вероятностными характеристиками:

  • законом распределения вероятностей

  • корреляционной функцией

  • дисперсией или среднеквадратическим отклонением

В задающем генераторе используются физические явления, при которых возникают достаточно интенсивные шумы со статическими характеристиками и параметрами, поддающиеся математическому анализу.

Преобразователями служат усилители, нелинейные преобразователи, гетеродинные переносчики спектра, фильтры. Усилители должны иметь широкую полосу пропускания и усиливать без ограничения сигналы с большим отношением пикового значения напряжения к среднеквадратическому, т.е. иметь амплитудную характеристику, линейную в значительных пределах.

Основной элемент схемы выхода — калиброванный аттенюатор, характеризуемый строго определенными коэффициентами передачи, постоянными во всей полосе шумового сигнала.

Измерителями уровня сигнала служат квадратичные вольтметры, измеряющие среднеквадратическое значение выходного напряжения прибора, и измерители средней мощности шума.

Наибольшее распространение в качестве источников шума получили резисторы, вакуумные и полупроводниковые диоды, фотоэлектронные умножители и газоразрядные лампы.

Источники теплового шума.

1. Нагретый проволочный резистор – образцовый источник шума. Конструктивно резистор выполняется в виде вольфрамовой спирали, намотанной на керамический каркас, температура которой поддерживается постоянной.

2. Болометрический генератор шума. Болометр представляет собой вакуумный стеклянный баллон внутри которого натянута вольфрамовая нить.

Источники теплового шума использую в качестве образцовых генераторов шумовых напряжении, т.к. расчетные данные хорошо совпадают с арктическими результатами. В шумовых генераторах также применяются фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки шумовые диоды.

Газоразрядные источники шума.

1. Газоразрядные генераторы шума. (лампы например) Газоразрядные шумовые трубки имеют высокую равномерность спектральной плотности мощности шума в широкой полосе частот, стабильный и относительно высокий уровень мощности, просты в эксплуатации, устойчивы к жестким воздействиям внешней среды и обладают высокой эксплуатационной надежностью. Выполнены в форме стеклянной трубки, наполненной инертным газом до давления от сотен до тысяч паскалей. На одном конце трубки расположен прямоканальный, или подогреваемый катод, на противоположном – анод. Свойство газоразрядных трубок генерировать шумы обусловлено колебаниями электронов в плазме. На практике трубку помещают в специальную генераторную секцию. В зависимости от диапазона частот и типа трубки могут быть использованы генераторные секции, выполненные на волноводе, коаксиальной или полосковой линии.

2. Волноводные шумовые генераторы. Представляют собой отрезок волновода в центре широкой стенки которого под малым углом помещается газоразрядная шумовая трубка. Наклонное положение трубки в волноводе обеспечивает при разряде равномерное внесение потерь на достаточной длине линии, благодаря чему достигается удовлетворительное согласование трубки с линией передачи в широком диапазоне частот.

Разработка генераторов шума в коротковолновой части миллиметровых волн сопряжена с большими трудностями из-за малого диаметра и толщины стенок трубки. В связи с этим шумовые генераторы миллиметрового диапазона изготовляют пакетированными без возможности в процессе эксплуатации производить смену трубки.

3.Коаксиальные генераторы шума. Газоразрядную шумовую трубку помещают внутри ленточной спирали, которая является внутренним проводником коаксиальной линии. Форма спирали (зазор между соседними витками, диаметр) определяется исходя из требуемого волнового сопротивления, связи трубки с линией передачи, диапазона частот.

4. Полосковые генераторы шума. Представляют собой симметричную полосковую линию, вдоль оси которой помещается газоразрядная шумовая трубка.

Интенсивность излучения трубки определяется электронной температурой плазмы. Часто используются генераторы шума в импульсном режиме. Длительность импульса горения трубки ограничена снизу длительностью переходного процесса в газовом разряде.