Глава 11 вимірювання нелінійних викривлень

11.1 Загальні відомості

При роботі пристроїв зв'язку істотну роль відіграють різного роду нелінійні викривлення переданих сигналів, що відбуваються через нелінійні властивості різних елементів апаратури і трактів зв'язку, які характеризуються коефіцієнтами гармонік.

Загальний (сумарний) коефіцієнт гармонік по вищим гармонійним визначається по двох основних формулах:

(11.1)

(11.2)

де U₁, U₂, U₃ и т. д. — середньоквадратичне значення напруг гармонік, що відповідають індексам. Величина К узята стосовно основної частоти (першої гармоніки), величина К' узята стосовно всього сигналу. Для K  10% значення K і К' практично збігаються, для великих значень величини К можна користуватися формулою

(11.3)

Звичайно K, виражають у відсотках, помноживши відповідні вирази на 100.

Крім загального (сумарного) коефіцієнта гармонік розрізняють ще коефіцієнти по окремих гармоніках (а також по комбінаційним складовим), обумовлені відношенням середньоквадратичної напруги гармонік (комбінаційної складової) до середньоквадратичного значення напруги першої гармоніки або всього сигналу. Наприклад, для третьої гармоніки K₃ =U₃/U₁ або . Досить часто судять про величину нелінійних спотворень не за коефіцієнтом, а по згасанню нелінійності а_к, дБ:

або %, (11.4)

(11.5)

а стало бути, _, де p₁ та p₂ — рівні для першої і третьої гармонік.

Крім того, для судження про нелінійні викривлення, що мають місце в пристроях зв'язку, прибігають до двох-, трьох- і багаточастотних сигналів, що ближче до реально переданих, чим синусоїдальний одночастотний. Однак чітко встановленого зв'язку між цими різними способами оцінки нелінійних спотворень не має, і вибір методу оцінки диктується постановкою задачі.

11.2 Вимірювання коефіцієнта гармонік методом усунення основної частоти

На рисунку 11.1 представлена спрощена схема вимірювання коефіцієнта гармонік (по відношенню до усього сигналу) по методу усунення опорної частоти, часто використовуваному в

Р исунок 11.1 – Схема вимірювання коефіцієнта гармонік по методу усунення основної частоти

області звукових частот (прилади ИНИ-11, ИНИ-12, С6-1). Напруга, сумарний коефіцієнт гармонік якої виміряється, надходить на регулятор входу R. З її допомогою (при виключені фільтра) одержують на шкалі квадратичного вольтметра показання, що відповідає по градуюванню приладу 100% сигналу (наприклад, 10 В). Включаючи потім загороджуючий фільтр ЗФ, ( що вирізує в сигналі основну частоту, відраховують на тому ж вольтметрі величину — сумарна напруга гармонік. Шкала вольтметра має звичайно градуювання значення К' у відсотках.

Особливість вимірювань полягає в тому, що при установці фільтра на відповідну частоту внаслідок нестабільності його елементів або деякого відхилення основної частоти від номіналу, напруга останньої може виявитися подавлена не цілком, і результат вимірювань вийде завищеним. Тому, використовуючи або регулювання частоти фільтра, або регулювання частоти напруги U_вх, домагаються мінімальних показань квадратичного вольтметра. Тільки домігшись мінімуму, можна вважати, що згасання затримуючого фільтра використано цілком і погрішність вимірювань не перевершить гарантованої для даного приладу (5 — 10%).

Схеми використовуваних у подібних приладах фільтрів можуть бути різні. На мал. 11.2 показаний мостовий фільтр RC, у якому при U_вих пропорційна , оскільки напруга першої гармоніки на виході дорівнює нулеві, R₁ при цьому дорівнює . Змінюючи значення RC, можна подавити ряд частот потрібного діапазону.

Для проведення вимірювань у широкому діапазоні вхідних напруг у схемі приладу звичайно є широкосмуговий підсилювач (з досить малим власним коефіцієнтом гармонік). У деяких приладах на шкалі вольтметра вказується не тільки значення K^΄ , але і згасання нелінійності в децибелах: .

Рисунок 11.2 – Вимірювання коефіцієнта гармонік з допомогою мостового фільтру

Для вимірювання згасання нелінійності деякого чотириполюсника нерідко застосовується метод порівняння (рисунок 11.3). На вхід вимірюваного чотириполюсника від генератора

Р исунок 11.3 – Вимірювання згасання нелінійності методом порівняння

через магазин згасань M3₁ надходить синусоїдальний сигнал, очищений від вищих гармонійних за допомогою фільтра нижніх частот ФНЧ. При достатньому усуненні цим фільтром вищих гармонік сигналу генератора нелінійні викривлення на виході чотириполюсника виникнуть тільки через внутрішні властивості самого чотириполюсника. При нульовому згасанні магазина згасань М3₂ і нижнім положенні здвоєного перемикача П квадратичний вольтметр зафіксує середньоквадратичне значення напруги всього сигналу. У верхнім положенні того ж перемикача виміряється середньоквадратичне значення напруги на виході фільтра верхніх частот ФВЧ, що придушує основну частоту сигналу і пропускає тільки вищі гармонійні, що надходять з виходу чотириполюсника. Якщо в обох положеннях перемикача шляхом регулювання згасання МЗ₂ домогтися однакових показань вольтметра, то

, (11.6)

де а_м2 — згасання, установлене на M3₂, а а_ф— згасання ФВЧ для вищих гармонік (як правило, нехтуємо мале).