11.4. Вплив коефіцієнта гармонік сигналу вимірювального генератора на результати вимірювання згасання

Хоча коефіцієнт гармонік вимірювальних генераторів звичайно невеликий (0,5 — 1%) і тому при багатьох вимірах з ним можна не рахуватися, однак при вимірюваннях згасання чотириполюсників, що мають явно виражені смуги пропускання і затримування, зневага впливом вищих гармонік генератора на результат вимірів може привести до досить великих помилок — на десятки децибелів (тобто по напрузі в десятки разів).

Розглянемо, наприклад, вимірювання згасання фільтра ВЧ, частотна характеристика згасання якого приведена на рисунку 11.6. Якщо гармонійні складові, наявні у вихідній напрузі генератора, подавлені, то крива згасання 1 відповідає дійсним значенням згасання на всіх частотах (з погрішністю порядку часток децибела). Якщо ж усуненням вищих гармонік зневажити, застосувавши звичайний широкосмуговий ИУ і «обійшовшись» без вимірювального фільтра після генератора, то крива згасання 2 у смузі затримування виявиться зовсім невірною.

Рисунок 11.6 – Вплив коефіцієнта гармонік генератора на результат вимірювань частотної характеристики згасання фільтра вч

Наприклад, для частоти 30 кГц, вищі гармонійні складові які попадають і смугу пропускання фільтра, досить одного відсотка гармонік, щоб збільшити напругу на виході фільтра приблизно в 10 раз. Це пояснюється тим, що напруга основної частоти (30 кГц) згасає у фільтрі на 60 дБ, тобто зменшується в 1000 разів (до 0,1%), тим часом як 1% вхідної напруги цієї частоти, що приходиться на її гармонійні складові, у фільтрі практично не згасає і виявляється цілком на його виході. Таким чином, широкосмуговий ИУ виміряє на виході фільтра рівень, обумовлений одним відсотком вхідної напруги, що існує за рахунок гармонік, і тільки одної десятої відсотка напруги, за рахунок основної частоти. Їхня сума, особливо при квадратичному додаванні, дасть рівень, приблизно на дБ більший, ніж варто було б для даної частоти, а результат виміру згасання на ці ж 20 дБ зменшиться (оскільки у вираженні величина р₂ зросте на 20 дБ, а р₁ залишиться практично без зміни). Виміряним виявиться не фактичне згасання фільтра, а згасання нелінійності генератора для даної частоти (рівень сигналу мінус рівень вищих гармонік).

Для частот, що лежать в смузі пропускання фільтра, вищі гармонійні складові, існуючі в напрузі генератора, теж пройдуть на вихід цілком, але впливу на результат вимірів практично не зроблять, тому що й основна частота пройде через фільтр майже цілком (співвідношення корисний сигнал/перешкода істотно не зміниться; 1 % був великою величиною порівняно з 0,1%, але порівняно з 99% він також незначний, як і на вході).

Також мало вплинуть на результат вимірів гармоніки частот, близьких до нуля, у силу того, що, наприклад, для частоти 10 кГц найбільш сильні з них (2, 3, 4-я) згасають у вимірюваному об'єкті так само сильно, як і основна частота. Напруга ж наступних гармонік (5, 6-ї тощо), занадто малі щоб істотно збільшити рівень на виході фільтра.

Із приведеного приклада ясно, що в усіх випадках, коли можна чекати потрапляння вищих гармонійних складових сигналу генератора в смугу пропускання вимірюваного чотириполюсника (особливо при значних згасаннях у смузі затримування), варто передбачати в схемі виміру частотних характеристик згасання такі пристрої (ИИУ, вимірювальні фільтри), котрі дозволяли б по всій смузі частот нейтралізувати дію навіть малого коефіцієнта гармонік на результати вимірювань згасання у смузі затримування