Глава 8 техника измерений параметров электрических цепей

8.1 Общие сведения о радиоэлектронных цепях

Для обработки и формирования сигналов в радиоэлектронных средствах применяют различные устройства: усилители, фильтры, смесители, детекторы, модуляторы, аттенюаторы и т.д. которые все вместе называют термином "радиотехнические цепи".

Условная классификация радиотехнических цепей, существенно отличающихся друг от друга по свойствам, представлена на рис 8.1.

Рисунок 8.1 – Условная классификация радиотехнических цепей

Линейные электрические цепи характеризуются тем, что в них связь между входным сигналом u(t) и выходной реакцией i(t) описывается линейной зависимостью i(t) = a*u(t). Для линейной цепи справедлив закон суперпозиции, заключающийся в том, что реакция цепи на сумму одновременных воздействий u1 (t), u2 (t) и т.д. от нескольких источников равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности, т.е.

a*[u1 (t) + u2 (t) + ...] = a*u1 (t) + a*u2 (t) + ... .

Из принципа суперпозиции вытекает важное следствие: гармонический сигнал, проходя через линейную цепь, остается неизменным по форме, приобретая лишь другие значения амплитуды и фазы. К таким цепям относят цепи, составленные из резисторов, конденсаторов, линий передач и др.

Нелинейные цепи характеризуются тем, что в них связь между входным сигналом u(t) и выходной реакцией i(t) описывается нелинейной зависимостью i(t) = f{u(t)}, что приводит к нарушению принципа суперпозиции, а выходная реакция при гармоническом входном воздействии имеет форму, отличающуюся от гармонической. Нелинейные цепи содержат такие элементы, как диоды, транзисторы, магнитные сердечники и др.

Циркулирующая в электрических цепях электромагнитная энергия распространяется по ним с конечной скоростью. Это придает происходящим в цепях процессам волновой характер, при котором распределение токов и напряжений является функцией не только времени, но и пространственных координат. Однако для цепей, геометрические размеры которых значительно меньше длины волны распространяющихся по ним колебаний (обычно до частот 100 − 300 МГц), всегда можно выделить области с преимущественной локализацией либо энергии электрического поля (конденсаторы), либо энергии магнитного поля (индуктивные элементы), либо области с преобразованием электрической энергии в тепловую (резисторы), а влияние соединительных проводников можно не учитывать. Такие цепи называют цепями с сосредоточенными параметрами (сосредоточенными постоянными).

В целом ряде случаев, однако, зависимостью напряжений и токов от пространственных координат нельзя пренебречь без существенного искажения процессов, протекающих в цепях. Такие цепи относят к классу цепей с распределенными параметрами (постоянными).

В подавляющем большинстве случаев информацию о свойствах электронных цепей и значениях их параметров извлекают, воздействуя на цепи измерительными сигналами, т. е. сигналами, параметры которых известны. Такие измерительные сигналы вырабатывают измерительные генераторы.

8.2 Измерительные генераторы

8.2.1 Назначение и номенклатура измерительных генераторов

Измерительный генератор представляет собой экранированный источник электрических сигналов с известными и изменяемыми значениями их параметров (частоты, напряжения или мощности, выходного сопротивления и т.д.). Воздействуя такими стандартными электрическими сигналами на участки, узлы или радиоэлектронную аппаратуру в целом, можно извлечь информацию о свойствах и качестве РЭА путем анализа искажений (изменений) параметров этих измерительных сигналов. Таким образом, измерительный генератор − это источник измерительных сигналов, предназначенный для проверки функционирования, измерений и настройки радиоэлектронных устройств на этапах их исследования, разработки, производства и эксплуатации.

Для радиоэлектроники характерны: широкий диапазон используемых частот (от долей Гц до 80 ГГц), многообразие форм сигналов (синусоидальные, пилообразные, прямоугольные и др.), широкий диапазон уровней напряжений (от нВ до кВ). Имитация всех видов сигналов с большим диапазоном изменения их параметров в одном генераторе невозможна, поэтому в общей номенклатуре радиоизмерительных приборов измерительных генераторов много. Большая их часть сведена в группу Г−. Однако те из них, которые предназначены для поверки радиоэлектронных устройств, вошли в другие группы (например, Ч1− и Ч6−стандарты и синтезаторы частоты, И1 − источники измерительных импульсных сигналов, М1− и Н7− калибраторы мощности).

Группа Г − радиоизмерительных приборов делится на следующие подгруппы:

Г2− – генераторы шумовых сигналов. Являются источниками флуктуационных сигналов (частота и амплитуда которых изменяется случайным образом) с нормированными (известными) вероятностными характеристики. Применяются при измерениях коэффициента шума приемно−усилительных устройств, оценке помехоустойчивости радиоэлектронных систем и др. задачах. Пример − Г2−59.

Таблица 8.1 – Условные обозначения ИГ на схемах измерений

ТИПЫ ИГ	ОБОЗНАЧЕНИЕ	ГЛАВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Г2 −		Вероятностные характеристики
Г3 −
Г4 −		или или и
Г5 −		и др.
Г6 −		параметры формы

Г3− – генераторы сигналов низких частот. Являются источниками гармонических сигналов с нормированными значениями частоты, напряжения и коэффициента гармоник. Применяются для регулировки усилителей, регуляторов тембра, снятия амплитудно−частотных характеристик (АЧХ), измерения нелинейных искажений. Пример − Г3−123.

Г4 – генераторы сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов. Являются источниками гармонических модулированных сигналов с нормированными значениями частоты, напряжения (на ВЧ) или мощности (на СВЧ), коэффициента амплитудной модуляции и девиации частоты. Основное назначение регулировка и проверка приемных устройств и их узлов: смесителей, модуляторов, усилителей промежуточной частоты, снятия АЧХ, диаграмм направленности антенн и др. Пример − Г4−204.

Г5− – измерительные генераторы импульсов. Являются источниками импульсных сигналов, основным назначением которых является испытание импульсных и цифровых устройств, систем связи с кодово−импульсной модуляцией.

В зависимости от соотношений допускаемых погрешностей по установлению различных параметров различают следующие виды генераторов:

генераторы импульсов с точной установкой амплитуды (Г5−75);

генераторы с точной установкой временного сдвига между синхроимпульсом и основным импульсом (Г5−56);

генераторы с точной установкой длительности импульса (Г5−60).

Г6 – генераторы сигналов специальных форм. Отличаются многообразием форм выходных сигналов − синусоидальной, треугольной, пилообразной, ступенчатой, прямоугольной. Области применения: испытания пороговых устройств, для построения генераторов качающейся частоты, комплексного определения характеристик двухтактных усилительных каскадов и др. Пример − Г6−37.