8.2.2 Структурные схемы и особенности построения генераторов

Несмотря на большое многообразие видов и типов измерительных генераторов, их можно описать обобщенной структурной схемой, представленной на рис 8.2.

Рисунок 8.2 – Обобщённая структурная схема измерительного генератора

Задающий генератор (ЗГ) − узел, определяющий диапазон частот генерируемых сигналов.

Преобразователь (ПР) − узел, выполняющий различные функции, определяемые видом измерительного генератора. Это может быть усилитель для генераторов Г3−, модулятор для генераторов Г4−, формирователь импульсов для генераторов Г5 −и т.п.

Выходное устройство (ВУ) − узел, позволяющий изменять уровень напряжения (мощности) сигнала, изменять полярность импульсов и т.д. В его состав могут входить повторитель, аттенюатор и др. устройства.

Измерительные устройства (ИУ) обеспечивают установку требуемых значений параметров с нормированной погрешностью. Могут представлять собой отградуированные шкалы для установления частоты или ослабления напряжения, встроенные вольтметры, частотомеры, измерители девиации частоты и др.

8.2.3 Особенности выходных цепей

Правильный выбор измерительного генератора по его назначению еще не гарантирует экспериментатора от ошибок (промахов), которые могут привести к большим погрешностям измерений и дезинформации относительно свойств радиоэлектронных устройств. Эти ошибки чаще всего связаны с непониманием особенностей построения и работы выходных цепей генератора.

В маломощных НЧ генераторах масштабный преобразователь (ослабитель) выполняется, как показано на рис.8.3.

Рисунок 8.3 – Выходная цепь маломощных НЧ генераторов

При применении таких генераторов необходимо учитывать, что при дискретном изменении выходного напряжения изменяется выходное сопротивление генератора и поэтому, для сопоставления результатов измерений, необходимо выполнять условие или учитывать конечное значение сопротивления нагрузки (которой является исследуемый узел) в виде поправок к значению выходного напряжения.

В измерительных генераторах ВЧ и СВЧ выходное устройство представляет собой не делитель напряжения, а аттенюатор, состоящий, как это показано на рис.8.4, из последовательно или параллельно соединенных Т или П− образных звеньев.

Рисунок 8.4 – Выходная цепь генераторов ВЧ и СВЧ

Особенностью таких аттенюаторов является то, что их R_ВХ и R_ВЫХ не зависит от установленного ослабления. Для правильной работы таких ИГ необходимо выполнять условие согласования сопротивлений R_Гвых = ρ = Zo = R_Н, где ρ − характеристическое сопротивление аттенюатора, Zo – волновое сопротивление линии передачи, R_Н – сопротивление нагрузки, в качестве которой часто выступает исследуемое устройство.

Согласованный режим работы выходного сопротивления ИГ и линии передачи (радиочастотного кабеля) и правильную передачу уровня сигнала от выхода ИГ ко входу исследуемого устройства обеспечивает схема измерений, представленная на рис.8.5.

Рисунок 8.5 – Правильное включение ИГ в схему измерений

(при R_ВХ » R_Н)

Для СВЧ генераторов вопросы согласования их выходных сопротивлений с сопротивлениями линий передач и нагрузок являются еще более острыми. Это связанно с тем, что рассогласование генератора и нагрузки приводит не только к неправильной передаче уровня сигнала, но и к "затягиванию" частоты и иногда к срыву колебаний задающего генератора.

Если исследуемое устройство предназначено для обработки импульсных сигналов и для его исследования используют генераторы Г5−, то их, как и генераторы Г4−, необходимо включать по схеме, представленной на рис 8.5. Если же импульсный генератор включен в схему без выполнения условия согласования, то импульсный сигнал на входе исследуемого устройства будет значительно искажен. Возможные искажения сигнала на входе исследуемого устройства относительно выходного сигнала генератора показаны на рис 8.6.

Как видно из осциллограмм рис.8.6, сигнал на входе исследуемого устройства при невыполнении условия согласования сопротивлений будет иметь значительный выброс, определяемый отношением длительности фронта импульса t_Ф к времени задержки сигналов в кабеле Т_З = 3.32 нс/м ( 5 нс/м). При длине кабеля l = 1 м и t_Ф = 10 нс выброс на вершине импульса и выбег по окончанию импульса может составить 100 %. В схеме рис.8.5 искажения импульсного сигнала будут минимальны.

Рисунок 8.6 – Искажения сигнала импульсного генератора на входе исследуемого устройства при неправильной схеме измерений

Задачи

1 Изобpазите фоpму импульсного сигнала с длительностью фронта t_ф = 0 на нагрузке при рассогласовании последней с волновым сопротивлением кабеля Zо, соединяющего нагpузку с импульсным генеpатоpом, для случая: R_вых < Zo; R_н > Zo.

2 Пеpечислите основные метрологические характеристики генеpатоpов шумовых сигналов и объясните их физический смысл.

3 Пеpечислите основные метрологические характеристики измерительных генеpатоpов СВЧ и объясните их физический смысл.

4 Пеpечислите основные метрологические характеристики измерительных генеpатоpов импульсов.

5 Пеpечислите основные метрологические характеристики измерительных генеpатоpов НЧ и объясните их физический смысл.