Практикалық жұмыс № 4 Сызықсыз бұрмалану мен анализ спектрін өлшеу.

Жұмыстың мақсаты : Байланыс арналарындағы анализ спектрлерінің сигналдары мен сызықсыз бұрмаланулардың негізгі өлшеу әдістерін оқып үйрену.

4.1 Қысқаша теориялық мәліметтер.

Тарату жүйелерінің элементтерінде шығыс кернеуден немесе кіріс кернеу тоқтарынан сызықсыз тәуелділіктерден сызықсыз бұрмаланулар пайда болады.(диодтардан,транзистордан,индуктивтілік катушкасынан т.б).Бұл бұрмаланулар сигналдың формасын өзгертіп,сигнал шығындарына қатыспайтын құраушы гармоникалық пайда болуларды шақырады.Кернеулер арасындағы шығыс және кіріс кернеулердегі төртполюстік полином деңгейімен өрнектелуі мүмкін:

u_вых = а₀ + а₁ и_вх + а₂и_вх² + а₃и_вх³ + ...

Егер кіріс кернеу гармоникалық тербеліс суммасынан тұратын болса, u_кір= cos , онда шығыс кернеу ω _і құраушы жиілік шығындарынан басқа,к ω_і еселі жиіліктерді құраушылар және де номинациялық өнімдерді еселік жиіліктердің сигналдық шығындардың әртүрлілігімен анықтаған суммалармен де пайдалануға болады. Жалпы жағдайдағы жиіліктердегі құраушы шығын кернеулері

Мұндағы m,n,p,=0,1,2,3…,

Реттік құраушыларды сумма коэффиценттері деп атайды. q=|m|+|n|+|p|+ …. . Реттік құраушылар ескерілетін деңгейлік полиномды мүшелермен анықталады.(4.1) Екінші деңгейлі полином мүшелері кей кездерде квадратты деп аталып: екінші гармоникалық 2 ω₁ 2ω₂ 2 ω ₃ ,..... сыңар аралас құраушылар ω ₁±ω ₂ ,ω ₁ ± ω₃ , ω ₂ ± ω ₃ ….. сондагы онім сызықсыз екінші ретке ауысуы туындалады.Ал үшінші полином мүше денгейлері пайда болган құраушы үшінші ретті,үшінші гармонды 3ω ₁ , 3ω ₂, 3ω ₃ ...... сыңар құраушы түрінде 2 ω₁ ± ω _2, 2ω₂ ± ω ₁ 2 ω ₃ ± ω ₁ ……., және де үштік құраушылар ω ₁±ω ₂ ± ω₃…….., анықтайды.

Амплитудалы гармониктер мен комбинациялық құраушылар сәйкес келуші полином мүшелерінің коэффициенттері мен жөне олардың деңгейлерімен анықталады.

Сызықсыз бұрмалаушылардың топтық жөне сызықты тракт жүйелеріндегі ЧРК таратулары кезінде арналар арасында ауыспалы әсер етулер туындайды. Олардың бағалары үшін барлық кішігірім арақатынастардағы өнімдердің амплитудалардағы сызықсыздықты және 10^-5 – 10^-6 құраушы сигналдарды өлшеуге тура келеді,ал кей кездері одан да көп бұрмаланулар бағаланулар үшін гармоникалар бойынша үш әдісті қолданады,ал номинациялық құраушылар сигнал шуылының көмегі бойыша жүзеге асады.Сызықсыз емес бұрмаланулардың бағаланулары бойынша сызықсыз емес өнімдерді өлшеу,өлшенетін аймақтағы жұмыс жасаушы жиелік жолақтарының өзгеруі мен болуы керек.

Сызықсыз бұрмаланулардың гармониялары бойынша өлшенулері

Егер шектік жиіліктер қатынастарындағы өлшенетін аймақ f _B / f _H > 3 5 болған жағдайда бір жиілікті сигналдардың таралулары кезінде гармоникалар сызықсыз бұрмалануларда өлшенеді.Бұл жағдайларда өлшенетін аймақтардың шығысында U₁ амплитудасымен ω жиіліктік сигнал шығындарынан басқа да 2 ω₁ , 3 ω , жоғарғы гармоникалық жиіліктер және U ₂ ,U₃ ….. , кеміген амплитудалар пайда болады.

Сызықсыз бұрмалану сызықсыз коэффиценттерімен бағаланады, % (КН).

Немесе гармоника коэффицентімен ,% (Кг)

Cымсыз байланыс техникасында сызықсыздық коэффицентін бөлек гармоникалармен өлшейді және қалыпқа келтіреді.(екінші және үшінші негіздер бойынша) %,

К_2г=(U₂/U₁) 100 ; К_3г= (U ₃/ U₁ ) 100;

Немесе сәйкес келуші гармоникалардың сызықсыз өшулігінде Д.б

Біржиіліктік сигналдар кезінде сызықсыз бұрмаланулардың өлшеулерінің құрылымдық сызбасы 4.1 суретте көрсетілген. Аз өлшеулердің реттеуге жіберілген Иг генераторы Кг қажет етуі керек.Егер бұл шарттар қанағаттандырылмайтын болса,онда оның шығысына ФНЧ өлшегіштері берілетін жоғарғы гармоникалардың қамтамасыз етілуші қажеттіліктеріне қосылады.

Сурет 4.1- Гармоникалар бойынша сызықсыз бұрмаланулардың өлшеу сызбасы.

Өлшенетін аймақ Rн жұмысшы шарттарының кедергілеріне сырттай сәйкес келу керек.Кн өлшеу үшін өлшеуші сызықсыз бұрмалануды қолданып жұмыс жасаған әлде қайда қолайлы. Кг сумматорларының анықталулары кезінде бөлек гармоникалар кернеу немесе гармоникалық тербеліс деңгейін кернеудің анализаторларымен немесе өлшеуіштердің көмегімен тар жолақты немесе жоғарғы өлшеулермен өлшенеді.Кг өлшеу кезінде шамамен 10^-4 кем емес бұрмаланулардың шыққан нәтижесі үшін АН немесе ИИУ жүктемелерін зерттеу құрылғыларын бірінші гармоникаға берілетін фильтр арқылы қосады.Бұл жағдайда фильтр ИО жүйесі болып табылады, және оның модулі келеді.

Комбинациялық құраушылары бойынша сызықсыз бұрмаланулардың өлшеулері. Сызықсыз бұрмаланулардың өлшеулері комбинациялық құраушылардың екінші және үшінші реттік өлшеулері екінші және үшінші гармоникалық сигналдардың амплитудамен немесе әртүрлі жиіліктермен f ₁ және f ₂ немесе f ₁, f ₂ немесе f₃ жұмысын атқарады.Бұл сигналдарды құраушы сигналдар деп атайды.

Екі жиіліктік сигналдардың таралулары кезінде екі ретті (f 1+f ₂) немесе (f ₁-f ₂) комбинациялық құраушыларда кернеу U_k2 немесе P_f2 деңгейі және үшінші ретті (2 f 1+f ₂) немесе ( 2f ₁-f ₂) комбинациялық құраушыларда кернеу U_k32 немесе P_f32 деңгейі өлшенетін обьектінің шығысында өлшенеді.

Үш жиіліктік сигналдардың таралулары кезінде үш ретті f _k33 = f ₁+ f ₂- f ₃ комбинациялық құраушыларда кернеу U_k33 немесе P_f33 деңгейі шығысында өлшенеді.Бұдан басқа өлшенетін аймақтардың шығысында барлық жағдайларда да U1 кернеуін немесе P1 деңгейін тең амплитудалық құраушы сигналдарында өлшейді. Өлшеу мәндері бойынша сызықсыздық өшуліктерін сәйкес келуші комбинациялық құраушыларда анықтайды.д.Б

a_k2 = 20 lq = p₁-p_k2 ; a _k32 = 20 lq = p₁-p _k32 ;

а _к33= 20 lq = p₁-p _k33 ; (4.3)

Өлшенетін аралық құраушылардағы түрлерінің таңдауы өлшенетін аймақтардың жұмыс жасаушы жиілік жолақтарында анықталады. f _н < f _kl < f_b осы түрде болады.Сызықсыздық өшуліктерінің өлшеулері аралық құраушыларда f₁ ±f ₂ екінші ретті f_в / f _н> 2 деп те жазуға болады.Бұл жағдайларда суммарлы құраушылар жоғарғы бөліктеріне араласады,ал төменгі бөліктері өлшенетін аймақтардағы жұмыс жааушы жиілік жолақтарымен араласады.Бірдей деңгейлерде құраушы сигналдар деңгейі аралық құраушыларда жоғарғы деңгейлер гармоникаларға сәйкес келеді.д.Б.

p _k2 = p_2u + 6 ; p_k32 = p_3г + 9.6 ; p _{k 33} = p _3г + 15.6 ;

Гармоникалар бойынша сызықсыз өшуліктерден аралық құраушыларға қарағанда аз болып келіп,сызықсыз өшуліктермен сәйкестендіріледі. д.Б.

а_к2 = а _2г - 6 дБ; а _к2 =а_3г – 9,6 дБ; a_k33 = a_3г – 15,6 дБ ;

Бұл тәуелділіктер аралық құраушыларда сызықсыз бұрмалануларда өлшеулерді жүргізеді.Суммарлы деңгей кезінде құраушы сигналдар табалдырықтардан төмен орналасады, ал практикада сызықсыздық өшуліктері 25-30 дБ кем болмайды.

Аралас құраушылардың деңгейлік мәндерін немесе сызықсыздық өшуліктерінің құраушы сигналдардың р₁ ӨА шығысында мына деңгейлерде Δ p₁ т.е р₂= p₁ + Δ p₁ келесідей өрнектерді аламыз.

p _{2г (2)} = p _2г(2) + 2 Δ p₁ ; p_{k 2(2)} =p_{k 2(1)}+2Δ p₁ ;

a_2г(2) = a_{2г (1)} –Δ p₁; a_{k 2 (2)} = _{ak2 (1)} –Δ p₁;

p _{3г (2)} = p _3г(1) + 3 Δ p₁ ; p_{k 3(2)} =p_{k 2(1)}+3Δ p₁ ;

a_3г(2) = a_{3г (1)} –2Δ p₁; a_{k 3 (2)} = f_{k3 (1)} –2Δ p₁;

(1) және (2) индикстері р₁ және р₂ құраушы сигнал деңгейінің шамасына қатысты екенін көрсетеді .Екі жиіліктік сигналдарды өлшеу үшін f ₁ және f ₂ жиіліктері бар екі генератор қосылады,ал үш жиілікті сигналдарды өлшеу кезінде f ₁ , f ₂ және f ₃ үш жиілікті генераторлар қосылады. Жиіліктік генераторларды осындай есепке қондыру кезінде оның аралас құраушылары жиіліктерінің тапсырылған шартты өлшеулерін қамтамасыз еткенін білеміз.Суммирленген құрылғы ИГ генераторына өзара әсерін және эквивалентті екі немесе үш жиілікті генераторларындағы шығыс кедергілерді қамтамасыз етеді.

2f₁±f₂ немесе 2 f₂± f1 түрінің 3-ші ретті аралас құрамасын қосжиілікті сигналмен өлшеу кезінде сәйкесінше генератордан f₁ немесе f₂ жиілігімен шығуында 2-ші гармониканы беретін өлшеуіш фильтр қосылады.60-70 дБ дан жоғары болған сызықсыздықтың сөніп қалуын өлшеу кезінде ИИУ деңгейінде таңдап алынған өлшеуіш,тербелісті өткізетін аралас құрамамен өлшенген ИПФ өлшеуішті жолды фильтрмен қосылады.Бұл жағдайда фильтрдің кіріс кедергісі ИО ның жүктемесі болып табылады және талап етілген R_н- ге тең болуы керек.

4.2- сурет .Аралас құрамамен берілген бұрмалаудың сызықсыз өлшемінің сұлбасы.

Топты сызықсыз және сызықты тракттер жүйесін ЧРК мен берілуі көптеген жағдайларда номиналды қалдықты күштің қондырылуынан кейінгі аяқталған арна жасаушы жабдықты қолданумен өлшейді.Құрастырылған сигналдар ТЧ сигналының негізгі жиілігін төрт өткізгішті кіріске беру кезіндегі индивидуальды модуляторларда пішімделеді,ал арнаны фильтрлер бұл сигналдардың гармоникаларын жоғалтып тұрады.Сызықсыздық өнімдері арнаның жиілігіне сәйкес келетін арнаны фильтрмен бөлінеді,негізгі сигналды индивидуалды демодулятормен жасалынады және төртөткізгішті арнаның шығысында өлшенеді.Өлшеудің басқа кедергілерінің әсер етуін азайту үшін мақсатты таңдалған өлшеуішті деңгейін өткізу.Сызықсыз бұрмалануды өлшеу кезінде гармоника бойынша cигнал бір арнамен беріледі.Аралас құраушымен өлшеу кезінде тең амплитудалы сигналдар 2немесе 3 арнамен беріледі.Сызықсыздықтың сөніп қалуы 4.2 берілуімен анықталады немесе 4.3 арналар шығуындағы деңгейінің айырмашылығымен жасалған сигнал берілетін және сызықсыздық өнімі өлшенетін арналардың шығуында .a_2г және a_{k 2} кең жолды арналар f _в / f_н > 2 болғанда ғана өлшеу мүмкін ,а₂₂, а _к2 және а₃₂ ні ЛТ жүйесінде ЧРК мен берілуі кабельді сызықтарда арналар саны 12 және одан да көп болатын жүйелерде өлшеуге болады.Тек а₂₂ және а _к2 үштік ГТ – де өлшенуі мүмкін,немесе сол сияқты төмен жиілікті ЛС ға ЛТ берілуімен анықталады.

Бірінші және екінші ГТ де жоғары жиілікті Лт бөлігінде ВЛС жүйесінде а_к32 а_к33 өлшеуге болады. Жасалған сигналадардың берілуі бойынша арналарды таңдау және сызықсыз өнімдері өлшенеді,ТУ талабына сай өлшемдер шартымен анықталады,тракттердің электрлік парамерлерімен нормаларымен 2 f₁ - f₂ түріндегі аралас құраушысы бойынша біріншілік ГТ сызықсыз бұрмалануларда өлшеу үшін12 кабельден жасалған арналарды беру К₁ –K ₂ нөмірлерімен K₃= K₁- K₂ сызықсыздық өнімі өлшенеді. f₁ + f₂ – f нөмірлері аралас құрамды түрін өлшеу кезінде , К₄= К₁ +К₂- К ₃ аралас құраасы өлшенеді.Екіншілік ГТ сызықсыз бұрмаларын өлшеу кезінде 2 және 3 жасалған сигналдар 2 немесе 3 12 арнаны топтарда формаланады,яғни сызықсыздық өнімі арна тобының жолында болуы керек, сигналдардың бос берілуі кезінде.

Сызықсыз бұрмалану ЛТ 60 арналы жүйе берілуін гармоника бойынша өлшеуге болады,олар біріншілік және екіншілік ГТ ға сызықсыз әсерін жояды.Жасаушы арнаның гармоникалары сызықты спектрдің жоғарғы бөлігенде болатындай етіп таңдайды.

Сызықтық өткізгіштердің әсерін жою үшін жиілік бойынша айырмашылығы әр түрлі жиіліктегі есептеулері тоқтармен беріледі.Мысалы , 2 f₁ - f₂ аралас 09рамды –лшеу кез3нде К ₁ арнасы ,жиілігі 800 Гц сигнал беріледі, а К ₂ арнасына –жиілігі 600 Гц сигнал беріледі.ИИУ К₃ арнасының тоқ f _c3 =2∙ 800= 600= 1000Гц жиілікпен өлшенеді.Егер өлшеу шартында басқалары түсіндірілмесе,құрастырылған сигналдардың деңгейін 0 Дбм 0 тең деп алады.

Қажетті кең диапозон жиілігі G(f) тұрақты спектралды тығыздықтар мен бірінші спектрлердің тербелулері ГШС генератор шуылында генерирленеді.Шектеулі фильтр ШФ сәйкес келетін өлшенген обьектілердегі Δ fжиілік жолағын қалпына келтіреді.ВУ шығыс құрылғыларында қамтамасыз етілген қажеттіліктерді шығыс кедергілер мен деңгейлерде шуыл сигналдар өлшенетін аймақтық кірісіне беріледі.

Сурет 4.3 –Сызықсыз пен өздік бөгеуліктің шуыл сигналдарының көмегімен өлшеу сызбасы .

ПЗФ режекторлы фильтрын қосу кезінде шуыл сигналдарының спектелеріне жиілік жолағы беріліп, ТЧ бірнеше үлкен арна жолақтары беріледі.

Сурет 4.4- Шуыл сигналдарының көмегімен сызықсыздық пен өздік бөгеуліктің өлшенуі кезіндегі спектрлер.

ППФ жолақты жіберілу фильтр кірісіне ВхУ шуыл сигналы ИО кіріс құрылғысы арқылы келіп түседі.ШС қуаттылық деңгейі ППФ шығысында ИУ өлшеу деңгейі және квадраттық деңгей арналарымен өлшенеді.ПЗФ қосқан кезде ШС Р _ик Δ f ППФ жолағында өлшенеді.Сол жолаққа ПЗФ қосу кезінде Р_шс суммарлы деңгейлер Р_сп өздік бөгеулік қуаттылығы мен бөгеу қуаттылығы Р _шн сызықсыз бұрмаланулар өлшенеді.Сызықсыз бөгеуліктердің қуаттылық деңгейі. дБм .

P_шн = 10 lq

Алынған мәндері бойынша сызықсыз бөгеулік пен суммарлықтарда қорғалған арналарда анықталады. дБ .Олар А_зс =р _шк- р_сп мен А_зн= р_шк –р_шн сәйкес келеді.Синусоидалы сигналдар мен ШС қатысуларында сызықсыз бұрмаланулар норма арасында байланысты болады.Сол үшін р_шс ,р_сп ,р_шн өлшенетін деңгейлер ТНОУ келіп, Р_шс ,Р_сп мен Р_шн сәйкес қуаттылықтары болып есептеледі.

Жұмыстың мазмұны

Жұмыстың мақсаты

1. Байланыс арналарындағы анализ спектрлерінің сигналдарын оқу.

2. Cызықсыз бұрмаланулардың негізгі өлшеу әдістерін оқу.

3. Бақылау сұрақтарына жауап беру

Бақылау сұрақтары:

1. Кіріс кернеу гармоникалық тербеліс суммасынан тұратды.

2. Сызықсыз бұрмалануға қандай өлшеулер қолданылады?

3. Анализдік спектр сигналы қандай құрылғымен іске асырылады?

Әдебиеттер тізімі

1. Сапожников В.В. и др. Логический метод. Контроль электрического монтажа. – Электронные моделирование, 1984 г.

2. Мирский Г.П. Электронные измерения. – Радио и связь, 1986 г.

3. Дмитриенко И.Е. и др. Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте.- Транспорт 1994

4. Верник С.М. и др. Повышение точности измерений в технике связи. – Радио и связь, 1981 г.

5. Леонов Д.И. Основы технической эксплуатации БРЭА. – Легпромиздат, 1991 г.

6. Байда Н.П. Микропроцессорные системы поэлементного диагностирования РЭА.- Радио и связь, 1987 г.