Измерительные генераторы Характеристики и принципы построения генераторов детерминированных сигналов

Измерительные генераторы широко применяются в технике при настройке и проверке приборов, определении характеристик схем, испытаниях сложных систем и т. д. По назначению они делятся на генераторы:

1. сигналов низких частот (инфразвуковых и звуковых частот) Г3...;

2. сигналов высоких частот (высоких и сверхвысоких) Г4...;

3. импульсов Г5...;

4. шумовых сигналов Г2...;

5. сигналов специальной формы Г6...;

6. качающейся частоты Г8....

Измерительные генераторы характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются следующие.

Диапазон частот выходного сигнала. Современные генераторы перекрывают широкий спектр частот от сотых долей герца до частот СВЧ-диапазона. Для получения широкого диапазона частот генераторы обычно выполняются с несколькими поддиапазонами.

Параметры, характеризующие форму выходного сигнала. Генераторы синусоидального сигнала характеризуются коэффициентом нелинейных искажений.

Рис. 3.32. Структурная схема измерительного генератора

Измерительные генераторы должны иметь широкие пределы изменения выходного напряжения (мощности), его высокую стабильность, хорошую экранировку для снижения излучения электромагнитных волн, кроме выхода генератора, низкий уровень шумов на выходе.

Обобщенная структурная схема измерительных генераторов, приведенная на рис. 3.32, имеет задающий генератор 1, усилитель-формирователь 2 и выходное устройство 3. Задающий генератор вырабатывает сигнал заданной формы и частоты. От качества задающего генератора зависят основные метрологические характеристики всего устройства.

Усилитель-формирователь в генераторах детерминированных сигналов представляет собой линейное устройство, благодаря которому можно получить требуемое выходное напряжение (мощность). Как правило, он обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения.

Выходное устройство генератора содержит аттенюатор для ослабления выходного сигнала и элементы согласования генератора с нагрузкой.

Генераторы синусоидальных сигналов

В генераторах синусоидальных сигналов в качестве задающих устройств используются RC или LC-генераторы (описание генераторов см. раздел Аналоговая электроника). RС-генераторы применяются в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, а LC-генераторы — в диапазоне высоких частот.

Анализаторы спектра

Приборы, определяющие частотные составляющие сигнала, т. е. спектр амплитуд и фазы составляющих, называются анализаторами спектра.

Цифровые измерительные приборы

Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, которые в процессе измерения осуществляют автоматическое преобразование непрерывной измеряемой величины в дискретную с посредующей индикацией результата измерений на цифровом отсчетном устройстве или регистрацией его при помощи цифропечатающего устройства. Функциональная схема цифрового прибора представлена на рис. 2.38. Аналоговая величина Х сначала преобразуется входным аналоговым преобразователем (ВАП) к виду, удобному для последующего преобразования, затем при помощи АЦП производится ее дискретизация и кодирование (см. ниже); наконец, цифровое отсчетное устройство ЦОУ превращает кодированную информацию о измеряемой величине в цифровой отсчет, удобный для считывания оператором. В последние годы цифровые приборы получили большое распространение, особенно в качестве лабораторных и производственных вольтметров, амперметров, омметров, частотомеров и фазометров.

Рис. 2.33 Функциональная схема цифрового прибора

По сравнению с аналоговыми приборами цифровые имеют такие преимущества:

• высокая точность,

• широкий рабочий диапазон,

• высокое быстродействие,

• получение результатов измерения в удобной для считывания оператором форме,

• возможность цифрового преобразования и ввода измерительной информации в ЭВМ,

• автоматический ввод поправок для уменьшения систематических погрешностей,

• автоматическая калибровка,

• автоматизация процесса измерения.

Недостатками цифровых приборов являются сложность и сравнительно высокая стоимость. Основой всякого цифрового прибора служит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который осуществляет дискретизацию, квантование и кодирование информации. Дискретизация есть процесс получения отсчетов измеряемой величины в определенные дискретные моменты времени. Непрерывная величина Х(t) заменяется конечным набором ее дискретных значений Х_n(t_k), взятых в некоторые моменты времени t_k. Обычно промежутки времени между двумя последовательными отсчетами t = t_k+1 + t_k выбираются одинаковыми. В этом случае говорят, что шаг дискретизации по времени t постоянен.. Каждое из значений Х_n совпадает с одним из установленных уровней квантования по амплитуде преобразуемого сигнала, отстоящих друг от друга на интервал (шаг) квантования по амплитуде. Интервал (шаг) квантования по амплитуде определяется разрядностью АЦП, число уровней квантования равно 2n, где n – число разрядов АЦП в двоичном счислении.

Для преобразования цифрового значения сигнала в напряжения, воздействующие на цифровое отсчетное устройство и формирующие показания ЦИП, используется дешифратор.

Процессы дискретизации и квантования являются принципиальными источниками погрешностей ЦИП. Ясно, что замена непрерывной величины рядом ее значений, считанных в определенные дискретные моменты времени, ведет к потере информации о поведении этой величины в промежутках между отсчетами. Конечное число уровней квантования по амплитуде также является источником погрешностей ЦИП.

Рис.3.33. Квантование непрерывной измеряемой величины по уровню и дискетизация во времени

Подробно процессы и аппаратная реализация преобразования сигналов в ЦИП будет рассмотрена в дисциплине “Микропроцессоры в электрических системах”.