4.8 Измерители нелинейных искажений

Нелинейные искажения возникают в цепях, содержащих нели­нейные элементы. Синусоидальное напряжение, поданное на вход такой цепи, искажается, в результате чего форма выходного напря­жения отличается от синусоидальной.

Степень нелинейных искажений синусоидального напряжения характеризуется коэффициентом гармоник, определяемым как от­ношение среднеквадратичного значения суммы всех высших гармо­ник напряжения, кроме первой, к среднеквадратичному значению напряжения первой гармоники:

(4.5)

Гармоники можно определить с помощью анализатора спектра, а затем вычислить коэффициент по (4.5). Однако этот путь сло­жен. В основу работы прямопоказывающих измерителей нелиней­ных искажений положен принцип «подавления основной частоты», т. е.

(4.6)

Из сравнения (4.5) и (4.6) следует, что

(4.7)

Если искажения невелики , то коэффициенты и отличаются меньше чем на 1 %.

В соответствии с (4.6) для измерения коэффициента нелиней­ных искажений необходимо измерить среднеквадратичное зна­чение исследуемого сигнала и среднеквадратичное значение суммы высших гармоник (без первой).

Схема измерителя нелинейных искажений представлена на рисунке 4.18.

Процесс измерения коэффициента нелинейных искажений сводится к выполнению операций калибровки и измерения.

При установке переключателя В в положение Калибр исследуе­мый сигнал с выхода усилителя подается непосредственно на квадратичный электронный вольтметр. Последний измеряет сред­неквадратичное значение исследуемого напряжения. При этом коэф­фициент усиления усилителя регулируется так, чтобы показания вольтметра были на предельном значении шкалы. Затем переключа­тель В переводится в положение «Изм.», заграждающий фильтр при этом настроен на частоту первой гармоники исследуемого сигнала. Вольтметр измеряет среднеквадратичное значение напряже­ния высших гармоник (кроме первой). Шкала вольтметра градуи­руется непосредственно в единицах коэффициента (в процентах и децибелах).

Так, например, измеритель нелинейных искажений С6-5 предназ­начен для измерения коэффициента гармоник 0,03-100 % иссле­дуемых сигналов в диапазоне частот 20 Гц - 200 кГц. При больших искажениях, когда , нелинейные искажения можно обнаружить, наблюдая кривую исследуемого напряжения на экране осциллографа.

Рисунок 4.18 – Схема измерителя нелинейных искажений

5 Аналоговые электронные вольтметры

5.1 Общие сведения

Аналоговый электронный вольтметр - измерительный прибор, представляющий собой сочетание электронного преобразователя, выполненного на лампах, полупроводниковых элементах, интеграль­ных микросхемах, и магнитоэлектрического измерителя.

По назначению аналоговые электронные вольтметры различают: постоянного тока, переменного тока, импульсные тока, фазочувствительные, селективные, универсальные.

Основное назначение аналоговых вольтметров - измерение напряжения в радиоэлектронных цепях.

Электронные вольтметры постоянного тока по сравнению с магнитоэлектрическими вольтметрами имеют очень большое входное сопротивление (порядка 5-10 МОм) и высокую чувствительность. Значение входного сопротивления неизменно при переключении пределов измерения.

Рисунок 5.1 – Схема вольтметра постоянного тока

Схема электронного вольтметра постоянного тока представлена на рис. 5.1.

Вольтметр состоит из входного устройства - высокоомного резисторного делителя напряжения; электронного преобразователя - усилителя постоянного тока; электромеханического преобразова­теля - магнитоэлектрического измерителя.

Усилитель постоянного тока служит для повышения чувствитель­ности вольтметра, является усилителем мощности, необходимым для приведения в действие магнитоэлектрического измерителя. Он должен обладать высокой линейностью амплитудной характери­стики, постоянством коэффициента усиления, малым дрейфом нуля.

Линейность амплитудной характеристики обеспечивается правильным выбором режимов работы ламп, транзисторов, микросхем усилителя. Отрицательная обратная связь в усилителях повышает стабильность коэффициента усиления и улучшает линейность ампли­тудной характеристики. Стабилизация питающих напряжений также способствует стабилизации коэффициента усиления.

Для уменьшения дрейфа нуля, кроме стабилизации питающих напряжений, усилитель выполняется по мостовой балансной схеме.

Расширение пределов измерения осуществляется с помощью делителя и сопротивления обратной связи.

Электронные вольтметры переменного тока строятся по двум схемам: 1) преобразование переменного напряжения в постоянное и дальнейшее усиление постоянного напряжения (рис. 5.2, а); 2) усиление переменного напряжения и дальнейшее преобразование переменного напряжения в постоянное (рис. 5.2, б).

Рисунок 5.2 – Схемы электронных вольтметров переменного тока

Вольтметры, построенные по схеме на рис. 5.2, а, характеризу­ются широким частотным диапазоном 20 Гц - 700 МГц, но недоста­точно высокой чувствительностью.

Вольтметры, построенные по схеме на рис. 5.2, б, характеризу­ются сравнительно узким частотным диапазоном 10 Гц — 10 МГц, определяемым полосой пропускания усилителя переменного тока, но более высокой чувствительностью.

Рисунок 5.3 – Схема универсального аналогового электронного