3.8. Измерители нелинейных искажении

Нелинейным искажением гармонического сигнала называется изменение его формы, возникающее в результате прохождения сигнала через устройство, содержащее нелинейные элементы. Искаженный сигнал можно представить в виде суммы постоянной составляющей, первой гармоники с частотой f и высших гармоник с частотами 2f, 3f, …..,nf .

Рис. 3.10. Структурная схема измерителя нелинейных искажений

Мерой нелинейного искажения гармонического сигнала является коэффициент гармоник, характеризующий отличие формы данного периодического сигнала от гармонической. Коэффициент гармоник равен отношению среднеквадратичного напряжения всех гармоник сигнала, кроме первой, к среднеквадратичному напряжению первой гармоники:

где u₁ ,u₂ — эффективные значения напряжения гармоник спектра на выходе исследуемой цепи.

Для измерения относительного значения напряжения гармоник можно использовать анализатор спектра, если его разрешающая способность позволяет наблюдать раздельно спектральные составляющие. Если детектор анализатора линейный, то в формулу вместо напряжений u₁, u₂ можно подставить значения амплитуд выбросов А₁, А₂,..., выраженных на экране анализатора в миллиметрах.

Существуют специальные приборы — измерители нелинейных искажений (ИНИ). Структурная схема такого прибора приведена на рис. 3.10. Входная цепь служит для согласования прибора с исследуемым источником. Перед измерением переключатель ставят в положение В«калибровка», с помощью усилителя измеряемое напряжение усиливают до такого фиксированного значения, при котором электронный вольтметр будет проградуирован в значениях коэффициента нелинейных искажений. Обычно показание вольтметра равно 1 или 10 В. Затем переключатель прибора ставят в положение «Измерение». Настраивая задерживающий фильтр, подавляют напряжение основной частоты. Полное подавление будет при минимальном показании прибора. В этом случае электронный вольтметр показывает эффективное значение суммы высших гармонических составляющих, отнесенное к эффективному значению напряжения сигнала

Выражение дляk не совпадает с выражением для коэффициента гармоник K_H, определяемым формулой (19), но связано с ним простым соотношением

Выпускаемые промышленностью измерители нелинейных искажений имеют диапазон частот от низких до 1 МГц с погрешностью измерения от 0,02% до 6 % .

Поверка измерителей нелинейных искажений проводится в соответствии с инструкцией, определяющей характеристики:

1. Погрешности встроенного вольтметрапроизводится на частоте 1КГц на каждой числовой отметке шкал с пределами измерений 1 и 3 В и на конечных отметках шкал на частотах, указанных в инструкциях. Измерения выполняются либо с помощью установок для поверки вольтметров, либо с помощью образцового вольтметра.

2. Порога чувствительностивыполняется с помощью измерительного генератора, напряжение с которого подается на вход поверяемого прибора. Устанавливается минимальный уровень сигнала, при котором возможна калибровка прибора. Этот уровень измеряется встроенным вольтметром поверяемого прибора.

3. Уровня собственных нелинейных искажений, шумов и помех производится путем измерения гармонического сигнала с коэффициентом гармоник не более 0,01%. Такое напряжение формируется установкой для поверки нелинейных искажений.

4. Погрешности измерениякоэффициента нелинейных искажений осуществляется путем измерения, поверяемым прибором калиброванного коэффициента, создаваемого с помощью образцовых установок. При использовании установки СК6-10 измеряется коэффициент нелинейных искажений, а затем вычисляется по формуле коэффициент гармоник, который сопоставляется со значением, установленным на образцовой установке. Результаты поверки заносятся в протокол установленного образца.