книги из ГПНТБ / Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения

ции, изложение методики измерений, инструкцию по обслужива­ нию, а также технические характеристики.

Помимо данных, не влияющих на точность прибора (габариты, масса, потребляемая мощность и т. п.), в технические характери­ стики включаются данные, которые являются основой оценки точно­ сти измерения при помощи данного прибора — его метрологиче­ ские характеристики. Последние играют основную роль при выбо­ ре прибора для проведения конкретного измерения.

Метрологическими характеристиками радиоизмерительных при­ боров называются характеристики, регламентирующие условия эксплуатации, при соблюдении которых погрешность средства из­ мерения не превышает заранее заданных норм.

Совокупность метрологических характеристик включает указа­ ние о назначении данного средства измерения, области его возмож­ ного применения и погрешности измерения или воспроизведения значения определенной физической величины.

Рассмотрим основные метрологические характеристики четырех указанных групп радиоизмерительных приборов.

Измерительные генераторы.

1)Диапазоны возможного изменения параметров выходных сигналов. Эти диапазоны определяются минимальным и макси­ мальным значениями, которые могут быть установлены (например, пределы частоты гармонических колебаний, длительности и часто­ ты следования импульсов, амплитуды напряжения и т. д.).

2)Погрешность установки и степень нестабильности парамет­ ров выходного сигнала.

3)Максимально-допустимое искажение формы сигнала. Для гармонического сигнала задается коэффициент нелинейных иска­ жений; для импульсного сигнала — величина так называемых па­ разитных параметров, характеризующих отличие формы реального сигнала от формы идеального (например, для прямоугольного им­

пульса — длительность фронта, спада, снижение вершины).

4) Выходное сопротивление — сопротивление прибора со сто­ роны выходных зажимов. Эта величина является важной характе­ ристикой любого источника сигнала (в частности, измерительного генератора), которую необходимо знать для согласования генера­ тора с нагрузкой.

2. Приборы для измерения параметров и характеристик коле баний.

1)Диапазон измеряемых величин. Этот диапазон определяется минимальным и максимальным значениями величин, которые мо­ гут быть измерены с заданной точностью (например, вольтметр B3-37 имеет диапазон от 10 мкВ до 300 В). Большой диапазон, как правило, разделяют на ряд поддиапазонов. Так, у B3-37 четырнад­ цать поддиапазонов.

2)Диапазон рабочих частот — полоса частот, в пределах кото­ рой возможна эксплуатация прибора или в пределах которой по­ грешность измерения не превышает заданную величину.

10

i

подключаются параллельно участку цепи, в котором производится

измерение. В этих случаях входное сопротивление ZBX= - долж-

^вх но быть возможно большим. При не очень высоких частотах вход­

ная цепь прибора может быть представлена параллельным соеди­

диапазоне влияние прибора на режим работы объекта измерения

жение при измерении любой частоты в пределах рабочего диапа­ зона составляет 0,1 В; вольтметром B3-13 нельзя измерять напря­ жение меньше 0,1 мВ и т. д.).

7) Быстродействие — величина, обратная времени установле­ ния показаний.

3.Приборы для измерения параметров элементов радиоэлект ионных схем. Эти приборы характеризуются диапазоном измеряе­ мых величин и погрешностями их измерений, а также диапазоном рабочих частот.

4.Элементы измерительных схем. Эти элементы характеризу­ ются диапазоном рабочих частот и погрешностями градуировки (калибровки).

Помимо обеспечения перечисленных метрологических харак­ теристик к РИП предъявляется целый ряд общих требований, ко­ торые регламентируются ГОСТ-9763-67. Эти требования предъяв­ ляются к шкалам и отсчетным устройствам; к электропитанию приборов; к времени установления режимов и продолжительности включения; к электрической прочности и сопротивлению изоля­ ции; к органам управления и контроля; к надписям и обозначе­ ниям; к покрытию и окраске; к безопасности эксплуатации при­ бора и пр.

11

Г Л А В А 2

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

§2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Впрактике электрорадиоизмерений в качестве источников испы­

тательных сигналов широко используются измерительные генера­ торы.

Измерительным генератором называется прибор, предназначен­ ный для создания электрических колебаний заданной формы с за­ данными значениями параметров в целях выполнения измерений. Эти источники колебаний отличаются от обычных генераторов возможностью точной установки и регулировки выходных пара­ метров (частоты, формы, величины напряжения, тока или мощно­

ных устройств; имитируют сигналы, поступающие на исследуемую аппаратуру при реальных условиях ее работы; измеряют ряд пара­

полных сопротивлений нагрузки; градуируют измерительные при­ боры (например, вольтметры) и т. п.

Измерительные генераторы обычно выполняются в виде само­ стоятельных приборов, хотя нередко они в виде встроенных при­ боров входят в состав более сложных измерительных устройств (например, автоматизированных систем контроля).

Измерительные генераторы классифицируются по форме гене­ рируемых колебаний на генераторы синусоидальных колебаний, генераторы синусоидальных колебаний с амплитудной, частотной и импульсной модуляцией, генераторы импульсов, генераторы шу­ мовых сигналов, генераторы качающейся частоты и т. д.

12

Генераторы гармонических колебаний (в том числе модулиро­ ванных) классифицируются по диапазону генерируемых частот на следующие группы:

—генераторы инфранизких частот (0,01—100 Гц);

—генераторы низких частот (20 Гц—200 кГц);

—генераторы высоких частот (0,1—300 МГц);

—генераторы сверхвысоких частот (сотни МГц — сотни ГГц). В генераторах высоких частот обычно предусматривается воз­

можность работы как в режиме пемодулированных колебаний, так и в режиме модуляции (амплитудной или частотной). В генерато­ рах СВЧ, как правило, предусматривается возможность модуля­ ции периодической последовательностью прямоугольных импуль­ сов.

Модуляция генераторов ВЧ и СВЧ может осуществляться как от внутреннего (встроенного), так и от внешнего источника моду­ лирующего сигнала.

Генераторы ВЧ и СВЧ разделяют на генераторы сигналов и ге­ нераторы стандартных сигналов. Генераторы стандартных сигна­ лов имеют более высокие стабильность частоты и точность калиб­ ровки выходного напряжения или мощности. Уровни выходных сигналов генераторов стандартных сигналов обычно невелики (меньше, чем у генераторов сигналов) и регулируются в весьма ши­

роких пределах: по напряжению — от 10_7В до 1 В; по мощности—

от ІО” 14 Вт до десятых долей ватта. Выходная мощность генера­ торов сигналов достигает единиц -ватт.

Импульсные измерительные генераторы классифицируются в зависимости от формы вырабатываемых импульсов (генераторы импульсов прямоугольной, экспоненциальной, пилообразной фор­ мы и др.), а также в зависимости от диапазона изменения пара­ метров этих импульсов. Например, генераторы прямоугольных импульсов в зависимости от диапазона длительностей подразделя­ ются на генераторы миллисекундных, микросекундных и наносекундных импульсов.

Ко всем измерительным генераторам, выполненным в виде от­ дельного прибора, предъявляются следующие основные требова­ ния.

1. Широкий диапазон генерируемых частот при ■сохранении пределах нормы остальных параметров генератора. Требуемый диапазон частот чаще всего обеспечивается за счет введения под­ диапазонов. При этом относительная ширина поддиапазонов ме­ няется в зависимости от рабочих диапазонов. На низких частотах она достигает нескольких сотен, на высоких — нескольких десят­ ков, а на сверхвысоких — несколько единиц. Такая разница в ши­ рине частотных диапазонов объясняется конструктивными особен­ ностями колебательных систем генераторов.

Нужно отметить, что не все измерительные генераторы должны обеспечивать широкий диапазон генерируемых частот. Встречаются

13

также генераторы колебаний фиксированной частоты (большей частью встроенные в другие устройства), генераторы ряда дискрет­ ных частот, частота которых периодически изменяется в пределах некоторого диапазона, и т. п.

Отдельную категорию генераторов фиксированных частот с устройствами для выделения сигналов с кратными или дольными значениями частот составляют генераторы, предназначенные для использования в .качестве образцовых мер частоты.

2.Высокая точность установки частоты. Обеспечивается верньерными механизмами органов настройки, часто с большим замедлением вращения большими размерами шкал, четкой грави­ ровкой цифр и указателей.

3.Высокая стабильность генерируемой частоты. Стабильность частоты является важнейшим требованием, предъявляемым к из­ мерительным генераторам. При необходимости обеспечения широ­ кого диапазона частот используется не кварцевая, а параметриче­ ская стабилизация с одновременным сведением к минимуму влия­

ния дестабилизирующих факторов, к которым относятся изменение геометрических размеров элементов колебательных контуров из-за изменения температуры окружающей среды или механических де­ формаций, изменение параметров ламп и других активных эле­ ментов, электрических величин деталей, входящих в схему, изме­ нения напряжения питания сети, влияние нагрузки генератора

ит. д.

4.Сохранение заданной формы генерируемых колебаний. Тре­

буемая форма обеспечивается применением в генераторах линей­ ных усилительных каскадов и согласованием выходного сопротив­ ления измерительного генератора с нагрузкой.

5.Широкие пределы изменения выходного напряжения или выходной мощности. Они достигаются при помощи плавных и сту­ пенчатых делителей напряжения и аттенюаторов.

6.Постоянство установленных значений выходного напряже­ ния или выходной мощности в диапазоне генерируемых частот. Постоянство параметров обеспечивается применением глубокой отрицательной обратной связи, а в отдельных случаях — примене­ нием специальных схем, автоматически регулирующих уровень вы­ ходного сигнала.

Кроме перечисленных основных требований, к генераторам раз­ личных видов предъявляется ряд специфических требований, ко­ торые будут освещены при рассмотрении соответствующих видов генераторов.

Рассмотрим обобщенную структурную схему измерительных генераторов. Поскольку измерительный генератор представляет собой устройство для создания на внешней нагрузке колебаний известной формы с заданными значениями параметров, обязатель­ ными элементами такого устройства являются:

1) цепи генерирования и формирования колебаний;

14

3)измерительные устройства для визуального контроля уста­ новленных значений параметров сигнала;

4)выходные клеммы для подключения внешней нагрузки. Обобщенная структурная схема измерительного генератора, со­

держащая все эти элементы, приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1.

Задающий генератор определяет важные характеристики вы­ ходных колебаний (например, форму или частоту повторения). Чаще всего это автогенератор синусоидальных колебаний или ге­

пульсов предусматривается работа задающего генератора не толь­ ко в режиме автоколебаний, но и в режиме внешнего запуска.

Вырабатываемые задающим генератором колебания поступают

а цепи формирования и усиления, которые служат для повышения энергетического уровня (амплитуды) сигнала или придания ему требуемой формы. С цепями формирования связан ряд органов регулировки параметров выходных колебаний.

Если измерительный генератор предназначен для получения модулированных колебаний, в его состав входит источник (гене­ ратор) модулирующего сигнала, а также цепи, в которых проис­ ходит операция модуляции. Предусматривается также возмож­ ность модуляции внешним сигналом.

Выходное устройство обеспечивает необходимое ослабление выходного сигнала, согласование генератора с внешней нагрузкой и удобное подключение нагрузки. В выходном устройстве регули­ руется величина выходного сигнала.

Функции измерительных устройств, применяемых для контроля параметров выходного сигнала, могут выполнять электронный вольтметр, измеритель мощности, измеритель частоты, измеритель коэффициента модуляции, осциллографический индикатор. Многие выходные параметры устанавливаются с помощью отсчетных устройств (лимбов, верньеров и др.), которыми снабжаются изме­ рительные генераторы.

15

Схемные и конструктивные решения измерительных генераторов зависят от вида сигналов и диапазонов изменения их параметров. Поэтому в отдельных генераторах могут отсутствовать некоторые из названных элементов или встретиться дополнительные.

§ 2.2. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИ

Измерительные генераторы гармонических колебаний предназ начаются для получения сигналов вида

и (t) — Umsin 2 r .ft

с регулируемыми и контролируемыми значениями амплитуды Um и частоты /. Генераторы этого типа применяются при испытании приемников радиотехнических систем (измерении их чувствитель­ ности, избирательности, градуировке шкал, проверке схем АРУ, измерении коэффициента шума и т. д.); при снятии амплитудно-

и контроля их параметров в различных участках диапазона частот существенно различны, весь диапазон частот может быть перекрыт лишь группой приборов, каждый из которых работает в относи­ тельно небольшом диапазоне частот.

Метрологическими характеристиками измерительных генерато­ ров гармонических колебаний являются:

—диапазон частот;

—погрешность установки частоты;

—допустимая временная нестабильность (уход) частоты;

—диапазон изменения выходного напряжения или мощности и погрешность их установки:

—допустимый уровень нелинейных искажений (для немодулированных колебаний генераторов инфранизких, низких и высоких частот).

Рассмотрим принципы построения измерительных генераторов в диапазоне от инфранизких до сверхвысоких частот.

Генераторы инфранизких частот

Измерительные генераторы инфранизких частот находят широ­ кое применение при разработке и исследованиях линейных и не­ линейных систем автоматического регулирования, в модулирую­ щих устройствах, при исследованиях инфранизкочастотных коле­ бательных процессов в различных системах и т. д.

15

um . Преобразователь кода в аналог (рис. 2.3) представляет со­ бой матричный дешифратор на полупроводниковых диодах и ре-

Рис. 2.3.

зисторах, управляемый «-разрядным двоичным триггерным ревер­ сивным счетчиком с автоматическим переключением реверса. На вход счетчика с выхода делителя частоты непрерывно поступают импульсы с частотой / ш. В любом состоянии реверсивного счет­ чика дешифратор обеспечивает подключение одного из резисторов гі , образующих верхнее плечо делителя напряжения — £/0, через

ет в режиме вычитания, последовательность подключения отдель­ ных резисторов будет обратной.

При поступлении в реверсивный счетчик р/2 импульсов на сум­ мирование на выходе преобразователя получается первая полови­

на ступенчатой синусоиды (участок AB на рис. 2.4). После ревер­ са счетчика и поступлении р/2 импульсов на вычитание будет

18

сформирована вторая половина ступенчатой синусоиды. При не­ прерывном поступлении импульсов и автоматическом реверсе счетчика на выходе преобразователя получается синусоида на­ пряжения с постоянной составляющей.

Период формируемый синусоиды определяется выражением

Тх = рТ т = ртТй,

где р — число ступенек за период формируемой синусоиды;

напряжения задающего генератора, а выходное устройство содер­ жит калиброванный делитель напряжения на резисторах, позво­ ляющий ослабить выходной сигнал измерительного генератора до требуемого уровня.

Генераторы низких частот

Диапазон частот этих генераторов обычно составляет 20 Гц— 200 кГц. Они применяются для регулировки и испытания усилите­ лей низкой частоты, низкочастотных каскадов радиоприемников, модулирующих каскадов радиопередающих устройств, фильтров, громкоговорителей и т. д. Генераторы низких частот являются ис­ точниками испытательных сигналов в устройствах для снятия амп­ литудных, частотных и модуляционных характеристик, для опреде­ ления нелинейности. Они используются также при измерении ин­ дуктивности, емкости, частоты, фазы и в целом ряде других слу­ чаев, встречающихся в практике радиоизмерений.

Измерительные генераторы низких частот выполняются соглас­ но структурной схеме, приведенной на рис. 2.5, которая является частным случаем обобщенной схемы (рис. 2.1).

•’eti/tupoènè/ РегшіироІкіЦ Pmiwpot»tVm Pm/>upoS*a

на выходе Uum— £/макс и устраняют влияние нагрузки на за­