книги / Электрорадиоизмерения

где А — величина, пропорциональная 2(U0 + AU), и В — величина, пропорциональная 2 (U0 — AU).

При подстановке этих значений в формулу (10-6) вместо А и В будет получена первоначальная формула (10-1).

Метод трапеции, основанный на использовании синусо­ идальной развертки, заключается в следующем. К одной паре отклоняющих пластин трубки осциллографа, обычно к У-пластинам, подают исследуемое напряжение, а к дру­ гой паре — напряжение с частотой модуляции. При этом в зависимости от фазового сдвига между модулирующим напряжением и огибающей модулированных колебаний на экране осциллографа получаются неподвижные трапеция или цилиндр (рис. 10-4). Определив А и В, вычисляют М по той же формуле, что и в предыдущем случае.

Рис. 10-4. Измерение глубины модуляции методом тра­ пеции.

Недостатки рассмотренных методов состоят в том, что они могут применяться лишь для модуляции синусоидаль­ ным напряжением и необходимо по измеренным данным производить вычисления коэффициента модуляции.

На практике гораздо удобней пользоваться при измере­ нии М не осциллографами, а приборами, дающими непосред­ ственный отсчет по шкале величины коэффициента моду­ ляции.

Один из наиболее распространенных методов непосред­ ственного измерения М, используемого в измерителях модуляции промышленного типа, состоит в применении двойного линейного детектирования (рис. 10-5).

Исследуемое напряжение uab модулированных коле­ баний подается через катушку связи L на линейный диодный детектор Д 1у нагруженный резисторами R2 и /?з.

Существует несколько методов измерения девиации час­ тоты. Наиболее распространенным методом, использу­ емым в приборах промышленного типа, является метод частотного детектора.

На рис. 10-6 приведена блок-схема одного из таких приборов.

По существу данная схема представляет собой супер­ гетеродинный приемник частотно-модулированных коле­ баний, у которого электронный вольтметр, измеряющий выходное напряжение, проградуирован непосредственно

Исследуемый ЧМ сигнал после преобразования и после­ дующего усиления усилителем промежуточной частоты УПЧ подается на ограничитель, устраняющий паразит­ ную амплитудную модуляцию и поддерживающий посто­ янство амплитуды на входе частотного детектора.

Частотный детектор служит для преобразования частот­ но-модулированных колебаний в напряжение модулирую­ щей частоты. Амплитуду этого напряжения измеряет элек­ тронный вольтметр. Так как она пропорциональна величине Д/, то вольтметр можно проградуировать непосредственно в значениях девиации частоты.

Примером девиометра промышленного типа, использующего метод частотного детектора, является прибор СЗ-2, имеющий следующие основ­ ные технические характеристики.

1.Диапазон частот 50—700 МГц.

2.Диапазон модулирующих частот 0,05—30 МГц.

3.Пределы измерения девиации 5—500 кГц.

4.Основная погрешность измерения 5— 10%.

5.Чувствительность 20 мВ.

6.Питание — от сети переменного тока 220 В, 50 Гц,

Наиболее распространенным методом измерения коэффи­ циента нелинейных искажений в приборах промышленного типа является метод подавления основной частоты, т. е. метод сравнения действующего значения напряжения выс­ ших гармоник с действующим значением исследуемого на­ пряжения.

При нелинейных искажениях, меньших 10%, что обычно и бывает на практике (например, в измерительных усили­ телях К г ^ I -г- 2%, а в обычных усилителях К г^ 7 -5- 8%), коэффициент гармоник может быть найден по приближенной формуле

(10-7)

которая получена из формулы (5-3) заменой действующего значения напряжения основной частоты Ux на Ux — дейст­ вующее значение исследуемого напряжения, определяемое выражением

ux= V u \ + u i + u i + . . . .

Коэффициент нелинейных искажений К г связан с коэф­ фициентом Кг формулой

на использовании формулы (10-7), т. е. на сравнении вели­ чины действующего значения напряжения высших гармоник, начиная со второй, с действующим значением всего иссле­ дуемого напряжения. Из данной формулы следует, что при постоянной величине действующего значения исследу­ емого напряжения Ux электронный вольтметр, измеряющий действующее значение напряжения всех высших гармоник

(У щ + щ + ...) , можно проградуировать непосредственно в значениях коэффициента нелинейных искажений.

Назначение отдельных элементов блок-схемы (рис. 10-7) следующее.

Предварительный усилитель низкой частоты предназна­ чен для усиления исследуемого напряжения. Входным

потенциометром регулируется напряжение исследуемого сигнала на выходе предварительного усилителя, а соответ­ ственно и на входе электронного вольтметра, т. е. осуществ­ ляется калибровка прибора. Калибровкой в данном слу­ чае называется доведение исследуемого напряжения на входе электронного вольтметра до величины, при которой вольт­ метр проградуирован в значениях нелинейных искажений.

Настраивающийся фильтр предназначен для подавления первой гармоники и достаточно равномерного пропускания всех высших гармоник.

Рис. 10-7. Блок-схема измерителя коэффициента гармоник.

Согласующий усилитель служит для устранения влия­ ния электронного вольтметра на настройку фильтра, а также для повышения чувствительности прибора.

Электронный вольтметр является квадратичным, име­ ющим обычно высокую чувствительность, и в зависимости от положения переключателя П может быть использован для измерения нелинейных искажений (в режиме Калиб­ ровка — Измерение) или же уровня шумов и напряжений звуковой частоты (в режиме Вольтметр).

Рассмотренный принцип измерения коэффициента нелинейных искажений лежит в основе работы прибора промышленного типа С6-1А, имеющего следующие основные технические характеристики.

1.Диапазон частот 20 Гц—20 кГц.

2.Пределы измеряемых коэффициентов нелинейных искажений

0,1—100%.

тора 0,1%.

11.Частота встроенного генератора 1000 Гц.

12.Питание от сети 220 В, 50 Гц.

10-5. АНАЛИЗАТОРЫ ГАРМОНИК И СПЕКТРА

Анализатор спектра (гармоник) представляет собой прибор, позволяющий выделить и измерить амплитуду и частоту гармонических составляющих несинусоидальных колебаний. Следовательно, таким прибором можно не только произвести анализ составляющих исследуемого напряжения, но и косвенно определить коэффициент нелинейных иска­ жений, используя формулу (5-3). В качестве индикатора анализатора гармоник может быть использован элек­ тронный вольтметр, самописец и электронно-лучевая трубка. В последнем случае на экране прибора можно наблюдать спектр частот в виде вертикально светящихся полосок длиной, соответствующей амплитудам гармоник.

Для выделения гармонических составляющих анализа­ тор гармоник должен обладать высокой разрешающей спо­ собностью.

Существует большое разнообразие схем анализаторов гармоник, характеризующихся определенным способом ана­ лиза, диапазоном частот, типом индикатора и т. д. Однако все подобные приборы выполняются по одной обобщенной блок-схеме, содержащей входное устройство, преобразова­ тель, узкополосную систему для выделения гармоник или участков спектра и показывающее или регистрирующее устройство.

На рис. 10-8 представлена простейшая схема анализатора гармоник с гетеродинным преобразователем частоты. Иссле­ дуемый сигнал и напряжение частоты гетеродина, имеющего плавную настройку, подаются на смеситель, выделяющий разностную частоту. Выходное напряжение смесителя по­ ступает на узкополосный усилитель, настроенный на фикси­ рованную частоту /0, высокая избирательность которого обеспечивается применением кварцевых фильтров. Напря­ жение, выделенное избирательным усилителем, измеряется электронным вольтметром. При плавной перестройке час­ тоты гетеродина /г, которая должна быть выше частоты /0 настройки усилителя, каждый раз, когда частота гетеро­ дина и одна из гармоник исследуемого напряжения создают

промежуточную частоту /0, на выходе усилителя полу­ чается напряжение, измеряемое вольтметром.

Например, если основная частота исследуемого сигнала / = 2000 Гц, а /о = 100 кГц, то электронный вольтметр будет фиксировать напряжение на частотах настройки

исследуемого напряжения шкала гетеродина плавной наст­ ройки градуируется в значениях разностной частоты /г — /0.

Для визуального наблюдения всего спектра частот исследуемого напряжения очень удобны автоматические анализаторы спектра, использующие в качестве индикатора электронно-лучевую трубку.

Рис. 10-8. Простейшая схема анализатора гармоник.

Блок-схема такого анализатора и изображение спектра исследуемого сигнала приведены на рис. 10-9, а.

В данной схеме гетеродин представляет собой генератор качающейся частоты, частотная модуляция которого осу­ ществляется напряжением линейной развертки электронно­ лучевой трубки, подаваемым на горизонтально отклоняю­ щие пластины трубки. Следовательно, линия горизонтальной развертки соответствует оси частот, так как при модуляции пилообразным напряжением частота гетеродина изменяется относительно основной частоты сигнала пропорционально времени. Смеситель выделяет напряжение разностной час­ тоты, создаваемой частотой гетеродина и гармониками сигнала, которое усиливается узкополосным усилителем, детектируется и после дополнительного усиления подается на вертикально отклоняющие пластины трубки. Так как частота модуляции гетеродина и линейной развертки синхронна, то на экране трубки получается изображение спектра исследуемого сигнала в виде вертикальных линий (рис. 10-9, б).

1. Диапазон частот 20 Гц—500 кГц (6 поддиапазонов).

2. Полоса обзора 200 Гц — 20 кГц.

3.Полоса пропускания на уровне 3 дБ: 7, 30, 90 Гц.

4.Чувствительность 0,3 мВ.

5.Динамический диапазон 40 дБ.

6.Погрешность измерения отношения амплитуд 1 дБ.

10.Тип индикатора — ЭЛТ.

10-6. ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1.Что такое амплитудная, частотная и фазовая модуляции?

2.Дайте определение коэффициента модуляции.

3.При каком соотношении максимальной и минимальной ампли­ туды модулированных колебаний коэффициент модуляции равен 50%?

Ответ. Uыакс 3(7Мц||.

4.Нарисуйте осциллограмму высокочастотных колебаний при импульсной модуляции.

5.Нарисуйте в одинаковом масштабе четыре кривые амплитудно-

ичастотно-модулированных колебаний при одинаковой частоте моду­

ляции и двух разных амплитудах, имеющих соотношение 1 2.

6.Объясните принцип работы измерителя коэффициента моду­ ляции с двукратным детектированием.

7.Дайте вывод формулы (10-6)

А—

А+ В

8.Что такое девиация частоты?

9.Дайте определение коэффициента нелинейных искажений.

10.В чем заключается метод измерения коэффициента модуля­ ции путем подавления основной частоты?

И. Как определить коэффициент нелинейных искажений через амплитудные значения гармонических составляющих исследуемого напряжения?

12.Почему в измерителях коэффициента нелинейных искажений используется квадратичный, а не пиковый вольтметр? Дайте обосно­ вание своего ответа.

13.Определите величину коэффициента нелинейных искажений

15.Каким образом можно измерить коэффициент нелинейных искажений при помощи анализатора гармоник?

16.Объясните принцип работы простейшего анализатора гар­ моник со стрелочным индикатором.

17.Объясните принцип получения изображения частотного спектра на экране электронно-лучевой трубки анализатора спектра.