Изобразите на этом рисунке в таком же временном масштабе необходимый им-

пульс внешней синхронизации uх(t) и сигнал генератора пилообразной развертки uГР(t), позволяющий увидеть на экране и измерить:

период сигнала; длительность первого, второго и третьего импульсов исследуемого сигнала;

длительность переднего фронта этих импульсов; длительность заднего фронта (среза) этих импульсов.

Нарисуйте соответствующие осциллограммы сигналов на экране осциллографа.

8.ГЕНЕРАТОРЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

8.1.Классификация генераторов измерительных сигналов

Генераторы измерительных сигналов (измерительные генераторы – ИГ) – средства измерений (меры), предназначенные для формирования электрических сигналов, параметры которых можно регулировать в определенных пределах и устанавливать с нормируемой погрешностью.

Рубрики для классификации ИГ:

∙форма сигнала;

∙частотный диапазон;

∙принцип работы (по схемному решению);

∙область применения.

По форме выходного сигнала ИГ общего применения обычно разделяют на генераторы:

∙гармонических («синусоидальных») сигналов;

∙импульсов (прямоугольной формы);

∙сигналов «специальной формы» (кроме синусоидальной и импульсной);

∙шумовых сигналов;

∙«качающейся» частоты (для автоматизированного получения АЧХ и ФЧХ усилителей и аналоговых каналов связи).

Выпускают также специализированные ИГ для некоторых областей применения, например генераторы телевизионных испытательных сигналов.

Аналоговые схемные решения ИГ синусоидальных сигналов:

1)RC-генераторы диапазона «низких» частот 20…2 ·105 Гц, сигнал которых формируется усилителем, охваченным цепями положительной и отрицательной обратной связи (так называемый «мост Вина»). Частота коле-

значение сопротивления R, можно плавно перестраивать частоту сигнала в пределах одного диапазона, а подключая конденсаторы различной емкости C, можно устанавливать требуемый диапазон частот;

86

2) LC-генераторы высокочастотного (ВЧ) диапазона 105…10 8 Гц с колебательным контуром в цепи положительной обратной связи:

частота выходного сигнала которых определяется разностью частот двух

RC-генераторов: f = (f2 – f 1). Если оба RC-генератора конструктивно выполнены идентично и внешние факторы влияют на них одинаково, то частота выходного сигнала будет достаточно стабильной.

8.2. Метрологические характеристики и структурные схемы ИГ

Для ИГ гармонических (синусоидальных) сигналов нормируют следующие параметры:

1)диапазон перестройки частоты;

2)погрешность установки частоты;

3)нестабильность частоты – с указанием интервала времени, для которого нормируют значение нестабильности;

4)максимальное значение выходного напряжения (или мощности);

5)неравномерность «АЧХ» (это несколько жаргонное выражение характеризует допускаемые пределы изменения выходного напряжения ИГ при перестройке его частоты);

6)коэффициент гармоник, характеризующий степень близости выходного сигнала к «идеальному» гармоническому;

7)выходное сопротивление (в некоторых ИГ этот параметр можно выбирать при помощи соответствующего переключателя).

Система авт. регул. уровня (АРУ)

Рис. 8.1. Структурная схема аналогового ИГ низких частот

Типовая структурная схема аналогового ИГ синусоидальных сигналов низкочастотного диапазона 20 Гц … 200 кГц представлена на рис. 8.1. Система АРУ обеспечивает нормируемое значение неравномерности АЧХ.

87

Аналоговые ИГ импульсных сигналов строят на основе интеграторов с обратной связью. Для ИГ «прямоугольных» импульсов обычно нормируют:

1)пределы регулировки и погрешности установки: частоты повторения, длительности, размаха;

2)длительность фронта и среза, характеристики «выброса» (эти параметры характеризуют «близость» формы выходного сигнала ИГ к «идеальному» прямоугольному импульсу);

3)выходное сопротивление (обычно 50 или 75 Ом).

Однако в настоящее время аналоговые схемные решения ИГ используют редко. В современных «цифровых» ИГ используют принцип «синтеза частот» на основе схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и алгоритмическое формирование требуемых сигналов.

Рис. 8.2. Структурная схема ИГ – синтезатора

Упрощенная структурная схема цифрового ИГ – « синтезатора частот» (рис. 8.2), включает следующие узлы:

термостатированный опорный генератор (ОГ) с кварцевой стабилизацией частоты;

блок опорных частот, формирующий с использованием делителей из сигнала ОГ сигналы с частотой, кратной степени числа 10;

блок синтеза частот с процессорным управлением, состоящий из нескольких «линеек» ФАПЧ (упрощенная схема представлена на рис. 8.3);

выходное устройство, обеспечивающее фильтрацию и формирование выходного сигнала с регулируемым уровнем при определенном выходном сопротивлении.

Упрощенная схема формирования сигналов с дискретной установкой частоты представлена на рис. 8.3. Частота сигнала ГУН вследствие наличия обратной связи через регулируемый ДПКД равна произведению частоты входного сигнала (в данном примере 100 Гц) на коэффициент деления

ДПКД: fГУН = (100 Гц) Kдел. Выбирая значение Kдел, частоту ГУН можно установить в диапазоне от 1000 до 2000 кГц с шагом 0,1 кГц. Разделив частоту этого сигнала в 1000 раз, получим набор выходных сигналов с частотой от 1000,0 до 2000,0 Гц с шагом 0,1 Гц. Затем при помощи схем гетеро-

88

динного преобразования формируют сигналы во всем необходимом диапазоне частот, например от 20 Гц до 200 кГц с шагом 0,1Гц.

Рис. 8.3. Упрощенная схема линейки ФАПЧ

Погрешность установки частоты выходного сигнала такого ИГ опре-

деляется погрешностью задающего опорного генератора δ0. Так создают ИГ с верхней границей частоты порядка десятка гигагерц.

Рис. 8.4. Структурная схема модульного ИГ

В современных ИГ синусоидальные сигналы с любыми видами модуляции (такие ИГ называют «векторными»), а также сигналы любой произвольной формы создают при помощи процессоров и цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) (рис. 8.4). Недорогие ИГ конструктивно выполняют в виде небольших модулей, подключаемых к компьютеру общего применения через интерфейс USB. Управляют настройками такого ИГ через графический интерфейс, отображаемый на экране компьютера.

Характеристики относительно недорогих современных цифровых ИГ в модульном исполнении:

1) форма сигнала: синус, прямоугольные импульсы, пилообразный сигнал, постоянное напряжение;

89