4_laba_Kornilov_Bronnikov (1)
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ТОР
отчет
по лабораторной работе №4
по дисциплине «Приборы и техника радиоизмерений»
Тема: ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
Студенты гр. 0182 |
|
Корнилов А.М. Бронников Д.Д. |
Преподаватель |
|
Митянин Е.А. |
Санкт-Петербург
2023
--
Цель работы – исследовать амплитудные характеристики радиоэлектронных устройств, определить коэффициенты нелинейных искажений и гармоник.
Описание лабораторной установки
В данной работе исследуются гармонические нелинейные искажения, возникающие в активных фильтрах. Активным называют частотный фильтр, содержащий один или несколько усилительных элементов. Такие фильтры реализуют на основе усилителей с обратными связями. Активные фильтры имеют значительно меньшие габариты и массу по сравнению с пассивными (выполненными на RLC-элементах). Однако они являются ква- 12 зилинейными устройствами и могут работать лишь в ограниченных диапазонах уровней входных сигналов.
Лабораторный макет содержит два активных фильтра – верхних (ФВЧ) и нижних (ФНЧ) частот. Они подключаются к разъемам ВХОД и ВЫХОД с помощью сдвоенного переключателя. Положение 1 переключателя соответствует включению фильтра нижних частот с частотой среза в f 2.5 кГц; положение 2 – включению фильтра верхних частот с частотой среза н f 100 Гц. Положение 3 переключателя позволяет соединить вход и выход макета непосредственно для контроля входного напряжения.
В качестве источника сигналов в работе используется цифровой генератор сигналов специальной формы Gw INSTEK MFC-72120MA. Он обеспечивает различные формы сигналов в частотном диапазоне от 1 мкГц до 20 МГц. Прямой цифровой синтез формы сигнала позволяет получить разрешение по частоте 1 мкГц с погрешностью установки частоты 2*10-5. Разрядность ЦАП генератора 14 бит; частота дискретизации 200 МГц, размах сигнала (Vp-p) регулируется в пределах 1 мВ…10 В на нагрузке 50 Ом или 2 мВ…20 В в режиме холостого хода (без нагрузки)
И
змерение
амплитудной характеристики активного
ФВЧ
Umг,В |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
Umвх |
7,35 |
6,61 |
5,85 |
5,16 |
4,41 |
3,56 |
2,98 |
2,24 |
1,5 |
0,74 |
Umвых |
3,45 |
3,37 |
3,27 |
3,15 |
3,05 |
2,84 |
2,51 |
2,05 |
1,42 |
0,7 |
Измерение зависимости коэффициента гармоник выходного сигнала активных фильтров от уровня входного сигнала
КНИ для ФНЧ
Umвх, В |
КНИ, % |
||
f= 200 Гц |
f= 1 кГц |
f= 2 кГц |
|
1 |
1,38 |
1,33 |
1,29 |
2 |
2,1 |
1,19 |
1,33 |
3 |
3,3 |
1,17 |
0,65 |
4 |
10,5 |
2,8 |
0,71 |
5 |
15,2 |
4,15 |
1,17 |
6 |
19,65 |
5,79 |
1,72 |
7 |
23,45 |
8,25 |
2,3 |
8 |
27,1 |
10,45 |
2,85 |
9 |
29,6 |
12 |
3,28 |
10 |
30 |
13,59 |
3,58 |
КНИ
для ФВЧ
Umвх, В |
КНИ, % |
||
f= 200 Гц |
f= 1 кГц |
f= 2 кГц |
|
1 |
0,77 |
0,73 |
0,7 |
2 |
0,43 |
0,4 |
1,16 |
3 |
3,04 |
2,86 |
3,02 |
4 |
8,67 |
8,09 |
8,09 |
5 |
12,91 |
12,29 |
12,1 |
6 |
17,6 |
16,65 |
16,19 |
7 |
21,02 |
19,99 |
19,67 |
8 |
24,09 |
22,53 |
22,3 |
9 |
26,47 |
24,45 |
24,25 |
10 |
28,43 |
26,92 |
25,81 |
КНИ, посчитанный через Кг
Umвх, В |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Кг, % |
32,4 |
16 |
43,9 |
26,8 |
16,7 |
14 |
16 |
21 |
22 |
24 |
Измерение коэффициента гармоник сигналов генератора сложной формы
Р
асчет
Кг и КНИ в зависимости от типа сигнала:
Тип сигнала |
Кг расч |
КНИ расч |
КНИ эксп |
Кг эксп |
|
48,3 |
43,5 |
40,55 |
49,6 |
|
12,6 |
12,5 |
27,25 |
12,5 |
|
80,2 |
62,6 |
57,43 |
79 |
Измерение собственного коэффициента гармоник генератора
f, кГц |
0,2 |
2,2 |
4,2 |
10 |
11 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
КНИ, % |
0,075 |
0,076 |
0,075 |
0,074 |
0,076 |
0,077 |
0,08 |
0,08 |
0,084 |
0,092 |
Р
асчет
зависимости коэффициента гармоник
активного ФВЧ
по экспериментально
полученной АХ
Umвх, В |
Um1, В |
Um3, В |
Um5, В |
Кг, % |
Кг эксп, % |
2 |
2,03 |
-0,42 |
0,39 |
3,5 |
0,4 |
4 |
4,08 |
-0,67 |
0,59 |
5,5 |
8,1 |
6 |
6,18 |
-0,63 |
0,46 |
12,5 |
16,9 |
8 |
8,32 |
-0,44 |
0,12 |
21,3 |
23,1 |
10 |
10,52 |
-0,25 |
-0,27 |
27,2 |
28 |
Вывод: В процессе выполнения работы были измерены амплитудные характеристики активного фильтра, произведён расчет по ним зависимости коэффициента гармоник от амплитуды входного сигнала, измерен коэффициент гармоник фильтров цифровыми автоматизированными приборами на разных частотах.
Произведено сравнение расчетных и экспериментальных данных. Результаты оказались верны, если учитывать погрешность установки.
Нелинейные искажения для ФНЧ сильнее на более низкой частоте (200 Гц) и становятся слабее при увеличении частоты. С увеличением входного напряжения искажения низких частот становятся очевиднее. В ФВЧ нелинейные искажения с увеличением входного напряжения становятся сильнее на всех частотах, то есть фильтр сохраняет свои характеристики в большем диапазоне частот. Посчитанный КНИ через Кг совпадает с КНИ, снятым напрямую с прибора на высоких входных напряжениях. На низких прибор для измерения Кг показывал высокие значения нелинейных искажений.
Среди сложных сигналов наибольшими нелинейными искажениями будет обладать сигнал пилообразной формы. Наименьшими, вследствие схожести на синусоидальный, треугольной формы.
Измерения собственного коэффициента гармоник генератора показали, что от частоты искажения в данном случае мало зависят.
Также из результатов работы, можно сказать, что КНИ и Кг при малом значении входного напряжения имеют схожие значения.