Измерители нелинейных искажений

Нелинейные искажения – это любое изменение сигнала, вызывающее искажения передаваемого сообщения и обусловленное нелинейностью тракта.

Оценка нелинейных искажений (НИ) может производиться как по степени искажений конкретных сигналов, проходящих через тракт, так и по характеристикам передачи.

Методы измерения нелинейных искажений разделяются на гармонические, комбинационные, статистические. Количественная оценка НИ может производиться по многим параметрам, одним из которых является коэффициент гармоник.

Коэффициент гармоник характеризует отклонение формы данного периодического сигнала от гармонической (синусоидальной)

(5.23)

где U_i – амплитуда i-й гармоники на выходе нелинейного тракта.

Значение коэффициента гармоник К_Г может изменяться от 0 до ∞, что не совсем удобно. На практике для оценки НИ используют коэффициент нелинейных искажений К_НИ, который находится как

(5.24)

Значение К_НИ лежит в пределах от 0 до 1.

Из ( 5 .20), ( 5 .21) следует, что

(5.25)

При малой степени нелинейных искажений можно считать, что К_Г ≈ К_НИ.

Для измерения коэффициента гармоник используются измерители нелинейных искажений (ИНИ).

Основными характеристиками ИНИ являются: предел измерения К_НИ; диапазон частот входного сигнала; ослабление основной гармоники; погрешность измерения К_НИ; остаточное искажение, обусловленное нелинейными искажениями и шумами прибора.

На рис. представлена структурная схема ИНИ.

Рис. 5.26

При установке переключателя SA в положение 1 входной сигнал U_ВХ через входное устройство (ВУ), состоящее из аттенюатора (Ат₁) и усилителя (У₁), подается через выходное устройство (ВыхУ), состоящее из аттенюатора (Ат₂) и согласующего усилителя (У₂), на вольтметр (В) среднеквадратических (действующих) значений. В первом положении переключателя вольтметр покажет значение

(5.26)

где К₁ – коэффициент передачи входного устройства.

Затем переключатель SA устанавливается в положение 2 и входной сигнал подается на заграждающий фильтр (ЗФ), который настроен на частоту первой гармоники U_ВХ(t). Заграждающий фильтр подавляет первую гармонику, и показания вольтметра будут пропорциональны напряжению высших гармоник

(5.27)

где К₂ – коэффициент передачи выходного устройства.

Коэффициент нелинейных искажений

(5.28)

Шкалу вольтметра можно отградуировать в единицах измеряемого значения. Для калибровки ИНИ в положении 1 переключателя SA показания вольтметра устанавливаются на некоторую условную отметку шкалы (изменяя К₁). Тогда в режиме измерения (переключатель SA в положении 2) показания вольтметра будут пропорциональны К_НИ. Изменением К₂ можно изменять пределы измерения ИНИ.

Основными источниками погрешности измерения коэффициента нелинейных искажений являются: погрешность вольтметра; неточность настройки заграждающего фильтра и компенсации ослабления высших гармоник.

В современных ИНИ измерение производится автоматически. Это может быть достигнуто использованием управляемых заграждающих фильтров, параметры которых изменяются в соответствии с управляющим сигналом.

Рис. 5.27

Примером ИНИ является анализатор С6-11 (рис. ), который имеет следующие данные: диапазон частот при измерении коэффициента гармоник – 20 Гц...200 кГц, при измерении напряжения – 20 Гц – 1 МГц; погрешность измерения ±0,05 кГц в диапазоне частот 20 Гц...20 кГц, + 0,1 кГц в диапазоне 20–200 кГц; остаточное искажение – 0,05 % в диапазоне частот 20 Гц ... 200 Гц, 0,02 % в диапазоне 200 Гц...20 кГц, 0,1 % в диапазоне 20 кГц ... 200 кГц. Отличительной особенностью прибора является применение двухкаскадного автоматичес-кого режекторного фильтра, управляемого цифровым кодом с помощью реле, связанных с матрицами проводимостей и емкостей селективных цепей. Управляющий цифровой код вырабатывается электронно-счетным частотомером и блоком автоматики.

Кроме рассмотренного способа К_НИ можно измерять с по­мощью анализатора спектра. В этом случае измеряют действую­щие значения всех гармоник и затем рассчитывают коэффициент нелинейных искажений.