4. Контрольнi запитання та завдання

1) Як класифiкують вимiрювальнi генератори за формою одержуваних коливань i за дiапазоном генерованих частот?

2) Якi основнi вимоги, що висуваються до генераторiв стандартних сигналiв?

3) Нарисуйте блок-схеми Г4-1А та Г4-78.

4) Нарисуйте схеми для зняття резонансних кривих паралельного й послiдовного контурiв за допомогою Г4-1А.

5) Пояснiть принцип дiї модулометра.

6) Вiд чого залежить стабiльнiсть роботи генератора Г4-1А?

7) Що таке коефiцiєнт амплiтудної модуляцiї?

8) У чому полягає суть процесу вимiрювання аплiтудної модуляцiї осцилографiчним методом при синусоїднiй розгортцi?

9) Вiд чого залежить глибина частотної модуляцiї?

10) Який зв'язок iснує мiж iндексом частотної модуляцiї m i девiацiєю частоти?

Лабораторна робота №5 Вивчення принципу роботи I вимiрювання за допомогою аналiзатора спектра

1. Мета роботи

Ознайомлення з принципом роботи аналiзатора спектра СК4-56 та набуття практичних навичок роботи з ним.

2. Короткi теоретичнi вiдомостi

Аналiз електричних сигналiв – необхiдний у багатьох галузях науки й технiки. Прилади для такого аналiзу подiляються на: аналiзатори спектра, аналiзатори гармонiк, вимiрювачi нелiнiйних спотворень, аналiзатори звуку й вимiрювачi коефiцiєнта модуляцiї. Останнi три типи приладiв використовуються для акустичних вимiрювань та аналiзу систем зв'язку.

Усi прилади для аналiзу сигналiв вимiрюють основнi частотнi характеристики сигналiв, але рiзними методами. В аналiзаторi cпектра вiдбувається сканування за дiапазоном частот сигналу i на екранi будується залежнiсть амплiтуди вiд частоти. Його робочий дiапазон (у залежностi вiд типу та модифiкацiї приладу) може охоплювати частоти вiд 0,02 Гц до 250 ГГц. Аналiзатор гармонiк – це селективний вольтметр, який можна перестроювати з великою точнiстю й вимiрювати амплiтуду на окремiй частотi в дiапазонi вiд 10 Гц до 40 МГц.

Мiж зображеннями на екранах осцилографа й аналiзатора спектра iснує принципова розбiжнiсть (рис. 5.1). Осцилограф показує залежнiсть сигналу вiд часу, тому прийнято говорити, що вiн працює в часовiй областi. Аналiзатор спектра показує залежнiсть амплiтуди вiд частоти, тобто працює в частотнiй областi. Прилад розкладає сигнал на окремi частотнi компоненти й зображує їх на екранi електронно-променевої трубки у виглядi ряду вертикальних лiнiй.

Рис. 5.1.

Положення кожної лiнiї на екранi вiдповiдає її частотi, а довжина лiнiї – амплiтудi сигналу на данiй частотi. Перевага аналiзатора спектра перед осцилографом очевидна. Осцилограф показує, що форма сигналу близька до синусоїдної, на екранi аналiзатора кожна складова спектра зображується окремо, що дозволяє бiльш точно вимiряти спотворення (рис. 5.1).

Iснують два основних типи аналiзаторiв спектра: аналiзатори, якi працюють у реальному часi (паралельнi); i аналiзатори, що працюють у режимi сканування частоти (послiдовнi).

Аналiзатори паралельного типу бувають багатоканальними або на основi перетворень Фур’є. Багатоканальний аналiзатор мiстить набiр фiльтрiв із фiксованою смугою пропускання (рис. 5.2). Вхiдний сигнал подається одночасно на всi фiльтри (Фi), якi видiляють з нього окремi частотнi компоненти.

Рис. 5.2.

Електронний скануючий пристрiй (ЕСП) почергово видiляє вихiдний сигнал кожного детектора (Дi) i подає його на пластини вертикального вiдхилення електронно-променевої трубки (ЕПТ) синхронно з сигналом генератора розгортки (ГР), який керує ЕСП i подається на пластини горизонтального вiдхилення. У результатi амплiтуди частотних складових утворюють на екранi ЕПТ послiдовнiсть, яка визначається сiткою частот.

Аналiзатор із перетворенням Фур’є визначає амплiтуду й фазу кожної частотної складової з допомогою серiї послiдовних вимiрювань вхiдного сигналу. В основу принципу його роботи покладена математична операцiя перетворення Фур’є, яка розкладає криву на суму синусоїдних гармонiк. За результатами вимiрювань варiацiй сигналу в часi розраховуються амплiтуди окремих синусоїд i косинусоїд i будується графiк залежностi вiд частоти. Аналiзатори паралельного типу використовують здебiльшого для аналiзу спектрiв однократних iмпульсiв.

Для дослiдження перiодичних процесiв використовують послiдовний аналiз спектра.

Iснують два основних типи скануючих (послiдовних) аналiзаторiв: з перестроюванням високої частоти i супергетеродиннi. Рiзниця мiж ними полягає в тому, що в першому смуга пропускання фiльтра сканує за спектром сигналу, а в другому спектр сигналу сканує за фiксованою смугою пропускання фiльтра.

Розглянемо структурну схему супергетеродинного аналiзатора послiдовного типу (рис. 5.3). Аналiзатор складається з супергетеродинного приймача, iндикаторного (здебiльшого осцилографiчного) пристрою й допомiжних пристроїв.

Рис. 5.3.

Приймач використовується для послiдовного в часi видiлення гармонiчних складових спектра вхiдного сигналу.

Генератор, керований напругою (ГКН), сканує мiж мiнiмальними й максимальними частотами. Рiзниця мiж частотою цього генератора i всiма вхiдними частотами надходить у пiдсилювач промiжної частоти (ППЧ). Пiдсилювач пропускає тiльки одну промiжну частоту, i, якщо вона присутня на виходi змiшувача (З), то проходить через ППЧ i надходить на пластини вертикального вiдхилення ЕПТ, у той час як на пластини горизонтального вiдхилення подається напруга вiд генератора розгортки (ГР). Наприклад, якщо ППЧ настроєний на частоту 100 кГц, а ГКН сканує мiж 200 i 300 кГц, то аналiзатор буде реєструвати вхiдний сигнал з частотами вiд 100 до 200 кГц.

До допомiжних пристроїв належать: генератор калiбрацiйних частотних мiток (ГЧМ) i резонансний частотомiр (РЧ).

Найсучаснiшi спектроаналiзатори, якi iснують у даний час, керуються мiкропроцесорами. Вони володiють особливими можливостями, наприклад, автоматичного пошуку максимуму сигналу; цифрового усереднення, яке дозволяє вимiрювати слабкi сигнали в присутностi шуму, не застосовуючи при цьому повiльне сканування; електронного керування координатною сiткою на екранi; автоматичного вибору оптимальних роздiльної здатностi, ширини смуги i швидкостi сканування.