Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
19
Добавлен:
29.03.2016
Размер:
35.84 Кб
Скачать

Методы радиоизмерений

Работа № 5

Измерение нелинейных искажений

Прохождение сигналов через радиотехнические цепи зачастую сопровождается искажением формы сигналов, как полезным, так и паразитным. В качастве примера на рисунке приведены различные типы нелинейности амплитудных характеристик усилителей и соответствующие им виды выходных сигналов при входном гармоническом (синусоидальном) сигнале определенной амплитуды:

Рисунок 1.

Видно, что форма синусоиды на выходе устройств с такими характеристиками искажена, что с позиций спектрального анализа означает появление в спектре выходного сигнала гармоник, т.е. составляющих с частотами, кратными входной частоте, а также постоянной составляющей. Это явление называется нелинейным искажением сигнала. Степень нелинейных искажений оценивается двумя основными параметрами - коэффициентами гармоник КГ и нелинейности КН.

Коэффициент гармоник, по определению, равен отношению среднеквадратического напряжения всех гармоник сигнала (кроме первой, или основной) к среднеквадратическому напряжению первой гармоники:

КГ =  (U22 + U32 + U42 + …) / U1. (1)

Коэффициент нелинейности равен отношению среднеквадратического напряжения высших гармоник к среднеквадратическому значению напряжения всех гармоник:

КН =   ( U22 + U32 + U42 + …) /  (U12 + U22 + U32 + U42 + …). (2)

Легко показать, что КГ и КН связаны соотношением:

КГ = КН /  ( 1 – КН2 ), (3)

Из которого следует, что при КН  10% различие между КН и КГ - порядка процента, т.е. они практически равны между собой. Следует заметить, что, поскольку коэффициенты гармоник и нелинейности обычно характеризуют ошибки в передаче формы сигнала, то они, как и прочие погрешности, измеряются и вычисляются как правило с одной - двумя значащими цифрами.

Реализация устройств для измерения КН значительно проще, чем для измерения КГ , поэтому КН пользоваться удобнее.

Нелинейные искажения измеряют соответственно двумя способами. Например, для оценки нелинейности усилителя на его вход подают гармонический сигнал. Аналитическим способом измеряют коэффициент нелинейности с применением анализатора спектра, который выдает на осциллографическом экране одновременно амплитуды всех спектральных составляющих выходного сигнала усилителя, или селективного вольтметра, способного измерять напряжение в узкой полосе частот с переменной (настраиваемой) центральной частотой этой полосы. При измерении коэффициента гармоник можно обойтись более простыми приборами - сначала измеряют прошедший сигнал вольтметром среднеквадратических значений ( при этом получают значение знаменателя формулы (2)), а затем подавляют первую гармонику выходного сигнала с помощью режекторного фильтра, настроив его на частоту первой гармоники, и измеряют оставшийся сигнал тем же вольтметром среднеквадратических значений ( при этом получается значение знаменателя формулы (2)).

При измерении нелинейных искажений сигнала одновременно производится оценка нелинейности того устройства, через которое прошел сигнал. Однако оценка эта неточная, т.к. производится при воздействии одиночного сигнала определенной величины и в одной точке частотного диапазона. В реальных рабочих условиях на вход усилителя в большинстве случаев поступают случайные сигналы с широким спектром или множество сигналов определенных амплитуд различных частот. Поэтому продукты нелинейности возникают во всей полосе пропускания усилителя.

Статистический метод позволяет наиболее полно охарактеризовать нелинейные свойства усилителя в условиях, хорошо имитирующих рабочие. В качестве источника сигнала используется генератор шума, имеющий равномерный спектр во всем диапазоне рабочих частот исследуемого усилителя. Выходное напряжение генератора подается на режекторный фильтр, который убирает узкую полосу частотных составляющих в окресностях частоты f0, на которую фильтр настроен. Этот сигнал подается на вход усилителя. На выходе усилителя вблизи частоты f0 появится некоторое небольшое напряжение Uf0, являющееся продуктом нелинейности усилителя. Это напряжение измеряется селективным вольтметром, настроенным на частоту f0. Параллельно измеряют напряжение U полного выходного сигнала усилителя с помощью обычного широкополосного вольтметра среднеквадратических значений. Статистический коэффициент нелинейности КСТ вычисляется по формуле КСТ = Uf0 / U. Очевидно, что он может зависеть от частоты. Изменяя настройку режекторного фильтра (т.е. частоту f0),и, естественно, одновременно и настройку селективного вольтметра, или используя набор режекторных фильтров с разными средними частотами, можно получить данные о виде этой зависимости во всем рабочем диапазоне частот исследуемого усилителя.

Соседние файлы в папке Радиоизмерения