49. Измерение нелинейных искажений четырехполюсников методом подавления основной гармоники.
В соответствии с формулой для определения коэффициента нелинейных искажений необходимо измерить действующее значение исследуемого сигнала и действующее значение высших гармонических составляющих.
Существуют специальные приборы, измеряющие коэффициент нелинейных искажений, называемые измерителями нелинейных искажений.
Упрощенная структурная схема аналогового измерителя нелинейных искажений
Рисунок 1 – Упрощенная структурная схема аналогового измерителя нелинейных искажений
Схема прибора содержит входное устройство, перестраиваемый режекторный фильтр и квадратичный вольтметр с аттенюатором.
Принцип действия прибора основан на раздельном измерении среднеквадратического значения напряжения исследуемого сигнала и среднеквадратического значения напряжения высших гармоник этого же сигнала.
Входное устройство обеспечивает необходимую величину входного сопротивления и служит для согласования измерительного прибора с источником исследуемого сигнала.
Режекторный фильтр в идеальном случае должен иметь бесконечно большое затухание на частоте первой (основной) гармоники и нулевое затухание на частотах высших гармоник. Обычно режекторный фильтр реализуется с помощью мостовой схемы Вина, состоящей из резисторов и конденсаторов (см. рисунок 2).
50. Измерение нелинейных искажений четырехполюсников методом анализа напряжений.
Измерение нелинейных искажений методом анализа напряжений (по отдельным гармоникам) осуществляется с помощью избирательного измерителя уровней (ИИУ).
Схема измерения коэффициента гармоник с помощью ИИУ приведена на рисунке 3, и состоит из генератора, ФНЧ, исследуемого четырехполюсника, ИИУ.
Измерение коэффициента гармоник методом анализа напряжения
ИИУ подключается к выходу исследуемого объекта. При одночастотном синусоидальном сигнале для контроля напряжения любой частоты, оказавшейся в нем в результате нелинейных искажений. При этом ИИУ последовательно настраивается на первую, вторую, третью гармоники (а при необходимости и на более высокие), напряжение (уровень) которых нужно проконтролировать. Таким образом, отдельно измеряются уровни всех интересующих гармоник исследуемого сигнала, и находится затухание нелинейности для каждой из них, при этом берется разность уровня первой гармоники и каждой из контролировавшихся частот:
АКn = L1 – Ln
51. Измерение амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника (ачх) при помощи характериографа. Структурная схема, назначение, принцип действия прибора
Измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) четырехполюсника, т.е. зависимость коэффициента передачи четырехполюсника от частоты, можно с помощью перестраиваемого генератора и вольтметра. В этом случае искомая зависимость строится по точкам. При этом возможны потери отдельных элементов АЧХ в промежутках между ними. Процедура измерения занимает сравнительно много времени, в течение которого возможно изменение измеряемой АЧХ под воздействием различных дестабилизирующих факторов.
Измерительная задача решается более оперативно при использовании специального панорамного измерителя АЧХ с осциллографическим индикатором. Отечественные приборы для исследования АЧХ обозначаются «Х1».
Рассмотрим функциональную структурную схему измерителя АЧХ с ЭЛТ (см. лекцию).
Измерительный сигнал вырабатывается генератором качающейся частоты (ГКЧ), которым управляет пилообразное напряжение, поступающее с генератора модулирующего напряжения. В результате воздействия модулирующего напряжения частота синусоидального колебания генератора качающейся частоты (ГКЧ) изменяется по линейному закону. После окончания одного периода модулирующего колебания частота ГКЧ возвращается к значению fmin и снова возрастает по линейному закону.
Модулированный по частоте сигнал с ГКЧ поступает на усилитель и аттенюатор. Усилитель служит для усиления измерительного сигнала, а также исключения влияния перестраиваемого аттенюатора на ГКЧ. Аттенюатор в совокупности с усилителем позволяет изменять в широких пределах напряжение выходного сигнала.
Вход исследуемого четырехполюсника соединяется с выходом измерительного прибора. Сигнал с его выхода возвращается обратно в измерительный прибор. Если исследуемый четырехполюсник содержит детектор (например, усилитель с детектором), то сигнал через аттенюатор и переключатель поступает на усилитель вертикального отклонения и на пластины ЭЛТ. Если исследуемый четырехполюсник детектора не содержит,то сигнал через переключатель поступает на предварительный усилитель, в котором сигнал усиливается и детектируется, а затем подается на усилитель вертикального отклонения.
При прохождении через исследуемый четырехполюсник частотно-модулированный сигнал приобретает амплитудную модуляцию, причем огибающая несет информацию о форме АЧХ исследуемого объекта. В результате воздействия продетектированного сигнала на вертикально отклоняющие пластины и пилообразного напряжения развертки на горизонтально отклоняющие пластины на экране ЭЛТ образуется изображение АЧХ. Модулирующее напряжение для ГКЧ и напряжение развертки ЭЛТ формируются одним генератором, поэтому отклонение луча на экране и изменение частоты колебаний, воздействующих на исследуемый четырехполюсник, осуществляются синхронно. Таким образом, ось Х на экране ЭЛТ является одновременно и остью времени и осью частот.
Для измерения частотных параметров АЧХ исследуемого четырехполюсника необходимо знать частоты, соответствующие определенным точкам горизонтальной оси, для чего используют специальные метки. Метки образуются путем смешивания сигналов опорной и качающейся частот в блоке частотных меток, который содержит генератор опорных частот, стабилизированный кварцем. Путем переключения резонатора опорной частоты генератор перестраивается на несколько опорных частот, например, 1, 10 и 100кГц. Сигнал с опорного генератора поступает на широкополосный усилитель, в котором усиливается как сигнал основной частоты (например, 1 кГц), так и его гармоники (2, 3, 4 кГц и т.д.). Таким образом, образуется сетка частот.
Переключением основной частоты можно добиться сетки частот с дискретностью 10 и 100 кГц. Выбор опорных частот и гармоник зависит от частоты диапазона, на которую рассчитан прибор.
Сигналы формируемых частот поступают на смеситель, на который подается также сигнал с ГКЧ. При совпадении частоты ГКЧ с гармониками опорных частот на выходе смесителя образуются сигналы, из которых с помощью фильтра низких частот формируются частотные метки. После усиления метки поступают на усилитель вертикального отклонения и наблюдаются на экране ЭЛТ в виде вертикальных всплесков.
В этом случае целесообразно представление АЧХ на экране ЭЛТ в логарифмическом масштабе, как это принято при графическом методе изображений.
В маркерных устройствах (для получения яркостных и масштабных меток) используются контура, настроенные на разные частоты для диапазона ГКЧ.
Частота метки настройки определяется из выражения:
где fм –
частота метки, Гц;
L – индуктивность контура, Гн; С – емкость контура, Ф.