Uch_posobie_MiR (typo vsya zachita)

Последовательный анализ.

Анализ производится за счёт перестройки фильтра последовательно на частотные составляющие спектра (рис. 124).

f

S( )

Ф РУ

Рис. 124. Последовательный анализ спектра Сам принцип последовательного анализа пригоден для анализа лишь перио-

дических сигналов, для одиночных импульсов данный принцип не пригоден. В широком диапазоне частот построить фильтр с хорошей избирательностью достаточно сложная задача. Поэтому способ последовательного анализа видоизменяют так, чтобы не перестраивать частоту контура, а перемещать по шкале частот весь спектр исследуемого сигнала: fпр = fг – fс, т.е. с помощью селективного вольтметра (рис. 125).

Генератор

Рис. 125. Работа селективного вольтметра

Осциллографический анализатор спектра.

Рис. 126. Схема осциллографического анализатора спектра

101

Принцип работы.

Входной высокочастотный сигнал после фильтрации в преселекторе поступает на первый смеситель, представляющий собой нелинейный элемент, где под действием напряжения первого гетеродина (генератора вспомогательных колебаний) с частотой fг1 происходит процесс преобразования входного сигнала (рис. 126). Частота, в которую преобразуется несущая частота принимаемого сигнала, называется промежуточной. Частота колебаний fг1 гетеродинного напряжения определяется настройкой контура гетеродина, который перестраивается под действием генератора пилообразного напряжения (ГПН).

На выходе смесителя получается напряжение, состоящее из гармоник входных сигналов nfс и mfг1, а также комбинационные частоты вида |nfс ± mfг1|, где n, m = 1, 2, 3.... При этом в анализаторе спектра, основанного на принципе супергетеродинного приёмника с двойным преобразованием частоты, выделяют первую гармонику комбинационных составляющих: n = m = 1, т.е. fпч1 = fг1 – fс.

Преобразование частоты обуславливает особенности супергетеродинного приёмника, которые проявляются, прежде всего, в образовании побочных каналов приёма. Наибольшую опасность нормальному приёму представляет зеркальный канал. Зеркальный канал – это такой канал приёма сигналов, который отличается по частоте от частоты полезного сигнала на удвоенное значение промежуточной частоты fзк1 = fс + 2fпч1. При наличии на входе полезного сигнала fс и зеркального канала fзк1 и, попадая на вход смесителя, сигнал с частотой fзк1 преобразуется в сигнал с промежуточной частотой, также, как и полезный сигнал: fпч1 = fг1 – fс и fпч1 = fзк1 – fг1. В этом случае устройство будет одновременно принимать оба сигнала: fс – полезный сигнал и fзк1 – помеха, расположенных симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина.

Рис. 127. Принцип преобразования частоты осциллографическим анализатором спектра

Для решения этой проблемы делают следующее. Первую промежуточную частоту выбирают значительно выше второй: fпч1 >> fпч2. При этом частота зеркального канала fзк1 имеет высокое значение и эффективно подавляется в преселекторе

102

с помощью ФНЧ (рис. 127).

Таким образом, в супергетеродинном приёмнике с двойным преобразованием частоты избирательность по первому зеркальному каналу обеспечивается преселектором, избирательность по соседним каналам обеспечивает кварцевый фильтр и УПЧ2.

Генератор развёртки управляет движением луча по оси Х на ЭЛТ и под влиянием ГПН луч движется слева направо. Генератор развёртки управляет ГКЧ (генератор качающейся частоты) – устройство, частота на выходе которого зависит от напряжения, приложенного к его входу. Частота на выходе ГКЧ меняется от fmin до

fmax (рис. 128): ∆fгкч = fmax – fmin.

Выходное напряжение с ГКЧ поступает на смеситель, на другой вход которого подается частота исследуемого сигнала. На выходе смесителя из комбинации частот через УПЧ проходит сигнал fпч = fвх – fгкч – на которую настроен УПЧфильтр. Усиленное напряжение Uупч подается на детектор, который выделяет её огибающую. В результате всех преобразований на экране получается изображение спектра исследуемого сигнала.

Технические характеристики анализаторов спектра.

1.Диапазон частот – диапазон, в котором работает данный прибор.

2.Чувствительность – способность реагировать на сигналы малой мощности.

3.Полоса обзора – определяет полосу анализируемых частот за один цикл перестройки генератора качающейся частоты.

103

4. Разрешающая способность.

Мерой разрешающей способности является полоса пропускания избирательного элемента, определяющая минимальное расстояние между составляющими спектра, позволяющая выделить их раздельно (рис. 129).

S( )

Рис. 129. Влияние полосы пропускания на разрешающую способность При последовательном анализе на резонансную систему воздействует сигнал

с плавно изменяющейся частотой. Огибающая колебаний, возникающих на выходе контура, повторяет форму частотной характеристики резонансной цепи. Разрешающая способность является лишь функцией параметров полосового фильтра.

Динамическая разрешающая способность зависит от скорости изменения частоты ГКЧ. При увеличении скорости перестройки напряжение на выходе усилителя промежуточной частоты не успевает изменяться в соответствии с изменением напряжения на входе, так как энергия, запасенная в избирательной системе, не может изменится мгновенно. На рис. 130 изображены статическая и динамическая характеристика колебательного контура.

Рис. 130. Статическая и динамическая разрешающие способности 5. Время анализа.

а) Продолжительность одновременного анализа обусловлена временем установления колебаний. Она обратно пропорциональна полосе пропускания ∆f одиночного полосового фильтра, т.е. t = A/∆f, где А – коэффициент, зависящий от типа избирательной системы.

б) Продолжительность последовательного анализа прямо пропорциональна

104

ширине исследуемого спектра F и обратно пропорциональна квадрату полосы пропускания ∆f избирательной системы:

tпосл = AF/(∆f)2.

Чем выше разрешающая способность, тем больше должно быть время ана-

лиза: (∆f)↓ – tпосл↑.

Анализ нелинейных искажений.

Анализ нелинейных искажений представляет собой отношение среднеквадратического значения всех гармоник напряжения искаженного сигнала, кроме первой, к среднеквадратическому значению напряжения первой гармоники.

Метод «подавления основной частоты»:

Рис. 131. Анализатор нелинейных искажений Прибор состоит из (рис. 131): входного устройства, которое развязывает при-

бор с измеряемой цепью, режекторного фильтра, который должен отфильтровать первую гармонику, усилителя и квадратичного вольтметра.

Процесс измерения сводится к следующему: на вход прибора подают сигнал с испытуемого устройства, переключатель в положении «1» («калибровка»), т.е. на вольтметр через усилитель поступает весь сигнал. Регулируя коэффициент усиления, добиваются показания 100%, т.е. единице будет равен знаменатель в выражении для Kг1.

Устанавливают переключатель в положение «2» («измерение») и настройкой фильтра убирают первую гармонику – остаются гармоники, составляющие продукт нелинейного преобразования синусоидального измерительного сигнала. Эти нелинейные продукты поступают на вольтметр через усилитель, с коэффициентом усиления, установленном при калибровке. Так как знаменатель в результате калибровки равен 1, то показание вольтметра (проградуированного в процентах или децибелах) и будет Kг1.

105

IX. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНЕНТОВ СХЕМ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ (ИЗМЕРЕНИЕ R, L, C)

Наиболее распространенные методы.

I.Непосредственной оценки на постоянном токе (измерение сопротивлений).

II.Метод сравнения с помощью мостовых схем.

III.Резонансный метод.

IV. Цифровой метод (метод дискретного счёта).

I, II, III – выполняют как в аналоговом, так и в цифровом виде.

I. Непосредственной оценки на постоянном токе (измерение сопротивлений).

Наиболее простой и наименее точный.

Рис. 132. Метод непосредственной оценки на постоянном токе

а) При подключении измеряемого резистора Rx к зажимам прибора в цепи на рис. 132 протекает ток:

Значение тока, а, следовательно, и угол отклонения стрелки прибора зависят от Rx. Чем больше Rx, тем меньше отклонение стрелки. Таким образом омметр, выполненный по данной схеме, имеет обратную шкалу, т.е. нулевому значению сопротивления измеряемого резистора соответствует крайняя правая отметка шкалы. В качестве источника тока обычно в омметрах используются сухие элементы (первичные элементы или элементы одноразового действия). Уменьшение ЭДС источника питания приводит к изменению показаний прибора, поэтому в схеме предусматривается включение калибровочного резистора Rк. Перед измерением прибор калибруют: замыкают переключатель и, изменяя Rк, достигают нулевого показания прибора. Поскольку зависимость тока, протекающего через прибор, от измеряемого сопротивления нелинейна, то нелинейна и шкала омметра. Схема обычно используется для измерения больших сопротивлений. Добавочное сопротивление включается в схемы для того, чтобы при калибровке, когда ключ К замкнут, не произошло короткого замыкания источника питания при крайнем правом положении движка потенциометра. Кроме того, добавочное сопротивление позволяет изменять пределы измерений.

б) Для измерения малых сопротивлений используют следующую схему – рис.

106

133. Прибор калибруют при разомкнутом переключателе, при этом весь ток протекает через прибор и угол отклонения стрелки оказывается максимальным. При подключении Rx часть тока ответвляется в параллельную цепь и угол отклонения уменьшается. Таким образом, шкала омметра оказывается прямой и нелинейной. Ток через прибор определяется соотношением:

Рис. 133. Метод непосредственной оценки на постоянном токе для измерения малых сопротивлений

в) Электронные омметры выполняют на основе усилителя постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления, охваченного отрицательной обратной связью (рис. 134). Напряжение на выходе усилителя:

где K – коэффициент усиления УПТ без обратной связи; R1 (R1 R2 ) – коэффи-

циент обратной связи.

R2

R1

Рис. 134. Метод непосредственной оценки на постоянном токе, выполненный с отрицательной обратной связью

При достаточно большом коэффициенте усиления УПТ Kβ >> 1, выражение принимает вид:

Uвых U R2 .

R1

Если Rx = R2 – в цепи обратной связи, то шкалу можно градуировать в едини-

107