28.Измерение частоты осциллографическим и гетеродинным методами. Погрешности методов.

29. И змерение частоты резонансным методом. Метод дискретного счета и его использование в электронно-счетных частотомерах.

30. Классификация измерительных генераторов. Генераторы низкой частоты. Структурная схема, характеристики и параметры. 31. Генераторы высокой частоты. Структурная схема, характеристики и параметры.

Для радиотехнических и электротехнических измерений характерны особенности: широкий диапазон частот, многообразие форм сигналов и видов модуляции. Имитация всех видов сигналов в первом приближении невозможна. Поэтому генераторы разделяют

а) по форме сигнала:

• Г2 – шумовых сигналов;

• Г3 – синусоидальных НЧ сигналов;

• Г4 – синусоидальных ВЧ сигналов;

• Г5 – импульсных сигналов;

• Г6 – сигналов специальной формы.

б) по частоте:

• НЧ (20 Гц – 200 кГц);

• ВЧ (200 кГц – 300 МГц);

• СВЧ (выше 300 МГц);

• с коаксиальным выходом на частотах 300 МГц – 1 ГГц;

• с волновым выходом на частотах более 10 ГГц.

в) по виду модуляции:

• с амплитудной;

• частотной;

• фазовой;

• импульсной.

Измерительные генераторы гармонических сигналов (НЧ и ВЧ) перекрывают диапазон частот от единиц герц до десятков гигагерц. В генераторах ВЧ предусмотрена возможность амплитудной (АМ), а в ряде приборов – и частотной (ЧМ) модуляций.

Обобщенные структурные схемы генераторов гармонических сигналов НЧ и ВЧ представлены соответственно на рис. 5.1 и 5.2.

Задающий генератор определяет форму и частоту выходного сигнала.

Рис. 5.1. Обобщенная структурная схема генератора НЧ

Рис. 5.2. Обобщенная структурная схема генератора ВЧ

Задающие генераторы (автогенераторы) гармонических колебаний содержат активный четырехполюсник (усилитель) с коэффициентом передачи и пассивный четырехполюсник обратной связи с коэффициентом передачи (рис. 5.3).

В задающих генераторах ВЧ используют LC – генераторы с переключаемыми катушками индуктивности и плавной перестройкой конденсатором. Для получения модулированных по частоте сигналов управляющее напряжение подают на задающий генератор, частота которого изменяется электронным способом.

В НЧ генераторах этот блок строят по схеме RC – генератора с плавной и дискретной перестройкой по частоте. Это объясняется тем, что габариты и параметры L и C элементовна низких частотах становятся неприемлемыми.

При их последовательном соединении коэффициент передачи разомкнутой системы равен .

В разомкнутой системе

, а ,

где – комплексные амплитуды в различных точках схемы (рис. 5.3, а). При замыкании цепи обратной связи на вход активного четырехполюсника , тогда . Таким образом, в установившемся режиме на частоте генерации ω_г в автогенераторе должно выполняться условие

. (5.1)

Рис. 5.3. Структура из двух четырехполюсников: а – в разомкнутом виде; б – с замкнутой цепью обратной связи

Так как , а , то из (5.1) следует, что в стационарном режиме в автогенераторе одновременно выполняются условия баланса амплитуд для модулей коэффициентов передачи и баланса фаз для фаз коэффициентов передачи:

,

.

Усилители в НЧ и ВЧ генераторах (рис. 5.1, 5.2) предназначены для увеличения амплитуды сигнала до опорного уровня, по которому калибруют выходной аттенюатор. В усилителе часто предусматривают плавную регулировку опорного уровня. Для получения амплитудной модуляции в ВЧ генераторах используют управление коэффициентом передачи усилителя напряжением .

Устройство контроля параметров представляет собой электронный вольтметр, обеспечивающий паспортную точность установки опорного уровня и его измерение при плавной регулировке. Для генераторов ВЧ предусматривают также измеритель параметров модуляции. В некоторых генераторах опорный уровень фиксирован и поддерживается с необходимой точностью системой автоматической регулировки, поэтому блок контроля параметров не предусматривают.

Аттенюатор предназначен для дискретной регулировки уровня выходного сигнала. В генераторах НЧ на выходе должен быть предусмотрен согласующий трансформатор для получения стандартных значений выходного сопротивления (например 5, 50, 600 Ом). С помощью трансформатора реализуется симметричный относительно земляной шины выход. Аттенюатор вместе с согласующим трансформатором образуют выходное устройство генератора НЧ. Генераторы ВЧ обычно имеют одно постоянное значение выходного сопротивления (50 или 75 Ом).

К основным эксплуатационным параметрам генераторов гармонических сигналов относят диапазон перестройки по частоте и пределы регулирования среднеквадратического значения выходного напряжения, а также диапазон установки параметров модуляции.

Метрологическими параметрами являются пределы допускаемой погрешности: установки частоты, уровня сигнала и параметров модуляции. Погрешность установки частоты определяется неточностью градуировки, временной нестабильностью задающего генератора, дискретностью шкалы и конструкцией отсчетного устройства. Погрешность установки выходного напряжения определяется точностью контроля опорного уровня и погрешностью градуировки аттенюатора. Паспортная точность гарантируется только при работе генератора на активную нагрузку, сопротивление которой равно выходному сопротивлению . При работе с несогласованной нагрузкой ( ) появляется систематическая погрешность установки выходного напряжения, равная

.

Из формулы следует, что при подключении к генератору высокоомной нагрузки (вольтметра, осциллографа) выходное напряжение будет в два раза выше ожидаемого значения. Для согласования выхода НЧ-генератора в таком случае предусматривают подключение внутреннего нагрузочного резистора .

Неидеальность формы синусоидального сигнала на выходе измерительного генератора проявляется в наличии высших гармонических составляющих. Допустимый их уровень нормируется коэффициентом гармоник (НЧ-генераторы) либо относительным уровнем побочных составляющих.