17. Селективные вольтметры.

Рассмотрим типовую структурную схему селективного вольтметра, которую можно представить в следующем виде (рисунок 2.15):

Рисунок 2.15 – Структурная схема селективного вольтметра

Как видно из рисунка 2.15 селективный вольтметр представляет собой по существу супергетеродинный приемник. Частотная селекция входного сигнала осуществляется с помощью преобразователя частоты, который состоит из перестраиваемого гетеродина, смесителя и узкополосного усилителя промежуточной частоты (УПЧ). С помощью УПЧ обеспечивается требуемая избирательность. Если она недостаточна, в вольтметре может быть применено двухкратное, а иногда и трехкратное преобразование частоты. Кроме того, в современных типах селективных вольтметров обязательно наличие системы автоматической подстройки частоты (АПЧ). Высокая чувствительность вольтметра обеспечивается в основном с помощью УПЧ. В остальном структурная схема селективных вольтметров вида В6 не отличается от структурных схем рассмотренных уже вольтметров переменного и импульсного токов видов В3 и В4, за исключением наличия калибратора. Калибратор – это образцовый источник (генератор) переменного напряжения определенного уровня. Он необходим для исключения систематической погрешности из-за изменения напряжения гетеродина при его перестройке, изменения коэффициентов передачи узлов вольтметра, влияния внешних факторов и т. д. Калибровка вольтметра производится перед измерением при установке переключателя П в положение 2.

Селективные вольтметры применяются при измерении малых синусоидальных напряжений в условиях действия помех, при исследовании спектров периодических сигналов, при определении АЧХ радиоустройств, при измерениях в линиях связи и в целом ряде других случаев. Диапазон измеряемых значений синусоидальных напряжений от единиц мкВ до единиц В, диапазон частот от сотен кГц до десятков МГц, основная погрешность в пределах ±(10…15)%.

18. Измерение группового времени запаздывания.

Методы измерения ГВЗ «по точкам» очевидны и заключаются в определении относительного ГВЗ любым из рассмотренных ранее методов измерения на соответствующих частотах. Наиболее употребителен метод π-точек, когда фиксируются частоты, соответствующие увеличению фазового сдвига на π. В этом случае , (5.16)

где n – число π-точек в интервале ( ).

Основными недостатками этих методов являются возможность измерения ГВЗ только безинерционных устройств (имеющих линейную АЧХ), низкая производительность измерений и трудность обеспечения требуемой точности. Поэтому промышленные измерители ГВЗ реализуют модуляционные методы.

Модуляционные методы основаны на модуляции измерительного сигнала, подаваемого на вход исследуемого ЧП, с последующим измерением фазового сдвига модулирующего напряжения. В измерителях ГВЗ (ИГВЗ), базирующихся на этих методах, могут применяться амплитудная, частотная и импульсная модуляции. Принцип работа и аппаратурная реализация ИГВЗ использующих различные виды модуляции практически одинаковы, поэтому в качестве примера рассмотрим реализацию метода с амплитудной модуляцией.

Метод амплитудной модуляции, называемый еще методом Найквиста, является самым распространенным и позволяет реализовать наиболее простые технические решения при построении ИГВЗ. На вход исследуемого устройства или линии связи в этом случае подается АМ сигнал частоты ω с гармоническим модулирующим напряжением частоты :

, (5.17)

где M – коэффициент АМ.

Преобразуем это выражение к виду

(5.18)

Т.к. Ω<< ω, то можно считать, что все три составляющие АМ сигнала ослабляются (усиливаются) в К раз при прохождении через исследуемое устройство. Тогда сигнал на выходе исследуемого устройства может быть представлен в следующем виде:

, (5.19)

где – фазовые сдвиги на частотах ω, ω-Ω и ω+Ω соответственно.

После обратного преобразования получим

(5.20)

Возвращаясь к условию Ω<< ω, можно полагать, что в частотном интервале от (ω-Ω) до (ω+Ω) ФЧХ исследуемого устройства линейна и тогда . С учетом этого выражение (5.20) может быть представлено окончательно в виде:

, (5.21)

где – фазовый сдвиг огибающей входного сигнала на выходе исследуемого устройства. Детектирование этого сигнала и сравнение по фазе выделенного модулирующего напряжения с модулирующим напряжением позволяет легко измерить значение . Оно связано с искомым значением ГВЗ следующей зависимостью: (5.22)

Упрощенная стр-я схема ИГВЗ, реализ-го этот алгоритм (метод Найквиста):

Все ее узлы и их назначение Вам уже известны, так же очевидна и работа схемы и не требует дополнительных пояснений. Однако современные типы ИГВЗ– это сложные радиоизмерительные приборы, требующие определенной квалификации оператора при их эксплуатации и измерении ГВЗ. Это объясняется следующим.

По своей структуре ИГВЗ должны быть универсальными в отношении номенклатуры исследуемых устройств, которые могут представлять собой как устройства типа ЧП, так и линии связи с разнесенными территориально входом и выходом. Поэтому структурно в составе ИГВЗ выделяют передающее, приемное и индикаторное устройства. Если объектом исследования является линия связи, то возникает задача передачи в приемное устройство информации о начальной фазе огибающей – опорной фазе .

Эта задача решается с помощью специального сигнала опорной фазы, который может быть передан либо по дополнительному каналу, либо по основному, если происходит коммутация передаваемых сигналов во времени.

ИГВЗ являются, как правило, комплексными приборами, т.е. помимо ГВЗ обеспечивают измерение модуля коэффициента передачи К (ослабления или усиления) исследуемого устройства. Более того измерения и К автоматизируются как в плане создания панорамных ИГВЗ, которые позволяют визуально наблюдать частотные характеристики и К(f), так и путем перехода от аналоговых приборов к цифровым. Для автоматизации вычислительных операций, связанных с определением по формуле (5.22) (измеряя реально ) и К, современные типы ИГВЗ содержат в индикаторном блоке счетно-решающее устройство. Эти устройства позволяют определять и отклонения частотных характеристик и К исследуемого устройства от заданных, т.е. производить настройку устройств.

Метод Найквиста реализован в ИГВЗ типов Ф4-10, Ф4-11, Ф4-12. Они совместно перекрывают диапазон частот от 10 кГц до 150 МГц, обеспечивают измерение в пределах от 0,05 нс до 500 мкс с основной погрешностью не более ±2% и К в пределах ±(0,1-30)дБ с основной погрешностью не более ±3%.