Индикаторный блок
Входным узлом индикаторного блока является амплитудный детектор. В низкочастотных ИАЧХ — это встроенная детекторная головка с высоким входным сопротивлением. Для высокочастотных ИАЧХ, наоборот, характерна выносная детекторная головка, входное сопротивление которой согласовано с волновым сопротивлением коаксиального измерительного тракта.
Индикаторный блок, как правило, обеспечивает воспроизведение АЧХ не только в линейном масштабе, но и в логарифмическом (при наличии перепадов напряжения 60...80 дБ и более). В низкочастотных ИАЧХ это достигается простой коммутацией линейного и логарифмического усилителей, а в высокочастотных ИАЧХ сопряжено гетеродинным преобразованием частоты выходного сигнала ЧП и последующим логарифмированием на промежуточной частоте.
Методика измерения амплитудных параметров АЧХ использует все достижения техники осциллографических измерений, достаточно подробно рассмотренных в § 7.6. Возможности ИАЧХ существенно расширяются, если индикаторный блок является двухканальным. Можно, в частности, наблюдать на одном из каналов АЧХ всего четырехполюсника (например, многокаскадного усилителя), а на другом с помощью выносной головки — АЧХ его отдельных частей например, каскадов усилителя). Очень удобной и высокопроизводительной оказывается также настройка четырехполюсника по АЧХ с помощью образцового ЧП, помещенного во второй канал.
Из других схемных решений отметим комплектацию индикаторных блоков некоторых типов ИАЧХ так называемыми генераторами сетчатого поля. Они генерируют сложный видеосигнал, создающий на экране ЭЛТ прямоугольную сетку белых горизонтальных вертикальных полос на черном фоне. С помощью этой сетки проверяется линейность телевизионного изображения и осуществляется сведение цветности в цветных телевизорах.
Блок частотных меток
С помощью частотных меток, как уже указывалось, устанавливается частотный масштаб и измеряются частоты отдельных точек АЧХ. Частотные метки воспроизводятся на экране ЭЛТ путем яркостной или амплитудной модуляции электронного луча и могут быть неподвижными и подвижными. При широкополосных АЧХ чаще пользуются системой неподвижных равноотстоящих меток, формируемых из нулевых биений напряжения ГКЧ с напряжением, спектр которого содержит набор постоянных калибровочных частот. Сущность этого способа поясняется структурной схемой блока частотных меток, приведенной на рис. 10.21.
Генератором частотных меток (калибровочного спектра) является обычно кварцевый генератор с усилителем гармоник. Напряжение нулевых биений образуется аналогично схеме рис. 10.19 и подаётся совместно с выходным сигналом детектора на УВО. При качании частоты ГКЧ на экране ЭЛТ будет наблюдаться серия частотных меток, отстоящих друг от друга на величину fкв. Они образуют частотную шкалу, масштаб которой можно изменить с помощью дополнительных делителей частоты fкв.
В случае узкополосных АЧХ необходимо иметь подвижные частотные метки, которые всегда можно было бы совместить с характерными точками АЧХ. Они формируются тем же способом, что калибрационные метки в АС (см. рис. 7.32).
Точность измерения частоты отдельных точек АЧХ можно существенно повысить, применяя для модуляции ГКЧ и создания частотной оси панорамы напряжение линейно-ступенчатой форм (рис. 10.22). В момент времени t1 (начало ступеньки) прекращается качание частоты ГКЧ и останавливается развертка на экране ЭЛТ.
Рис. 10.22. График линейно-ступенчатого модулирующего напряжения.
На исследуемой АЧХ появляется светящаяся точка, яркость которой определяется длительностью ступеньки (t2—t1). Частоту ГКЧ удобно измерять в это время встроенным или внешним ЦП (см § 5.3). Перемещая ступеньку вдоль Up, можно совместить светящуюся точку с любой точкой исследуемой АЧХ.
10.3.2. ИЗМЕРИТЕЛИ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
При измерении АХ необходимо задавать с помощью ИГ урони U1 на входе ЧП и фиксировать вольтметром соответствующий значения U2, строя затем график K(U1). Трудоемкость такой методике очевидна, и здесь также необходима разработка панорамных измерителей АХ (ИАХ).
Структурная схема панорамного ИАХ приведена на рис. 10.23. Роль U1 выполняет АМ сигнал генератора высокой частоты, причём частота модулирующего напряжения должна быть значительно меньше частоты сигнала. Поэтому источником модулирующего напряжения является генератор низкой частоты. Для создания оси панорамы удобно использовать огибающую U1, выделяемую амплитудным детектором Д2. В этом случае по вертикали за счёт огибающей U2, выделяемой детектором Д1, будет воспроизводить исследуемую АХ.
Весьма эффективно применение ИО в ИАХ. С помощью Ио автоматизируется процесс измерения U2/U1 (см. § 3.5.5) и отпадает необходимость в амплитудной модуляции U1. Для изменения U1 на выходе ИГ включается электрически управляемый аттенюатор, ослабление которого регулируют по пилообразному закону.
Сравнение структурных схем ИАЧХ (рис. 10.20) и ИАХ (рис. 10.23) свидетельствует о возможности объединения ряда их функциональных узлов и комплексирования исследования АЧХ и АX в одном приборе. Это еще один пример возможности создания многофункциональных измерительных приборов (см. § 2.5).
10.3.3. ИЗМЕРИТЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА
Значение Km удобно определять и измерять через эквивалентную шумовую температуру входа ЧП. По аналогии с шумовой температурой источников шума она равна температуре равномерно нагретого резистора, согласованного со входом идеального (нешумящего) ЧП и создающего на его выходе интенсивность ума, равную интенсивности шума реального (шумящего) ЧП. При таком определении вместо (10.2) для Кш справедлива более простая формула
Кш=(Т0+Тв)/Т0=1+Тв/Т0=1+nв (10.23)
где Тв — абсолютное, а пя — относительное значения эквивалентной шумовой температуры входа ЧП; Т0=290 К—нормальная шумовая температура источника на входе ЧП. Соответственно Km, определяемый формулой (10.23), называется нормальным (стандартным). Если учитывать реальную температуру источника Ти, то
Кш.р=(Ти+Тв)/То=nи+nв (10.24)
также будет являться реальным. Из формул (10.23) и (10.24) следует Кш.р=Кш – 1 + nи.
Методы измерения Km и Тв в настоящее время унифицированы и оформлены как стандартная МВИ (ГОСТ 8.475—82), базирующаяся на применении ГШ н ИКШ. Большинство серийно выпускаемых типов ИКШ реализуют так называемый модуляционный метод. Поясним его с помощью структурной схемы, приведенной на рис. 10.24.
Вначале осуществляется калибровка ИКШ. Для этого на вход ЧП податётся сигнал ГШ с известной относительной шумовой температурой nгш. Этот сигнал, модулируемый периодической последовательностью импульсов модулятора (ГШ включается и выключается), складывается с шумами ЧП, усиливается малошумящим усилителем и детектируется квадратичным детектором. Усилитель частоты модуляции выделяет первую гармонику продетектированного сигнала, котоpая подается на индикатор Кш. Так как относительная шумовая температура на входе ЧП изменяется при включении и выключении ГШ от (1 + nи) до (nгш+nв), то уровень первой гармоники будет пропорционален пгш. Изменением коэффициента усиления УЧМ показание индикатора устанавливается равным nгш.
В режиме измерения ГШ выключается, и эквивалентная шумовая температура входа ЧП будет определять, согласно (10.23), измеряемое значение Кш. Для ее измерения модулятор подключается к малошумящему усилителю и модулирует по амплитуде усиливаемый сигнал. Первая гармоника продетектированного сигнала будет нести теперь искомую информацию, и при установленном pанее коэффициенте усиления УЧМ показания индикатора равны Km. Для расширения пределов измерения Кш предусматривается переменный аттенюатор.