Преобразование частоты в фазометрах

Фазометры, в которых сигналы и непосредственно смешиваются и сравниваются, называются гомодинными. Хотя они просты в схемном отноше­нии, но далеко не всегда оптимальны. Действительно, измерительные преобразо­ватели в схемах рис. 6.1 широкодиапазонные, что отрицательно сказывается на их характеристиках и параметрах фазометра в целом. Значительно лучшие па­раметры будет иметь фазометр, в котором все преобразования производятся на одной частоте. Это становится возможным, если воспользоваться принципами супергетеродинного приема, предполагающего перенос частоты и на некоторую промежуточную частоту.

Достоинства супергетеродинного приема широко используются в радиоизмерительной технике. Мы уже знакомы с конкретными примерами, когда гетеро­динное преобразование частоты позволяет осуществить частотную селекцию входного сигнала (в селективных вольтметрах) или расширить диапазон изме­рений (в ЦЧ). Покажем, что перенос частоты входных сигналов в фазометрах не только расширяет их частотный диапазон, но и не вносит дополнительных по­грешностей в результат измерения .

Если в дополнение к сигналам (6.2) образовать гетеродинный сигнал

(6.10)

подать попарно сигналы , и , на соответствующие сме­сители, а затем выделить с помощью УПЧ напряжения разностной частоты, то

(6.11)

где и — фазовые сдвиги в трактах преобразования частоты. При иден­тичных фазовых характеристиках этих трактов и, как следует из (6.11) и (6.3), фазовый сдвиг между сигналами и по-прежнему равен . Таким образом, само гетеродинное преобразование частоты, действи­тельно, не вносит дополнительной погрешности в результат измерения . Гете­родинный сигнал (6.10) может быть образован путем непрерывного линейного изменения фазы одного из входных сигналов или с помощью гетеродина.

Первый способ реализуется с помощью фазовращателя (ФВ), включаемого, например, в первый (опорный) канал фазометра и управляемого таким образом, что начальная фаза выходного сигнала ФВ , где — скорость изменения . В этом случае фаза выходного сигнала ФВ а ча­стота . Если теперь преобразованный и второй сигналы по­дать на смеситель, то дальнейшие преобразования будут выполняться на часто­те . Этот способ позволяет избежать применения специального гетеродина, но эффективен при измерении только постоянных или медленно меняющихся .

Наиболее распространенным является второй способ, который не только по­зволяет создавать широкодиапазонные фазометры, но и обеспечивает автоматизацию исследования ФЧХ, если в качестве гетеродина используется генератор качающейся частоты (ГКЧ). Особенностью ГКЧ фазометров является их двухканальность: один канал используется в качестве гетеродина, а второй — в ка­честве источника измерительных сигналов, подаваемых на вход исследуемой це­пи. Разность частот сигналов на выходах обоих каналов поддерживается постоянной и равной промежуточной частоте фазометра.

В широкодиапазонных фазометрах применяется также стробоскопическое преобразование частоты. Гетеродинный сигнал в этом случае представляет собой последовательность коротких строб-импульсов, а в качестве смесителя применя­ется диодная ключевая схема с накопителем. Стробоскопическое преобразование позволяет получить коэффициент

Рис. 6.3. Структурная схема фазометра с преобразованием частоты.

перекрытия по частоте в пределах 100...1000 без сменных гетеродинов и смесителей.

Структурная схема фазометра с общим гетеродином и измерителем на основе ФД приведена на рис. 6.3. Суммарное и разностное напряжения огра­ничиваются по амплитуде, и входные напряжения ФД имеют форму меандра с нормированной амплитудой. Это автоматически устраняет зависимость и применяется во всех современных фазометрах. В то же время обеспечивается возможность поочередного измерения амплитудных значений и с час­тотной селекцией, как в селективных вольтметрах.