Корганова, лекции

передающих станций. Их частотный диапазон от 100 кГц до десятков тысяч мегагерц. Напряжение выхода изменяется от единиц микровольт до нескольких вольт при выходной мощности в несколько ватт. Выходной сигнал может быть промодулирован по амплитуде. Измерительные генераторы радиочастот делятся на генераторы сигналов (Г3 -) и генераторы стандартных сигналов (Г4- ). Генераторы имеют калибровку по частоте, амплитуде и т. п. Точность установки частоты – 1-2%. Эти генераторы должны иметь по возможности более высокую стабильность частоты и амплитуды колебаний, отсутствие высших гармоник.

Схема такого генератора состоит из задающего генератора переменной частоты, напряжение от которого поступает на буферный усилительный каскад, на который поступает также модулирующее напряжение. Измерительные генераторы часто выполняются так, чтобы можно было осуществить амплитудную модуляцию синусоидальным или импульсным напряжением. Для выполнения амплитудной модуляции синусоидальным напряжением применяют генераторы звуковой частоты, работающие на фиксирующих частотах (400 и 1000 Гц).

Для модуляции генератора радиочастоты импульсным напряжением используются импульсные генераторы.

На входе измерительного генератора применяют делитель выходного напряжения или мощности (аттенюатор), который служит для регулировки выходного напряжения или мощности и дает возможность уменьшить их величину до достаточно малых уровней.

Импульсные измерительные генераторы формируют импульсы различных форм (пилообразные, треугольные, прямоугольные, короткие импульсы с определенной длительностью паузы, прямоугольные импульсы, колиброванные по длительности и т. д.). Их индекс Г5-.

Импульсные генераторы используются для запуска и проверки импульсных электронных установок, для измерения временных характеристик, например, времени прохождения импульса, периода развертки осциллографа и т. д.

Промышленностью выпускаются также генераторы шумовых сигналов (Г2-) и генераторы специальных сигналов специальной формы (Г6-).

Измерительные генераторы обычно состоят из генератора с самовозбуждением – задающего генератора и буферного (выходного) усилителя мощности.

Буферный усилитель служит для того, чтобы исключить влияние присоединяемых к генератору различных внешних нагрузок

41

и обеспечить необходимую мощность на этих нагрузках. Задающий генератор в этих условиях должен только генерировать колебания с заданной частотой, амплитудой и формой кривой, которые используются для возбуждения буферного усилителя мощности.

Задающий генератор – это усилитель с частотно-зависимой цепью положительной обратной связи. Коэффициент усиления усилителя, охваченного положительной обратной связью.

КОС – коэффициент усиления усилителя без обратной связи; β – коэффициент ослабления (преобразования) цепи обратной

произведение чувствительностей равнялось 1, а сумма фаз - 2πn. При выполнении условий самовозбуждения казалось бы

возможны колебания с бесконечно большой амплитудой, однако нелинейность в системе приводит к тому, что устанавливаются колебания постоянной амплитуды.

Задающие генераторы по виду частотно-зависимой цепи обратной связи могут быть LC-генераторами и RC-генераторами.

В LC-генераторах цепь положительной обратной связи представлена резонансным контуром, у которого зависимость β(ω) имеет вид узкой резонансной кривой. И частота колебаний генератора ω0 определяется резонансной частотой этого контура и

В RC-генераторах цепь положительной О. С. составлена из резисторов и конденсаторов и имеет слабо выраженные избирательные свойства. Поэтому генератор генерирует напряжение той частоты, для которой выполняется условие суммы фаз. RCгенераторы легко могут быть перестроены для генерирования

42

звуковых частот в пределах 20 Гц ÷ 20 кГц и вплоть до 1,5 мГц. Однако для получения частот > 1 кГц более компактными оказываются LC-генераторы.

LC-генераторы. Для их построения чаще всего используются

том случае, если реактивные сопротивления Zа-к и Zс-к имеют один характер: либо емкостный, либо индуктивный. Сопротивление Zа-с для возникновения автоколебаний должен иметь характер, обратный сопротивлениям Zа-к и Zс-к. По виду сопротивлений Zс-к различают три вида О.С. в генераторах: трансформаторную, автотрансформаторную и емкостную.

RC-генераторы. Для создания генераторов напряжения в звуковом диапазоне (особенно при необходимости плавной регулировки в широких пределах) используются разнообразные RCзвенья, образующие частотно-зависимые цепи обратной связи. Получили распространение три разновидности схем RCгенераторов:

1)RC-генераторы, в цепи О.С. которых используется фазирующий четырехполюсник, состоящий из нескольких простых RC-звеньев;

2)RC-генераторы с мостовыми частотно-зависимыми цепями.

RC-генераторы с фазирующим четырехполюсником. Схем с фазирующим четырехполюсником множество, в том числе так называемые лестничные схемы типа:

одной RC-ячейки это осуществить невозможно, ибо она дает угол <

43

90º, нельзя и с помощью двух ячеек. А вот с помощью трех, если каждая создает сдвиг ≈ 60º уже возможно. Правда происходит значительное ослабление сигнала.

60º

Усил.

60º Ủвых

(Конденсатор С4 не является звеном фазосдвигающего устройства. Он разделительный).

Структурная схема генератора с фазовращающимся четырехполюсником представлена на чертеже. Аналогично строятся генераторы с мостовыми частотно-зависимыми цепями (например, мост Вине) и с двойным Т-образным мостом (неуравновешенным), которые обеспечивают сдвиг по фазе между Uвых и Uвх.

44

Гетеродинные волномеры

Гетеродинные волномеры позволяют измерять высокие частоты с большой точностью, поскольку они выполняются по схеме уравновешивающего преобразования.

fx

Кг

Г - генератор-гетеродин С - смеситель

Кг - кварцевый генератор для настройки гетеродина Ус – усилитель низкой частоты Ук – указатель.

Перед началом работы волномера проверяется работа ”Г” сравнением его частоты с частотой “КГ”. Затем на вход волномера падают колебания измеряемой частоты, и гетеродин настраивают на нулевые биения. Погрешность измеряемой частоты 0,0005%.

Фазометры

Измерение фазовых сдвигов может осуществляться двумя

путями:

1.без преобразования фазовых сдвигов в какую-либо промежуточную величину;

2.с преобразованием фазовых сдвигов в промежуточную величину.

Вэлектронных фазометрах первой группы фазовый сдвиг, т.е. сдвиг двух напряжений во времени, непосредственно преобразуется в пропорциональный ему сдвиг каких-либо отметок в пространстве. Чаще всего эти отметки наблюдаются, на экране двухлучевого ЭО и по расстоянию между ними судят, о величине фазового сдвига. Можно для этой цели использовать и однолучевой осциллограф со специальным электронным коммутатором.

Картина, получаемая на экране, имеет вид, показанный на рисунке. Здесь

C

45

Таким образом, можно измерять углы от 0 до Можно осуществлять измерение фазового сдвига с помощью

ЭО, когда одно из исследуемых напряжений подается на вертикальные отклоняющиеся пластины, а второе – на горизонтальные.

ux u1 sin t uy u2 sin t

отклонения по соответствующим осям

Если k1u1 k2 u2 окружность.

Определим точки пересечения кривой (3) с осями координат: С осью x

46

Сосью y

x0 и (3) примет вид:

arcsin Yy

Точность данных методов мала, т.к. она определяется точностью измерения отрезков на экране ЭО. Погрешность измерения составляет несколько градусов.

Фазометры с преобразованием фазового сдвига в промежуточную величину бывают двух видов:

1.с формированием коротких импульсов;

2.с формированием прямоугольных импульсов.

Впервом случае блок-схема фазометра содержит YO1 ,YO2 -

усилители –

разной амплитуды

47

дифференцирование напряжения прямоугольной формы: U уо1 и U уо 2 .

Образуются короткие импульсы, которые поступают на два ключа, в качестве которых используются мультивибраторы M 1 и M 2 .

ДЦ одновременно играет роль распределительного устройства: на вход M 1 поступают положительные импульсы первого канала и отрицательные второго, а на вход M 2 - отрицательные первого канала и положительные второго. На прибор поступают импульсы длительности “ “. Предел измерения от 0 до 1800.

Блок-схема фазометра с формированием прямоугольных импульсов имеет следующий вид:

48

т.е. средний ток линейно зависит от .

0 соответствует I ср max и следовательно максимальному углу отклонения.

49

обратная.

Как видно из (*) нормальная работа обеспечивается если

U m const .

Есть еще способ измерение фазы по геометрической сумме и разности напряжений, имея в виду, что если два напряжения имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты на угол , то

напряжений, а 900 – по методу суммы напряжений, чтобы получить высокую чувствительность при измерении в интервале

0 1800.

Анализаторы спектра

Анализаторами спектра называют приборы, определяющие частотные составляющие сигнала, т.е. спектр амплитуд.

Периодическую функцию можно представить рядом Фурье

f t C0 Ck cos k t k

k 1

Совокупность Ck называют спектром амплитуд. Для

представления непериодической функции используют формулу интеграла Фурье

прямому преобразованию Фурье

S f t e j t dt (1)

Выражение (1) показывает, что для получения спектра необходимо бесконечное время анализа, поэтому получить истинный спектр сигнала не представляется возможным. Аппаратурно можно получить текущий спектр сигнала

50