6. Содержание отчета по лабораторной работе

Отчет должен содержать структурную схему осциллографа, результаты измерений и расчетов, осциллограммы ПХ с отмеченными уровнями отсчета параметров и графики АЧХ осцил­лограф с отмеченными величинами f_в, Δf, краткие выводы по лабораторной работе.

6. Контрольные вопросы

1. Объясните назначение основных узлов канала вертикального отклонения осциллографа.

2. Для чего в осциллографе предусматривают режим "закрытого входа"?

3. Назовите режимы работы электронного коммутатора. Для каких целей используется прерывистый режим?

4. Какие режимы работы генератора развертки используют в осциллографах?

5. Назовите режимы синхронизации осциллографа. В каких случаях используются эти режимы?

6. Почему нормальный диапазон АЧХ осциллографа меньше полосы пропускания, отсчитываемой по уровню 0,707?

7. Для чего нужна линия задержки в канале Y? Какие требования предъявляются к ее параметрам?

8. В каких случаях применяют ждущую развертку?

9. Какие дополнительные возможности обеспечивает двухканальный осциллограф по сравнению с одноканальным?

10. Укажите достоинства и недостатки использования режима "растяжки" в канале X осциллографа.

11. В чем преимущества осциллографов с двойной разверткой?

Лабораторная работа №4.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА

В работе изучаются устройство и принцип действия анализа­тора спектра (АС) последовательного типа СК4-59. Исследуются параметры спектра, сигнала калибратора прибора, измеряются пороговая чувствительность и разрешающая способность АС.

1. Краткие сведения об анализаторах спектра

Периодические сигналы могут быть представлены в виде ря­да Фурье. Этот ряд состоит из гармоник, характеризующихся час­тотой, амплитудой и фазой. Совокупность гармоник называется спектром сигнала. Последовательность амплитуд гармоник носит название амплитудного спектра. Анализаторы спектра предназначены для исследования амплитудного спектра и измерения амплитуды и частоты гармонических составляющих.

Различают АС параллельного и последовательного типов. Наиболее распространены АС последовательного типа, позволяющие исследовать периодические сигналы в широком диапазоне частот. Принцип действия таких приборов аналогичен принципу действия супергетеродинного радиоприемника. При плавной перестройке частоты гетеродина f_г АС последовательно настраивается на раз­личные частоты спектра, входного сигнала, определяемые из условия

где f_пр - фиксированная промежуточная частота, на которую настроен фильтр усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Выделенный фильтром и усиленный сигнал детектируется. Уровень сиг­нала на выходе детектора соответствует амплитуде спектральной составляющей с частотой f_с.

Если сигнал с детектора подать на канал вертикального отклонения осциллогра­фического индикатора и обеспечить жесткую связь между изменяющейся частотой гетеродина и положением лу­ча на горизонтальной оси, то на экране получится изображение амплитудного спектра сигнала в виде отдельных импульсов – от­кликов конечной длительности. Такой принцип индикации результатов анализа называют панорамным. Высота откликов соответствует амплитудам гармоник, а положение на горизонтальной оси – их частотам. Частотный диапазон наблюдения спектра (полоса обзора) определяется пределами изменения частоте гетеродина и может регулироваться, позволяя тем самым устанавливать необходимый масштаб по оси частот.

Для улучшения характеристик в АС использует двойное и тройное преобразования частоты входного сигнала. При этом частоты дополнительных гетеродинов делают, как правило, фиксированными, частота же основного гетеродина изменяется по линейному закону.

Основными рабочими параметрами АС являются:

1. рабочий диапазон частот – область частот, в которой данный прибор обеспечивает анализ спектров;

2. полоса обзора Δf₀ – область частот, в которой обеспечивается исследование спектра за один цикл перестройки частоты гетеродина;

3. пороговая чувствительность – минимальный уровень сигнала гармонической формы на входе АС, параметры которого могут быть измерены с заданной точностью. Пороговая чувствительность зависит от уровня собственных шумов приемного тракта АС. Обычно мощность этих шумов P_ш задают в пересчете к входу прибора. Она может быть определена через коэффициент шума N приемно­го тракта АС, абсолютную температуру Т и полосу пропускания фильтра УПЧ Δf_ф :

,

где k – постоянная Больцмана. Пороговая чувствительность изменяется при переключении полосы пропускания фильтра УПЧ. Для количественного выражения чувствительности необходимо заранее задать пороговое соотношение мощностей сигнала Р_с и шума Р_ш, при котором определяется чувствительность. В дан­ной работе чувствительность определяется по сигналу, мощность которого на 20 дБ превышает мощность собственных шумов АС;

4. разрешающая способность – минимальная разность частот между составляющими спектра, при которой эти составляющие можно наблюдать раздельно на экране АС. Для количественного выра­жения разрешающей способности условимся, что минимальное расстояние между двумя гармониками спектра соответствует случаю, представленному на рис. 1. 1.

При этом провал между откликами гармоник f₁ и f₂ составляет половину их высоты при условии, что амплитуды откликов одинаковы и равны U_max. Тогда разрешающая способность АС:

.

Р ис. 1.1. Определение разрешающей способности АС

Разрешающая способность в основном определяется полосой про­пускания фильтра УПЧ Δf_ф. Разрешающая способность АС может быть существенно улучшена при использова­нии двойного или тройного преобразований частоты. При этом разрешающая спо­собность определяется регулируемым.фильтром последнего УПЧ, имеющим наименьшую полосу пропускания. На разрешающую способность АС влияет также время анализа t_a;

5. время анализа t_a – интервал времени, в течение кото­рого получается изображение спектра на экране АС. Время анали­за равно периоду, с которым изменяется ("качается") частота гетеродина.