2.8. Измерение коэффициента гармоник.

К оэффициент гармоник характеризует степень нелинейных

искажений гармонического сигнала

где U_i – амплитуды гармоник в его спектре.

К оэффициент K_Г измеряется приборами – измерителями нелинейных искажений, маркировка которых начинается с символов С6-. В их основу положен метод подавления основной частоты, в соответствии с которым фактически измеряется не сам K_Г, а близкая к нему величина K_Г1

Л егко показать, что

Если искажения малы (K_Г1<0,1), то коэффициенты K_Г и K_Г1 отличаются, как следует из (2.1), меньше, чем на 1%.

Функциональная схема измерителя нелинейных искажений представлена на рис. 2.33.

В режиме “Калибровка” исследуемый сигнал через входное устройство ВхУ и предварительный усилитель У, минуя режекторный фильтр РФ, подается прямо на электронный вольтметр действующего значения ВДЗ. При этом коэффициент усиления усилителя У регулируют так, чтобы стрелка вольтметра ВДЗ отклонялась до конечного деления его шкалы, принятого за единицу.

Рис. 2.33.Измеритель нелинейных искажений.

В режиме “Измерение” между усилителем У и вольтметром ВДЗ включается режекторный (заградительный) фильтр РФ (фильтр-“пробка”), подавляющий первую (основную) гармонику и пропускающий все высшие. Отклонение стрелки ВДЗ, естественно, оказывается много меньшим и тождественно равно значению коэффициента K_Г1. Поэтому шкала вольтметра ВДЗ градуируется непосредственно в единицах коэффициента K_r1 (в процентах и децибелах), а в большинстве случаев K_Г1≈K_Г. Если же K_Г1≥10%, то истинное значение коэффициента гармоник K_Г рассчитывают в соответствии с выражением (2.1).

В качестве режекторного чаще всего используют резистивно-конденсаторный фильтр, модуль комплексного коэффициента передачи которого на частоте первой гармоники равен нулю, а на частотах высших гармоник, начиная со второй, -некоторой константе. Этот фильтр включается в схему усилителя с обратной связью и плавно перестраивается по частоте.

2.9. Измерительные генераторы сигналов.

Измерительные генераторы сигналов, маркировка которых начинается с буквы Г, отличаются от обычных генераторов возможностью установки и регулировки в широких пределах выходных параметров (частоты, напряжения и т.д.). Различают генераторы – низкочастотные, высокочастотные, прямоугольных импульсов, сигналов специальной формы (треугольной, пилообразной и др.), качающейся частоты (оси-генераторы).

О бобщенная структурная схема измерительного генератора сигналов изображена на рис. 2.34.

Рис. 2.34. Измерительный генератор сигналов.

Задающий генератор ЗГ – основной блок, определяющий форму и периодичность выходного сигнала. Чаще всего это автогенератор гармонического напряжения или генератор импульсов. Преобразователь повышает энергетический уровень сигнала (усилитель) или придает ему определенную форму (модулятор, формирователь импульсов). Выходной блок служит для регулировки напряжения или мощности выходного сигнала. Средства измерения применяются для контроля параметров выходных сигналов. Обычно эти функции выполняют вольтметр, частотомер, а также отсчетные устройства механизмов настройки.

В LC – генераторах ЗГ является автогенератором с параллельным LC-контуром. Такие генераторы не распространены, т.к. для диапазона низких частот требуются большие номиналы емкости и индуктивности, и затруднена регулировка в широких пределах частоты выходных сигналов.

В генераторах на биениях (рис. 2.35) напряжение низкой частоты получается смешением двух близких по частоте высокочастотных напряжений с последующим выделением напряжения разностной частоты – биений. Cмеситель – нелинейный элемент (лампа, транзистор). На его выходе присутствуют напряжения комбинационных частот, и в том числе разностной F=f₂-f₁, выделяемой фильтром низких частот ФНЧ. Достоинства схемы: плавность перестройки, широкий диапазон генерируемых частот. Недостаток сложность реализации.

В инфранизкочастотных (от тысячных долей до 20 Гц) генераторах гармонических сигналов ЗГ строится обычно на основе двух интеграторов и инвертора, выполненных на операционных усилителях. Работа схемы (рис. 2.36) описывается соотношениями:

Рис. 2.35. Задающий генератор на биениях.

Рис. 2.36. Задающий генератор на операционных усилителях.

О кончательно после несложных преобразований имеем:

Решение полученного дифференциального уравнения

u_вых = U_m sin(t + )

о пределяет форму и параметры выходного напряжения ЗГ, причем

т.е. частоту генерации можно легко регулировать изменением параметров R и С.

С развитием интегральной микросхемотехники весьма перспективными стали цифровые генераторы низкочастотных сигналов (рис. 2.37).

Рис. 2.37. Цифровой генератор сигналов.

Частота генератора Г стабилизирована кварцевым резонатором У делителя частоты ДЧ – регулируемый коэффициент деления ( для возможного изменения частоты выходного сигнала). Преобразователь кодов ПК на основе постоянного запоминающего устройства ПЗУ каждому входному адресному входу (координата t) ставит в соответствие заранее записанный выходной код (координата U). Чтобы перейти от одной формы генерируемого сигнала к другой, надо или сменить корпус ПЗУ, или при его большом объеме обратиться к следующему массиву памяти, где записаны отсчеты другой функции. Линейный ЦАП и оконечный усилитель У с фильтром низких частот ФНЧ окончательно формируют выходной сигнал. В ряде применений ПЗУ может отсутствовать, но его функции возлагаются на ЦАП, который в этих случаях выполняется функциональным.