И ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Лекция №20. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ.

ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ

И ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Измерение некоторых величин, характеризующих сигналы или цепи, производят с помощью приборов, которые по построению близки к анализаторам спектра. К таким величинам относятся нелинейные искажения, которые возникают в цепях с нелинейной амплитудной характеристикой. На выходе этих цепей колебания теряют синусоидальную форму. Высшие гармоники, возникающие при нелинейных искажениях, можно измерить с помощью анализаторов спектра. Существует несколько количественных показателей уровня нелинейных искажений. Наибольшее распространение получил показатель – коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник), определяемый формулой

, (1)

где u₁, u₂ – эффективные значения напряжения гармоник спектра на выходе исследуемой цепи.

Для измерения относительного значения напряжения гармоник можно использовать анализатор спектра, если его разрешающая способность позволяет наблюдать раздельно спектральные составляющие. Если детектор анализатора линейный, то в формулу (1) вместо напряжений u₁, u₂ можно подставить значения амплитуд выбросов , выраженных на экране анализатора в миллиметрах.

Существуют специальные приборы – измерители нелинейных искажений (ИНИ). Структурная схема такого прибора приведена на рисунке 58. Входная цепь служит для согласования прибора с исследуемым источником. Перед измерением переключатель ставят в положение «Калибровка», с помощью усилителя измеряемое напряжение усиливают до такого фиксированного значения, при котором электронный вольтметр будет проградуирован в значениях коэффициента нелинейных искажений. Обычно показание вольтметра равно 1 или 10 В. Затем переключатель прибора ставят в положение «Измерение». Настраивая задерживающий фильтр, подавляют напряжение основной частоты. Полное подавление будет при минимальном показании прибора. В этом случае электронный вольтметр показывает эффективное значение суммы высших гармонических составляющих, отнесенное к эффективному значению напряжения сигнала:

. (2)

Выражение для k не совпадает с выражением для коэффициента нелинейных искажений , определяемым формулой (1), но связано с ним простым соотношением

. (3)

Из выражения (3) следует, что шкалу электронного вольтметра можно непосредственно проградуировать в значениях коэффициента нелинейных искажений .

Измерение амплитудно-частотных и импульсных характеристик. В радиоэлектронике широко распространены цепи и устройства, представляющие собой линейные четырехполюсники (с одним входом и одним выходом). Важнейшей характеристикой их является частотный коэффициент передачи, определяемый отношением комплексных амплитуд напряжений на выходе и входе устройства:

. (4)

Частотный коэффициент передачи можно представить в виде

. (5)

Модуль называют амплитудно-частотной характеристикой устройства; аргумент – фазочастотной характеристикой.

Приборы для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) обычно снимают кривую зависимости амплитуды напряжения на выходе устройства от частоты при постоянной амплитуде синусоидального напряжения на входе.

При измерении фазочастотных характеристик (ФЧХ) определяют частотную зависимость разности фаз между синусоидальными напряжениями на выходе и входе исследуемого устройства. Производную от ФЧХ по угловой частоте называют частотной характеристикой группового времени запаздывания.

При экспериментальных исследованиях обычно определяют АЧХ цепей и устройств. Это объясняется следующими причинами. Амплитудно-частотная характеристика наглядно отображает свойства цепи в исследуемом диапазоне частот. Ее можно получить, используя стандартную измерительную аппаратуру. Кроме того, для минимально-фазовых цепей существует однозначное соответствие между частотными характеристиками, вследствие чего ФЧХ можно вычислить по измеренной АЧХ. Минимально-фазовыми цепями являются колебательные контуры, фильтры, усилители и другие устройства, в которых отсутствуют перекрестные связи; к неминимально-фазовым цепям относятся мостовые схемы. Практически при настройке минимально-фазовых цепей достаточно обеспечить заданную форму их АЧХ. При этом будут получены вполне определенные ФЧХ и характеристика группового времени запаздывания.

В ряде случаев удобно пользоваться динамическими характеристиками цепей и устройств – импульсной и переходной.

Импульсной характеристикой называют отклик устройства на входной сигнал в виде единичного импульса (дельта-функции). Частотный коэффициент передачи и импульсная характеристика для линейных устройств с постоянными параметрами связаны преобразованием Фурье

. (6)

Переходная характеристика представляет собой отклик линейного устройства на воздействие скачка напряжения.

Функции и связаны соотношением

. (7)