Файл: Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ.pdf

является основным лишь д'ля импульсной модуляции. Для измерения амплитудной и частотной модуляции си­ нусоидальных колебаний высокой частоты этот метод малопригоден, так как обеспечивает измерение только тогда, когда несущая частота модулирована одним сину­ соидальным напряжением. При этом погрешность до­ стигает 10%. Для измерения модуляции применяется метод детектирования.

При измерении коэффициента амплитудной модуля­ ции высокочастотные колебания детектируются линей­ ным детектором. На его нагрузке создаются напряже­ ние низкой частоты, соответствующее огибающей моду­ лированного колебания, и постоянное напряжение, соответствующее среднему значению модулированного колебания, т. е. напряжению несущей и. Величина и из­ меряется стрелочным индикатором. Затем напряжение низкой частоты подается на пиковый вольтметр с за­ крытым входом, показания которого пропорциональны амплитуде этого напряжения, т. е. Аи (рис. 20.1). Коэф­ фициент модуляции т определяется по формуле

Если напряжение несущей частоты установить на не­ которую постоянную величину — условную единицу, то шкалу пикового вольтметра можно проградуировать не­ посредственно в значениях и.

267

Измерители модуляции относятся к приборам груп­ пы С и выпускаются для диапазона частот от 80 кГц до 1500 МГц и модулирующих частот, от 50 Гц до 500 кГц.

На рис. 20.2 приведена блок-схема измерителя коэф­ фициента амплитудной модуляции С2-2. Прибор пред­ назначен для измерения глубины модуляции, уровня шу­

датчиков и генераторов включается эквивалент антен­ ны (активная нагрузка 50 Ом).

Установка уровня несущей

„вверх"

Рис. 20.2. Структурная схема измерителя модуля' дии С2-2

Другие типы приборов (например, С2-3, С2-8) рабо­ тают аналогично, но в них используется принцип супер­ гетеродинного усиления измеряемых сигналов.

Частотная модуляция характеризуется девиацией ча­ стоты А/ — максимальным отклонением несущей часто­ ты. Наиболее простым и распространенным методом из­ мерения является метод частотного детектора. Сущность

268

его заключается в том, что частотно-модулированные колебания преобразуются в амплитудно-модулирован- ные, а затем детектируются амплитудным детектором, в результате чего получается напряжение, пропорцио­ нальное напряжению модулирующей частоты. Это на­ пряжение измеряется пиковым вольтметром, шкала которого проградуирована непосредственно в единицах отклонения частоты — килогерцах. На этом принципе работают приборы СЗ-З, СЗ-4 и др. (рис. 20.3),

Рис. 20.3. Структурная схема измерителя де­ виации частоты СЗ-З

Измеритель девиации частоты представляет собой высококачественный супергетеродинный приемник ча- стотно-модулированных сигналов с измерительным устройством. ЧМ сигнал через ступенчатый аттенюатор подается на смеситель, где преобразуется в промежу­ точную частоту. В тракте УПЧ происходит усиление до величины, обеспечивающей нормальную работу ограни­ чителя, контроль работы которого осуществляется инди­ катором уровня. Ограничитель служит для подавления амплитудной модуляции. Затем напряжение поступает на частотный детектор, где выделяется модулирующая частота ЧМ сигнала. Частотный детектор работает по принципу фазового детектирования, выходное напряже­ ние его пропорционально девиации частоты. Это напря­ жение после фильтра нижних частот усиливается и из­ меряется пиковым вольтметром.

Промышленностью выпускаются приборы для изме­ рения девиации частоты с несущими частотами от 150 кГц до 1000 МГц и пределами измерения от 5 кГц до 800 кГц.

269

§ 2. Измерение нелинейных искажений

Контроль формы напряжений и тока в нелинейных цепях радиоустройств осуществляется измерением коэф­ фициента нелинейных искажений Кн (коэффициента гармоник Кг) или осциллографированием сигналов. Для измерения используется гармонический метод, пре­ дусматривающий выделение и измерение гармонических составляющих сигнала на выходе нелинейной цепи.

V и2? + ч\ + ... + и п2

Для получения Кт= ----------- —----------- необхо­

димо последовательно выделить и измерить действую­ щие значения напряжения каждой гармоники несинусо­ идального колебания и произвести вычисления. Эти из­ мерения выполняются приборами, которые называются

анализаторами гармоник (группа С, подгруппа 5). Из­ мерения дают точный анализ каждой гармоники, но за­ нимают много времени и требуют вычислений.

В практике радиоизмерений широко применяется способ подавления первой гармоники, при котором из­ меряется коэффициент нелинейности:

Способ заключается в сравнении действующего зна­ чения полного напряжения сигнала с действующим зна­ чением напряжения всех высших гармоник, начиная со второй, имеющихся в сигнале.

При малых значениях нелинейных искажений (менее 15%) разница между Кг и Кн пренебрежительно мала, а при больших

Кп

к г

V i - kI

Приборы, работа которых основана на этом методе,

называются измерителями нелинейных искажений. Их блок-схема приведена на рис. 20.4.

Сигнал с исследуемой нелинейной 'цепи подается на входное устройство, согласующее входное сопротивление прибора с выходным сопротивлением цепи. Широкопо­ лосный усилитель обеспечивает усиление сигнала до не­ обходимой величины. Полоса пропускания его охваты-

2 7 0

вает диапазон частот от нижней рабочей частоты до пяти-, семикратного значения верхней частоты, на кото­ рой измеряются нелинейные искажения. Частотная, фа­ зовая и амплитудная характеристики усилителя в этой полосе линейны. Селективная система подавляет основ­ ную частоту сигнала, а его высшие гармоники пропу­ скает без изменений. Для этого используются заграж­ дающие фильтры (например, мостовой RC-фильтр в

Вход вольтВыход на

Рис. 20.4. Структурная схема измерителя нелинейных искажений

приборе С6-1) или избирательные усилители (С6-3), ко­ торые настраиваются на основную частоту. Для изме­ рения выходного напряжения используются квадратич­ ные вольтметры, так как их показания пропорциональ­ ны действующему значению напряжения независимо от формы сигнала.

Перед измерением прибор калибруется: переключа­ тель П ставится в положение К и сигнал с выхода ши­ рокополосного усилителя подается прямо на вольтметр. Напряжение сигнала и0 устанавливается регулировкой усилителя вольтметра для данного измерения неизмен­ ным, удобным для измерения и вычисления («г может быть меньше ис в сотни раз). Оно принимается за

100%.

Для измерения переключатель ставится в положе­ ние И. При этом включается избирательный усилитель, в результате настройки которого подавляется первая гармоника исследуемого сигнала. На вход вольтметра поступает напряжение всех высших гармоник. Отноше­ ние измеренных величин дает Ки. Шкала вольтметра ча­ сто градуируется в децибелах, что облегчает вычисления.

Для наблюдения формы напряжений сигнала или его высших гармоник после избирательного усилителя предусмотрен выход на осциллограф. Сопоставляя осциллограммы, можно определить, четные или нечетные гармоники вызывают искажение сигнала.

271

В положении переключателя В прибор используется как обычный квадратичный вольтметр.

§ 3. Измерительные генераторы

Измерительные генераторы применяются для на­ стройки различных радиотехнических устройств в основном в качестве источников питания переменного тока широкого диапазона частот.

Рис. 20.5. Структурная схема звукового генератора

По диапазону генерируемых частот и форме выда­ ваемых сигналов измерительные генераторы разделя­ ются на следующие группы: генераторы звуковой часто­ ты, генераторы видеочастоты, генераторы высоких и сверхвысоких частот и импульсные генераторы.

Г е н е р а т о р ы з в у к о в о й ч а с т о т ы применя­ ются при испытании и настройке низкочастотных усили­ телей, модуляторов, выходных индикаторов и других низкочастотных каскадов радиоаппаратуры, а также для модуляции генераторов высокой частоты, градуировки вольтметров и питания различных измерительных схем;

Генераторы звуковых частот генерируют стабильные по частоте и уровню сигналы синусоидальной формы. Диапазон частот их находится в пределах 20 Гц-н -т-200 кГц и регулируется плавно. Выходное напряжение плавно изменяется в пределах от десятых долей вольта до 50-т-150 В. Они имеют высокую точность градуиров­ ки по частоте (0,5—2%) и малый коэффициент нели­ нейных искажений.

Блок-схема измерительного генератора звуковой ча­ стоты показана на рис. 20.5. Возбудитель (задающий генератор) создает стабильные по частоте и амплитуде синусоидальные колебания требуемых частот. Усилитель напряжения их усиливает и одновременно является бу­

2 7 2

фером, уменьшающим влияние выходной цепи на часто­ ту возбудителя. Усилитель мощности позволяет рабо­ тать на низкоомную нагрузку. Выходное устройство (аттенюатор или делитель напряжения, согласующий трансформатор) позволяет регулировать выходную мощ­ ность. Ламповый вольтметр измеряет действующее на входе аттенюатора напряжение.

В качестве возбудителей измерительных генераторов широко применяются генераторы на биениях (напри­ мер, в приборе 13-18) и /?С-генераторы (ГЗ-4, ГЗ-ЗЗ

идр.).

Вгенераторах на биениях возбудитель содержит два высокочастотных, близких по частоте генератора LC. Один из них фиксированной частоты, а другой с плав­ ной расстройкой частоты. Принцип получения биений звуковой частоты рассмотрен в § 2 гл. XVIII. Генера­ торы имеют хорошие параметры, но схема их сложна, а конструкция громоздка.

Генератор типа RC содержит двухкаскадный рези­ стивно-емкостной усилитель, введенный в режим само­ возбуждения посредством положительной обратной связи между выходом второго и входом первого каскадов. Частота и форма колебаний задаются параметрами цепи обратной связи. Генераторы характеризуются широким диапазоном частот (от сотых долей герца до сотен ки­ логерц), высокой стабильностью выходного напряжения, малыми нелинейными искажениями и простотой схемы.

В мощных генераторах усилитель мощности имеет двухтактную схему, а усилитель напряжения выпол­ няется по фазоинверсной схеме. В генераторах с выход­ ной мощностью менее 1 Вт усилитель напряжения от­ сутствует, а усилитель мощности работает по схеме ка­ тодного повторителя.

Г е н е р а т о р ы в и д е о ч а с т о т ы используются для испытания и настройки телевизионной аппаратуры, ши­ рокополосных усилителей, импульсных фильтров и дру­ гих устройств. Они отличаются от звуковых генераторов тем, что верхняя граница их частотного диапазона рас­ ширена до нескольких мегагерц. Для перекрытия такого широкого диапазона иногда используются два возбуди­ теля, а усилители и выходные устройства делаются ши­ рокополосными (генератор видеочастоты 13-7).

Для настройки автоматических и телемеханических

устройств применяются инфразвуковые измерительные генераторы (ГЗ-16, ГЗ-17), работающие в частотном диа­

выходную мощность до нескольких ватт и предназнача­ ются главным образом для питания различных высоко­ частотных устройств: антенн,- генераторов с внешним возбуждением, измерительных линий и др. (например, генератор сигналов ГЗ-12).

ГСС —•маломощные источники калиброванных сиг­ налов высокой стабильности по частоте и амплитуде. Они имеют высокую точность установки заданной часто­ ты и амплитуды, минимальные нелинейные искажения и возможность получения модулированных сигналов. Генераторы стандартных сигналов применяются при ис­ пытаниях и настройке высокочастотных усилителей, ра­ диоприемных устройств и исследованиях высокочастотных цепей. При проверке чувствительности и полосы пропу­ скания приемных устройств они служат имитаторами сигналов передатчиков (например, Г4-18, Г4-17, Г4-44).

Обобщенная блок-схема высокочастотного измери­ тельного генератора приведена на рис. 20.6. Все генера­ торы могут работать в режиме амплитудной, частотной или импульсной модуляции выходного сигнала. Возбу­ дитель выполняется по одной из схем типа LC и выра­ батывает синусоидальные колебания в заданном диапа­ зоне частот. Резонансный усилитель выполняет одновре­ менно функции буфера и стабилизатора работы задаю­ щего генератора. Внутренний НЧ генератор (модуля­ тор) работает на фиксированной частоте 400 или 1000 Гц и служит для амплитудной модуляции выход­ ного сигнала. Для модуляции в широком диапазоне ис­ пользуются внешние низкочастотные генераторы.

Генераторы на частотах до 30 МГц работают на обычных генераторных триодах, на более высоких часто­ тах— на малогабаритных УКВ триодах. На частотах до 3 ГГц используются генераторы на металлокерами­

2 7 4