Избирательные измерители уровня.

ИИУ предназначен для измерения напряжения (уровня) не всего сигнала, а напряжения (среднеквадратической) только одной из частот, присутствующей в контролируемом сигнале, подавив остальные частоты.

Структурная схема ИИУ.

Сигнал, поступающий на вход ИИУ подаётся на модулятор М, куда от собственного генератора Г2 подаётся напряжение регулируемой частоты f2 (f2»fl). Изменяя частоту f2 добиваемся, что на входе модулятора окажется строго определённая (промежуточная) разностная частота fnp=f2-fl. Высококачественный узкополосный фильтр промежуточной частоты подавляет все частоты, кроме fnp. На индикатор воздействует ток только частоты fnp, образовавшейся благодаря присутствию в сигнале частоты fl. Показания индикатора дадут значение уровня только частоты 11. Примером ИИУ является ИИУ - 300. Показание ИИУ определяется алгебраической суммой показания стрелки прибора при её максимальном отклонений вправо (но не зашкаливания) и показания предела измерения.

Избирательный режим используется для измерений уровней отдельных составляющих многочастотного сигнала и для одночастотных сигналов при наличии помех.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличаются измерители уровней от вольтметров?

2. Пояснить режим включения ИУ «в параллель»?

3. Пояснить режим включения ИУ «в разрез»?

4. Сколько шкал имеет ИУ и как градуируется его шкала?

5. Названия широкополосного ИУ. Как определяется его показания?

6. Назначение избирательного ИУ. Как определяется его показания?

Литература.

1. Н. П. Шумилин. «Измерение в технике проводной связи» - М. : Радио и связь, 1980г. стр.40~45.

_{Лекция №14}

Тема программы: Генераторы измерительных сигналов.

Тема урока: Классификация и основные параметры генераторов измерительных сигналов.

Цель урока: В результате изучения данной темы студент должен знать назначение, классификацию и основные параметры измерительных генераторов, а также функциональные схемы генераторов класса LC, RC, на биениях.

Тип урока: Лекция.

Оснащение урока: Функциональные схемы генераторов основных колебаний:

класса LC, RC, на биениях.

План урока.

1. Назначение и классификация измерительных генераторов.

2. Функциональная схема и принцип работы генератора класса LC.

3. Функциональная схема и принцип работы генератора класса RC.

4. Функциональная схема и принцип работы генератора на биениях.

Измерительные генераторы

Они служат источниками переменных токов и предназначены для посылки в измерительные схемы разного рода сигналов, которые используются в устройствах связи.

Измерительные генераторы отличаются от генераторов других видов тем, что позволяют точно устанавливать выходные параметры сигналов и регулировать их в широких пределах.

К параметрам генераторов относятся: диапазон частот генерируемых колебаний, форма сигнала, напряжение, мощность. Для установки необходимых величин перечисленных параметров генераторы снабжаются измерительными приборами.

Генераторы классифицируются по форме сигнала и диапазону генерируемых частот:

генераторы Г2 являются генераторами шумовых сигналов;

Г5 - генераторы импульсов прямоугольной формы;

ГЗ - генераторы сигналов синусоидальной формы, низкочастотные (до 2 МГц);

Г4 - генераторы сигналов синусоидальной формы, высокочастотные (включая СВЧ 3-30 ГГц).

В зависимости от способа получения колебаний требуемой частоты НЧ -генераторы делятся на генераторы основных колебаний (LC, RC) и генераторы на биениях.

Структурная схема генератора ГС

ЗГ — задающий генератор служит источником синусоидальных колебаний, значение частоты на выходе ЗГ равно:

Регулировка частоты осуществляется изменением параметров Г и С (генераторы фиксированных частот) или еще дополнительной плавной регулировкой емкости контура (генераторы с установкой любой частоты диапазона). Во втором случае необходимо учитывать погрешность установки частоты.

БУ - буферный усилитель служит для уменьшения влияния нагрузочных сопротивлений на работу генератора. РН - регулятор U, осуществляет плавную регулировку выходного U. УМ - усилитель мощности двухтактный, снижает уровень четных гармоник. Выходное устройство - выходной трансформатор, содержит ступенчатый регулятор с ДИ или МЗ.

Недостатком генераторов класса ГС является то, что при изменении частоты в n раз надо изменить значение Г или С в n² раз.

Коэффициент перекрытия характеризует диапазон генерируемых частот (ширину диапазона)

следовательно, при значительных соотношениях наивысшей и наименьшей частот генератора генераторы ГС громоздки.

Генераторы типа ГС на низких частотах не используется из-за трудностей получения элементов с большими значениями Г и С, регулируемых в широких пределах.

Источником синусоидального сигнала служит задающий RC-генератор, колебания которого через предварительный усилитель поступают на усилитель мощности, к которому могут быть подключены согласующие трансформаторы для работы с различными сопротивлениями нагрузки. Переключатель нагрузок коммутирует выходные обмотки трансформаторов.

Аттенюатор обеспечивает ослабление выходного сигнала, обеспечивает коэффициенты деления 1:1; 1:10; 1:100; 1:1000 и т.д. Аттенюаторы часто калибруются в децибелах. 1 дБ соответствует уменьшению U на 11%; 10 дБ - в 3 раза; 20, 40, 60 дБ - соответственно в 10; 100; 1000 раз.

Перестройка частоты осуществляется изменением параметров элементов ЗГ R и С. Весь диапазон генерируемых частот разбит на четыре поддиапазона.

Выбор диапазона осуществляется ступенчатым изменением емкости, плавное изменение частоты - регулировкой сопротивления.

Частота ЗГ определяется из формулы:

Наиболее распространены выходные сопротивления 600, 75, 50, 15, 10, 5 Ом. Нужная величина R_BbIX выбирается исходя из условий решаемой измерительной задачи, например, из условий согласования R_BbIX генератора с волновым сопротивлением подключаемого кабеля.

Достоинство RC генераторов:

1. Зависимость частоты от элементов схемы соответствует их значениям в первой (а не в половинной) степени, поэтому для уменьшения частоты в 100 раз понадобится изменить емкость тоже в 100 раз.

2. Поэтому для низких частот генераторы RC окажутся и компактнее и дешевле, чем LC.

Генераторы на биениях

Генераторы, работающие по методу биений, имеют в своем составе два задающих генератора, один из которых настроен на некоторую фиксированную частоту Fф, а другой перенастраивается плавно в пределах от f_nn = f_ф, до fпл = fф- f_max, где f_max - максимальная частота генерируемых колебаний.

Рассмотрим принцип работы генератора на биениях типа ИГ-300.

Рис. 1. Структурная схема генератора ИГ-300

Генератор Г1 вырабатывает синусоидальные колебания постоянной частоты f1 = 1,7 МГц. Генератор Г₂ — сигнал переменной частоты, изменяющейся в пределах 1,7 4- 1,4 МГц, благодаря переменной емкости С_о.

Напряжение от генераторов Г1 и Г₂ поступает на модулятор М через катодные повторители КГ (для согласования эквивалентного сопротивления контура с низким входным сопротивлением модулятора). На выходе модулятора включен фильтр нижних частот Д-300, имеющий полосу пропускания 0,2 ÷300 кГц. Потенциометр РУ на выходе фильтра дает возможность плавно регулировать уровень напряжения, поступающего на вход усилителя в пределах 2Нп.

Выделенное с помощью фильтра напряжение разностной частоты (f1 - f₂) поступает на широкополосный 3~ каскадный усилитель.

В выходном устройстве возможно включение удлинителя с затуханием 2Нп.

Измеритель уровня при изменении значений выходного сопротивления генератора автоматически меняет чувствительность так, что при согласованной нагрузке всегда показывает уровень мощности на входе удлинителя. Достоинства: Возможность одной регулировкой получить большой коэффициент перекрытия (1500), что обуславливает постоянство выходного напряжения во всем диапазоне разностных частот.

Недостатки: После прогрева прибора в течение 30 минут, необходимо произвести проверку частоты по опорным точкам.

1. Проверка нуля. Устанавливаем частоту равную 0 Гц, регулируя емкостью Q, добиваемся заметных колебаний стрелки ИУ (f1-f2=5÷l0Гц)_, замедления и их прекращения вообще при положении стрелки у левого края шкалы (f1 — f₂ =0; U_BbIX = 0; лампа погашена).

2. Проверка второй опорной точки. Устанавливаем частоту равную 100 кГц, изменяя емкость С₃ и С₂ (для сохранения первой опорной точки) добиваемся равенства f1-fз= 100 кГц (стрелка ИУ находится у левого края шкалы, лампа гаснет).