Приборы для формирования измерительных сигналов (генераторы)
Назначение, классификация и требования к генераторам
Измерительные генераторы предназначены для вырабатывания измерительных сигналов разной формы, разной частоты, разной мощности и эти сигналы в дальнейшем используем для проведения измерений. Измерительные генераторы, у которых выходная мощность не более 10 Ват.
Требования к генераторам:
Широкий диапазон вырабатываемых частот;
Широкий диапазон вырабатываемых уровней;
Подходящие условия питания;
Неизменность формы вырабатываемых сигналов;
Неизменность выходных напряжений при изменении сопротивления нагрузки;
Минимальный коэффициент нелинейных искажений;
Измерительные генераторы подразделяются:
По диапазону вырабатываемых частот:
а) Генераторы НЧ до 300 кГц;
б) Генераторы ВС до 30 МГц;
в) Генераторы СВЧ свыше 30 МГц.
По форме вырабатываемых сигналов:
а) Синусоидальные;
б) Прямоугольные;
в) Пилообразные;
г) В виде трапеции;
д) Амплитудно-моделируемые;
е) Импульсные;
ж) Шумовые.
Обобщенная структурная схема ГНЧ
Рассмотрим обобщенную структурную схему генератора НЧ:
ЗГ – задающий генератор;
УНЧ – усилитель низкой частоты;
Аmm – (аттенюатор) делитель напряжения;
ОУ – отсчитывающее устройство;
СТ – согласующий трансформатор.
В данной схеме ЗГ вырабатывает напряжение синусоидальной формы требуемой частоты. Частоту генераторы можно регулировать.
УНЧ выполняет в основном три функции:
Усиливает сигналы по амплитуде;
Обеспечивает требуемый коэффициент нелинейных искажений (до 3%);
Осуществляет развязку между ЗГ и сопротивлением нагрузки, т. е. изменение сопротивления нагрузки не должно вызывать изменения параметров ЗГ.
Amm осуществляет изменение выходного напряжения в несколько раз.
ОУ позволяет контролировать параметры выходные: частота, напряжение, мощность, уровень.
СТ позволяет устанавливать разные сопротивления на выходе генератора. Желательно, чтобы сопротивление на выходе генератора было равно входному сопротивлению измеряемого объекта. В противном случае, отдаваемая мощность от генератора в нагрузку будет уменьшаться.
Схема генератора типа RC
В ГНЧ чаще всего в качестве ЗГ используют генераторы типа RC. Упрощенная схема такого генератора будет иметь вид:
УМ – усилитель мощности
При включении
источника питания двухкаскадный
возбудитель самовозбуждается, т. е.
начинает вырабатывать синусоидальные
колебания с частотой
.
Из-за того, что R1
и R2
нагреваются, колебания на выходе будут
затухающими (ослабление). Для компенсации
теряемой энергии на R1
и R2
часть энергии с выхода вновь подается
на вход столько, сколько ее теряется –
это есть баланс амплитуд. При этом
напряжение с выхода на вход должно
подаваться в фазе с основным сигналом,
т. е. обратная связь должна быть
положительной. Это
есть баланс фаз.
Но с задержкой во времени включается
отрицательная обратная связь для
уменьшения коэффициента нелинейных
искажений и стабилизация выходного
напряжения при колебаниях входного.
Схема генератора набиения
Достаточно широкое распространение получили генераторы набиения, где используется два генератора. Схема имеет вид:
ДЧ – делитель частоты;
М – модулятор;
В данной схеме верхний генератор вырабатывает колебания одной частоты равной 10 МГц. Затем ДЧ с коэффициентом деления 2,5 на выходе получается 4 МГц и они поступают на первый вход модулятора. Нижний генератор вырабатывает колебания с частотой от 4 до 6,1 Мгц. Эти колебания поступают на второй вход модулятора. На выходе модулятора включен полосовой фильтр, который из всего хаоса частотных составляющих ПФ выделяет только сигналы с разностной частотой (4-6,1)-4=0-2 МГц. Затем усилитель мощности усиливает сигналы этих частот. Выходное устройство обеспечивает требуемое сопротивление выхода, а измерительный прибор (ИП) фиксирует выходной уровень сигнала.
Схема генератора ВЧ
ГВЧ в основном используется при исследовании радиопередающих и радиоприемных устройств, а также для питания схем измерения на ВЧ. Чаще всего на выходе генераторов ВЧ имеется несколько форм сигналов: синусоидальные, амплитудно-моделируемые, фазо-моделируемые, частотно-моделируемые.
Рассмотрим упрощенную структурную схему ГВЧ:
4.02.2010
В данной схеме генератор работает в трех режимах:
На выходе получаем чисто синусоидальные колебания, в этом случае ГВЧ чаще всего типа LC вырабатывает синусоидальные напряжения, которые поступают на усилитель. Усилитель выполняет три функции:
а) Усиливает по амплитуде синусоидальный сигнал;
б) Уменьшает нелинейные искажения до 3%;
в) Осуществляет развязку между сопротивлением нагрузки и параметрами ГВЧ.
Ламповый вольтметр показывает напряжения на выходе генератора. Выходное устройство обеспечивает требуемое сопротивление выхода.
В этом случае на выходе генератора получаем апмлитудно-моделируемые колебания. Для этого в схему включается модулятор и генератор НЧ, у которого частота либо 400 Гц, либо 1000 Гц. Модулятор чаще всего совмещается с усилителем. Глубину модуляции изменяют регулятором амплитуды на генераторе НЧ. Коэффициент модуляции показывает специальный прибор, шкала которого отградуирована в процентах.
Получается импульсно-моделируемый сигнал, либо АИМ, либо ЧИМ, либо ФИМ. Для этого используется импульсный модулятор.
Выходной делитель обеспечивает требуемое сопротивление выхода и при необходимости ослабляет сигнал.
Генератор ВЧ с электронной настройкой и контролем параметров
Генераторы с электронной настройкой и контролем параметров обладают двумя достоинствами по сравнению с другими типами генераторов:
Интервал между двумя соседними частотами можно получить до 10 Гц. Это получается засчет применения в схеме делителя частоты, умножителя частоты и преобразователя частоты.
Выходная частота у генераторов очень стабильная (нестабильность достигает до 10-7). Это достигается засчет использования кварцевых резонаторов.
Рассмотрим упрощенную схему такого генератора:
КОП предназначен для подключения генератора к другим измерительным приборам с помощью интерфейсного устройства.
АРУ используется для улучшения стабильности выходного уровня и уменьшения частотной неравномерности.
В данной схеме синтезатор частот вырабатывает электрические колебания в диапазоне частот 5,01-7,1 МГц, и есть еще одни генератор (5 МГц), но на схеме не показан. Оба эти генератора подключены к преобразователю частоты, на выходе которого выходной усилитель усиливает сигналы только разностной частоты в диапазоне 0,01-2,1 МГц, и аттенюатор позволяет регулировать уровень выходного сигнала в пределах от 0 до -82 дБ через 1 дБ.
Клавиатура предназначена для ручной установки режима и параметров выходного сигнала генератора. Дисплей предназначен для индикации режима и параметров выходного сигнала генератора. Микропроцессор предназначен для контроля частот синтезатора, выходного уровня генератора, индикации параметров сигнала генераторов, обслуживания клавиатуры и дисплея.
Оптические генераторы
В последнее время для организации связи широко используются ОК. Для измерения параметров таких кабелей необходимо применять специальные приборы, среди которых оптический генератор ОГ 5-87. Упрощенная схема такого генератора имеет вид:
Формирователь тактового запуска вырабатывает простую последовательность импульсов (1), которая преобразуется формирователем кодовых последователей в РП длиной 15 или 16 бит (2). Формирователь кодовых последовательностей генерирует так же синхроимпульсы с периодом повторения, соответствующим длине кодовой последовательности импульсов. Кодирующие устройство служит для преобразования кодовой последовательности импульсов, вырабатываемой в потенциальном коде, в кодовую последовательность в бинарном (3), бифазовом (4) CMI коде (5). Электрический сигнал сформированный кодирующим устройством подается на электрический выход прибора, а так же на запуск электронно-оптического преобразователя.
В электронно-оптическом преобразователе осуществляется модуляция п/п лазерных диодов, работающих на длине волны 0,85 и 1,3 мкм. Оптический модулированный сигнал (7) подается на оптический выход прибора. Для поддержания постоянного уровня мощности оптического сигнала служит система стабилизации мощности, которая состоит из фото усилителя устройства автоматического слежения и источника опорных напряжений. Для обеспечения всех устройств энергией служит источник питания выдающий напряжение постоянного тока.
18.02.2010