69. Измерение нелинейных искажений(ни).

Под НИ понимается любое изменение сигнала, вызывающее искажения передаваемого сообщения и обусловленное нелинейностью оператора передачи тракта, в том числе и в присутствии помех. В соответствии с этим определением количественная оценка НИ может производиться как по степени искажений конкретных сигналов, проходящих через тракт, так и по характеристикам оператора передачи тракта. Методы измерения НИ можно подразделить на гармонические, комбинационные и статистические. Наиболее распространенным параметром является коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник).

Коэффициент гармоник ( ) представляет собой отношение действующего значения высших гармоник напряжения , … (или , …) к действующему значению его первой гармоники и рассчитывается по формуле:

, (6.36)

где , … – амплитуды гармоник сигнала на выходе нелинейного тракта. Он позволяет оценить собственно НИ, при которых входным сигналом, несущим сообщение, является синусоидальное напряжение. Значение , как видно из (6.36), может изменяться в пределах от 0 до ∞, что не совсем удобно. Поэтому в практике оценки НИ пользуются также несколько видоизмененным значением , а именно , определяемом по формуле:

. (6.37)

Значение изменяется в пределах от 0 до 1 и известно как коэффициент НИ. и связаны между собой соотношением

(6.38)

и в диапазоне ≤ 0,1 значения и отличаются менее чем на 1%.

Существующие методы измерения относятся к гармоническим и дифференцируются на спектральный и интегральный.

Сущность спектрального метода заключается в непосредственном измерении с помощью избирательного устройства , … и вычислении значения по формуле (6.36). В качестве избирательного устройства могут быть использованы селективные вольтметры. При этом достаточно измерять не абсолютный, а относительный (по отношению к ) уровень высших гармоник. Метод достаточно точен, но трудоемок.

В отличие от спектрального метода измерение интегральным методом производится без учета распределения амплитуд высших гармоник. Наиболее распространенной модификацией этого метода, реализуемой в серийно выпускаемых приборах, является так называемый метод подавления основной частоты. Он заключается в раздельном измерении среднеквадратического значения напряжения сигнала и среднеквадратического значения напряжения высших гармоник (без первой) этого же сигнала. Таким образом, с помощью этого метода измеряется . При необходимости по измеренному значению можно по формуле (6.38) определить .

Упрощенная структурная схема ИНИ, реализующего рассматриваемый метод, приведена на рисунке 6.28:

Рисунок 6.28 – Структурная схема измерителя нелинейных искажений

Как видно из рисунка 6.28, подавление основной частоты при измерении среднеквадратического значения напряжения высших гармоник осуществляется с помощью режекторного (заграждающего) фильтра (Ф) первой гармоники, в качестве которого могут применяться LC или RC фильтры (в зависимости от диапазона частот ИНИ). Измерению напряжения всего сигнала соответствует режим калибровки ИНИ, в котором стрелка вольтметра (В) с помощью усилителя (У) устанавливается на отметку, условно принимаемую за единицу. В режиме измерения в измерительный канал включается режекторный фильтр и показания вольтметра будут пропорциональны . Режекторный фильтр должен быть перестраиваемым в пределах диапазона частот ИНИ по первой гармонике.

Основными источниками погрешности измерения являются характеристики вольтметра, неточность настройки фильтра и компенсации ослабления высших гармоник.

Характерным примером современных типов ИНИ является прибор С6-8 с цифровой настройкой режекторных фильтров, обеспечивающей полную автоматизацию измерений. Диапазон частот прибора по первой гармонике ( ) кГц, пределы измерения – (0,03 – 30)%, основная погрешность не более ±(0,06 + 0,003 + 0,06)%, где , % – значение верхнего предела соответствующей шкалы. Вспомогательной функцией прибора является использование его как цифрового вольтметра, измеряющего среднеквадратическое значение напряжений от 0,1 мВ до 100 В в диапазоне частот 20 Гц – 1 МГц.