Низкочастотные генераторы

Общие сведения, классификация, принцип построения измерительных генераторов

VI

По роду тока электронные вольтметры делятся на вольтметры постоянного напряжения, переменного напряжения, универсальные и импульсные. Кроме того, выпускаются вольтметры с частотно-избирательными свойствами – селективные. Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рисунке 4.6,а.

Измеряемое напряжение U подается на входное устройство ВУ, представляющее собой многопредельный высокоомный делитель напряжения на резисторах. С делителя напряжения поступает на усилитель постоянного тока УПТ и далее – на стрелочный прибор V. Делитель и усилитель постоянного тока ослабляют и усиливают соответственно напряжение до значений, необходимых для нормальной работы прибора. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи вольтметра с низким сопротивлением рамки прибора магнито-электрической системы. Высокое входное сопротивление электронного вольтметра (несколько десятков Мом) позволяет производить измерение напряжения в высокоомных цепях без заметного потребления мощности от объекта измерения. Чтобы обеспечить необходимую точность вольтметра и усилителя постоянного тока с изменяемым в электронных вольтметрах предъявляются жесткие требования в отношении линейности амплитудной характеристики, постоянство коэффициента усиления, температурного и временного дрейфа нуля. При построении электронных вольтметров для измерения малых напряжений эти требования не всегда могут быть удовлетворены. Поэтому вольтметры постоянного тока для измерения малых напряжений выполняются по схеме ( рисунке 4. 6).

В качестве образцовой меры частоты при технических измерениях применяются измерительные генераторы (ИГ).

Измерительные генераторы представляют собой источники стабильных испытательных сигналов определенной формы, параметры которых (частота, напряжение, мощность) могут регулироваться и поддерживаться с требуемой точностью.

В зависимости от диапазона воспроизводимых частот и формы колебаний измерительные генераторы подразделяются на генераторы сигналов низкочастотные, генераторы сигналов высокочастотные, генераторы импульсов, генераторы сигналов сложной формы, синтезаторы частоты, генераторы испытательных импульсов.

Основными нормируемыми метрологическими характеристиками измерительных генераторов являются пределы и диапазоны частот и уровней воспроизводимых сигналов, погрешность установки частоты, нестабильность частоты, погрешность установки выходного напряжения, пределы искажения формы сигнала.

Формирование всех видов измерительных сигналов с заданными параметрами в одном приборе не представляется возможным. Поэтому ИГ классифицируются по форме сигнала и диапазону генерируемых частот. Например, генераторы Г2 являются генераторами шумовых сигналов, Г3 – генераторы НЧ колебаний синусоидальных колебаний, Г4 – генераторы ВЧ (включая СВЧ) колебаний синусоидальных колебаний, Г5 – генераторы импульсов прямоугольной формы, Г6 – генераторы колебаний специальной формы, Г7 – синтезаторы частоты, ГКЧ – Г8.

В зависимости от диапазона частот генерируемых сигналов выделяют НЧ ИГ (20Гц … 300кГц), высокочастотные (30кГц … 300МГц) и СВЧ (свыше 300 МГц), которые в свою очередь могут иметь коаксиальный (300 МГц … 10ГГц) или волноводный (свыше 10ГГц) выходы. По выходному уровню напряжения (мощности) различают ИГ с комбинированным и некомбинированным уровнями. В ВЧ ИГ могут осуществляться следующие виды модуляции генерируемых сигналов: амплитудная синусоидальная (АМ), частотная синусоидальная (FM), амплитудно-импульсная (PM), частотно-импульсная (FT), фазо-импульсная (T), однополосная (SM).

К источникам гармонических сигналов относятся также ГКЧ. Характерной особенностью их является автоматическое изменение (качание) частоты. Чаще всего закон качания является линейным и обеспечивается с помощью ГЛИН.

К источникам гармонических сигналов отнесены синтезаторы частоты – это устройство, вырабатывающее одно или несколько выходных колебаний с заданными частотами, которые либо порознь когерентны колебанию опорного генератора, либо попарно могут образовывать колебания разностной частоты. Таким образом, с помощью синтезаторов высокостабильная фиксированная частота колебаний опорного генератора преобразуется во множество дискретных, следующих друг за другом частот выходных колебаний – сетку частот синтезатора, занимающую определенный диапазон.

Несмотря на большое многообразие видов и типов современных ИГ, они могут быть описаны обобщенной структурной схемой, включающей задающий генератор, преобразователь, выходное устройство и измерительное устройство (рисунок 6.1).

Задающий генератор (ЗГ) – основной функциональный узел любого ИГ, определяющий частоту и форму генерируемых сигналов. В зависимости от вида ИГ это может быть генератор синусоидальных колебаний, периодической последовательности импульсов или генератор шума. Преобразователь выполняет различные функции, определяемые видом ИГ. Он может повышать энергетический уровень сигнала ЗГ (усилитель напряжения или мощности), задавать ему определенную форму

(модулятор (М), ФУ), образовывать сетку частот в синтезаторах (умножитель, делитель и преобразователь частоты), кодовые комбинации импульсов и другие.

Рисунок 6.1.Обобщенная структурная схема ИГ.

Выходное устройство позволяет регулировать уровень выходного сигнала ИГ и изменять его выходное сопротивление, в случае генераторов импульсов – полярность выходных импульсов. В составе выходного устройства могут быть аттенюатор, согласующий трансформатор, повторитель, симметричный каскад и т.д.

Измерительное устройство обеспечивает установку параметров генерируемых сигналов с нормированной погрешностью. Функции ИУ могут выполнять отсчетных устройства в виде встроенных измерительных приборов (вольтметры или ваттметры, частотомеры, модулеметры, девиометры).

Современные ИГ являются универсальными измерительными приборами. Они характеризуются системой параметров, номенклатура которых определяется назначением ИГ. Точность установки частоты и опорного значения напряжения (мощности), определяемая пределами допускаемых основных погрешностей, характеризует класс точности ИГ. Он может быть разным по каждому параметру. Основными требованием, предъявляемым к ИГ, является постоянство выходного уровня при изменении частоты генерируемых колебаний в пределах диапазона (поддиапазона).

Низкочастотные ИГ перекрывают диапазон частот 20Гц … 300 кГц. Эти граничные частоты достаточно условны, и в настоящее время характерна тенденция к расширению диапазона в сторону высоких (до 100 МГц) и инфранизких (до 0,001 Гц) частот. В первом случае это достигается с помощью тех же схемных решений, а во втором требует разработки специальных схем, характерных для синтезаторов частоты и генераторов сигналов специальной формы. Модуляция генерируемого сигнала в НЧ ИГ, как правило, отсутствует – они сами являются источниками модулирующих напряжений. Поэтому типовая структурная схема низкочастотного ИГ может быть представлена в упрощенном виде (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2.Структурная схема низкочастотного ИГ.

Основные параметры ИГ обеспечиваются схемой ЗГ. В современных ИГ применяется ЗГ двух типов: RC-генераторы и генераторы на биениях. В низкочастотных ИГ, построенных по схеме RC-генератора, переход от одного диапазона к другому осуществляется ступенчатым изменением емкости, а плавное изменение частоты в пределах диапазона (поддиапазона) – регулировкой сопротивления.

Следующим функциональным узлом ИГ является усилитель, обеспечивающий требуемый энергетический уровень выходного сигнала. Как правило, это усилитель мощности с малым выходным сопротивлением, выполняемый схемно в виде операционного усилителя. Нагрузкой его является аттенюатор выходного устройства, обеспечивающий изменение выходного сигнала ИГ в широких пределах (резистивный аттенюатор). Установка опорного значения напряжения на входе аттенюатора и плавная регулировка его производятся с помощью R и контролируется встроенным вольтметром. Как видно из рисунка 6.2. при нулевом ослаблении аттенюатора вольтметр оказывается подключенным непосредственно к нагрузке генератора и точно измеряет напряжение на ней даже при рассогласовании сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением ИГ. Поэтому, хотя выходное сопротивление ИГ является малым (5, 50 или 600 Ом), он может работать на несогласованную нагрузку при сохранении значений V-параметров. Необходимость в согласующих трансформаторах возникает только в специальных случаях (при симметричных нагрузках).

Современные низкочастотные ИГ обеспечивают в дополнение к рассмотренному: генерацию сигнала прямоугольной формы в виде меандра (снимется с дополнительного выхода ИГ); переход от частотных шкал ЗГ к встроенным цифровым частотомерам, что существенно повышает точность установки частоты; введение наряду с линейной логарифмической шкалы частот; автоматическое управление частотой ИГ, пуск и остановку в любой части шкалы, перемену направления перестройки и многократную перестройку; дистанционное управление частотой и напряжением.

Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 788; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!