Лекция 11 Измерительные генераторы лембергк. В., 2 0 1 6 2
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Метрология и радиоизмерения. Лекция 11 Измерительные генераторы Л Е М Б Е Р Г К . В . , 2 0 1 6 2 Принципы построения измерительных генераторов Измерительные генераторы – источники образцовых (тестовых) сигналов. Они отличаются возможностью установки формы и параметров выходных сигналов с заданной точностью (нормируемыми метрологическими характеристиками). 3 Согласно ГОСТ 15069–86 генераторы делят по функциональному назначению на подгруппы: 1. Низкочастотные генераторы сигналов (подгруппа Г3) – источники гармонических (синусоидальных) колебаний низких частот (от десятков герц до сотен кГц…единиц МГц); 2. Высокочастотные генераторы сигналов (Г4) – приборы, вырабатывающие гармонические модулированные и немодулированные колебания высоких и сверхвысоких частот (от 0,1 МГц до десятков гигагерц); 3. Генераторы импульсов (Г5) – источники одиночных или периодических видеоимпульсов, обычно прямоугольной формы. 4. Генераторы сигналов специальной формы (Г6). Это функциональные генераторы низких и инфранизких частот, генераторы колоколообразных импульсов. Сюда же относят синтезаторы частоты, которые строятся на основе деления и умножения частоты опорного высокостабильного генератора. 5. Генераторы сигналов случайной формы с нормируемыми статистическими параметрами (шумовые генераторы – Г2). Классификация измерительных генераторов Усилитель Генератор Положительная обратная связь K β φ K φ β Обобщенная схема генератора Обобщенная схема генератора 6 В задающих генераторах ВЧ в цепи ПОС используют высокодобротные LC-контура с переключаемыми катушками индуктивности (для смены диапазона частот) и плавной перестройкой переменным конденсатором. На низких частотах габариты и параметры L и C элементов становятся неприемлемыми. Увеличивается активное сопротивление потерь, растет влияние температуры на индуктивность катушки. Это не позволяет получить высокую добротность LC-контура и, следовательно, стабильность частоты генератора. Поэтому на низких частотах используют фазосдвигающие цепи ПОС в виде RC-цепей различного вида. Для создания образцовых генераторов (эталонов и мер частоты) в качестве частотозадающего контура в цепи ПОС используют пьезоэлектрический резонатор в виде пластины кварца с металлизированными поверхностями. Частотнозадающие элементы генераторов 7 К основным эксплуатационным параметрам генераторов гармонических сигналов относят диапазон перестройки по частоте и пределы регулирования среднеквадратического значения выходного напряжения, значение выходного сопротивления, а также диапазон установки параметров модуляции. Схема ВЧ генератора 8 Генераторы импульсов общего применения предназначены, как правило, для получения видеоимпульсов прямоугольной формы. Они используются при исследовании импульсных и цифровых устройств, измерении переходных характеристик и пр. Генераторы импульсов 9 Функциональные генераторы – это источники сигналов нескольких стандартных форм (синус, меандр, треугольник и др.) одинаковой частоты. Частота сигналов функционального измерительного генератора может регулироваться в широком диапазоне – от долей Гц до единиц МГц и ограничена сверху частотными свойствами применяемых операционных усилителей. Функциональные генераторы 10 Генераторы шумовых сигналов (или генераторы шума – ГШ) вырабатывают случайные сигналы с нормированными статистическими параметрами. Такие сигналы имеют ряд полезных свойств: • выходное напряжение ГШ близко по структуре к реальным сигналам исследуемых радиоэлектронных устройствах; • спектральная характеристика шумового сигнала может быть равномерна в широком диапазоне частот; • сигнал ГШ позволяет оценить влияние на исследуемое устройство внутренних и внешних случайных помех. Генераторы шума 11 Как правило, первичный источник вырабатывает сигналы, имитирующие белый шум с нормальным распределением. При необходимости другие законы распределения получают функциональным преобразователем (усилителем с нелинейной амплитудной характеристикой). Генераторы шума 12 Нагретый проволочный резистор – самый широкополосный источник шума. Используют термостатированные проволочные катушки из вольфрама, а также болометрические датчики мощности (вакуумный стеклянный баллон с тонкой вольфрамовой нитью). Спектральная плотность мощности шума (СПМШ) резистора на согласованной нагрузке при комнатной температуре T 0 = 290 °K равна S(f) = kT 0 = 4·10 –21 Вт/Гц (–174 дБм/Гц). Вакуумные шумовые диоды. В них для получения шумового напряжения используется явление дробового эффекта – неравномерного во времени вылета электронов с поверхности накаленного катода. S(f) = (12…50) kT 0 Полупроводниковые шумовые диоды. Полупроводниковый шумовой диод – это стабилитрон, который работает в начальном участке лавинного пробоя при малом обратном токе. В этом режиме процесс ударной ионизации оказывается неустойчивым. Ионизация возникает, срывается, возникает вновь в тех местах перехода, где в данный момент возникает достаточная напряженность электрического поля. Первичные источники шума 13 Виды шума 14 Синтезаторы частоты Синтезаторами частоты в измерительной технике называют генераторы гармонических напряжений с дискретной перестройкой частоты и стабильностью частоты, равной стабильности лучших кварцевых генераторов. Они обеспечивают хорошую синусоидальную форму сигнала, его спектральную «чистоту», высокую точность установки и возможность программной перестройки частоты. Синтезаторы позволяют получать напряжения фиксированных частот (сетку частот) с дискретностью до сотых долей герц. По точности установки и стабильности частоты синтезаторы превосходят обычные измерительные генераторы с плавной перестройкой частоты. Различают несколько способов построения синтезаторов частоты: • cинтезаторы с прямым аналоговым синтезом частоты (Direct Analog Synthesizers); • cинтезаторы с косвенным синтезом частоты (Indirect Synthesizers) или синтезаторы с ФАПЧ; • cинтезаторы с прямым цифровым синтезом (DDS – Direct Digital Synthesizers). 15 Синтезаторы с прямым аналоговым синтезом частоты 16 Синтезаторы с косвенным синтезом частоты 17 Принцип работы DDS генераторов – получение потока цифровых кодов, описывающих требуемую форму сигнала. Далее эти коды с помощью высокоскоростного ЦАП преобразуются в аналоговый образ синтезированного выходного сигнала. Измерительные генераторы на основе прямого цифрового синтеза сигналов 18 Измерительные источники постоянного напряжения |