Радиоизмерения. Метрология и радиоизмерения
 Скачать 3.68 Mb.
|
|
‐диапазона Генераторы СВЧ перекрывают диапазон частот от 1 до 79 ГГц. По ти- пу выходного разъёма они подразделяются на коаксиальные и волноводные. Частотная граница этих двух групп приборов составляет 7–18 ГГц. Имеется тенденция повышения диапазона частот генераторов с коаксиальным вы- Раздел 2. Измерительная техника 386 ходом, так как они более удобны в эксплуатации. Характерным для СВЧ- генераторов является сравнительно небольшое перекрытие по частоте (по- рядка 2) и однодиапазонное построение. В связи с этим генераторы СВЧ выпускаются, как правило, сериями из однотипных приборов на участки диапазона частот (например, Г4-78, Г4-79, Г4-80, Г4-81, Г4-82, Г4-83, Г4- 121, Г4-122,Г4-123, Г4-124). Типовая структура генераторов СВЧ проста в смысле количества электрических узлов и их электрических связей. В большинстве случаев она содержит задающий генератор, модулятор, аттенюатор и индикатор выхода. В генераторах СВЧ из-за сложности исполнения отсутствуют усилители. Это накладывает определенные трудности при работе с та- ким прибором, так как на уровень и частоту выходного сигнала влияют подключаемые к генератору объекты. Для исключения этого влияния на выходе генератора подключают развязывающие аттенюаторы с затуха- нием 10–15 дБ, что приводит к снижению реального уровня выходного сигнала. Колебательные системы задающих генераторов с коаксиальным вы- ходом выполняются в виде отрезков коаксиальных линий, а на частотах более 1 ГГц – на базе клистронов. В измерительных генераторах с волно- водным выводом электромагнитные колебания чаще всего создаются с по- мощью отражательных клистронов, которые имеют сравнительно малые габариты, позволяют осуществлять механическую и электронную пере- стройку частоты, обеспечивают выходную мощность до единиц ватт и возможность сравнительно просто, практически без затрат энергии мо- дулировать колебания по частоте и амплитуде. Однако применение клис- тронов в измерительных генераторах связано с определенными затрудне- ниями, так как клистроны обладают достаточно высокой временнóй и тем- пературной нестабильностью, а также не позволяют устанавливать частоту колебаний по шкале, что вынуждает снабжать генераторы специальными частотомерами для измерения частоты выходных колебаний. В последнее время для генерации СВЧ-колебаний широкое примене- ние получают твердотельные диоды Ганна, которые начинают использо- вать и в измерительных генераторах с волноводным выходом. Существенную роль в обеспечении параметров генератора СВЧ имеют механические узлы. Так, отсчёт частоты генераторов Г4-78... Г4-83 производится по механическому счетчику, связанному элементом пере- стройки частоты через линеаризующее устройство. Счётчик повышает разрешающую способность индикации частоты сигнала генератора и уп- рощает её отсчет. Съём СВЧ-сигнала с контура задающего генератора осуществляется с помощью подвижных устройств связи – штыря или петли. Для стабили- Глава 11. Измерительные генераторы 387 зации уровня выходного сигнала при изменении частоты механически свя- зывают съёмники мощности с органами настройки частоты. Замкнутые системы АРУ, характерные для генераторов более низких частот, в генера- торах СВЧ не применяются. Генераторы СВЧ-диапазона имеют встроенный термисторный изме- ритель мощности. В ряде случаев измеритель мощности не подключен по- стоянно к тракту (СВЧ-сигнала, как это обычно делается в генераторах бо- лее низких частот). Выходной сигнал генератора вначале измеряется изме- рителем мощности, а затем переключается в нагрузку. Измеритель девиации частоты выходного сигнала представляет со- бой частотный детектор, напряжение на выходе которого измеряется пико- вым вольтметром. Параметры импульсной модуляции не измеряются. Они задаются формирующими цепями, обычно являются фиксированными и приводятся в паспортных данных прибора. Выходное устройство генераторов СВЧ состоит чаще всего из двух поглощающих аттенюаторов, между которыми включен аттенюатор пре- дельного типа. Аттенюаторы поглощающего типа необходимы для согла- сования предельного аттенюатора по входу и выходу. Общее затухание, вносимое аттенюаторами, достигает 100 дБ. В некоторых генераторах ат- тенюаторы поглощающего типа делаются фиксированными и их затухание не регулируется. При работе с генераторами СВЧ (табл. 11.15) необходимо помнить, что генератор должен работать на согласованную нагрузку, соответствую- щую его выходному сопротивлению. В противном случае погрешность ус- тановки мощности на выходе не гарантируется. Основными узлами генератора Г4-108 (рис. 11.13) являются генера- торный блок, аттенюатор Атт., частотомер, усилитель частотомера, дели- тель мощности, ваттметр, выходной аттенюатор, модулятор. Генераторный блок содержит два клистрона, которые поочередно подключаются к СВЧ-тракту с помощью волноводного переключателя. Каждый клистрон имеет свой механизм перестройки частоты. Указатель положения перестройки частоты позволяет ориентировочно определять генерируемую частоту. Точное измерение частоты производится частотомером резонансного типа. Установка уровня мощности, поступающей в СВЧ-тракт от генера- торного блока, осуществляется аттенюатором с пределами регулирования от нуля до 30 дБ. Для измерения мощности используется термисторный ваттметр, подключенный к направленному ответвителю, с помощью которого отби- рается часть мощности из основного тракта генератора. Таблица 11.5 Основные характеристики генераторов СВЧ Тип Диапазон частот, ГГц Выходной сигнал, мВт Сечение волно- вода, импеданс коаксиала, О м Режим рабо ты Основные особенност и Способ построения Г4-78 Г4-79 1,16–1,78 1,78–2,50 10 –12 –0,1 10 –12 –0,1 50 50 НГ, ИМ, ЧМ, АМ НГ, ИМ, ЧМ, АМ Калиброванный по мощности коаксиаль- ный выход Отражательный клистр он с внешним резонатором Г4-80 Г4-81 Г4-82 Г4-83 2.55–4 4–5,6 5,6–7,5 7,5–10,5 10 –12 –1 10 –12 –1 10 –12 –1 10 –12 –1 50 50 50 50 НГ, ИМ, ЧМ, АМ НГ, ИМ, ЧМ, АМ НГ, ИМ, ЧМ, АМ НГ, ИМ, ЧМ, АМ Ослабление сигнала с помощью предельног о аттенюатора Г4-90 Г4-91 16,5–25,8 25,8–37,5 10 –12 –6 10 –12 –6 11×5,5 7,2×3,4 НГ, ИМ, ЧМ Калиброванный по мощности волноводный выход Отражательный клистр он с вн ут ренн им резонатором. Ослабление сигнала поляризо- ванным аттенюатором Г4-104 Г4-105 52,63–78,95 36,145–52,63 4 4 3,6×1,8 5,2×2,6 НГ, ИМ, ЧМ Калиброванный по мощности волноводный выход Отражательные клистроны Г4-108 12,16–14,30 14,30–16,67 10 –11 –1 16 8 НГ, ИМ Калиброванный по мощности волноводный выхо д Два отража тельных клистрона Г4-111 6–17,85 2–40 50 НГ, ИМ, ЧМ Некалиброванный по мощности коаксиаль- ный выхо д Отражательный клистр он с умножителей частоты Г4-112 8,5–12,42 10 –12 –0,I 50 НГ, ИМ, ЧМ Калиброванный по мощности коаксиаль- ный выход Диод Ганна с внешним резонатором. Ослабление сигнала предельным аттенюатором Г4-114 Г4-115 16,5–25,8 25,8–37,5 5 5 11 5,5 1,5 3,4 НГ, ИМ Некалиброванный по мощности волноводный выход Отражательные клистроны. Усиление на ЛБВ Г4-121 0,82–1,8 1–1000 75 НГ, ИМ Калиброванный по мощности коаксиаль- ный выход Резонаторы коаксиального типа Г4-122 Г4-123 Г4-124 1,8–3 3–4,5 4,5–7,5 0,05–50 0,015–15 10 –3 –5 50 50 50 НГ, ИМ, ЧМ Калиброванный по мощности волноводный выход Отражательные клистроны Раздел 2. Измерительная техника 390 Рис. 11.13. Структурная схема генератора Г4-108 Импульсная модуляция генерируемого сигнала реализуется подачей модулирующего напряжения вида меандр (от внутреннего генератора или от внешнего генератора импульсов) через модулирующий каскад на отра- жатель клистрона. 11.4.8. Генераторы сигналов высокочастотные цифровые По своей структуре цифровые генераторы отличаются от аналоговых тем, что кроме традиционных блоков (задающий генератор, усилители и др.) содержат цифро-аналоговые и цифровые устройства, т. е. устройст- ва, осуществляющие преобразования с использованием цифровых сигна- лов либо над цифровыми сигналами. Цифровыми называют дискретизиро- ванные (с периодом дискретизации T T ) по времени и квантованные (с шагом квантования ∆ U ) по уровню сигналы. Графической интерпретаци- ей цифрового сигнала является последовательность точек на плоскости «время – амплитуда» (рис. 11.14, а). Подобная интерпретация является чистой математической абстракцией, не имеющей физической реализации. Однако, на практике, понятие цифровой сигнал относят к многоразрядным сигналам, в которых сигнал каждого разряда описывается квантованной двухуровневой функцией, континуальной во времени (рис. 11.14, б). Далее в под цифровым сигналом будем понимать приведённую выше физически реализуемую интерпретацию. Модулятор НГ Клистрон Атт. Частотомер Делитель мощности Выходной аттенюатор Детектор Ваттметр Усилитель частотомера Полож. «Част.» Полож. «Мощн.» Генераторный блок Выход Установка частоты Установка мощности Частотомер Клистрон PV –50 +7 Глава 11. Измерительные генераторы 391 г Рис. 11.14. Графическая интерпретация цифрового сигнала ω ЦАП U 0 t U 1 0 U ЦАП 0 б в а T T = 1 / f Т ΔU T x U 2 U 3 U 4 U 5 U(t) A 0 ω T /2 ω T 3ω T /2 2ω T 5ω T /2 3ω T 7ω T /2 4ω T 9ω T /2 5ω T H(ω) ФНЧ 2ω ЦАП ω T – 2ω ЦАП t t t t t t U(t) ω T –ω ЦАП ω Раздел 2. Измерительная техника 392 Рис. 11.15. Упрощённая схема цифрового генератора сигналов высокочастотного Примером цифрового генератора сигналов высокочастотного служит Г4-153 (рис. 11.15), включающий следующие элементы: генератор, управ- ляемый напряжением (ГУН), используемый в качестве задающего; три ка- нала формирования синусоидальных напряжений; аналоговый коммутатор (АК1) и выходное устройство (ВУ). Каждый из каналов формирования представляет собой отдельный независимый генератор синусоидального напряжения (такие генераторы ещё называют синтезаторами частот). Спо- собы формирования частоты, используемые в каналах, отличаются друг от друга. В первом канале используется аналоговый способ формирования частоты. Синусоидальное напряжение частотой 1,0–11 МГц (первый ка- нал) снимается непосредственно с задающего генератора ГУН и через АК1, ВУ поступает на выходной разъем. Перестройка частоты задающего генератора производится грубо и плавно. Грубая перестройка осуществля- ется коммутацией трех колебательных контуров, которые с помощью пе- реключающих элементов включается в различных комбинациях (каждый в отдельности, попарно, все три). 3-й канал (1 Гц–100 кГц) 2-й канал (0,1–1,0 МГц) ГУН ДЧ2 АК3 А К 1 ВУ u(t) 1-й канал (1–11)МГц З а д а н и е и п е р е с т р о й к а ч а с т о т ы АК2 ЦАП1 АК3 ДЧ1 ФНЧ1 Глава 11. Измерительные генераторы 393 При этом частотный диапазон 1–11 МГц разбивается на семь под- диапазонов: 1,000–1,499; 1,500–2,199; 2,200–3,399; 3,400–4,999; 5,000– 7,399; 7,400–9,999; 10,00–11,00 МГц. Плавная перестройка частоты в пределах каждого поддиапазона реа- лизуется подачей управляющего напряжения на варикапы колебательных контуров. Во втором канале также используется аналоговый метод формирова- ния синусоидальных колебаний в диапазоне частот 0,1–1 МГц. Отличием от первого канала является наличие между задающим генератором (ГУН) и аналоговым коммутатором (АК1) декадного делителя частоты (ДЧ1) и блока фильтров (ФНЧ1). Принцип действия ДЧ1 состоит в следующем. На вход ДЧ1 с ГУН поступает сигнал синусоидальной формы (рис. 11.16, а), который вначале преобразуется в последовательность прямоугольных им- пульсов типа «меандр» (рис. 11.16, б). Далее данный сигнал поступает на каскады декадного делителя. Само название делителя говорит о том, что он осуществляет деление частоты входного сигнала с фиксированным коэффициентом деления, рав- ным 10. В результате с выхода ДЧ1 снимается сигнал типа «меандр», час- тота которого в 10 раз меньше, чем частота сигнала на входе (рис. 11.16, в). Из теории электрорадиоцепей известно, что спектральный состав сигнала типа «меандр» содержит много гармоник, кратных основной (рис. 11.16, г), поэтому для выделения основной ω 1 и подавления высших гармоник (2k – 1) · ω 1 , где 1, k , сигнал с выхода ДЧ1 подаётся на блок фильтров низких частот (ФНЧ1). Блок ФНЧ1 содержит шесть отдельных фильтров Н (ω) ФНЧ с полосами пропускания: 100,0–149,9; 150,0–219,9; 220,0–339,9; 340,0–499,9; 500,0–39,9; 740,0–999,9 кГц. Переключение фильтров произ- водится одновременно с переключением колебательных контуров ГУН. С выхода ФНЧ1 снимается уже восстановленный аналоговый сигнал U (t) (рис. 11.16, д) и подаётся на аналоговый коммутатор. В третьем канале реализуется метод прямого цифрового синтеза. В со- став канала входят делитель частоты (ДЧ2), цифроаналоговый преобразова- тель (ЦАП1), блок фильтров (ФНЧ2) и аналоговые коммутаторы (АК2, АК3). Этот канал обеспечивает формирование частот в диапазоне 10 Гц–100 кГц. Делитель частоты ДЧ2 предназначен для формирования совокупно- сти (набора) тактовых частот для ЦАП1, кратных f ГУН , с коэффициентами 5; 50; 500; 5 000; 50 000 и состоит из последовательно соединённых счёт- чиков (рис. 11.17). Выходы звеньев ДЧ2 подключаются к входам АК2. Аналоговый коммутатор АК2 предназначен для подключения такто- вого входа ЦАП1 к требуемому звену ДЧ2 и представляет собой мультип- лексор, на вход управления которого подаётся код установленной частоты. Раздел 2. Измерительная техника 394 Рис. 11.16. Аналоговый метод формирования синусоидальных колебаний 10 x 0 t Т x U 10 Т x б в а 0 ω A 2 / и 4 / и 6 / и 8 / и 10 / и и г 2 / x H( ) ФНЧ ω 1 д U(t) U U 0 0 t t t U 0 3ω 1 Глава 11. Измерительные генераторы 395 Рис. 11.17. Делитель частоты ДЧ2 Цифро-аналоговый преобразователь ЦАП1 предназначен для преоб- разования цифровых сигналов (в том понимании, которое было определено выше в начале главы) в квантованный по уровню сигнал (рис. 11.14, в). В своём составе ЦАП1 содержит формирователь цифровых отсчётов на- пряжения (ФЦОН) табличного типа. Для генератора Г4-153 основой ФЦОН является микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в которой размещается таблица из 20 значений уровней квантова- ния одного периода гармонического колебания. Каждому уровню кванто- вания соответствует свой цифровой сигнал. С периодом следования такто- вой частоты f т цифровой сигнал на входе ЦАП1 изменяется таким образом, что позволяет за 20 тактов аппроксимировать один период гармонического колебания кусочно-линейной функцией (получить квантованный сигнал) – рис. 11.14, в. Подобный сигнал имеет дискретный спектр (рис. 11.14, г), в котором помимо основной составляющей, частота которой определяется выражением f ЦАП = f ГУН / (20 · q 2 ), (11.7) где 20 – количество отсчётов на периоде формируемого сигнала; q 2 – коэффициент деления ДЧ2, содержится большое число гармонических составляющих (гармоник), рас- положенных на частотах, кратных n · f т ± f ЦАП (n – целое число). Для выделения основной составляющей и подавления гармоник (рис. 11.14, г), в состав третьего канала включён блок фильтров низких частот (ФНЧ2). Блок ФНЧ2 содержит четыре фильтра Н (ω) ФНЧ с полосами пропускания: 10–100 Гц; 0.1–1 кГц; 1–10 кГц и 10–100 кГц. Переключение фильтров производится одновременно с ДЧ2. Для подключения ЦАП1 к ФНЧ2 служит АК3, АК3, представля- ющий собой демультиплексор, на выходы управления которого поступает код устанавливаемой частоты. С выхода ФНЧ2 восстановленный (сглаженный) гармонический сиг- нал U (t) (рис. 11.14, в) подаётся через АК1 на ВУ. f ГУН АК 2 на ЦАП1 Выбор частотного поддиапазона f f / 5 f f / 10 f f f f / 10 f / 10 f / 10 Рис . 11.18. Развёрнутая схема генератора Г 4-153 КГ 1-я декада 2-я декада 3-я декада Тг ГУН ФД ДПК Д f з f 0 f 01 f 02 U фд ФАПЧ АК2 ЦАП1 АК3 ФНЧ2 ФНЧ АК1 РУ УМ Атт. АРУ Д2 ЦАП2 ФОН АРУ ДШ2 Система установки частоты Система у становки на пряжения Схема ру чной дистанционной у ст ановки параметров РДУП ДШ1 Схема индикации ГОЧ ДЧ3 ВУ СП ДЧ4 АК4 ДЧ2 f 5 f 2 f 10 4 Глава 11. Измерительные генераторы 397 Кроме входов, рассмотренных выше, на схеме (рис. 11.18) изображены: генератор образцовой частоты ГОЧ, состоящий из кварцевого ге- нератора КГ, делителя частоты ДЧ3 и триггера ТГ; система фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, содержащая фа- зовый детектор ФД и делитель частоты с переменным коэффициентом де- ления ДТКД; схема привязки СП, в которую входят делитель частоты ДЧ4 и аналоговый коммутатор АК4; схема ручной и дистанционной установки параметров (схема РДУП); схема индикации и дешифратор ДШ1; выходное устройство ВУ, содержащее регулируемый усилитель РУ со схемой автоматической регулировки усиления АРУ, формирователь опор- ного напряжения ФОН, усилитель мощности УМ, детекторы Д1 и Д2, циф- роаналоговый преобразователь ЦАП2, аттенюатор Атт. и дешифратор ДШ2. Схема РДУП содержит две независимых системы – установки часто- ты и установки напряжения. Задание частоты выходного напряжения генератора осуществляется с помощью системы установки частоты, входящей в схему РДУП. При этом диапазон и поддиапазон частоты выбирается автоматиче- ски дешифратором Дш1, входными сигналами которого производится под- ключение того или иного колебательного контура в ГУН, управление ком- мутатором на входе ФНЧ1 и коммутаторами АК1, АК2, АК3. Напомним, что коммутатор АК1 обеспечивает подключение к вы- ходному устройству ВУ генератора одного из трех каналов формирования синусоидального напряжения, а следовательно, и выбор диапазона частот. Встроенный коммутатор фильтра нижних частот ФНЧ1 предназначен для задания одного из шести поддиапазонов частот в диапазоне 0,1–1,0 МГц, а коммутаторы АК2, АК3 – для задания одного из четырех поддиапазонов частот в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц. Установка конкретного значения частоты выходного напряжения ге- нератора и ее стабильность обеспечиваются синхронизацией частоты ГУН, которая осуществляется системой ФАПЧ. Сигнал с ГУН через схему «при- вязки» СП подаётся на делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД. Схема «привязки» СП служит для задания диапазона час- тот входного сигнала ДПКД не более 10 МГц, содержит делитель частоты ДЧ4 с коэффициентом деления 10 и аналоговый коммутатор АК4, управ- ляемый схемой РДУП. В зависимости от управляющего сигнала, посту- пающего со схемы РДУП, коммутатор АК4 пропускает сигнал либо непо- средственно с выхода ГУН, либо о выхода ДЧ4. Если частота выходного сигнала ГУН задана в диапазоне 1–9,999 МГц, то через коммутатор АК1 на вход ДПКД подается этот же сигнал без деления частоты. Если частота Раздел 2. Измерительная техника 398 выходного сигнала ГУН установлена в диапазоне частот 10–11 МГц, то че- рез коммутатор АК4 на вход ДПКД подается сигнал с делителя ДЧ4, т. е. частота сигнала ГУН делится на 10 и составляет 1–1,1 МГц. Таким обра- зом, во всем рабочем диапазоне частот ГУН 1–11 МГц частота на входе ДПКД находится в диапазоне 1–9,999 МГц. Для задания конкретного значения частоты выходного напряжения генератора служит ДПКД. Осуществляется задание частоты следующим образом. Оператором, посредством системы установки частоты схемы РДУП, устанавливается определенный коэффициент деления ДПКД, яв- ляющийся целым числом. Задающая частота на выходе ДПКД f з = f ГУН / q 4 q 5 , (11.8) где q 4 – коэффициент деления частоты схемы «привязки», равный либо 1, либо 10; q 5 –коэффициент деления ДПКД. Напряжение частотой f з с ДПКД подается на один вход фазового де- тектора ФД, на другой вход которого поступает напряжение высокоста- бильной частоты f 01 = 1 кГц, которую получают из кварцевого генератора КГ частотой f 0 = 1 МГц путем деления на коэффициент q з = 10 3 , задавае- мый делителем частоты ДЧ3. Напряжение U ФД на выходе ФД пропорцио- нально разности частот Δf = f з – f 01 , оно поступает на ГУН и перестраивает его частоту до тех пор, пока частота f з напряжения на выходе ДПКД не станет равной 1 кГц. В этот момент процесс перестройки ГУН прекраща- ется, а его выходное напряжение приобретает одно из значений в диапазо- не 1–11 МГц, которым определяется требуемое значение частоты выходно- го напряжения генератора. Пусть, например, на выходе генератора необхо- димо задать частоту сигнала f х = 10,35 МГц, которая индицируется на цифровом табло прибора. В этом случае коэффициент деления ДПКД уста- навливается равным q 5 = 1035. Чтобы выполнялось условие f 01 = f з = 1 кГц, на вход ДПКД должна быть подана частота f з 1035 = 10351,0 кГц = 1,035 МГц, т. е. частоту ГУН необходимо уменьшить в 10 раз. В этом случае схема РДУП устанавливает коммутатор АК4 в состояние, при котором вход ДПКД подключается к выходу делителя ДЧ4. Если же на выходе прибора необходимо получить, к примеру, часто- ту сигнала f x = 1,035 МГц, то коэффициент деления ДПКД по-прежнему устанавливается равным q 5 = 1035. Очевидно и в этом случае для выполне- ния условия f з = f 01 = 1,0 кГц на вход ДПКД должна быть подана та же час- тота f з 10351,0 кГц = 1,035 МГц, поступающая через коммутатор АК4 не- посредственно с ГУН. Глава 11. Измерительные генераторы 399 Рассмотрим назначение и принцип действия выходного устройства ВУ генератора, служащего для задания и стабилизации амплитуды (уров- ня) выходного напряжения u (t). Сигнал, образованный в одном из трех ка- налов формирования, поступает c выхода коммутатора АК1 через регули- руемый усилитель РУ, усилитель мощности УМ и аттенюатор Атт. на вы- ход прибора. Регулируемый усилитель РУ конструктивно расположен на одной плате с аналоговым коммутатором АК1, но схемно его целесообраз- нее отнести к выходному устройству ВУ прибора, так как он является ис- полнительным элементом в системе автоматической регулировки усиления уровня выходного напряжения u (t). Коэффициент передачи РУ регулиру- ется приложенным к нему управляющим напряжением со схемы АРУ. Усилитель мощности УМ предназначен для усиления сигнала до уровня 10 В, задания напряжения на схему АРУ и ступенчатого ослабления вы- ходного напряжения генератора на 20 дБ. Стабилизация выходного напряжения генератора осуществляется следующим образом. Сигнал с одного из выходов УМ преобразуется де- тектором Д1 и подается на схему АРУ, на которую поступает также проде- тектированное детектором Д2 опорное напряжение синусоидальной фор- мы с выхода ЦАП2. Частота опорного напряжения равна f 02 = 5 кГц и зада- ётся ГОЧ посредством деления частоты КГ f 0 = 1,0 МГц в 200 раз, так как f 0 / f 02 = 1,0 10 6 /5 10 3 = 200. Для обеспечения такого коэффициента деления используютcя две декады, 1-я и 2-я, делитель ДЧ3 и триггер Тг. Сигнал на выходе Тг имеет прямоугольную форму типа «меандр», его частота f 02 = 5 кГц. Этот сигнал подаётся на формирователь опорного напряжения ФОН, который служит для выделения основной гармоники прямоугольного напряжения с помо- щью входящего в его состав RС-фильтра. На выходе ФОН формируется опорное синусоидальное напряжение частотой 5 кГц и определённой ам- плитуды. Это напряжение подается на трехразрядный двоично-десятичный цифроаналоговый преобразователь ЦАП2, служащий для ослабления ам- плитуды (уровня) опорного напряжения в требуемое число раз. Коэффици- ент ослабления ЦАП2 задается кодом, поступающим на ЦАП2 с системы установки напряжения СРДУП. Схема АРУ образует сигнал, пропорциональный разности его вход- ных сигналов, с выходов детекторов Д1 и Д2, который затем усиливается и управляет коэффициентом передачи РУ и, следовательно, амплитудой выходного напряжения УМ и прибора в целом. Таким образом, изменяя с помощью ЦАП2 уровень опорного напряжения, регулируют (или задают) уровень выходного напряжения прибора. Поэтому в техническом описании прибора ЦАП2 называют ЦАП выхода. Управление ЦАП2 осуществляется подачей на него определенного числа импульсов из системы установки на- Раздел 2. Измерительная техника 400 пряжения, которая входит в состав РДУП. Поскольку ЦАП2 является трех- разрядным, то он обеспечивает разрешающую способность установки ам- плитуды выходного напряжения, равную единице младшего, третьего раз- ряда верхнего предела каждого поддиапазона. Например, в поддиапазоне 100–999 мкВ разрешающая способность составляет 1 мкВ, в поддиапазоне 1,00–9,99 В она равна 10 мВ и т. д. Поддиапазоны изменения выходного напряжения генератора зада- ются встроенным аттенюатором Атт., состоящим из 3 ячеек делителя на- пряжения на резисторах с коэффициентами ослабления соответственно: 20 дБ, 30 дБ и 40 дБ. Перестройка аттенюатора осуществляется автомати- чески сигналами, поступающими на него с дешифратора выхода ДШ2. Сигналами этого же ДШ2 управляется мощная ячейка ослабления на 20 дБ, расположенная на выходе УМ, и производится переключение индика- торных лампочек и запятых на отсчетном устройстве схемы индикации. Входным сигналом ДШ2 является код, поступающий на него со схемы РДУП. Встроенный аттенюатор Атт. совместно с ячейкой ослабления УМ обеспечивают задание следующих семи поддиапазонов выходного напряжения: 10,0–99,9 мкВ; 100–999 мкВ; 1,00–9,99 мВ; 10,0–99,9 мВ 100–999 мВ; 1,00–9,99 В; 10,0–11,0 В. Рассмотрим принципы установки частоты и уровня (амплитуды) выходного напряжения прибора. И та, и другая операция осуществляется с помощью схемы ручной и дистанционной установки выходных пара- метров РДУП (рис. 11.19). Сводятся они к записи определенных чисел для каждого из двух параметров соответственно в ДПКД и в ЦАП2 (ЦАП выхода). В состав РДУП входят датчики ручной установки (РУ), генератор импульсов ГИ, оперативное запоминающее устройство ОЗУ и дешифратор (ДШ) программы. Коды параметров задаются в виде чисел, записываемых в ОЗУ, с ко- торых они затем передаются в ДПКД и ЦАП2. В режиме ручного управле- ния запись числа в ОЗУ осуществляется последовательным единичным ко- дом, задаваемым соответствующим датчиком РУ и генератором импульсов ГИ. Каждый датчик РУ имеет свою ручку управления: для установки час- тоты – «Установка f», для установки амплитуды выходного напряжения – «Установка ». Эти ручки выведены на переднюю панель и могут пе- ремещаться влево или вправо относительно центрального положения. На- правление смещения ручек управления датчиков РУ определяет направле- ние изменения параметра – увеличение или уменьшение, а величина сме- щения задает частоту ГИ и тем самым скорость формирования управляющего кода в ОЗУ, а следовательно, скорость перестройки значе- ния параметра. Глава 11. Измерительные генераторы 401 Рис. 11.19. Принцип ручной и дистанционной установки выходных параметров генератора Г4-153 В режиме дистанционного управления запись в ОЗУ числа, пропор- ционального коду параметра, осуществляется параллельным вводом кода с ДШпрограммы. Этот код может изменяться по определённой программе, тогда дистанционное управление называют программным. С выхода ОЗУ код подается также на систему индикации, дешифра- тор частоты ДШ1 и дешифратор выхода ДШ2, которые, как указывалось выше, управляют соответственно переключением диапазонов частот и диапазонов амплитуд выходного напряжения. 11.5. Шумовые генераторы 11.5.1. Общие сведения о шумовых генераторах Шумовым сигналом называется совокупность одновременно сущест- вующих электрических колебаний, частóты и амплитуды которых носят случайный характер. Типичным примером шумового сигнала являются электрические флюктуации. Генераторы шума вырабатывают шумовые измерительные радиотехнические сигналы с нормированными статистиче- скими характеристиками. Генераторы шума применяются в качестве источников флюктуаци- онных помех при исследовании предельной чувствительности радиопри- емных и усилительных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при измерении напряженности поля или шумов внеземного происхождения, в качестве имитаторов полного сигнала многоканальной аппаратуры связи, для измерения нелинейных искажений и частотных ха- рактеристик радиоустройств с помощью анализатора спектра с постоянной полосой пропускания. Основным требованием, предъявляемым к генераторам шума, явля- ется равномерность спектрального состава шумового сигнала в возможно бóльшей полосе частот, от 0 до ∞ («белый» шум), а практически – от еди- ниц герц до десятков гигагерц. Такой измерительный сигнал позволяет ис- следовать устройство или систему одновременно во всем диапазоне рабо- чих частот. В реальных генераторах «белый» шум получить невозможно, Код выхода Датчики РУ ГИ ОЗУ ДШ программы Код частоты Дистанционный ввод кода параметра Раздел 2. Измерительная техника 402 но для любого устройства, полоса пропускания которого во много раз меньше спектра шумового сигнала, последний можно считать «белым». По диапазону генерируемых частот генераторы шума делятся на низкочастотные (20 Гц – 20 кГц и 15 Гц – 6,5 МГц); высокочастотные (1–600 МГц); сверхвысокочастотные (500 МГц – 12 ГГц). Основной узел шумового генератора – задающий генератор (рис. 11.20). Рис. 11.20. Обобщённая структурная схема генератора шума Его сигналы должны иметь равномерную спектральную плотность мощности по всей требуемой полосе частот (теоретически это «белый» шум), достаточное выходное напряжение (мощность) шумового сигнала; неизменность и воспроизводимость характеристик шума во времени и при изменении внешних влияний; заменяемость после истечения гарантийного срока работы без нарушения выходных параметров генератора. Наиболь- шее распространение в качестве источников шума получили резисторы, вакуумные и полупроводниковые диоды, фотоэлектронные умножители и газоразрядные лампы. Таким образом, в задающем генераторе используются физические явления, при которых возникают достаточно интенсивные шумы со стати- ческими характеристиками и параметрами, поддающимися достаточно не- сложному математическому анализу. 11.5.2. Источники теплового шума |