Розділ ІІ ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Тема 4. Вимірювальні генератори

Розділ ІІ ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Тема 4. Вимірювальні генератори Лекція 6. Вимірювальні генератори

Мета лекції: розглянути основні принципи побудови вимірювальних гене-раторів, їх класифікацію, особ-ливості використання та функці-ональні схеми вимірювальних генераторів в різних діапазонах частот.

Питання лекції: 1. Класифікація вимірювальних генераторів, узагальнена структурна схема. 2. Генератори сигналів низьких частот. 3. Вимірювальні генератори високих та надвисоких частот. 4. Генератори імпульсів. Література: Л1. с.141-159, Л2. с.318-343. Матеріально технічне забезпечення: ПЕОМ, проектор, слайди. Зразки КВП, схеми.

1. Класифікація вимірювальних генераторів, узагальнена структурна схема Вимірювальний генератор – це джерело вимірювальних сигналів із заздалегідь відомими параметрами та нормованою похибкою, призна-чений для дослідження, налагод-ження та перевірки функціонування електротехнічних кіл та пристроїв.

Класифікація за формою сигналів: генератори синусоїдальних сигналів; генератори синусоїдальних модульованих коливань; генератори шумів; генератори імпульсів; генератори сигналів спеціальної форми.

Класифікація за частотним діапазоном: інфранизькочастотні (0,001 Гц – 10 кГц); низькочастотні (30 Гц - 300 кГц); високочастотні (30 кГц – 300 МГц); надвисокочастотні (300 МГц – 78,33 ГГц).

Види вимірювальних генераторів (ВГ): Г2 – генератори шумових сигналів; Г3 – генератори сигналів низької частоти; Г4 – генератори сигналів високої частоти; Г5 – генератори імпульсів; Г6 – генератори сигналів спеціальної форми; Г8 – генератори коливальної частоти (Свіп-генератори).

Види модуляції: амплітудна синусоїдальна (АМ); частотна синусоїдальна (FМ); амплітудна імпульсна (PT); частотна імпульсна (FT); фазова імпульсна (ΨТ).

Класифікація ВГ за класом точності: Позначення класу складається з умовних позначень основних параметрів та класів точності за цими параметрами. Наприклад, (f1, U5) – відносна похибка встановлення частоти складає 1%, а амплітуди – 5%.

Узагальнена структурна схема ВГ Задавальний генератор Схема формування вихідного сигналу Схема вимірювання параметрів вихідного сигналу Блок живлення

Задавальний генератор (ЗГ) – визначає частоту та форму сигналів, які він генерує і є головною функціональною частиною будь-якого ВГ. У залежності від виду ВГ, він може бути генератором: синусоїдальних коливань; періодичної послідовності імпульсів; генератором шуму (ГШ).

Схема формування вихідного сигналу виконує різноманітні функції, що визначаються видом ВГ. Вона може підвищувати енергетичний рівень сигналу ЗГ, надавати йому визначену форму, створювати сітку частот, кодові комбінації і т. ін. Схема вимірювання забезпечує встановлення параметрів сигналів з нормованою похибкою.

2. Генератори сигналів низьких частот У залежності від схеми задавального генератора розрізняють три типи вимірювальних генераторів сигналів низьких частот: RC-генератори; генератори на биттях; генератори з діапазонно-кварцевою стабілізацією частоти.

2.1. Генератори типу RC R1 R2 C1 C2 Rт R4 R3 Uп Uн Підсилювач Підсилювач вихідний Схема вимірювання

Склад ЗГ: коло частотно-вибіркового позитивного зворотного зв`язку (R1, C1, R2, C2); коло частотно-незалежного негативного зворотного зв`язку (RТ, R4, R3); підсилювач (двокаскадний).

Z1*Z3=Z2*Z4; 1+3=2+4, а це виникне у разі виконання рівняння :

Для генерації коливань застосовується ПЗЗ В двокаскадному підсилювачі відбувається поворот фази майже на 360. Напруга з виходу підсилювача подається на фазову частину моста Віна. Частина напруги Uп з мосту подається на вхід підсилювача.

Для стабілізації напруги на виході застосовується НЗЗ Напруга Uн з R3 подається на вхід підсилювача. Як нелінійний опір використовується термістор, який має негативний коефіцієнт опору. Стабілізація відбувається за такою логічною схемою: UвихIтRт Uн Uвх Uвих

Переваги RC-генератора: простота пристрою та малі розміри; відносно малий коефіцієнт нелінійних спотворень (до 3%); частота коливань, що генеруються, залежать тільки від параметрів кола ПЗЗ. Недоліки: схему не можна використовувати у ВЧ діапазоні (ємності конденсаторів стануть близькими до паразитних ємностей); необхідно мати ступінчатий перемикач частоти для перекриття всього діапазону НЧ.

2.2. Особливості роботи генератора Г3-106 Діапазон частот 20 Гц – 200 кГц. Номінальне значення вихідної напруги Uвих=5 В. Основні похибки: f =(3+30/f)%; u =6%. Склад: міст Віна R1, R2, С1 – С8, R3, Л1, С9; двокаскадний підсилювач V1, V2, V3; на V4 і V5 побудовано емітерний повторювач з динамічним навантаженням.

Коло ПЗЗ:  Uвих Uб1 Uк1 Uб3 Uк3 Uвих Коло НЗЗ: Rл1 Uл1 Uе1 Uк1 Uб3 Uк3 Uвих

2.3. Генератор на биттях Генератори сигналів НЧ, що побудовані за принципом биття, і мають в своєму складі: два генератори ВЧ, змішувач, фільтр НЧ, підсилювач, вихідний пристрій з вольтметром. Частота одного генератора фіксується, а частота іншого генератора може змінюватись плавно у визначеному частотному діапазоні. На виході змішувача виникають сигнали сумарної, різницевої та інших частот. Нас цікавить НЧ сигнал, тобто різницевий: Fр=f1 – f2.

Структурна схема генератора на биттях Генер.1 f1=const Змішувач Генер.2 f2-змінна ФНЧ Підсилювач Вихідний пристрій Вольтметр

Переваги генераторів на биттях: мають плавне перестроювання частот в широкому діапазоні НЧ; мають малий коефіцієнт нелінійних спотворень (1-2%); порівняно висока точність калібрування по частоті (до 2%). Недоліки: складність пристрою; великі габарити і вага.

2.4. Генератори на базі синтезаторів частоти Принцип роботи синтезатора основується на багатократному перетворенні опорної частоти f0, яку отримують від генератора з кварцовою стабілізацією, в сітку дискретних вихідних частот fвих. Діапазон частот вихідних сигналів синтезаторів частоти 20 Гц ... 50 МГц; похибка встановлення опорної частоти 10-8.

3. Вимірювальні ВЧ та НВЧ генератори Структурна схема генератора ВЧ має вигляд: ВАРИКАП Внутр. модулятор ЗГ Підсилювач Вихідн. пристрій Вимірювач глибини модуляції Вольтметр ЧМ АМ

Склад: а) режим неперервної генерації (НГ) – ЗГ, підсилювач, вихідний пристрій, вольтметр; б) в режимі амплітудно-модульованих коливань (АМ) під'єднуються додатково: внутрішній модулятор; вимірювач глибини модуляції; в) в режимі частотної модуляції: під'єднується варикап до ЗГ; внутрішній модулятор під'єднується до варикапу.

Структурна схема генератора НВЧ Внутрішній модулятор ЗГ Фіксов. аттеню. Змін. аттенюатор Хвилемір Вимірювач потужності

Основним елементом схеми є задавальний генератор. Його схема і конструкція залежить від діапазону частот (використовуються дискові металокерамічні тріоди, клістрони, діоди Ганна, ЛБХ). Представниками генераторів НВЧ є: Г4-112; Г4-135; Г4-78 і т. ін.

4. Генератори імпульсів Структурна схема генератора імпульсів: ЗГ Схема затримки Схема формування Вихідний дільник Схема вимір. амплітуди Синхроімпульс Зовнішній запуск Вихід

ЗГ може бути виконаний за схемою блокінг-генератора або мультивібратора. Схема затримки дозволяє отримати часовий зсув між синхронізуючим сигналом і вихідним імпульсом. Схема формування тривалості і амплітуди дозволяє сформувати основні імпульси за тривалістю, а також за тривалістю фронту, зрізу і амплітудою.