Нелинейные искажения возникают из-за наличия нелинейных элементов в цепях. Нелинейные искажения - гармоники высшего порядка, которые появляются в выходном напряжении сигнала, проходящего через нелинейные элементы, но которых нет во входном сигнале.
Нелинейные искажения можно измерить различными методами. Один из методов - это определение нелинейных искажений по амплитудной характеристике четырехполюсника. В качестве четырехполюсника возьмем усилитель и рассмотрим данный случай.
Амплитудная характеристика - это зависимость напряжения на выходе от напряжения на его входе. Эта зависимость представлена на рисунке 3.5.
1 – идеальная АХ
2 – реальная АХ
Рисунок 3.5 – Амплитудная характеристика усилителя
Амплитудная характеристика реального усилителя не проходит через начало координат и изгибается при малых значениях из-за собственного шума на выходе усилителя. На участке АВ амплитудная характеристика близка к прямой линии, что соответствует линейному участку характеристики усилительных элементов. При дальнейшем увеличении входного напряжения происходит уменьшение приращения выходного напряжения по сравнению с приращением входного сигнала из-за увеличения нелинейности усилительного элемента. Точка перегиба В определяет максимальный входной сигнал, превышение которого будет вызывать увеличение нелинейных искажений. Таким образом, максимальный входной сигнал ограничен величиной, при котором происходит значительное увеличение нелинейных искажений, минимальный входной сигнал - уровнем собственных шумов усилителя.
Практически амплитудная характеристика измерителя по следующей схеме
Рисунок 3.6 – Схема для измерения АХ усилителя
Ha выходе генератора по измерителю уровня ИУ установим заданную частоту с уровнем L0. Затухание dB1 установим максимальное, значит уровень Lвx на входе усилителя - минимальный. На выходе усилителя уровень Lвыx, затухание dВ2 установим, равное 0. ИУ2 показывает уровень Lвыx.
Затем ступенчато уменьшаем затухание dB1, следовательно, уровень на входе усилителя Lвx будет ступенчато увеличиваться. Соответственно, будет увеличиваться уровень Lвыx на выходе усилителя. Изменяя затухание магазина dВ2 добиваемся, чтобы ИУ2 показывал уровень L0. Если характеристика линейна, то уменьшению dB1 будет соответствовать такое же увеличение dB2. Если такого нет, то амплитудная характеристика нелинейна, и усилитель работает в режиме нелинейных искажений.
Измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) четырехполюсника, т.е. зависимость коэффициента передачи четырехполюсника от частоты, можно с помощью перестраиваемого генератора и вольтметра. В этом случае искомая зависимость строится по точкам. При этом возможны потери отдельных элементов АЧХ в промежутках между ними. Процедура измерения занимает сравнительно много времени, в течение которого возможно изменение измеряемой АЧХ под воздействием различных дестабилизирующих фактором.
Измерительная задача решается более оперативно при использовании специального панорамного измерителя АЧХ с осциллографическим индикатором. Отечественные приборы для исследования АЧХ обозначаются «X1».
Рассмотрим структурную схему измерителя АЧХ, приведенную на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7 – Схема измерителя АЧХ с ЭЛТ
Измерительный сигнал вырабатывается генератором качающейся частоты (ГКЧ), которым управляет пилообразное напряжение, поступающее с генератора модулирующего напряжения.
В результате воздействия модулирующего напряжения частота синусоидального колебания генератора качающейся частоты (ГКЧ) изменяется по линейному закону. После окончания одного периода модулирующего колебания частота ГКЧ возвращается к значению fmin и снова возрастает по линейному закону.
Модулированный по частоте сигнал с ГКЧ поступает на усилитель и аттенюатор. Усилитель служит для усиления измерительного сигнала, а также исключения влияния перестраиваемого аттенюатора на ГКЧ. Аттенюатор в совокупности с усилителем позволяет изменять и широких пределах напряжение выходного сигнала.
Вход исследуемого четырехполюсника соединяется с выходом измерительного прибора. Сигнал с его выхода возвращается обратно в измерительный прибор. Если исследуемый четырехполюсник содержит детектор (например, усилитель с детектором), то сигнал через аттенюатор и переключатель поступает на усилитель вертикального отклонения и на пластины ЭЛТ. Если исследуемый четырехполюсник детектора не содержит, то сигнал через переключатель поступает на предварительный усилитель, в котором сигнал усиливается и детектируется, а затем подается па усилитель вертикального отклонения.
При прохождении через исследуемый четырехполюсник частотно-модулированный сигнал приобретает амплитудную модуляцию, причем огибающая несет информацию о форме АЧХ исследуемого объекта. В результате воздействия продетектированного сигнала на вертикально отклоняющие пластины и пилообразного напряжения развертки на горизонтально отклоняющие пластины на экране ЭЛТ образуется изображение АЧХ. Модулирующее напряжение для ГКЧ и напряжение развертки ЭЛТ формируются одним генератором, поэтому отклонение луча на экране и изменение частоты колебаний, воздействующих на исследуемый четырехполюсник, осуществляются синхронно. Таким образом, ось X на экране ЭЛТ является одновременно и остью времени и осью частот.
Для измерения частотных параметров АЧХ исследуемого четырехполюсника необходимо знать частоты, соответствующие определенным точкам горизонтальной оси, для чего используют специальные метки. Метки образуются путем смешивания сигналов опорной и качающейся частот в блоке частотных меток, который содержит генератор опорных частот, стабилизированный кварцем. Путем переключения резонатора опорной частоты генератор перестраивается на несколько опорных частот, например, 1, 10 и 100 кГц.
Сигнал с опорного генератора поступает на широкополосный усилитель, в котором усиливается как сигнал основной частоты (например, 1 кГц), так и его гармоники (2, 3, 4 кГц и т.д.). Таким образом, образуется сетка частот.
Переключением основной частоты можно добиться сетки частот с дискретностью 10 и 100 кГц. Выбор опорных частот и гармоник зависит от частоты диапазона, на которую рассчитан прибор.
Сигналы формируемых частот поступают на смеситель, на который подается также сигнал с ГКЧ. При совпадении частоты ГКЧ с гармониками опорных частот на выходе смесителя образуются сигналы, из которых с помощью фильтра низких частот формируются частотные метки. После усиления метки поступают на усилитель вертикального отклонения и наблюдаются на экране ЭЛТ в виде вертикальных всплесков.
В этом случае целесообразно представление АЧХ на экране ЭЛТ в логарифмическом масштабе, как это принято при графическом методе изображений.
В маркерных устройствах (для получения яркостных и масштабных меток) используются контуры, настроенные на разные частоты для диапазона ГКЧ.
Частота метки настройки определяется
где fм — частота метки, Гц;
L - индуктивность контура, Гн;
С - емкость контура, Ф.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему