Нефедов В.И. - Электрорадиоизмерения (1066241), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

На рис. 4.13 показана структурная схема аналогового синте­затора частоты с цифровым управлением, в которую входит опорный кварцевый генератор ОКГ, управляемый делитель час­тоты УДЧ, управляемый генератор УГ, фазовый детектор ФД с цепью фазовой автоматической подстройки частоты и програм­мируемое цифровое устройство ПЦУ.

На фазовый детектор подают два колебания: первое со ста­бильной частотой f_оп — от ОКГ; второе с частотой f/N≈f_оп через УДЧ с коэффициентом деления N — от УГ. Напряжение с вы­хода фазового детектора через фильтр нижних частот ФНЧ воздействует на управляемый генератор и подстраивает его до обеспечения равенства частот f/N и f_оп. Изменяя с помощью ПЦУ коэффициент деления N, можно получить требуемую сетку частот с шагом, равным f_оп. Поскольку выходная частота синтезатора связана с частотой опорного кварцевого генератора как f=Nf_оп, то относительные нестабильности этих частот равны. Если в таком синтезаторе требуется стабилизировать очень низкую частоту, то между опорным кварцевым генератором и фазовым детектором необходимо дополнительно ввести дели­тель частоты ДЧ.

Представленный простейший вариант синтезатора часто­ты имеет серьезные недостатки. Первый из них связан с конечностью ширины полосы синхронизации управляемого генератора, которая зависит от управляющих элементов генератора и коэффициентов передачи ФД и ФНЧ. Поэтому для получения широкой сетки частот приходится изменять собственную частоту f управляемого генератора. Второй недостаток обусловлен узкими возможностями УДЧ, построен­ного, как правило, на основе счетчика импульсов. Введением ОС в делителе частоты можно изменять его коэффициент Деления, который будет принимать любые целочисленные значе­ния, допустимые разрядностью счетчика.

Цифровые синтезаторы измерительных сигналов. Прогресс в области микропроцессорной техники обусловил появление из­мерительных генераторов с новыми принципами формирования сигналов. Достоинством цифровых методов синтеза является малое время установления частоты колебаний при перестройке, что важно для функционирования быстродействующих автоматизи­рованных систем.

В современных синтезаторах часто требуется использовать дробные значения коэффициента деления частоты. Метод дроб­ного преобразования частоты используют в новейших разработках цифровых синтезаторов, реализуемых по следующей базовой схеме (рис. 4.14). В таком синтезаторе коэффициент деления про­граммно-управляемого делителя частоты ПУДЧ изменяют во времени, формируя последовательность временных циклов опре­деленной длительности. Полученный цикл также делят на несколько подциклов, в течение каждого из которых коэффициент деления постоянен. Изменение коэффициента деления произво­дится в момент перехода от одного подцикла к другому таким образом, чтобы средний за время цикла коэффициент деления был равен заданному. В схеме цифрового синтезатора частоты используют цифровой фазовый детектор ЦФД, ЦАП и микропро­цессор МП.

Подстройку выходной частоты производят в конце каждого цикла. Для этого используют управляемый генератор, напряже­ние подстройки частоты на который подают с ЦАП. Сигнал управления (ошибки, рассогласования) вырабатывается ЦФД и его уровень соответствует значению средней за время цикла раз­ности фаз колебаний, получаемых от опорного кварцевого гене­ратора и управляемого генератора. Затем сигнал управления с ФД подают на МП, который через ЦАП по заданному коду тре­буемой частоты осуществляет программное управление схемой ПУДЧ.

Контрольные вопросы

1. Как различают измерительные генераторы в зависимости от формы выходного сигнала?

2. Как подразделяют генераторы по частотным характеристикам?

3. Каковы условия самовозбуждения генератора гармонических ко­лебаний? Какими методами их реализуют?

4. Каковы методы создания генераторов инфранизких частот?

5. В чем особенности конструирования СВЧ-генераторов?

6. Какова упрощенная функциональная схема цифрового измери­тельного генератора?

7. Какие физические явления могут быть положены в основу создания шумовых генераторов?

8. Какие требования предъявляют к форме сигнала импульсного генератора?

9. Для чего используют генераторы шумоподобных сигналов?

10. Для каких целей используют стандарты частоты?

11. На каких принципах строят схемы синтезаторов частоты?

Глава 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ СИГНАЛОВ

5.1. Общие сведения

Наглядное, или визуальное воспроизведение формы колеба­ний является важной задачей радиотехнических измерений, по­скольку форма позволяет сразу оценить многие параметры коле­баний. Одним из основных приборов, служащих для визуального наблюдения и исследования формы электрических сигналов, яв­ляется осциллограф (от лат. «осциллум» — колебание и греч. «графо» — пишу). Большинство современных осциллографов, находящихся в эксплуатации, оснащены электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и их называют электронно-лучевыми осциллогра­фами. Вместе с тем, в последних разработках осциллографов в качестве отображающих устройств применяют матричные инди­каторные панели — газоразрядные, плазменные, жидкокристал­лические, твердотельные и т.д.

Электронно-лучевой осциллограф — измерительный прибор для визуального наблюдения в прямоугольной системе координат электрических сигналов и измерения их параметров. С помощью осциллографа наблюдают периодические непрерывные и импульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, оди­ночные импульсы и оценивают их параметры. Чаще всего с по­мощью осциллографа наблюдают зависимость напряжения от времени, причем, как правило, осью времени является ось абс­цисс, а ось ординат отражает уровень сигнала. По изображениям, получаемым на экране осциллографа, можно измерить амплиту­ду, частоту и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигна­лов и ряд других показателей. На базе осциллографа созданы приборы для исследования переходных, частотных и амплитуд­ных характеристик различных радиотехнических устройств.

Для многих целей разработаны и используют различные ти­пы электронно-лучевых осциллографов: универсальные, скоро­стные, стробоскопические, запоминающие, специальные и т.д. Отличаясь техническими характеристиками, схемными и конструктивными решениями, в этих осциллографах используется общий принцип получения осциллограмм. Возможность наблю­дения формы исследуемого сигнала и одновременное измерение его параметров и характеристик выдвигают электронно-лучевой осциллограф в разряд универсальных приборов.

Наибольшее распространение получили универсальные ос­циллографы, позволяющие исследовать электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне амплитуд от долей милливольт до сотен вольт, а также измерять параметры таких сигналов с приемлемой для практики погрешностью (5...7 %). Полоса пропускания лучших универ­сальных осциллографов составляет 300...500 МГц и более.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью стробоскопических осциллографов. По принципу дей­ствия стробоскопические осциллографы относят к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 10 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы, имеющие специальные ЭЛТ, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображе­ние сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллогра­фов — исследование однократных и редко повторяющихся про­цессов. Запоминающие осциллографы обладают почти такими же характеристиками, что и универсальные, однако отличаются рас­ширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы оснащены дополнительными бло­ками целевого назначения. К ним относятся и телевизионные осцил­лографы, позволяющие наблюдать видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблю­дать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжают мультиметрами, позволяющими измерять напряжения, силу токов и сопротивления, а также устройствами для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране ЭЛТ сигна­лов различают одноканальные и многоканальные осциллографы. Совмещение на экране изображений нескольких входных сигна­лов реализуют или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения сигналов на разные входы с помощью электронного коммутатора.

5.2. Универсальные осциллографы

Рассмотрим упрощенную структурную схему универсально­го осциллографа, приведенную на рис. 5.1. В схеме этого осцил­лографа кроме ЭЛТ можно выделить следующие функциональ­ные блоки: каналы вертикального и горизонтального отклонений, устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В осцил­лографе исследуемый электрический сигнал подают через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систе­му ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляют напряжением горизонтальной развертки.

Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пуш­ка, отклоняющие пластины и люминесцентный экран. Электрон­ная пушка состоит из подогреваемого катода К, модулятора (сет­ки) яркости светового пятна М, электродов фокусировки и ускорения электронного луча — фокусирующего анода А₁, уско­ряющего анода А₂ и основного анода А₃. Яркость свечения люми­нофора ЭЛТ регулируют путем изменения отрицательного на­пряжения на модуляторе М. Напряжение на первом аноде А₁ фокусирует электронный поток в узкий луч. Чтобы придать элек­тронам скорость, необходимую для свечения люминофора, на второй анод А₂ подают достаточно большое (до 2000 В) положи­тельное напряжение. Для дополнительного ускорения электронов используют анод А₃, к которому приложено высокое положитель­ное напряжение (до 10... 15 кВ).

Полагая, что студенты из курса физики знакомы с устройст­вом электронной пушки, отметим лишь, что ее основным назна­чением является формирование узкого электронного пучка, при попадании которого на люминесцентный экран на экране возни­кает светящееся пятно.

Упрощенно работу отклоняющих систем ЭЛТ можно пояс­нить следующим образом. Электронный пучок (луч), проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих Y и горизон­тально отклоняющих X. Если к отклоняющим пластинам прило­жить напряжение, то между ними будет существовать электриче­ское поле, которое будет вызывать отклонение электронного луча в ту или иную сторону. Когда напряжение приложено к верти­кально отклоняющим пластинам, то пятно будет перемещаться по оси 7; если же напряжение приложено к горизонтально откло­няющим пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси X. Если теперь сфокусировать электрон­ный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экра­на ЭЛТ, а затем к пластинам Y приложить исследуемый сигнал, а к пластинам X — пилообразное напряжение, то под совместным воздействием двух напряжений луч вычертит на экране трубки осциллограмму, отражающую зависимость входного напряжения от времени.

Канал вертикального отклонения луча (см. рис. 5.1) служит для передачи на пластины Y ЭЛТ исследуемого сигнала u_c(t), под­водимого к входу Y. Канал вертикального отклонения луча со­держит аттенюатор, линию задержки и усилитель Y. Аттенюатор позволяет ослабить сигнал u_c(t) в определенное число раз, а регулируемая линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах Y ЭЛТ относительно начала развер­тывающего напряжения U_x, что важно для ждущего режима. Уси­литель Y обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах Y, доста­точную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом u_c(t). Этот усилитель содержит входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления и парафазный (с противофазными выходными сигналами одинаковой амплитуды) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча может также входить калиб­ратор амплитуды. Сигнал от калибратора поступает на вход перво­го усилителя для установки заданного коэффициента усиления.

Характеристики

Список файлов книги