стр.133-187 (1066275), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Для повышения стабильности частоты звуковых генераторов часто применяют задающие генераторы на биениях. Структурная схема задающего генератора содержит два первичных высокочастотных генератора фиксированных частот f₁ и f₂, смеситель и фильтр промежуточной частоты (рис. 4.4).

Метод биений заключается в том, что колебания звуковой частоты образуются в результате воздействия на нелинейный элемент смесителя двух близких по частоте гармонических коле­баний f₁ и f₂. При этом частота f₁ может меняться в пределах от f₁ до f₁+F, где F — наибольшая частота рабочего диапазона. На выходе смесителя получают комбинационные частоты, в том чис­ле и так называемую промежуточную частоту

F_пч= f₂ - f₁. Коле­бание промежуточной частоты РПЧ выделяют фильтром промежу­точной частоты.

При создании измерительных генераторов на биениях прини­мают меры, направленные на обеспечение высокой стабильности частоты первичных генераторов колебаний. Как правило, преду­сматривают возможность периодической калибровки частоты ге­нератора. Коэффициент нелинейных искажений генерируемых колебаний обычно составляет десятые доли процента и в основ­ном определяется качеством фильтра промежуточной частоты.

Генератор инфранизких частот можно построить по схеме с электронным управлением частотой. Такие устройства принято называть функциональными генераторами.

Характеристики высокочастотных генераторов

В диапазоне радиочастот в средствах измерений применяют как генераторы сигналов, так и генераторы стандартных сигна­лов. Генераторы сигналов имеют большую среднюю выходную мощность (до 3 Вт) и их используют для питания измерительных передающих антенн и других мощных устройств. Генераторы стандартных сигналов — маломощные источники с низким уровнем выходного напряжения (до 1 В) — применяют при испытаниях и настройке узлов радиоаппаратуры. Основные требования, предъявляемые к ГСС: высокие стабильность частоты и амплитуды вы­ходного сигнала, малый коэффициент нелинейных искажений. В генераторах стандартных сигналов предусматривают возможность получения амплитудной модуляции за счет использования как внешнего, так и внутреннего источников напряжения. Внутренняя модуляция обычно действует на частотах 400 и 1000 Гц.

Характеристики генераторов сверхвысоких частот

Генераторы сверхвысоких частот (СВЧ-генераторы) работают в диапазоне частот 1...40 ГГц. По типу выходного соединителя с исследуемой схемой они делятся на коаксиальные и волноводные, причем последние более высокочастотные. Для СВЧ-генераторов характерно однодиапозонное построение, с небольшим перекры­тием по частоте (около октавы — 2 раза). Некалиброванная вы­ходная мощность измерительного СВЧ-генератора достигает де­сяти ватт, а калиброванная составляет нескольких микроватт. Шкалы калиброванных аттенюаторов СВЧ-генераторов градуи­руют в дБ, а ГСС — в децибелах и микроваттах.

Генераторы сверхвысоких частот используют для настройки радиоприемных устройств радиолокационных и радионавигаци­онных станций, систем космической связи и спутникового веща­ния, измерения параметров различных антенн и т.д. Структурная схема СВЧ-генератора показана на рис. 4.5. Особенностями изме­рительных генераторов этого вида являются относительная про­стота электронной части схемы и сложность механических узлов приборов. Схема включает собственно СВЧ-генератор, импульсный модулятор, измеритель малой мощности, частотомер и ка­либрованный аттенюатор. Все высокочастотные узлы генератора соединяют волноводами.

Задающие СВЧ-генераторы измерительных приборов выпол­няют на отражательных клистронах, диодах Ганна, магнетронах, лавинно-пролетных диодах (ЛПД), лампах бегущей (ЛЕВ) и об­ратной волны (ЛОВ) и т.д.

В измерительных СВЧ-генераторах необходима тщательная экранировка, так как утечка мощности с ростом частоты возрас­тает. Провода питания выполняют в виде коаксиальных кабелей со специальным наполнением, хорошо поглощающим энергию СВЧ-колебаний. Повышенные требования предъявляют и к ис­точникам питания, так как активные элементы СВЧ-диапазона чувствительны к нестабильности питающих напряжений.

4.3. Цифровые измерительные генераторы низких частот

Цифровые генераторы низких частот отличаются от аналого­вых более эффективными метрологическими характеристиками: высокими точностью установки и стабильностью частоты, малым коэффициентом нелинейных искажений (строго синусоидальной формой), постоянством уровня выходного сигнала. Цифровые генераторы удобнее аналоговых в эксплуатации: выше быстро­действие, существенно проще установка требуемой частоты, более наглядна индикация. Цифровые генераторы имеют возмож­ность автоматической перестройки частоты по заранее заданной программе.

Действие цифровых генераторов основано на принципе фор­мирования числового кода с последующим преобразованием его в гармонический сигнал. При этом используют метод аппроксима­ции формы выходного колебания.

Принципы аппроксимации

Самый простой вид аппроксимации — ступенчатая. Она за­ключается в представлении (замене) синусоидального колебания напряжением ступенчатой формы, весьма мало отличающейся от синусоидальной кривой (рис. 4.6, а). Аппроксимируемое сину­соидальное напряжение u(t)=U_мsinωt дискретизируют во вре­мени (равномерная дискретизация с шагом ∆t) и в интервале, разделяющем два соседних момента времени t_i и t_i+1 синусои­дальное колебание заменяют напряжением постоянного тока — ступенькой, высота которой равна значению аппроксимируемо­го напряжения в момент t_i, т.е. u(t_i)=U_мsinωt_i. В результате та­кой замены вместо кривой синусоидальной формы получают ступенчатую линию, изображенную на рис. 4.6, а.

При имеющемся периоде Т гармонического колебания число ступенек р, приходящихся на один период, определяют шагом дискретизации: р=T/∆t. Если же из технических соображений число ступенек задано, то изменение шага дискретизации приво­дит к изменению периода формируемого напряжения, поскольку Т=р∆t. Учитывая, что t_i=i∆t, уравнение ступенчатой кривой представляют как u(i∆t)=U_msin(iω∆t) или с учетом р и ω= 2π/T:

Ступенчатая кривая тем точнее приближается по форме к синусоиде, чем больше выбрано число ступеней р. Когда это чис­ло велико, ступенчатое напряжение можно рассматривать как низкочастотное синусоидальное напряжение, немного искажен­ное высокочастотной аддитивной помехой.

Спектральный анализ напряжения, полученного путем сту­пенчатой аппроксимации, показывает, что его спектр содержит гармонику основной частоты и ряд высших гармоник. При этом оказывается, что ближайшей к основной высшей гармоникой бу­дет составляющая с номером р-1, следующей — гармоника но­мера р+1, затем гармоники номеров 2р-1 и 2р+1 и т.д. Напри­мер, при р=25 и частоте напряжения f основной гармоники ближайшими высшими гармониками будут 24-, 26-, 49-, 51-я гар­моники, т.е. напряжения частот 24f, 26f, 49f, 51f. Такие соотно­шения между основной и высшими гармониками позволяют лег­ко осуществить высококачественную фильтрацию, резко ослабляющую уровни высших гармоник, т.е. получить синусои­дальное напряжение, характеризуемое достаточно малым коэф­фициентом нелинейных искажений.

Структурная схема цифрового генератора представлена на рис. 4.6, б. Импульсный кварцевый генератор вырабатывает пе­риодическую последовательность коротких импульсов с перио­дом следования Т. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления g получается периодическая по­следовательность импульсов с периодом следования ∆t=gТ, за­дающим шаг дискретизации. Импульсы поступают в счетчик ем­костью р. Кодовая комбинация, определяемая числом i импуль­сов, накопленных в счетчике, передастся в схему ЦАП. Последний вырабатывает напряжение, соответствующее числу i, т.е. u(i∆t)=U_msin(i2π/p). Таким образом формируют р ступенек ап­проксимируемой кривой. При накоплении р импульсов счетчик пе­реполняется и сбрасывается в нуль. С приходом (р+1)-го импульса начинается формирование нового периода ступенчатой кривой. Частоту формируемого колебания при фиксированном числе сту­пенек р регулируют, меняя шаг дискретизации ∆t, что достигается изменением коэффициента деления g делителя частоты.

4.4. Генераторы качающейся частоты и сигналов специальной формы

В измерительной технике часто используют генераторы гар­монических сигналов, частоту которых автоматически изменяют (качают) в пределах заданной спектральной полосы.

К генераторам качающейся частоты (ГКЧ; устаревшее на­звание «свип-генератор») относятся источники гармонических колебаний со специальным (линейным, логарифмическим и т.д.) законом автоматического изменения частоты в пределах заданной полосы качания. Полосу качания ∆f определяют как разность конечной f_к и начальной f_н, частот, т.е. ∆f=f_к-f_н. В зависимости от ее значения ГКЧ делят на узкополосные (∆f не более 1% мак­симальной частоты рабочего диапазона или поддиапазона), широкополосные (∆f >1%) и комбинированные.

Структурная схема ГКЧ (рис. 4.7) содержит источник модули­рующего напряжения, задающий генератор, схему формирования частотных меток, выходной блок и цифровой индикатор уровня, фиксирующий выходное колебание. Основные параметры дан­ных генераторов — частотные и амплитудные. К первым относят диапазон рабочих частот, полосу качания, длительность автома­тического качания частоты и т.д. Ко вторым — уровень выход­ной мощности (напряжения) при работе на согласованную на­грузку, неравномерность этого уровня при перестройке частоты и пр. К генераторам качающейся частоты предъявляют достаточно жесткие требования по линейности модуляционной характери­стики, постоянству выходного уровня мощности и значению по­бочной модуляции.

В достаточно широких пределах автоматическое качание частоты без коммутации элементов колебательной системы легко реализуют в низкочастотных генераторах на биениях. При этом в качестве перестраиваемого гетеродина может слу­жить LС-генератор с электронным управлением частотой.

В радиотехнике известно несколько способов управления частотой высокочастотных LС-генераторов. Практическое при­менение находит способ перестройки частоты путем изменения величины барьерной емкости p-n-перехода полупроводникового диода — варикапа, который включают в цепь колебательного контура генератора. Модулирующее напряжение, воздействуя на р-п-переход диода, изменяет его емкость, а следовательно, и час­тоту генерируемых колебаний.

К генераторам сигналов специальной формы относят источ­ники одиночных или периодических импульсных сигналов, кото­рые могут иметь прямоугольную и отличную от нее форму. Осо­бое место в ряду генераторов специальной формы занимают импульсные (релаксационные) генераторы. Их подразделяют на генераторы периодической последовательности импульсов и ге­нераторы кодовых групп импульсов. Широкое применение нахо­дят генераторы периодических последовательностей прямоугольных импульсов. Для формирования прямоугольных импульсов со стабильными длительностью и частотой следо­вания, крутыми фронтами и плоской вершиной используют мультивибраторы, работающие в автоколебательном и жду­щем режимах. Обычно в мультивибраторах применяют квар­цевую стабилизацию частоты.

Структурная схема импульсного генератора и временные диа­граммы ее работы показаны на рис. 4.8. Формирователь вре­менных интервалов может работать в режиме автогенератора (положение ключа 1) или в ждущем режиме (положение ключа 2). Однократный пуск осуществляют нажатием кнопки К_н. Интер­вал Т определяет частоту следования импульсов f=1/Т. Длитель­ность импульсов определяется временем задержки, как в одно­именной схеме: τ_и=τ_з. По длительности вырабатываемых им­пульсов генераторы делят на микросекундные и наносекундные.

Характеристики

Список файлов учебной работы