Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 22
Текст из файла (страница 22)
При М~Т можно заметить периодичность в повторении символов. Реализация генераторов ПСП более проста, чем реализация случайной последовательности. Генератор псевдослучайного напряжения включает задающий генератор, генератор тактовых импульсов и выходное усгройство. Задающнй генератор (рис. 5.20) представляет собой цифровой регистр сдвига с обратной связью, вводимой посредством логической схемы «Отрицание равнозначности» (сумматор по модулю 2).
Автокорреяяционная функция ПС напряжения напоминает автокорреляционную функцию «белого» шума, но обладает периодичностью. Частотный спектр двоичного ПС-напряжения имеет дискретную структуру. Генераторы ПСП применяются для испытания логических устройств и каналов связи.
Генераторами специ альп ой фор мы называются источники одиночных или периодических видеоимпульсных сигналов, форма которых отлична от прямоугольной. Из всего многообразия генераторов этого типа остановимся на так называемых ф у н к ц ио-: н а л ь н ы х генераторах, которые в широком диапазоне частот могут генерировать напряжение треугольной, прямоуГольной, импульсной, пилообразной и синусоидальной форм. Генераторы этого типа допускают плавную регулировку частоты колебаний в пределах от сотых долей герц до единиц мегагерц. Имеется возможность модулировать (свипировать) частоту колебаний напряжением от внешнего источника.
Нестабильность частоты при постоянной температуре окружаюп1ей среды обычно не превосходит: кратковременная (10 мин) — ~5.10 — ь, долговременная (8 ч) —.+1 1О-з. Гене- 101 раторы этого типа просты в обслуживании и имеют относительно низкую стоимость. Основным элементом функционального генератора служит иниегратор, собранный на дифференциальном усилителе постоянного йока (УПТ).
Частоту колебаний на выходе прибора можно регулировать,.изменяя значение тока в зарядной (входной) цели интегра- О ~ иу Ее Е Е ~ + Π— ЕЕЕ 1 — и, ЯŠ— Ое 2 2 +не Я +„Е ф Ег Рис. 5.21. Функциональный генератор: а — упрощенная «яЕма; Н вЂ” диаграммы ныяпдныя напряжений (Ю~ яв; е диаграммы напряжений на деяняеяе я~-яе тора. В генераторах предусматривается возможность регулировки симметричности формы выходного напряжения. В результате можно формировать треугольное напряжение с разным наклоном сторон или несимметричное прямоугольное напряжение.
При наличии .интерфейса функциональные генераторы могут использоваться в составе автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов. При этом все параметры выходных сигналов устанавливают дистанционно. Функциональный генератор (рис. 5.21) состоит из регенеративной схемы сравнения и интегратора, собранных на дифференциальных усилителях постоянного тока (рис.
5.21, усилители 1 и 2), фильтра' и усилителей Л и 4. Работа схемы заключается в последовательном чередовании периодов с быстрым и медленным протеканием электрических процессов. Характер процессов в генера- торе определяется режимом работы УПТ-1, охваченного цепью (резистор Р~) положительной -обратной связи. Если усилитель 2 работает в режиме линейного усиления, то процессы в схеме протекают быстро и носят регенеративный характер. Если же усилитель 1 работает'в режиме насыщения, то токи и напряжения в схеме изменяются медленно.
Выясним условие, определяющее моменты изменения характера процессов. В режиме линейного усиления напряжение на входе УПТ-.1 близко к нулю, поскольку выходное напряжение конечно, а коэффициент усиления велик. Последнее можно трактовать как наличие на входном зажиме усилителя «кажущегося заземления» (точка а). При этом токи в резисторах Я, и к» определяются из, соотношений1~=и~Я~ и 1»=и»/йь Так как 1»= — 1ь то и« = — — и,.
(к») 2 Я~ Таким образом, когда напряжение в точке 2 достигает критического значения и»с«»', равного — ()(»/Р~) иь характер процессов в схеме изменяется скачкообразно. Скорость протекания медленных процессов определяется значениями параметров схемных элементов интегратора, Это облегчает возможность регулирования частоты колебаний. Так, частоту функционального генератора можно изменять, регулируя электронным путем силу зарядного тока интегратора.
Генератор с подобной структурой называется генератором, управляемым напряжением. Сииусоидальное напряжение образуется с помощью узкополосного фильтра. Для этой же цели используют специальные преобразователи типа «прямоугольное напряжение — синусоида» или «треугольное напряжение — синусоида», Дальнейшее повышение стабильности частоты колебаний генераторов сигналов специальной формы возможно на основе объединения их с синтезаторами частоты (см. $5.7) Современные генераторы сигналов специальной формы весьма универсальные измерительные приборы с широким частотным диапазоном, большим числом форм выходных сигналов и электронным управлением параметрами сигналов.
В ряде случаев эти генераторы частично или полностью заменяют низкочастотные, в том числе инфранизкочастотные, высокочастотные и импульсные генераторы. Управление генераторами можно осуществлять вручную от клавиатуры на передней панели с индикацией' параметров на табло и дистанционно. В последнем случае возможно программирование частоты, формы и величины ступенчатого ослабления выходного сигнала, 5 5.6. Генераторы шумовых сигналов Генераторами шумовых сигналов называют измерительные генераторы, выходное напряжение которых представляет собой реализацию случайного процесса с контролируемыми статистическими характеристиками.
103 Случайное напряжение описывают среднеквадратическим значением, функцией распределения вероятностей мгновенных значений, автокорреляционной функцией и спектральной плотностью. Различают генераторы непрерывно и дискретно распределенного случайного напряжения. Первые классифицируют по частотному диапазону, виду функции распределения и спектральной плотности. Вторые делятся на -генераторы двухуровневого (двоичного) и многоуровневого случайного напряжения. Последние бывают с равномерным, биномиальным и другим распределением вероятностей уровней.
К генераторам шумовых сигналов относят также генераторы случайных импульсных последовательностей. При этом случайнымн параметрами выходного напряжения являются моменты появления очередных импульсов н интервалы между ними. В .зависимости от фунКции различают генераторы с пуассоновским, показательным и другим распределением. Структурная схема генератора непрерывно распределенного случайного напряжения состоит из задающего генератора, преобразователя, выходного устройства и измерителя уровня шума. В основе принципа действия задающих генераторов лежат электрические процессы, приводящие к образованию устойчивых шумов, характеристики которых поддаются расчету или измерению.
Наиболее часто используют тепловые шумы проволочных резисторов, дробовые шумы вакуумных диодов и шумы газоразрядных приборов. Вакуумный диод в режиме насыщения может служить первичным источником шума. Если катод диода выполнен из чистого металла, а угол пролета электронов мал, то среднее значение квадрата шумовой составляющей анодного тока Тз =)2е Рад~, где е — заряд электрона, К; 1а — ток насыщения, А; Л~ — ширина полосы частот, Гц.
Если нагрузкой диода служит резистор к, то действующее значение шумового напряжения и= й.г/2е! зЬ|. (5.9) Из этого соотношения следует, что при заданном )г шумовое напряжение диодного генератора можно определить, если известны ток насыщения и ширина спектра шума. Уровень шума можно регулировать, изменяя ток накала. Типовые диодные генераторы являются источником шума от нескольких сотен герц до 300— 400 МГц.
В диапазоне СВЧ применяют шумовые диоды, конструкция которых напоминает отрезок коаксиальной линии: внутренний проводник — катод, внешний — анод. Дробовой шум, возникающий в пространстве катод — анод, распространяется вдоль линии, а затем возбуждает колебания в волноводном тракте. Газоразрядные приборы (тиратрон, помещенный в магнитное поле, и газоразряд- 104 ные трубки) также используют в качестве первичных источников шума. Шумовые свойства газоразрядных приборов объясняются беспорядочным движением электронов в плазме ионизнрованного газа.
Сравнительно высокая интенсивность шумов обусловлена высокой температурой плазмы. Газоразрядные трубки, заполненные инертным газом при низком давлении, позволяют получить широкий спектр шумов, верхняя граница которых достигает миллиметрового диапазона волн. Преобразователь придает шумовому напряжению заданные свойства. Преобразование осуществляют с помощью фильтров, усилителей; нелинейных элементов, гетеродинных переносчиков спектра и других устройств. С помощью нелинейных элементов и переносчиков спектра обеспечивают трансформацию исходного спектра шума из одной области частот в другую. К переносу спектра приходится прибегать при создании генераторов шума низких н инфранизкнх частот, Это вызвано тем, что практически все первичные источники шума в области нулевой частоты образуют шумы с заведомо неравномерной спектральной плотностью. Образование низкочастотных составляющих шума при нелинейном преобразовании объясняется эффектом биений между близкими по частоте составляющими спектра исходного шума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
