Измерители амплитудно-частотных характеристик

По определению (10.1) измерение АЧХ в элементарном случае может быть организовано с помощью ИГ и вольтметра. Изменяя частоту ИГ и поддерживая U_1m =const, можно измерить вольтметром значения U_2m на определенных частотах, а затем построить результатам этих измерений график К(w). Такая методика весьма трудоемка (особенно при настройке ЧП по заданной АЧХ) и не наглядна. Поэтому автоматизация измерений АЧХ — одна из актуальных задач электрорадиоизмерительной техники. Она решается с помощью панорамных измерителей АЧХ (И АЧХ), которые являются одними из первых автоматических радиоизмерительных приборов.

В соответствии с принципами построения панорамных приборов (см. § 2.5) ИАЧХ должен иметь в своем составе функциональные блоки и узлы, показанные на рис. 10.20. Большинство их нами уже рассматривалось ранее. Ограничимся поэтому общей характеристикой работы ИАЧХ, укажем основные параметры ИАЧХ как радиоизмерительных приборов и отметим характерные особенности отдельных блоков.

Как видно из рис. 10.20, выходное напряжение (мощность) ГКЧ (см. § 9.3.5), стабилизированное системой АРА (АРМ), подаётся на вход исследуемого ЧП. Выход ЧП соединяется со входом индикаторного блока, управляющего отклонением луча ЭЛТ по вертикали и горизонтали. При этом отклонение луча по горизонтали осуществляется синхронно с перестройкой ГКЧ, благодаря чему создается частотная ось панорамы. В современных ИАЧХ применяется исключительно пилообразное модулирующее напряжение, излучаемое с помощью ГЛИН и обеспечивающее линейный частотный масштаб и одинаковую яркость свечения всех участков наблюдаемой АЧХ. Во время обратного хода развертки ГКЧ может запираться, и тогда на экране ЭЛТ прочерчивается «нулевая линия» (сама частотная ось панорамы).

Часть выходного напряжения (мощности) ГКЧ подается также
на вход блока частотных меток (рис. 10.20). С его помощью устанавливается частотный масштаб панорамы и измеряются частоты,
соответствующие характерным точкам АЧХ.

Панорамные ИАЧХ — это сложные радиоизмерительные приборы, совмещающие функции ГКЧ и осциллографического индикатора. Для характеристики их возможностей применяется система параметров. Укрупненно они подразделяются на входные, относящиеся к осциллографическому индикатору и рассмотренные в § 7.2, выходные, определяемые в основном ГКЧ и рассмотренные в § 9.2 и 9.3.5, а также общие параметры, характеризующие совместную работу ГКЧ и индикатора. К общим параметрам ИАЧХ относятся погрешности измерения частоты и амплитуды отдельных точек АЧХ, нелинейность частотного масштаба на экране ЭЛТ и неравномерность собственной АЧХ прибора (при отсутствии ЧП). Требования к общим параметрам регламентируются ГОСТ 17023 - 74. В частности, погрешность измерения амплитуды отдельных точек АЧХ нормируется, как правило, в пределах ± (0,4 + 0,1 К)дБ.

Генератор качающейся частоты

В зависимости от диапазона частот ГКЧ различают низкочастотные ИАЧХ (20Гц...200 МГц) и высокочастотные (0,5...1500 МГц).

Очень важно правильно выбрать при измерениях выходное на пряжение (мощность) ГКЧ. В случае пассивных ЧП оно по возможности должно быть большим, так как это гарантирует работу детектора на линейном участке характеристики и неискаженное в произведение АЧХ. При исследовании АЧХ активных ЧП выходи напряжение (мощность), наоборот, должно быть минимальным чтобы не нарушить режим работы ЧП.

Важным является также правильный выбор периода качания частоты ГКЧ. Он определяется ДХ ИАЧХ и может являться причиной значительных отклонений воспроизводимой (динамической) АЧХ от истиной (статической). Поэтому при практических измерениях необходимо контролировать оптимальность выбранного периода качания и уменьшать его только до тех пор, пока не наступят заметные изменения формы АЧХ или смещения её по оси частот.

Индикаторный блок

Входным узлом индикаторного блока является амплитудный детектор. В низкочастотных ИАЧХ — это встроенная детекторная головка с высоким входным сопротивлением. Для высокочастотных ИАЧХ, наоборот, характерна выносная детекторная головка, входное сопротивление которой согласовано с волновым сопротивлением коаксиального измерительного тракта.

Индикаторный блок, как правило, обеспечивает воспроизведение АЧХ не только в линейном масштабе, но и в логарифмическом (при наличии перепадов напряжения 60...80 дБ и более). В низкочастотных ИАЧХ это достигается простой коммутацией линейного и логарифмического усилителей, а в высокочастотных ИАЧХ сопряжено гетеродинным преобразованием частоты выходного сигнала ЧП и последующим логарифмированием на промежуточной частоте.

Методика измерения амплитудных параметров АЧХ использует все достижения техники осциллографических измерений, достаточно подробно рассмотренных в § 7.6. Возможности ИАЧХ существенно расширяются, если индикаторный блок является двухканальным. Можно, в частности, наблюдать на одном из каналов АЧХ всего четырехполюсника (например, многокаскадного усилителя), а на другом с помощью выносной головки — АЧХ его отдельных частей например, каскадов усилителя). Очень удобной и высокопроизводительной оказывается также настройка четырехполюсника по АЧХ с помощью образцового ЧП, помещенного во второй канал.

Из других схемных решений отметим комплектацию индикаторных блоков некоторых типов ИАЧХ так называемыми генераторами сетчатого поля. Они генерируют сложный видеосигнал, создающий на экране ЭЛТ прямоугольную сетку белых горизонтальных вертикальных полос на черном фоне. С помощью этой сетки проверяется линейность телевизионного изображения и осуществляется сведение цветности в цветных телевизорах.

Блок частотных меток

С помощью частотных меток, как уже указывалось, устанавливается частотный масштаб и измеряются частоты отдельных точек АЧХ. Частотные метки воспроизводятся на экране ЭЛТ путем яркостной или амплитудной модуляции электронного луча и могут быть неподвижными и подвижными. При широкополосных АЧХ чаще пользуются системой неподвижных равноотстоящих меток, формируемых из нулевых биений напряжения ГКЧ с напряжением, спектр которого содержит набор постоянных калибровочных частот. Сущность этого способа поясняется структурной схемой блока частотных меток, приведенной на рис. 10.21.

Генератором частотных меток (калибровочного спектра) является обычно кварцевый генератор с усилителем гармоник. Напряжение нулевых биений образуется аналогично схеме рис. 10.19 и подаётся совместно с выходным сигналом детектора на УВО. При качании частоты ГКЧ на экране ЭЛТ будет наблюдаться серия частотных меток, отстоящих друг от друга на величину f_кв. Они образуют частотную шкалу, масштаб которой можно изменить с помощью дополнительных делителей частоты f_кв.

В случае узкополосных АЧХ необходимо иметь подвижные частотные метки, которые всегда можно было бы совместить с характерными точками АЧХ. Они формируются тем же способом, что калибрационные метки в АС (см. рис. 7.32).

Точность измерения частоты отдельных точек АЧХ можно существенно повысить, применяя для модуляции ГКЧ и создания частотной оси панорамы напряжение линейно-ступенчатой форм (рис. 10.22). В момент времени t₁ (начало ступеньки) прекращается качание частоты ГКЧ и останавливается развертка на экране ЭЛТ.

Рис. 10.22. График линейно-ступенчатого модулирующего напряжения.

На исследуемой АЧХ появляется светящаяся точка, яркость которой определяется длительностью ступеньки (t₂—t₁). Частоту ГКЧ удобно измерять в это время встроенным или внешним ЦП (см § 5.3). Перемещая ступеньку вдоль Up, можно совместить светящуюся точку с любой точкой исследуемой АЧХ.