Учебное пособие: Електронні аналогові осцилографи

Основні характеристики аналізатора. До них належать: роздільна здатність; точність відліку частоти і амплітуди; смуга огляду; швидкість аналізу і динамічний діапазон.

Роздільна здатність за частотою - це властивість аналізатора розмежовувати два сусідні за частотою синусоїдні сигнали. Кількісно роздільна здатність визначається як мінімальний інтервал частот між двома складовими спектра, при якому на екрані ЕПТ можна відрізнити зображення двох спектральних ліній.

Точність відліку частоти разом з роздільною здатністю визначає частотну точність аналізу. Точність відліку частоти безпосередньо залежить від точності калібрування приладу, методу аналізу, виду індикатора, від форми і ширини позначок на індикаторі, які визначаються динамічною характеристикою відбірної (резонансної) системи (пристрою). Чим ширша позначка, яка спостерігається на екрані індикатора, тим нижча точність відліку частоти. Точність відліку частоти характеризується відношенням динамічної смуги пропускання DFдин до резонансної частоти f0 вибірного пристрою: . Чим більше це відношення, тим вища точність відліку частоти.

Похибку відліку амплітуди визначити важко, бо показ аналізатора залежить не тільки від параметрів і стабільності роботи аналізатора, але й від характеру досліджуваного сигналу. Її значення буде зумовлено роздільною здатністю і часом аналізу. Чим менші роздільна здатність і період аналізу, тим більша похибка вимірювання амплітуди.

Смуга огляду характеризує смугу частот, які одночасно аналізуються. Вона визначається динамічною смугою пропускання DFдин каскадів до змішувача і межами зміни частоти гетеродина. Смуга огляду спектра може змінюватися від сотень герц до десятків мегагерц. Більшість аналізаторів мають змінну смугу огляду: в широкій смузі огляду ведеться більш грубий аналіз спектра з гіршою роздільною здатністю, а у вузькій смузі - точний аналіз спектра. У першому випадку переглядається весь спектр досліджуваного сигналу, а в другому випадку - окремі його ділянки.

Швидкість аналізу спектра характеризує, наскільки швидко здійснюється аналіз досліджуваного сигналу в заданій смузі огляду. Аналіз завжди прагнуть вести з якомога більшою швидкістю. Проте її завжди узгоджують з динамічною смугою пропускання, яка розширюється при збільшенні швидкості аналізу, а отже, погіршується роздільна здатність.

Динамічний діапазон характеризує роботу аналізатора спектра в лінійному режимі. Він визначає здатність аналізатора нормально функціонувати при дослідженні сигналів з великим розкидом рівнів окремих складових спектра.

Кількісно динамічний діапазон D оцінюють або коефіцієнтом , або логарифмічним коефіцієнтом , де - максимальне і мінімальне значення сигналу. Звичайно, без зміни чутливості аналізатора при лінійному масштабі амплітуд логарифмічний динамічний діапазонD»40дБ, а при використанні атенюатора він може бути розширений до 120 дБ. Збільшення динамічного діапазону бажане задля підвищення роздільної здатності.

Динамічний діапазон обмежується власними шумами і нелінійними викривленнями, які виникають у приладі, а також чутливістю індикатора.

Вимірювачі нелінійних викривлень

У багатьох випадках виникає потреба у визначенні ступеня викривлення вихідної напруги генератора або нелінійних викривлень сигналів у системах передачі інформації. Ступінь нелінійних викривлень сигналу ux(t) характеризують коефіцієнтом гармонік, під яким розуміють відношення СКЗ напруги вищих гармонік до СКЗ основної (першої) гармоніки (у відносних одиницях або у відсотках) цього сигналу:

, (6.28)

де

або

.

Проте частіш за все в аналогових вимірювачах нелінійних викривлень вимірюють приблизне значення коефіцієнта гармонік - відношення СКЗ напруги вищих гармонік до СКЗ досліджуваної напруги U (у відносних одиницях або у відсотках):

,(6.29)

що призводить до систематичної методичної похибки вимірювань.

Коефіцієнти , у відносних одиницях, зв‘язані між собою співвідношенням

. (6.30)

Отже, вимірявши приблизний коефіцієнт , завжди можна визначити коефіцієнт гармонік , вилучивши методичну похибку. При < 0,1 значення коефіцієнтів і практично збігаються і за точне значення беруть показ приладу, тобто .

На Рис.6.53 приведена спрощена структурна схема вимірювача нелінійних викривлень. Основними її елементами є подільник напруги R, попередній підсилювач П1, загороджувальний (режекторний) фільтр, узгоджений підсилювач П2 і електронний вольтметр V СКЗ.

Підсилювач П1 забезпечує підсилення сигналу uх(t) до значення, зручного для відліку, а підсилювач П2 призначений для усунення впливу електронного вольтметра на настроювання фільтра і підвищення чутливості приладу.

Вимірювання коефіцієнта гармонік виконується двома етапами: перший етап - калібрування, другий етап - вимірювання. Калібрування зводиться до приведення СКЗ напруги досліджуваного сигналу uх до одного, стандартного рівня, який приймається за 100%. Для цього перемикач S ставиться в положення К (калібрування) і зміною вручну або автоматично коефіцієнта передачі вхідного подільника напруги R переміщують вказівник вольтметра на кінцеву позначку шкали “100”. Тим самим установлюється відповідність позначки “100” шкали такому самому значенню у відсотках коефіцієнта гармонік , що забезпечує безпосередній відлік значення коефіцієнта гармонік зі шкали приладу згідно з формулою (6.29).

Рис.6. Структурна схема вимірювача нелінійних викривлень.

Для виконання вимірювання перемикач S переводять у положення В (вимірювання) і настроюють режекторний фільтр на частоту основної гармоніки досліджуваного сигналу за мінімальним показом вольтметра. Настроєний фільтр заглушує основну гармоніку і водночас пропускає вищі гармоніки сигналу uх. Внаслідок цього на вхід електронного вольтметра надходять лише вищі гармоніки вхідного сигналу, і, отже, відхилення вказівника вольтметра відповідає значенню коефіцієнта . Точне значення коефіцієнта при необхідності обчислюється за формулою (6.30).

Прилад дозволяє вимірювати СКЗ напруги Ux, для чого перемикач S переводять у положення V.

Вимірювачі нелінійних викривлень працюють у межах звукових і ультразвукових частот – від 20 Гц до 200 кГц, їх основна абсолютна похибка вимірювання коефіцієнта гармонік складає приблизно 5...10%.