9zip.ru Инструкции Частотный анализ колебаний. Измерение нелинейных искажений

В технике звуковых и высоких частот весьма часто приходится встречаться с несинусоидальными колебаниями, как непосредственно генерируемыми (например, при работе на телеграфном ключе, при передаче речи, музыки), так и появляющимися в результате искажений, вносимых устройствами звуковой или высокой частоты п,ри прохождении через них даже чисто синусоидальных колебаний В качестве примеров таких устройств можно привести трансформатор, усилитель, модулятор.

Если входное напряжение содержит больше, чем два синусоидальных колебаний, то картина искажений чрезвычайно усложняется, главным образом, из-за появления новых комбинационных частот.

Исследование несинусоидальных периодических колебаний звуковой частоты производится со следующих двух точек зрения.

Если искажения значительны и нужно выяснить причины их, то может оказаться необходимым оценить в отдельности роль каждой компоненты сложного колебания. В этом случае производят так называемый гармонический анализ, заключающийся в определении эффективного значения напряжения каждой гармоники сложного колебания. Способ этот сложный, требующий дорогой и сложной аппаратуры и длительного времени. Приборы, решающие указанную задачу, называются анализаторами гармоник. Они строятся на основе использования: 1) настраивающихся систем, обладающих высокой избирательностью, или 2) принципа гетеродинного преобразования частоты.

Если же искажения малы, то определение значения каждой гармоники в отдельности большей частью не представляет интереса и излишне усложняет задачу, в этом случае обычно производят подавление напряжения основной частоты исследуемого колебания и измеряют эффективное значение напряжения всех гармоник, начиная со второй. Величину искажений характеризуют так называемым коэффициентом нелинейности. Приборы этого типа называют измерителями коэффициента нелинейности.

При исследовании же несинусоидальных высокочастотных колебаний гармонический анализ производится сравнительно редко; здесь представляет интерес, главным образом, визуальное наблюдение частотного спектра исследуемого сигнала. Приборы, решающие эту задачу, называют анализаторами спектра.

Для экспериментального выполнения гармонического анализа нужно располагать высокоизбирательным устройством, которое позволяло бы, практически исключив колебания всех гармоник, кроме желательной, измерять последнюю так, как если бы она существовала независимо. Анализ спектра с помощью такой системы можно производить двояко. Первый способ заключается в том, что избирательная система настраивается поочерёдно на гармоники исследуемого колебания. Такой способ анализа спектра называют последовательным. Другой способ состоит в том, что измерительная установка содержит ряд высокоселективных систем, настроенных на различные гармоники спектра, на которые одновременно действует исследуемый сигнал Такой метод анализа спектра называют параллельным или одновременным В обоих методах анализа спектра к селективной системе (или к селективным системам) присоединяется индикатор, по показаниям которого судят об амплитуде соответствующей составляющей спектра.

Одновременный способ анализа значительно превосходит последовательный способ по скорости анализа; однако он требует гораздо более сложной и громоздкой аппаратуры.

Метод одновременного анализа пригоден для исследования периодических, в том числе и быстро протекающих, и одиночных процессов. Метод последовательного анализа спектра пригоден для исследования периодических процессов, так как для перестройки избирательной системы последовательно на все частоты исследуемого спектра требуется заметное время. Но так как аппаратура при последовательном методе значительно проще, применяют различные способы ускорения анализа, дающие возможность значительно расширить область применения последовательного анализа.

Простейшим образом последовательный анализ гармоник осуществляется избирательным вольтметром, представляющим собой усилитель с равномерным усилением во всей исследуемой полосе частот и с отрицательной обратной связью, сильно зависящей от частоты. В качестве избирательного элемента отрицательной обратной связи можно использовать Т-образный четырёхполюсник или мост, равновесие которого зависит от частоты.

При последовательной настройке моста на различные гармоники исследуемого напряжения, поданного на вход усилителя, гальванометр на выходе усилителя измеряет напряжения этих частот, если предварительно была произведена градуировка этого устройства.

Относительные значения напряжения отдельных гармоник можно измерять и в отсутствии градуировки, но при условии, что чувствительность вольтметра не зависит от частоты. Исследуемое напряжение подают на регулируемый ослабитель (в простейшем случае на потенциометр). При положении движка потенциометра в точке а регулируют усиление и настройку избирательного вольтметра так, чтобы он оказался настроенным на n-ю гармонику исследуемого напряжения и чтобы стрелка индикатора выходного уровня отклонилась на удобное для отсчёта число делений. Затем, не меняя усиления усилителя, настраивают его на основную частоту и, перемещая движок потенциометра, приводят стрелку выходного индикатора к тому же отклонению.

Таким образом, по соотношению сопротивлений можно судить о соотношении напряжений n-й гармоники и основной частоты.

Подобные устройства используются для анализа гармоник как на звуковых, так и на высоких частотах (примерно до 1 Мгц).

Выделение гармоник можно осуществить не только с помощью избирательного вольтметра, но и с помощью других систем, обладающих хорошей избирательностью. В качестве таких систем могут быть использованы в диапазоне звуковых частот узкополосные фильтры; в области высоких частот — колебательные контуры.
В простейшем случае для гармонического анализа высокочастотных колебаний можно воспользоваться резонансным частотомером с включенным на его выходе детектором и гальванометром. Такие приборы, называемые эхо-резонаторами, используются на сверхвысоких частотах. Перестройка резонатора производится вручную или механически (например, с помощью двигателя). При ручной перестройке резонатора фиксируют показания индикаторного прибора, получающиеся при последовательной настройке на основную частоту и на гармоники исследуемого колебания, а затем по точкам строят картину исследуемого спектра. При механической перестройке резонатора, синхронизированной с развёрткой осциллографа, можно получить «а экране последнего изображение спектра исследуемого сигнала.

Понравилась статья? Товарищ Смирнов говорит: поделись с друзьями!