 |
3.2 Низкочастотные измерительные генераторы синусоидальных колебаний
|
|
|
|
3. 2 Низкочастотные измерительные генераторы синусоидальных колебаний
Низкочастотные измерительные генераторы (звуковой и ультразвуковой частот) вырабатывают синусоидальные колебания с плавно и ступенчато регулируемыми частотами (20 Гц - 200 кГц), амплитудой (от долей милливольта до 150 В) при нескольких фиксированных значениях сопротивления нагрузки. Максимальная мощность - от 1 мВт до 10 Вт.
Степень нелинейных искажений гармонического выходного сигнала характеризуется коэффициентом гармоники, равным отношению среднеквадратичного напряжения суммы всех гармоник сигнала , кроме первой, к среднеквадратичному напряжению первой (основной) гармоники:
(3. 1)
Обычно значение (3. 1) выражают в процентах. Коэффициент зависит от значений частоты и выходной мощности сигнала.
Диапазон генерируемых частот характеризуется коэффициентом перекрытия, равным отношению максимальной генерируемой частоты к минимальной:
(3. 2)
Расширение диапазона генерируемых частот возможно за счет применения частичных поддиапазонов.
Стабильность частоты генератора определяется отношением абсолютного изменения частоты к начальной частоте при определенных условиях:
(3. 3)
где - частота генератора, измененная внешними условиями.
Точность установки частоты определяется качеством шкальных устройств и механизмов органов настройки.
Значение абсолютной погрешности установки частоты для генераторов низких частот обычно выражается в виде
(3. 4)
|
|
|
где - относительная погрешность; n - минимальное значение абсолютной погрешности установки частоты, Гц.
Измерительные генераторы имеют малое выходное сопротивление, значение которого можно регулировать для согласования с сопротивлением внешней нагрузки. В них регулировка в широких пределах частоты и напряжения (мощности) выходного сигнала.
Измерительный генератор состоит из задающего генератора, выходного усилителя, выходного устройства (аттенюатора, согласующего трансформатору электронного вольтметра) (рис. 3. 1).
Задающий генератор (возбудитель) создает стабильные по частоте и амплитуде синусоидальные колебания в требуемом диапазоне частот. Он во многом определяет характеристики измерительного генератора (форму или периодичность выходного сигнала).
В зависимости от схемного решения задающего генератора измерительные генераторы делят на LC-генераторы, генераторы на биениях и RC-генераторы.
Выходной усилитель обеспечивает развязку задающего генератора от нагрузки, усиливает напряжение (мощность) генерируемых колебаний (повышает энергетический уровень сигналов) на заданной нагрузке, т. е. согласует выход задающего генератора с выходным устройством измерительного генератора.
Рисунок 3. 1 – Схема измерительного генератора низкой частоты
В состав выходного устройства входят аттенюатор, согласующий трансформатор, электронный вольтметр. Аттенюатор и электронный вольтметр служат для регулировки и контроля уровня выходного напряжения (мощности), подводимого к нагрузке. Согласующий трансформатор предназначен для согласования (уравнивания) выходного сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки, что обеспечит получение максимальной выходной мощности и минимальных нелинейных искажении.
LC - генераторы. В LC - генераторах частота генерируемых колебаний f определяется емкостью Си индуктивностью Lколебательного контура задающего генератора, работающего в режиме самовозбуждения:
|
|
|
(3. 5)
Основные недостатки LC - генераторов - громоздкость колебательного контура и сложность его перестройки. Для создания измерительного генератора с регулируемой частотой от 20 Гц до 20 кГц, т. е. при коэффициенте перекрытия, равном, требуются большие емкости и индуктивности. LC - генераторы широкого распространения не получили и изготовляются на узкий диапазон частот либо на одну или несколько фиксированных частот.
Генераторы на биениях. Задающий генератор составлен из двух высокочастотных, близких по частоте маломощных генераторов LC - типа, смесителя и фильтра низких частот (рис. 3. 2). Генератор фиксированной частоты генерирует колебания фиксированной частоты , частота генератора регулируемой частоты плавно регулируется в некоторых пределах. Напряжения этих частот через буферные каскады (катодные или эмиттерные повторители) поступают на смеситель. В результате взаимодействия колебаний с частотами и на выходе смесителя образуются колебания серии комбинационных частот ( mиn— целые числа) и частоты f, равной разности частот. Фильтр низких частот задерживает высшие частоты и выделяет разностную частоту, т. е. частоту биений f, напряжение которой усиливается в усилителе низких частот и через аттенюатор подается на выход. До аттенюатора включен вольтметр выходного напряжения.
Значения частот и выбирают такими, чтобы разностная частота f лежала в диапазоне низких частот (например, ). Недостатки генераторов на биениях - сложность схемы и относительная нестабильность низкой частоты. Однако эти генераторы применяют в измерительной технике, поскольку выходное напряжение не зависит от частоты и весь диапазон выходных частот плавно меняется с изменением емкости переменного конденсатора в колебательном контуре генератора регулируемой частоты.
|
|
|
