Измерение частотных характеристик устройств радиоэлектроники

Методы и средства измерения и контроля Лекция №13 Измерение частотных характеристик устройств радиоэлектроники Старший преподаватель Иванов Владимир Константинович Измерение частотных характеристик устройств радиоэлектроники Основные частотные параметры четырёхполюсников Коэффициент передачи отношение амплитуд напряжений на выходе и на входе Передача мощности со входа на выход характеризуется логарифмической величиной, связанной с коэффициентом передачи Для описания активных устройств используется коэффициент усиления Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) линейной цепи это зависимость модуля комплексного коэффициента передачи от частоты. Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) — это зависимость аргумента комплексного коэффициента передачи от частоты. Для измерения частотных зависимостей комплексного коэффициента передачи используют измерители АЧХ или скалярные анализаторы цепей (scalar network analyzer). Снятие ФЧХ задача более сложная. Приборы, позволяющие снимать как АЧХ, так и ФЧХ называют векторными анализаторами цепей (vector network analyzer). Обобщённая схема для измерения АЧХ четырёхполюсника Снятие АЧХ часто требуется при исследовании и разработке различных фильтров. Типовая АЧХ полосового фильтра По АЧХ определяют основные параметры фильтра: Полоса пропускания Δf – диапазон частот, в котором спад АЧХ не превышает заданного значения. Как правило это уровень - , где Ko – максимальное значение АЧХ Уровень 0,707 соответствует ослаблению -3 дБ, Уровень 0,1 соответствует ослаблению -20 дБ Измерение АЧХ по точкам Метод известного генератора Используется один генератор гармонических колебаний с постоянной амплитудой Uген и известным (стандартным) внутренним сопротивлением Zген. Напряжение на выходе измеряется одним вольтметром с известным входным сопротивлением Zн. Измерение АЧХ по точкам с помощью двух вольтметров Z0 – эталонный резистор с заданным сопротивлением источника сигнала. АЧХ - отношение амплитуд напряжений U2 и U1. Такой способ измерения называют «метод Z» – его используют при измерении АЧХ с высокой точностью Основные источники погрешностей метода измерения АЧХ по точкам: • погрешность установки частоты генератора; • погрешность установки амплитуды напряжения на выходе генератора и ее нестабильность в процессе измерения АЧХ; • • • погрешность установки внутреннего сопротивления генератора; • погрешность интерполяции кривой АЧХ между измеренными точками. погрешность вольтметра, измеряющего напряжение на выходе цепи; влияние конечного входного импеданса вольтметра на выходное напряжение цепи; Панорамный метод измерения АЧХ ГКЧ G uупр ≈ u2 u3 Исследуемое устройство ~ u4 Индикатор u1 G uразв Y X Приборы, реализующие панорамный метод, называют измерители АЧХ (группа Х1 по ГОСТ). Осциллограммы сигналов в панорамном измерителе АЧХ - Напряжение развертки ЛЧМ сигнал на выходе ГКЧ Осциллограмма выходного сигнала Огибающая (сигнал с выхода детектора) Условия неискаженного воспроизведения формы АЧХ на экране измерителя: • Линейность закона частотной модуляции (зависимости частоты от управляющего напряжения) определяет равномерность оси частот на индикаторе. • Линейность детектора. Она обеспечивает постоянство коэффициента отклонения луча по вертикали экрана. • Постоянство амплитуды ГКЧ в диапазоне качания частоты. Зависимость выходной амплитуды ГКЧ от частоты называют собственной АЧХ измерителя. Ее определяют при прямом соединении выхода ГКЧ с входом индикаторного блока при калибровке прибора. • Минимальные динамические искажения изображения АЧХ. Прибор для измерения АЧХ Х1-58 Измеритель АЧХ АКИП-4601 Устройство измерителей АЧХ ГКЧ с преобразованием частоты ГКЧ с умножением частоты Основные параметры панорамных измерителей АЧХ Частотные параметры: • • • Диапазон рабочих частот. Максимальная полоса качания частоты и пределы ее перестройки. Диапазон установки времени перестройки частоты (длительность развертки, время измерения АЧХ). • • Предел допускаемой погрешности измерения частоты в отдельных точках АЧХ. • • Пределы регулировки выходного напряжения ГКЧ. • • Выходное сопротивление ГКЧ и точность его установки; • Предел допустимой погрешности измерения уровня АЧХ. Нелинейность частотного масштаба по оси Х, определяющая искажения формы АЧХ по горизонтали. Амплитудные параметры: Неравномерность амплитуды выходного напряжения ГКЧ при перестройке в рабочем диапазоне частот (неравномерность собственной АЧХ прибора). Чувствительность канала вертикального отклонения индикатора и пределы его регулировки. Пример структурной схемы измерителя АЧХ Форма АЧХ на экране осциллографического индикатора Панорамные измерители состоят из генератора качающейся частоты (свип-генератора) и осциллографического индикатора. Генератор развертки ГР вырабатывает линейно изменяющееся во времени напряжение, воздействующее одновременно на пластины горизонтального отклонения электронно-лучевой трубки и — через частотный модулятор ЧМ — на генератор качающейся частоты ГКЧ. Частота последнего изменяется по линейному закону. Напряжение ГКЧ поступает на вход исследуемого четырехполюсника ИЧ, выходное напряжение которого зависит от мгновенной частоты генератора ГКЧ. Напряжение с выхода четырехполюсника выпрямляется детектором и после усиления поступает на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки и на ее экране появляется осциллограмма, представляющая АЧХ. Для калибровки горизонтальной оси (оси частот) предусмотрен генератор меток ГМ, напряжение линейного спектра которого поступает на смеситель См. Туда же подается напряжение качающейся частоты, в результате чего на выходе смесителя образуются биения частотой Fб = fгкч — fгм, напряжение которых после узкополосного низкочастотного усилителя УНЧ поступает на модулятор яркости трубки — в канал Z. В моменты времени, когда одна из частот линейного спектра совпадает с мгновенной частотой ГКЧ, на осциллограмме получается всплеск, положение которого на горизонтальной оси частот соответствует частоте меток, которая известна. Микропроцессорные измерители АЧХ Основное отличие микропроцессорных приборов от панорамных измерителей АЧХ – применение ГКЧ с цифровым управлением Закон изменения частоты генератора с цифровым управлением Структурная схема микропроцессорного измерителя АЧХ Алгоритм работы микропроцессорного измерителя АЧХ Аналоговый ВЧ измеритель АЧХ Х1-43