Лекция 25. Измерение частот характерных точек амплитудно-частотных характеристик

При исследовании АЧХ возникает необходимость измерения частот и частотных интервалов, соответствующих характерным точкам изображения на экране измерителя АЧХ. Эти измерения выполняются с помощью частотных меток, которые могут быть подвижными или неподвижными.

Рассмотрим способы образования частотных меток и измерения частот, применяемые в современных приборах. В измерителях АЧХ чаще всего пользуются системой неподвижных равностоящих частотных меток. Метки формируют из нулевых биений напряжения ГКЧ с напряжением, спектр которого содержит набор постоянных калибровочных частот. Сущность этого способа образования частотных меток поясняется структурной схемой, приведенной на (рис. 12.6).

Напряжение от генератора с повышенной стабильностью частоты (обычно кварцевого) подается на усилитель гармоник, представляющий собой усилитель-ограничитель с индуктивной нагрузкой (см. рис. 12.6). Его режим работы подбирают так, чтобы получить достаточно большое число гармоник кварцованной частоты на выходе. На смеситель поступают напряжение ГКЧ с частотой, меняющейся во времени по определенному закону, и напряжение сложной формы, спектр которого состоит из частот, кратных частоте кварцевого генератора. Нулевые биения образуются при равенстве частоты ГКЧ соответствующим калибровочным частотам.

Напряжение нулевых биений выделяется фильтром нижних частот. Как правило, для этого используют RC-фильтры с достаточно низкой частотой среза. Увеличение частоты среза фильтра приводит к расширению меток на экране. Напряжение с выхода фильтра поступает на усилитель низкой частоты. Усиленное напряжение биений подается на вертикально отклоняющие пластины или модулятор ЭЛТ и образует частотную шкалу на экране прибора. Частотный интервал между двумя соседними метками равен частоте кварцевого генератора.

Для изменения масштаба частотной шкалы на экране (интервалов между метками) включают различные кварцевые генераторы или используют делители частоты. Рассмотренный способ образования частотных меток применяется в большинстве широкополосных измерителей АЧХ.

При исследовании узкополосных цепей с симметричными АЧХ удобно пользоваться системой трех подвижных частотных меток.

Структурная схема образования меток приведена на (рис. 12.7 а). Высокочастотный диапазонный генератор с частотой f₁ модулируется по амплитуде синусоидальным напряжением с частотой f₂ от низкочастотного диапазонного генератора. Напряжение с выхода высокочастотного генератора подается на смеситель. Таким образом, на смеситель поступают колебания частот f₁, f₁ – f₂, f₁ + f₂ и напряжение ГКЧ с частотой f_ГКЧ, меняющейся во времени. Напряжение меток формируется фильтром нижних частот и нулевых биений между колебаниями указанных частот и напряжением ГКЧ.

Усиленное напряжение меток подается на ЭЛТ. Меняя частоты настройки высоко- и низкочастотного генераторов, совмещают метки с характерными точками исследуемой АЧХ (рис. 12.7 б). Частоты меток определяют по шкалам генераторов.

Точность измерения частот на экране измерителя АЧХ можно повысить, используя для модуляции частоты ГКЧ и горизонтального отклонения луча, напряжение линейно-ступенчатой формыU_мод (рис. 12.8). В момент времени t₁, соответствующий началу ступеньки, останавливаются частота ГКЧ и электронный луч. На исследуемой АЧХ появляется светящаяся точка, яркость которой определяется длительностью ступеньки, а диаметр — качеством фокусировки луча.

Частота измеряется за время ступеньки электронно-счетным частотомером. Для запуска частотомера используют импульсы, совпадающие по времени с началом ступеньки. Перемещая ступеньку и соответственно светящуюся точку на экране ЭЛТ, измеряют частоты, характеризующие исследуемую АЧХ.

Линейно-ступенчатое напряжение формируют с помощью фантастронных схем или путем подключения к обычному генератору пилообразного напряжения схемы образования ступеньки (электронного ключа). Длительность ступеньки определяется временем счета частотомера, т.е. временем измерения частоты. Рассмотренный способ позволяет измерять частоты с высокой точностью, однако он требует существенного увеличения периода качания частоты (практически до нескольких секунд), что ограничивает его применение.