Генераторы измерительных сигналов

Контрольная работа

Классификация измерительных генераторов (измерительные генераторы) — это приборы предназначенные для формирования электрических сигналов с заданными параметра.

Основными параметрами выходных сигналов измерительных генераторов являются

Измерительные генераторы относятся к приборам группы « Г».Среди них различают:

Г1- -устройства, используемые при поверке генераторов

Г2- — генераторы шумовых сигналов

Г3- — генераторы синусоидальных сигналов низкой частоты. Предназначены для формирования сигналов в диапазоне частот (от 20 до 30010 3 ) Гц. Для современных генераторов расширенный диапазон частот (от 0,01 до 106 ) Гц.

Г4- — генераторы синусоидальных сигналов высокой частоты и СВЧ генераторы. Предназначены для формирования сигналов в диапазоне частот (от 5010 6 ) Гц и в СВЧ — диапазоне до 40 ГГц.

Г5- — генераторы импульсных сигналов

Г6- — генераторы сигналов специальной формы

Г7- — генераторы качающейся частоты (свипгенераторы)

Генераторы синусоидальных сигналов получили наибольшее распространение в технике связи. Основными нормируемыми параметрами для них являются:

— Диапазоны частот формируемых сигналов. Он определяется путем задания максимальной fmax и минимальной fmin частот. Как правило, весь диапазон частот разбивается на несколько поддиапазонов. Относительная ширина всего диапазона характеризуется коэффициентом перекрытия

(1)

Величина К п может принимать значения от 10 000 (для приборов группы Г3) до 1,12,0 (для генераторов СВЧ)

  • Погрешность установки частоты. Указывается либо для всего диапазона, либо для каждого поддиапазона
  • Нестабильность частоты — предел допускаемого отклонения частоты. Различают кратковременную — за любые 15 мин работы прибора, и долговременную — за любые 3 часа и более работы
  • Величина выходного напряжения ( U вых ) определяется назначением генератора и может быть в пределах от 1 мкВ (для приборов Г4) до 100 В (для приборов Г3)
  • Погрешность установки уровня выходного напряжения (мощности) определяется основной погрешностью вольтметра генератора
  • Нестабильность уровня выходного напряжения (мощности)
  • Уровень гармонических составляющих нормируется путем задания предельного значения коэффициента гармоник К Г

(2)

22 стр., 10568 слов

Автоматизация процедуры включения синхронного генератора на параллельную ...

... параллельную работу с функционирующей энергосистемой. Причем чем более мощный генератор, тем более сложно обеспечить его подключение. Идеальным условием включения синхронного генератора на параллельную работу с энергосистемой является равенство напряжений и частот ... момент, когда угол δ = 0, автоматический синхронизатор должен создавать сигнал управления или с опережением по времени tоп, или с ...

где U 1 — среднеквадратическое значение напряжения основной гармоники выходного сигнала

U i — среднеквадратические значения напряжений гармонических составляющих

— Выходное сопротивление R вых . Как правило, R вых изменяется дискретно, принимая значения (600,75,50,15,10,5) Ом. Нужная величина выбирается из условия согласования выходного сопротивления генератора R вых с сопротивлением нагрузки R н . Условием полного согласования является

R вых = R н .

При большой нагрузке ( R н — мало) используется согласующий трансформатор. Полагая, что коэффициент полезного действия согласующего трансформатора КПДт = 1 , можно записать

U 1 I 1 = U 2 I 2 ;

Где U 1 и U 2 — среднеквадратические значения напряжений на входной и выходной обмотках трансформатора; U 1 I 1 и U 2 I 2 — мощности во входной и выходной обмотках трансформатора соответственно.

Тогда коэффициент трансформации согласующего трансформатора

определится из соотношения:

2. Генераторы синусоидальных сигналов низкой частоты (ГНЧ)

При нормировании метрологических характеристик низкочастотных генераторов вводится понятие индекса класса точности. За индекс класса точности принимается значение основной погрешности установки частоты и уровня выходного напряжения в процентах. Запись вида, например, F 0,5 U2,5 означает, что основная относительная погрешность установки частоты не превышает 0,5 %, а основная приведенная погрешность установки выходного напряжения (уровня) не превышает 2,5 %. Для большинства генераторов НЧ широкого применения установлено 6 классов по частоте и 5 классов по напряжению

F 0,1 ; 0,5 ; 1,0 ; 1,5 ; 2,0 ; 3,0

U 1,0 ; 2,0 ; 3,5 ; 4,0 ; 6,0 .

Для каждого класса точности установлены нормы на другие метрологические характеристики ГНЧ.

Рисунок 1. Обобщенная структурная схема генератора синусоидальных сигналов низкой частоты

На схеме обозначены:

ЗГ — задающий генератор

УНЧ — усилитель низкой частоты

АТТ — аттенюатор

СТ — согласующий трансформатор

3 стр., 1398 слов

Измерительные генераторы студент группы ивт

... фиксированной частоте. Погрешность установки выходного сигнала определяется погрешностью вольтметра на выходе генератора и погрешностью аттенюатора. Для достижения требуемого полного выходного сопротивления к генератору может подключаться последовательно добавочные сопротивления. Многие генераторы имеют 600-омный выходной аттенюатор. Измерительные генераторы ...

АРУ -система автоматической регулировки уровня

В — вольтметр

Задающий генератор (ЗГ) — предназначен для формирования сигнала заданной формы и частоты. Известные типы и схемные решения ЗГ будут рассмотрены ниже.

УНЧ — предназначен для усиления сигнала ЗГ по напряжению и мощности, а также для развязки выхода ЗГ от выхода генератора.

Аттенюатор — предназначен для внесения известного затухания в уровень выходного сигнала генератора. Как правило, он позволяет ступенчато (обычно через 10 ДБ) изменять ослабление сигнала на выходе генератора.

Согласующий трансформатор (СТ) — предназначен для согласования выходного сопротивления генератора R вых с сопротивлением нагрузки R н. Условием полного согласования является

R вых = R н .

СТ, как правило, используется в генераторах с повышенной выходной мощностью ( Р вых > 5 Вт).

АРУ — предназначен для стабилизации уровня сигнала на выходе УНЧ. Применяется в генераторах с повышенными требованиями к точности установки выходного напряжения и его стабильности.

Вольтметр (В) — предназначен для контроля напряжения на выходе УНЧ в процессе регулировки и установки заданного уровня выходного сигнала генератора.

Наиболее важным блоком структурной схемы ГНЧ, определяющим диапазон генерируемых частот, погрешность установки и нестабильность частоты, искажения формы сигнала и т.д., является задающий генератор (ЗГ).

В ЗГ могут использоваться следующие схемные решения:

  • LC — генераторы
  • RC — генераторы
  • генераторы на биениях
  • синтезаторы частот (генераторы с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты
  • цифро-аналоговые генераторы

2.1 Генераторы синусоидальных сигналов основной частоты

Остановимся подробнее на указанных схемных решениях ЗГ.

LC — генератор представляет собой усилительную схему с самовозбуждением, содержащую колебательный LC — контур. Частота генерируемого сигнала f 0 определяется параметрами контура

(3)

В генераторах основной частоты данная схема не используется, т.к. при формировании низких частот требуются большие величины L и С, что, в свою очередь, ухудшает характеристики генерируемых сигналов.

RC — генератор представляет собой усилитель, охваченный положительной RC обратной связью (как правило двойной Т — образный мост Вина).

В этом случае схема RC — генератора имеет следующий вид:

Рисунок 2

Если

R 1 = R 2 = R

C 1 = C 2 = C ,

то частота формируемого сигнала определяется соотношением

(4)

Для того, чтобы схема работала в автоколебательном режиме необходимо выполнить два условия самовозбуждения:

  • а) Баланс амплитуд Кв > 1, где

К — коэффициент передачи разомкнутого усилителя (коэффициент усиления)

4 стр., 1964 слов

Электронные генераторы и измерительные приборы

... на контурах LC; генераторы основных колебаний с возбудителями на контурах RC; гетеродинные) генераторы с ручным управлением; гетеродинные генераторы с качающейся частотой; генераторы с дискретной сеткой ( растром) сигналов образцовых частот. Электронный генератор представляет собой схему электронного усилителя ( на электронных ...

в — коэффициент передачи цепи обратной связи.

б) Баланс фаз

(5)

где — сдвиг фазы обеспеченный операционным усилителем

  • сдвиг фазы цепи обратной связи.

В данной схеме перестройка по частоте, как правило, осуществляется:

  • по поддиапазонам — дискретно за счет переключения сопротивлений
  • внутри поддиапазона — плавно за счет изменения величины емкости.

2.2 Генератор на биениях

Выходной сигнал в ЗГ данного типа формируется за счет смешения двух высокочастотных сигналов близких по частоте и последующего выделения сигнала разностной частоты — напряжения биения.

Рисунок 3. Структурная схема задающего генератора на биениях.

На схеме обозначены:

ГФЧ — генератор фиксированной частоты

ГПЧ — генератор перестраиваемой частоты

СМ — смеситель

ФНЧ — фильтр низкой частоты

В блоках ГФЧ и ГПЧ, как правило, используются схемы автогенерации типа LC.

В структурных схемах ЗГ данного типа удается обеспечить более высокую стабильность частоты.

2.3 Синтезаторы частоты

Выходной сигнал в рассматриваемых ЗГ формируется в результате преобразования частоты опорного высокостабильного генератора (как правило с кварцевой стабилизацией частоты).

Основные характеристики синтезаторов частоты

  • Диапазон частот выходного сигнала от 50 Гц до 50*10 6 Гц с дискретностью установки до 0,01 Гц
  • Нестабильность частоты до 10 -8 за сутки
  • Уровень подавления комбинационных частот до 70 дБ

Синтезаторы строятся по методу прямого или косвенного синтеза. Прямой синтез основан на выполнении 4- х арифметических действий (умножение, деление, сложение, вычитание) над частотой опорного генератора и последующей фильтрации возникающих комбинационных частот. Косвенный синтез заключается в синхронизации частоты автогенератора выходного сигнала с частотой опорного генератора.

Рисунок 4. Упрощенная структурная схема прямого синтеза частоты

На схеме обозначены:

ГОЧ — высокостабильный генератор опорной частоты.

БСЧ — блок синтеза частот

2.4 Цифро-аналоговые генераторы

В задающих генераторах данного типа входной сигнал формируется путем кусочно-ступенчатой аппроксимации функции sin задающей частоты. С использованием данного метода строится схема генераторов низких и инфронизких частот, а также генераторы с фиксированным значением частоты входного сигнала.

Обобщенная структурная схема формирования цифро-аналогового генератора и принцип кусочно-ступенчатой аппроксимации входного сигнала представлен на рисунках.

Рисунок 5. Структурная схема цифро-аналогового генератора

На схеме обозначены:

ГОЧ — генератор опорной частоты

СТ — счетчик импульсов

ПЗУ — постоянное запоминающее устройство (хранит коды функции sin в точках дискретизации)

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь

УНЧ — усилитель низкой частоты

Рисунок 6. Принцип кусочно-ступенчатой аппроксимации функции sin.

С использованием данного метода строятся схемы ГНЧ в диапазоне частот (от 0,01 до 10) Гц обладающие лучшими метрологическими характеристиками.

4 стр., 1720 слов

Генераторы гармонических колебаний

... 1. Генераторы гармонических колебаний Генераторы гармонических колебаний представляют собой электронные устройства, формирующие на своем выходе периодические гармонические колебания при отсутствии входного сигнала. Генерирование выходного сигнала ... будут, что приведет к затуханию колебаний этой частоты и на выходе генератора будут только гармонические колебания частоты ω0. В зависимости от ...

  • Погрешность установки частот 0,05 %.
  • Нестабильность частот формируемого сигнала — до 10 -8 в сутки.
  • коэффициент гармоник кг0,05%.
  • легко согласуются с информационно-измерительными комплексами более высокого уровня иерархии.

3. Генераторы синусоидальных сигналов высокой частоты и СВЧ — генераторы

В зависимости от требований к метрологическим характеристикам различают две группы ГВЧ: прецизионные и общего применения. Для ГВЧ первой группы характерно:

  • погрешность установки и кратковременная нестабильность частоты 10.
  • должны обеспечивать возможность модуляции сигналами различного вида, а также однополосную модуляцию и многочастотную структуру выходного сигнала.

При их создании используются методы диапазонно-кварцевой стабилизации и синтеза частот. Применяются при испытании устройств магистральной и радиотелефонной связи.

Основные характеристики ГВЧ общего применения.

  • Погрешность установки частоты (0,01ч1,5)% при кратковременной нестабильности от 10 -4 до 10-6
  • Как правило, предусматривают следующие режимы работы:

1) максимального сигнала.

2) непрерывной генерации немодулированного сигнала

3) внешней амплитудной (реже частотной) модуляции

4) внутренней амплитудной модуляции.

В зависимости от величины стабильности выходной мощности принято различать генераторы сигналов (ГС) и генераторы стабильных сигналов (ГСС).

Генераторы сигналов имеют входную мощность до 3 Вт и используются для питания передающих антенн и других мощных устройств.

ГСС — маломощные источники с низким уровнем выходного калиброванного напряжения (от 0,1 до 1,0) В. Применяются при испытании и настройке радиоаппаратуры, измерениях чувствительности и избирательности приемников, частотных характеристик фильтров и т.п.

Рисунок 7. Обобщенная структурная схема генератора высокой частоты общего применения

измерительный генератор импульс частота

На приведенной схеме обозначены:

  • ЗГ — задающий генератор. Выполняется на базе генератора типа LC (трехточечная схема с емкостной положительной ОС).

    Частота формируемого сигнала

Переключение поддиапазонов частоты, как правило, производится за счет коммутации катушек индуктивности. Плавная перестройка “внутри” поддиапазона осуществляется с помощью конденсаторов переменной емкости. Коэффициент перекрытия по частоте, в большинстве случаев, кп . К выходу ЗГ подключается основной и вспомогательный каналы преобразования.

  • Вспомогательный канал содержит: дополнительный усилитель высокой частоты и электронно-счетный частотомер (ЭСЧ).

    Служит для формирования сигнала обеспечивающего возможность контроля значения и нестабильности частоты формируемого сигнала.

  • Основной канал преобразования включает себя: модулятор (М), основной усилитель высокой частоты (УВЧ), систему автоматической регулировки уровня (АРУ), аттенюатор, внутренней генератор низкочастотных, как правило гармонических, сигналов.
  • Модулятор представляет собой нелинейный электронный блок, коэффициент передачи которого, зависит от величины поданного управляющего напряжения.
  • УВЧ — предназначен для усиления сформированного сигнала по напряжению и мощности, а также для “развязки” входа ЗГ от нагрузки, подключаемой к выходу прибора.
  • Система АРУ включается в цепь ОС ГВЧ с целью стабилизации уровня напряжения на входе аттенюатора. Она содержит детектор (как правило среднеквадратических значений), источник опорного напряжения (ИОН) и дифференциальный усилитель.

С выхода дифференциального усилителя сигнал “рассогласования” подается на вход модулятора, коэффициент передачи которого устанавливается такой величины, чтобы разность напряжений на выходе детектора и ИОН оказалось равной нулю.

19 стр., 9086 слов

Генераторы ВЧ фирм «Rohde&Sсhwarz», «Agilent Technology»

... системах. Особенности генератора ВЧ сигналов R&S® SM300: 1) Электромагнитная совместимость: управление уровнем генератора сигналов в диапазоне частот от 20 Гц до 3,0 ГГц; режимы модуляции: АМ и импульсная; встроенный генератор импульсов; стандарты: ...

— Аттенюатор предназначен для внесения известного затухания (ослабления) в уровень выходного сигнала. Последовательно с входом АТТ как правило, включается сопротивление 50 Ом для согласования выхода УВЧ с нагрузкой в случае если аттенюатор установлен в положение “0”дБ.

  • Внутренний генератор низкой частоты предназначен для обеспечения амплитудной модуляции выходного сигнала гармоническим сигналом частотой 1000 Гц (реже 400 Гц) в режиме внутренней амплитудной регуляции.

В современных измерительных комплексах ГВЧ используются в качестве источника калиброванного сигнала. В этом случае в ЗГ перестройка по частоте производится не механической коммутацией индуктивностей LC контуров, а за счет деления частоты. Это позволяет увеличить стабильность частоты формируемого сигнала, а также производить без инерционное переключение поддиапазонов.

Рисунок 8. Структурная схема задающего генератора с формированием поддиапазонов за счет деления частоты

На схеме обозначены:

ЗГ — задающий генератор типа LC.

ПФ — полосовой фильтр

Генераторы СВЧ предназначены для работы в диапазоне частот(0,340) ГГц. Они применяются для настройки радиоприемных устройств, радиолокационных и радионавигационных станций, систем космической связи и спутникового вещания, измерения параметров антенн, ретрансляторов, радиорелейных линий и т.п. в схему генераторов входит задающий генератор, модулятор, измеритель мощности, частотомер и аттенюатор. В зависимости от диапазона частот в качестве активного элемента схемы задающего генератора используют СВЧ — транзисторы, отражательные клистроны с внешним или внутренним объемным резонатором (810) ГГц. В более коротковолновой части спектра находят применение диоды имеющие участок вольт-апмерной характеристики с отрицательным сопротивлением (туннельные диоды, лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна).

Кратковременная нестабильность частоты 10 при использовании коаксиальных или объемных резонаторов из латуни. Для сферических ферритовых объемных резонаторов из ферромагнитного кристалла железоиттриевого граната (ЖИГ-резонатор), кратковременная нестабильность частоты 10.

За счет изменения напряженности внешнего магнитного поля ЖИГ-резонаторы можно перестраивать по частоте (кп2) , а также осуществлять ЧМ — модуляцию.

Генераторы СВЧ должны обеспечивать работу с различными видами модуляции и отвечать повышенным требованиям по экранированию СВЧ излучения.

4. Генераторы импульсов

Генераторы импульсов применяются при настройке систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией, систем радиолокации и т.д. Различают следующие формы импульсных сигналов:

14 стр., 6687 слов

Анализ и исследование схем преобразователей напряжение-частота

... ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 1 Основные методы преобразования Простейшая схема преобразователя напряжения в частоту (рис. 1.1) содержит управляемый напряжением генератор ... напряжения пилообразной формы (рис. 1.2, б ) поступает на вход компаратора и преобразуется в последовательность узких импульсов (рис. 1.2, в ), длительность ... описание, помогающие представить работу преобразователей напряжение-частота 1. ...

1. прямоугольные, парные прямоугольные, серии кодовых импульсных последовательностей, псевдослучайные последовательности (ПСП).

2. пилообразные

3. треугольные

4. колоколообразные

5. косинусквадратные

6. экспоненциальные

7. специальной формы

Наибольшее распространение получили генераторы прямоугольных импульсов. Основными параметрами импульсов являются: длительность, амплитуда, частота следования, длительность фронта и среза.

Рисунок 9. Параметры прямоугольного импульса

На рисунке обозначены:

Т ИМП — длительность импульса

U m — амплитуда импульса

ф в — длительность вершины

ф фронта и ф среза — длительность переднего и заднего фронта импульса соответственно.

Импульс считается прямоугольным, если выполняется условие .

Генераторы общего применения формируют импульсы со следующими параметрами:

  • длительность (от 1 до 10 ) сек.
  • частота следования ( от 1 до 50) Гц
  • амплитуда до 200 В.
  • погрешность установки частоты, длительности, временных задержек (1 5 )%.
  • нестабильность параметров за 1 час работы ( 0,53 )%.

Как правило, генераторы импульсов работают в режимах: разового пуска (формирование однократного импульса), внешнего запуска и автогенерации. Для измерения амплитуды применяют пиковые вольтметры.

Рисунок 10. Обобщенная структурная схема импульсного генератора

На схеме обозначены:

ЗГ — задающий генератор

БС — блок синхронизации

БЗИ — блок задержки основного импульса

БФД — блок формирования длительности

ФВ — выходной формирователь (импульсный усилитель)

ИВ — импульсный (пиковый) вольтметр

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/tsifrovyie-izmeritelnyie-generatoryi-nizkih-chastot/

1. НИУ БелГУ, Каф. информационно-телекоммуникационных систем и технологий ; сост.: Е.П. Пеньков, В.Е. Пеньков ; рец.: Г.А. Травин, И.А. Сидоренко: Схемотехника для бакалавров. — Белгород: ПОЛИТЕРРА, 2012

2. НИУ БелГУ, Каф. информационно-телекоммуникационных систем и технологий ; авт.-сост.: Е.П. Пеньков, В.Е. Пеньков ; рец.: Г.А. Травин, В.П. Коновалов: Основы схемотехники. — Белгород: НИУ БелГУ, 2011

3. Ромаш Э.М.: Электронные устройства информационных систем и автоматики. — М.: Дашков и К, 2011

4. Медведев А.М.: Сборка и монтаж электронных устройств. — М.: Техносфера, 2007

5. Горошков Б.И.: Электронная техника. — М.: Академия, 2005

6. Гусев В.Г.: Электроника и микропроцессорная техника. — М.: Высшая школа, 2005

7. Уваров А.С.: P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. — М.: Горячая линия — Телеком, 2004

Размещено на Allbest.ru

-..