Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(ВолгГТУ)
Кафедра “Электротехника”
Реферат
Тема: Измерительные генераторы
выполнил: студент группы ИВТ-260
проверил:
проф. Заярный В.П.
Оценка работы ________ баллов.
Волгоград, 2008 г.
Устройства, генерирующие электрические сигналы широко используются в различных областях науки и техники. Измерительные генераторы применяются при проверке и настройке различных приборов, определении частотных характеристик схем, например усилителей, и т. д. Измерительные генераторы бывают разных типов и, как правило, каждый из них выполняет несколько функций.
Классифицировать измерительные генераторы (ИГ) можно по многим признакам: по форме выходного сигнала они могут быть подразделены на генераторы гармонических колебаний, генераторы прямоугольных импульсов, генераторы импульсов треугольной формы и др.; по назначению они делятся на генераторы: сигналов низких частот (инфразвуковых и звуковых частот) Г3 … ; сигналов высоких частот (высоких и сверхвысоких ) Г4 … ; импульсов Г5 … ; шумовых сигналов Г2 … ; сигналов специальной формы Г6 … ; качающейся частоты (свип-генераторы) Г8 … .
Генераторы гармонических колебаний, как в звуковом, так и в высокочастотном диапазоне, которые обеспечивают генерацию высокостабильной фиксированной частоты, называют задающими генераторами.
Генераторами сигналов часто называют модулирующие устройства.
Генераторы функций вырабатывают на выходе сигналы разной формы: синусоидальной, прямоугольной и др. Они обычно имеют более низкие характеристики, чем специализированные генераторы.
Генераторы частот бывают двух типов: 1) автогенераторы, у которых сигнал на выходе можно непрерывно перестраивать в пределах диапазона частот механическим или электронным методом. Они имеют хорошие общие характеристики, но точность и стабильность частоты относительно невелики. Погрешность установки частот в подобных схемах определяется качеством исполнения задающего генератора и способами перестройки элементов частотно-избирательных цепей. Обычно эта погрешность составляет (0,5-2,5) %; 2) синтезаторы частот, у которых источником выходного сигнала служит генератор высокостабильной фиксированной частоты, а частотный диапазон перекрывается несколькими последовательными операциями. В синтезаторах можно существенно понизить погрешность установки частоты.
Автомобильные генераторы
... передаточного числа i ременной передачи от двигателя к генератору частота сигнала на входе тахометра fт связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя Nдв соотношением: f=p*Nдв(i)/60 ... постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор. Обмотка статора генераторов зарубежных фирм, как и отечественных — трехфазная. ...
Важнейшими параметрами измерительных генераторов являются: диапазон частот выходного сигнала (частотный диапазон); параметры, характеризующие форму выходного сигнала; погрешность установки частоты; погрешность установки выходного напряжения; выходная мощность или выходное напряжение; выходное полное сопротивление.
Частотный диапазон генераторов лежит от сотых долей герца (лабораторные приборы работают от 0,00005 Гц) до частот СВЧ — диапазона. Широкодиапазонные генераторы обычно выполняются с несколькими поддиапазонами.
Форма выходного сигнала для различных генераторов характеризуется различными параметрами. Генераторы синусоидального сигнала характеризуются коэффициентом нелинейных искажений.
Для генераторов прямоугольных импульсов указывается длительность фронта и спада импульса, величина выбросов на вершине импульса и после его окончания, величина спада плоской вершины импульса.
К параметрам генераторов относится также и неравномерность частотной характеристики, которая показывает величину изменения выходного сигнала при изменении частоты.
Погрешность установки частоты определяется по двучленной формуле вида ±(аf + b) Гц, где f — частота выходного сигнала.
В генераторах может нормироваться также уход частоты после прогрева генератора. Стабильность частоты зависит от старения элементов, температурного дрейфа, изменений в источнике питания.
Стабильность амплитуды характеризует изменение амплитуды сигнала со временем при 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 должны иметь широкие пределы изменения выходного напряжения (мощности), высокую стабильность выходного сигнала, хорошую экранировку, низкий уровень шумов на выходе.
Генераторы всех типов состоят в основном из следующих частей: задающего генератора, преобразователя, выходного и измерительных устройств.
Задающий генератор (ЗГ) 1, который является источником колебаний, вырабатывает сигнал заданной формы и частоты. От качества задающего генератора зависят основные метрологические характеристики всего генератора.
Преобразователь (Пр) 2 выполняет различные функции. Он может повышать энергетический уровень сигнала ЗГ (усилитель напряжения или мощности), формировать определенную форму (модулятор), образовывать сетку частот в синтезаторах (умножитель, делитель и преобразователь частоты), кодовые комбинации импульсов и др.
Выходное устройство (ВУ) 3 позволяет регулировать уровень выходного сигнала ИГ и изменять его выходное сопротивление, изменять полярность выходных импульсов и др. В составе ВУ могут быть аттенюатор, согласующий трансформатор, повторитель и т. п.
Генераторы измерительных сигналов
... 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 ...
Измерительные устройства (ИУ) 4 обеспечивают установку параметров генерируемых сигналов с нормированной погрешностью. Функцию измерительных устройств могут выполнять отсчетные устройства функциональных узлов ИГ (например, частотные шкалы задающих генераторов, шкалы ослаблений аттенюаторов и др.) или встроенные измерительные приборы (вольтметры или ваттметры, частотомеры, осциллографические индикаторы и др.).
Генераторы гармонических колебаний строятся по различным схемам и их можно разделить на низкочастотные ИГ (20 Гц – 300 кГц), высокочастотные (30 кГц – 300 МГц), сверхвысокочастотные (свыше 300 МГц).
К источникам гармонических сигналов относятся также генераторы качающейся частоты (ГКЧ) и синтезаторы частот.
Особенностью генератора качающейся частоты является автоматическое изменение (качание) частоты.
Генераторы гармонических сигналов состоят в основном из трех частей: задающего генератора, усилителя мощности и цепи обратной связи, которая вводится с целью компенсации потерь в схеме генерации (часть энергии с выхода усилителя передается обратно на вход).
Если коэффициент усиления равен k, а коэффициент обратной связи b, то для генерации нужно, чтобы выполнялись два условия, называемые условиями Баркгаузена. Во-первых, усиление kb в петле обратной связи должно быть равно единице, во-вторых, фазовый сдвиг между входным напряжением и напряжением обратной связи должен быть равен нулю. Усилитель с нечетным числом каскадов дает фазовый сдвиг 180 0, поэтому цепь обратной связи должна также обеспечивать фазовый сдвиг180 0 на частоте генерации.
Генераторы импульсов разделяются по форме выходных импульсов, которая может быть прямоугольной, треугольной, пилообразной и т.д. Наиболее распространены генераторы импульсов прямоугольной формы.
Задающий генератор (ЗГ) вырабатывает импульсы в заданном интервале частот, которые поступают на формирователь импульсов (Ф1).
Сформированные импульсы выводятся для синхронизации внешних устройств (осциллографов, генераторов и т.д.) и поступают на вход устройства задержки (УЗ).
Задержанные импульсы служат для запуска формирователя импульсов (Ф2).
Формирователь Ф2 вырабатывает импульсы определенной формы и требуемой длительности. Эти импульсы усиливаются выходным усилителем (ВУ).
Амплитуда импульсов измеряется пиковым вольтметром (В).
Установка, и изменение амплитуды импульсов обеспечивается с помощью выходного аттенюатора АТ.
В ряде случаев возникает необходимость генерировать импульсы синхронно с воздействием на измерительный генератор внешних пусковых сигналов. В этом случае генератор импульсов с помощью ключа SA переводится в режим внешнего запуска.
В качестве ЗГ в генераторах импульсов используются: блокинг-генераторы, мультивибраторы, RC- и LC – генераторы. Для генерирования прямоугольных импульсов часто используются интегральные микросхемы (таймеры).
К основным характеристикам генераторов случайных сигналов относятся: спектральная плотность S0(ω) и номинальная корреляционная функция R0(τ) выходного сигнала; ширина спектра , определяемая разностью крайних частот диапазона, в котором отклонение спектральной плотности от заданной не превышает допустимого значения; номинальный интегральный закон распределения мгновенных значений выходного сигнала F0(х) или его числовые характеристики; среднее квадратическое отклонение s0, максимальное значение выходного напряжения UШ; пиковый коэффициент UШ/ s0 и др.
Генератор специального сигнала
... параметров выходного сигнала от внешней нагрузки и пределами их регулирования. тактовый генератор мультивибратор усилитель 1. Постановка задачи Необходимо спроектировать генератор сигналов специальной формы с заданными параметрами: Рис.1. Временная диаграмма выходного напряжения генератора 2. ...
Отличие состоит в задающем генераторе, который вырабатывает шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью в заданном интервале частот.
В генераторах случайных сигналов в качестве вольтметра используется вольтметры действующих значений с большим временем усреднения, которое определяется заданным диапазоном частот выходного сигнала и погрешностью измерения.
В качестве задающих генераторов используются источники вырабатывающие аналоговый шумовой сигнал, которые могут быть электромеханическими, радиоактивными и электронными.
Электромеханические источники конструктивно сложны и дают узкую ширину спектра выходного сигнала.
Радиоактивные обладают сложностью конструкции и нестационарностью выходного сигнала, обусловленной снижением активности радиоактивного элемента во времени. Кроме того, при их использовании нужна биологическая защита от радиоактивного излучения.
Наибольшее распространение получили электронные источники шума, к которым относятся резисторы, электронные лампы, газоразрядные трубки, полупроводниковые шумовые диоды.
Металлические резисторы используются в высокочастотных генераторах случайных сигналов. Спектральная плотность металлических резисторов равномерна в диапазоне частот до 1010 Гц и выше.
В диапазоне низких частот используются непроволочные резисторы, многосеточные лампы и стабилитроны.
Используемые полупроводниковые шумовые диоды имеют спектральную плотность (10-11 – 10-9 ) В2/Гц и ширину спектра (1 – 3,5 МГц).
Но они характеризуются сильной температурной зависимостью спектральной плотности (-1,1% / C0).
Аналоговые генераторы случайных сигналов можно разделить на три группы: генераторы с непосредственным усилением сигнала источника шума; генераторы основанные на использовании флюктуаций фазы и амплитуды «периодических» колебаний; генераторы с преобразованием спектра высокочастотного шума.
Генераторы с преобразованием спектра высокочастотного шума характеризуются равномерным и достаточно интенсивным спектром в области низких и инфранизких частот и получили наибольшее распространении.
Преобразование спектра шума может осуществляться двумя способами: гетеродированием и нелинейным преобразованием.
Характеристики генераторов случайных сигналов зависят от многих параметров схемы и поэтому трудно обеспечить малые погрешности параметров выходного сигнала.
