Організація самостійної роботи

4.1.1 Завдання для самостійної підготовки до роботи

Ознайомитися з лабораторним завданням і методичними вказівками до його виконання.

Вивчити методи вимірювання АЧХ радіотехнічних пристроїв.

Вивчити будову, принцип дії та основні технічні характеристики вимірювачів АЧХ [5, 7].

4.1.2 Методичні вказівки до самостійної підготовки

Радіотехнічні кола та пристрої мають динамічні властивості, які визначають їх частотний діапазон, швидкість дії та зумовлюють процеси в перехідний період. Динамічні властивості радіотехнічних кіл та пристроїв можуть бути описані диференційним рівнянням, часовими характеристиками (перехідною та імпульсною), комплексною частотною характеристикою та передавальною
функцією. Зазвичай на практиці постає питання тільки про отримання частотних або часових характеристик, наприклад реакції пристрою на одиничний імпульс або -функцію (імпульс із великою амплітудою та малою тривалістю). Немає різниці, який з двох варіантів обрати, оскільки отримані залежності однаково характеризуватимуть поведінку радіотехнічного пристрою в динамічному режимі та можуть бути розраховані одна за одною. У радіотехніці найчастіше визначають і використовують комплексну частотну характеристику, яку можна подати у вигляді АЧХ та фазочастотної характеристики (ФЧХ).

АЧХ – це залежність модуля коефіцієнта передачі пристрою від частоти. ФЧХ – частотна залежність зсуву фази між напругами на виході та вході досліджуваного пристрою. Під час експериментального дослідження радіотехнічних пристроїв зазвичай визначають їх АЧХ. Це пояснюється тим, що АЧХ наочно відображує якості пристрою в досліджуваному діапазоні частот. Її можна отримати відносно простими технічними методами за допомогою стандартної вимірювальної апаратури. Крім того, у мінімально-фазових колах існує однозначна відповідність між АЧХ та ФЧХ, унаслідок чого ФЧХ можна визначити за виміряною АЧХ.

АЧХ можна визначити за допомогою генератора та вольтметра. Але це трудомісткий процес, що заважає використовувати його під час настроювання радіотехнічних пристроїв. Тому широке застосування набули панорамні автоматичні вимірювачі частотних характеристик (ВЧХ). Використання цих приладів суттєво зменшує час вимірювання АЧХ, дозволяє підвищити якість настроювання радіотехнічних пристроїв. Спрощена структурна схема автоматичного ВЧХ зображена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Структурна схема автоматичного ВЧХ

Автоматичний ВЧХ складається з двох основних блоків – індикаторного та генераторного.

Індикаторний блок – це звичайний осцилограф, що працює в режимі лінійної неперервної розгортки, яка й задає автоматичний режим роботи ВЧХ. Додатково осцилограф індикаторного блока має на вході У-детектор. Підсилювач у ВЧХ зазвичай працює в лінійному та логарифмічному режимах, тобто має лінійну або логарифмічну залежність коефіцієнта підсилення від рівня вхідного сигналу (для збільшення динамічного діапазону за входом), а також має на вході комутатор, що дозволяє зробити прилад двовхідним. Кожний із входів під­ключається до підсилювача почергово через період пилкоподібної напруги розгортки.

Генераторний блок містить генератор коливальної частоти (ГКЧ), генератор позначок, пристрій автоматичного регулювання амплітуди (АРА) та блок лінеаризації модуляційної характеристики ГКЧ.

ГКЧ складається з генератора синусоїдальних коливань та частотного модулятора. Модуляція синусоїдальної напруги за частотою здійснюється пилкоподібною напругою генератора розгортки осцилографічного індикатора. З ГКЧ напруга з періодично змінюваною частотою через атенюатор надходить на вхід досліджуваного пристрою. Закон зміни амплітуди напруги на його виході повторюватиме форму АЧХ. Якщо цю напругу продетектувати та подати на вертикально-відхильні пластини ЕПТ індикаторного блока, на екрані з’явиться зображення АЧХ досліджуваного пристрою.

Відхилення променя по горизонталі має бути пропорційним частоті, тобто повинна мати місце лінійна залежність між миттєвими значеннями напруги роз­гортки та частоти ГКЧ. Відхилення від цієї залежності призводить до нерівномірності частотного масштабу на екрані ЕПТ та до викривлень форми досліджуваної АЧХ. Тому у вимірювачі АЧХ наявна схема лінеаризації нелінійної модуляційної характеристики ГКЧ.

Для розширення динамічного діапазону за частотою частотному масштабу може бути наданий логарифмічний закон. При цьому на частотний модулятор ГКЧ подається напруга із законом зміни в часі, близьким до логарифмічного, який формується з пилкоподібної напруги методом кусково-лінійної апроксимації.

Коливання частоти зазвичай супроводжується зміною амплітуди напруги ГКЧ, що також призводить до викривлення форми досліджуваних АЧХ на екрані. Тому вимірювач АЧХ оснащено пристроєм АРА. Для вимірювання напруги, що подається на досліджуване коло, на виході ГКЧ підключають змінний атенюатор.

Прив’язка АЧХ, що спостерігається на екрані, до частотного масштабу здійснюється за допомогою частотних позначок. Як правило, сигнал позначок формують з нульових биттів напруги ГКЧ з напругою, спектр якої містить набір постійних калібрувальних частот. Напруга позначок подається на верти­кально-відхильні пластини ЕПТ та створює частотну шкалу на екрані вимірювача АЧХ.

Частоту з високою точністю в будь-якій точці АЧХ, що спостерігається, можна виміряти за допомогою зовнішнього частотоміра. У цьому випадку пилкоподібній напрузі генератора розгортки за допомогою схеми відтворення східчастого сигналу надається пилкоподібно-східчаста форма. Упродовж часу створення східчастого сигналу промінь на екрані ЕПТ зупиняється, створюючи яскраву точку, а частота ГКЧ лишається незмінною та вимірюється ЕЛЧ. Східчастий сигнал може бути встановлений в будь-якій точці пилкоподібної напруги.

Якщо швидкість зміни частоти ГКЧ така, що перехідні процеси в досліджуваному пристрої та в колі детектора не встигають завершитися, вони викривляють форму АЧХ. Відхилення форми АЧХ на екрані від статичної (кінцева швидкість зміни частоти ГКЧ) розглядаються як динамічні викривлення, що характеризуються зменшенням максимуму АЧХ, його зміщенням по осі частот та розширенням смуги пропускання. Вимірювання та контроль значення динамічних викривлень можна здійснити в будь-якій точці АЧХ за допомогою пилкоподібно-східчастої розгортки.