Измерение коэффициента нелинейных искажений

Для низкочастотных измерительных генераторов особенно важно иметь малый коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник kT), так как при снятии различных характеристик низкочастотных устройств на их вход желательно подавать колебания, близкие по форме к синусоиде, т.е. без гармоник. Искажения возникают, главным образом, вследствие прохождения сигнала в усилительных и детекторных каскадах из-за нелинейности их вольт-амперных характеристик (ВАХ) при работе диодов и транзисторов на нелинейном участке ВАХ.

В результате в сигнале появляются новые (дополнительные) высшие гармонические составляющие, вызывающие искажение синусоидальной формы:

Для количественной оценки искажений используют специальные аналоговые и цифровые приборы — измерители нелинейных искажений (С6 по каталоговой классификации).

Коэффициент гармоник kr представляет собой отношение среднеквадратичного значения всех высших гармоник (начиная со второй) напряжения или силы тока к среднеквадратичному значению напряжения или силы тока первой гармоники:

Упрощенная структурная схема измерителя нелинейных искажений представлена на рис. 5.15. Принцип действия измерителя основан на сравнении среднеквадратичного значения напряжения высших гармоник, начиная со второй, со среднеквадратичным значением всего исследуемого напряжения.

Структурная схема измерителя нелинейных искажений (коэффициента гармоник)

Рис. 5.15. Структурная схема измерителя нелинейных искажений (коэффициента гармоник)

Принцип действия прибора основан на подавлении первой гармоники с помощью активного режекторного фильтра и измерении среднеквадратичного значения напряжения высших гармоник.

Исследуемый сигнал подается на входное устройство, служащее для согласования входного сопротивления прибора с источником измеряемого сигнала. Перед измерением прибор должен быть калиброван («? »). С помощью усилителя значение измеряемого напряжения доводят до фиксированного уровня по индикатору (когда kT = 100%), при котором индикатор среднеквадратичного значения электронного вольтметра будет градуирован в значениях коэффициента kr. Вольтметр измеряет среднеквадратичное значение напряжения исследуемого сигнала:

После проведения калибровки переключатель SA переводят в положение «Измерение» и настраивают активный режекторный фильтр на достаточно равномерное пропускание напряжений всех высших гармоник и подавление напряжения 1-й (основной) гармоники путем дискретной и плавной установки его частоты U{. Признаком полного подавления 1-й гармоники является минимальное показание индикатора, которое соответствует среднеквадратичному значению суммы всех высших гармоник:

При нелинейных искажениях меньше 10% (что обычно и бывает на практике), например в измерительных усилителях kT < 1...2%, а в обычных усилителях kr < 7...8%, коэффициент гармоник может быть найден по приближенной формуле:

Коэффициент гармоник kT связан с коэффициентом k' формулой

которой следует пользоваться в том случае, когда

Прибор содержит внутренний генератор с перестраиваемой частотой (плавно и дискретно). Для ослабления влияния сетевых помех при измерениях выше 1 кГц предусмотрен фильтр верхних частот с частотой среза 1 кГц.

Для повышения точности измерения используют электронный вольтметр высокой чувствительности типа У—Д, который в измерителе kT может применяться не только для определения нелинейных искажений, но и для измерения напряжений звуковой частоты в режиме «Вольтметр».

Погрешность измерения kT аналоговым прибором лежит в границах 0,1...5%.

К достоинствам аналоговых измерителей kr следует отнести прямой отсчет; к недостаткам — трудоемкость и относительно большую погрешность измерения.

В цифровых измерителях kT погрешность снижена, измерения проводятся автоматически, за счет чего достигается высокая скорость измерения.

К основным метрологическим характеристикам измерителей нелинейных искажений (коэффициента гармоник), которые необходимо знать при выборе прибора, относятся следующие характеристики:

  • • диапазон частот основной гармоники;
  • • диапазон измерения коэффициента гармоник;
  • • диапазон входных напряжений;
  • • допустимая погрешность измерений;
  • • входной импеданс;
  • • диапазон измеряемых напряжений;
  • • диапазон частот электронного вольтметра;
  • • приведенная относительная погрешность электронного вольтметра.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >