Мета роботи – вивчення методів та засобів вимірювання амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) радіотехнічних пристроїв. Придбання практичних навичок роботи з вимірювальними приладами.
4.1 Організація самостійної роботи
4.1.1 Завдання на самостійну підготовку 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 передатною функцією. Зазвичай на практиці стоїть питання тільки про отримання частотних або часових характеристик, наприклад, реакції пристрою на одиничний імпульс або 
– функцію (імпульс з 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 іншою. В радіотехніці найчастіше визначають і використовують комплексну частотну характеристику, яку можна представити у вигляді АЧХ та фазочастотної характеристики (ФЧХ).
АЧХ – це залежність модуля коефіцієнту передачі пристрою від частоти. ФЧХ – частотна залежність зсуву фази між напругами на виході та вході досліджуваного пристрою. При експериментальному дослідженні радіотехнічних пристроїв зазвичай визначають їх АЧХ. Це пояснюється тим, що АЧХ наглядно відображає якості пристрою в досліджуваному діапазоні частот. Її можна отримати відносно простими технічними методами за допомогою стандартної вимірювальної апаратури. Крім того, в мінімально-фазових колах існує однозначна відповідність між АЧХ та ФЧХ, внаслідок чого ФЧХ можна визначити за виміряною АЧХ.
АЧХ можна визначити за допомогою генератора та вольтметра. Але це трудомісткий процес, що стає на заваді його застосуванню при настроюванні радіотехнічних пристроїв. Тому широке застосування отримали 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 безперервної розгортки, яка і задає автоматичний режим роботи ВЧХ. Додатково осцилограф індикаторного блоку має на вході У-детектор. Підсилювач в ВЧХ зазвичай працює в лінійному та логарифмічному режимах, тобто має лінійну або логарифмічну залежність коефіцієнта підсилення від рівня вхідного сигналу (для збільшення динамічного діапазону по входу), а також має на вході комутатор, що дозволяє зробити прилад двохвхідним. Кожний з входів підключається до підсилювача почергово через період пилоподібної напруги розгортки.
Генераторний блок містить генератор коливальної частоти (ГКЧ), генератор міток, 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 пилоподібною напругою генератору розгортки осцилографічного індикатору. З ГКЧ напруга з періодично змінюваною частотою через атенюатор надходить на вхід досліджуваного пристрою. Закон зміни амплітуди напруги на його виході буде повторювати форму АЧХ. Якщо цю напругу продетектувати та подати на вертикально-відхиляючі пластини електронно-променевої трубки (ЕПТ) індикаторного блоку, на екрані з’явиться зображення АЧХ досліджуваного пристрою.
Відхилення променя по горизонталі повинно 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 в вимірювачі АЧХ присутня схема лінеаризації нелінійної модуляційної характеристики ГКЧ.
Для розширення динамічного діапазону по частоті частотному масштабу може бути надано логарифмічного закону. При цьому на частотний модулятор ГКЧ подається напруга із законом зміни в часі, близьким до логарифмічного, який формується з пилоподібної 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 оздоблено 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 міток. Як правило, сигнал міток формують з нульових биттів напруги ГКЧ з напругою, спектр якої містить набір постійних калібрувальних частот. Напруга міток подається на вертикально-відхиляючі 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 частотоміру. В цьому випадку пилоподібній напрузі генератора розгортки за допомогою схеми відтворення ступінчатого сигналу надається пилоподібно-ступінчата форма. Впродовж часу створення ступінчатого сигналу промінь на екрані ЕПТ зупиняється, створюючи ярку точку, а частота ГКЧ лишається незмінною та вимірюється електронно-лічильним частотоміром. Ступінчатий сигнал може бути встановлений в будь-якій точці пилоподібної напруги.
Якщо швидкість зміни частоти ГКЧ така, що перехідні процеси в досліджуваному пристрої та в колі детектора не встигають закінчитися, 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 пилоподібно-ступінчатої розгортки.
Лабораторне завдання
1. Виміряти АЧХ чотириполюсника за допомогою генератора і вольтметра.
2. Виміряти АЧХ чотириполюсника за допомогою ВЧХ.
3. Виміряти АЧХ чотириполюсника за допомогою ВЧХ з використанням електронно-лічильного частотоміру.
4. Визначити похибку генератору міток ВЧХ.
