Приборы для радиоизмерения (стр. 2 из 6)
2.2 Синхронизация частоты генераторов непрерывной развертки
Рисунок 5 - Изображение формы сигнала на осциллографе.
Условие устойчивости наблюдаемого на экране изображения рисунка, первоначально удовлетворяемое регулировкой частоты fпл генератора развертки, с течением времени самопроизвольно нарушается вследствие неизбежных колебаний частот fу и fпл, обусловленных нестабильностью питающих напряжений, самопрогревом аппаратуры и другими факторами. В результате изображение на экране начинает перемещаться и приходится вновь регулировать частоту fпл. Чтобы избежать этого, частоту генератора развертки обычно синхронизируют с частотой исследуемого напряжения (или кратной ей частотой).
Сущность процесса синхронизации частот поясняется графиком на рисунке 5 - на экране трубки будет наблюдаться устойчивое изображение одного периода кривой исследуемых колебаний.
При увеличении напряжения синхронизации амплитуда пилообразного напряжения, а с ней и ширина линии развертки на экране уменьшаются. При чрезмерном синхронизирующем напряжении в отдельные моменты времени напряжение Uм может оказаться близким к напряжению Uн; это вызовет искажение формы кривой напряжения развертки, поскольку каждому периоду напряжения Uсин будут отвечать два или большее число импульсов пилообразного напряжения различных амплитуд и длительностей.
Если частота автоколебаний генератора в несколько раз меньше частоты /С) Ш, то имеет место синхронизация на субгармониках последней, принцип которой поясняется графиком на рисунке. При увеличении напряжения синхронизации не только уменьшается амплитуда пилообразного напряжения, но также возможно и понижение кратности синхронизации, т.е. отношение частот Uсин / Uпл может стать равным двум или даже единице. При малом напряжении Uсин амплитуда пилообразного напряжения и кратность синхронизации возрастают, однако синхронизация становится неустойчивой и при небольших колебаниях напряжения Uсин возможно скачкообразное изменение кратности синхронизации, а, следовательно, и числа наблюдаемых на экране периодов исследуемого напряжения.
Таким образом, синхронизирующее напряжение систематически в каждый его период или через фиксированное число N периодов прерывает процесс постепенного заряда или разряда времязадающего конденсатора на прямом участке формирования пилообразного напряжения, в результате чего автоматически поддерживается кратность частот Uсин и Uпл.
В различных генераторах оптимальное значение напряжения Uсин заключено в пределах от десятых долей вольта до десятков вольт.д.ля обеспечения устойчивой синхронизации в осциллографах предусматривают плавную регулировку напряжения Uсин, а иногда и возможность его усиления.
Осуществлять синхронизацию рекомендуется в следующем порядке. Сперва напряжение Uсин уменьшают входным потенциометром до минимума и регулировкой частоты генератора добиваются получения неподвижного изображения кривой процесса с требуемым числом периодов; затем частоту генератора немного понижают и, постепенно повышая напряжение синхронизации, добиваются устойчивости наблюдаемой кривой.
Помимо исследуемого сигнала, в качестве синхронизирующего можно использовать внешние сигналы, подводимые к зажимам "Внешняя синхронизация" или к входу канала X, а также напряжение сети частотой 50 Гц; последний вид синхронизации применяется, в частности, для выявления фона переменного тока, наложенного на исследуемые колебания.
В некоторых осциллографах пилообразное напряжение развертки выводится на зажим или гнездо передней панели и может быть использовано для синхронизации частоты внешних источников колебаний.
2.3 Генераторы ждущей развертки
Электроннолучевые осциллографы с генераторами непрерывной развертки непригодны для исследования кратковременных импульсов, длительность которых tи значительно меньше периода их повторения Тп; на экране такие импульсы будут наблюдаться в виде узких вертикальных выбросов, форма которых неразличима - рисунок 6.
Рисунок 6 - Воспроизведение импульсов на экране с непрерывной и ждущей развертками.
Для исследования периодических процессов с большой скважностью, а также одиночных и непериодических импульсов в состав универсальных и импульсных осциллографов включают генераторы ждущей развертки. В отличие от генераторов непрерывной развертки, они могут неограниченное время находиться в заторможенном состоянии (режиме "ожидания"). Генераторы вырабатывают одиночные импульсы линейного пилообразного напряжения при каждом воздействии на них сигналов запуска; в качестве последних обычно используются исследуемые импульсы или внешние импульсные сигналы, синхронизированные по частоте повторения с исследуемыми. Пилообразные импульсы (с учетом их усиления) должны иметь амплитуду Uпл, обеспечивающую отклонение светового пятна вдоль всей ширины экрана, и длительность tпл, регулируемую в широких пределах. Обычно tпл устанавливается несколько большей длительности исследуемых импульсов tи. При этом благодаря большой скорости развертки кривая исследуемого импульса оказывается растянутой на большую часть ширины экрана, что позволяет детально исследовать её форму и измерить ряд параметров импульса (длительность, амплитуда и др.)
Любой генератор пилообразных колебаний, работающий в автоколебательном режиме, посредством некоторых изменений в его схеме, обычно небольших, может быть переведен в ждущий режим. Поэтому схемы генераторов непрерывной и ждущей разверток часто совмещаются.
Запуск генератора ждущей развертки должен производиться короткими импульсами с крутым фронтом. Поэтому исследуемые сигналы, используемые для запуска, иногда подвергаются нелинейным преобразованиям (дифференцированию, амплитудному ограничению и т.п.) с целью придания им требуемой формы и полярности. В некоторых генераторах предусматривается возможность запуска ждущей развертки импульсами любой полярности при использовании переключателя, позволяющего изменять точку приложения этих импульсов.
3. Электронно-счетный частотомер при измерении частоты СВЧ сигналов: схема, принцип действия, погрешности
Электронно-счетные частотомеры по своим возможностям являются универсальными приборами. Их основное назначение - измерение частоты непрерывных и импульсных колебаний, осуществляемое в широком частотном диапазоне (примерно от 10 Гц до 100 МГц) при погрешности измерений не более 0,0005%. Кроме того, они позволяют измерять периоды низкочастотных колебаний, длительности импульсов, отношения двух частот (периодов) и т.д.
Действие электронно-счетных частотомеров основано на дискретном счете числа импульсов, поступающих за калиброванный интервал времени на электронный счетчик с цифровой индикацией. На рисунке 7 приведена упрощенная функциональная схема прибора. Напряжение измеряемой частоты fx в усилительно-формирующем устройстве преобразуется в последовательность однополярных импульсов, повторяющихся с той же частотой fx. Для этой цели часто используется система из усилителя-ограничителя и триггера Шмитта, дополненная на выходе дифференцирующей цепочкой и диодным ограничителем. Временной селектор (электронный ключ с двумя входами) пропускает эти импульсы на электронный счетчик лишь в течение строго фиксированного интервала времени Δt, определяемого длительностью прямоугольного импульса, воздействующего на его второй вход. При регистрации счетчиком m импульсов измеряемая частота определяется формулой:
fx= m / Δt
Например, если за время Δt= 0,01 с отмечено 5765 импульсов, то fx = 576,5 кГц.
Погрешность измерения частоты определяется главным образом погрешностью калибровки выбранного интервала времени счета. Задающим компонентом в системе формирования этого интервала является высокостабильный кварцевый генератор, положим, частоты 100 кГц. Создаваемые им колебания с помощью группы последовательно включенных делителей частоты преобразуются в колебания с частотами (f0) 10 и 1 кГц, 100, 10, 1 и 0,1 Гц, которым соответствуют периоды (Т0) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 с (последние одно или два из указанных значений f0и Т0 у некоторых частотомеров отсутствуют).
Колебания выбранной (посредством переключателя В2) частоты f0 (числовое значение последней является множителем к отсчету по счетчику) с помощью триггера Шмитта преобразуются в прямоугольные колебания с частотой повторения f0. Под их действием в управляющем устройстве формируется интервальный импульс длительностью Δt = Т0 = 1/ f0строго прямоугольной формы. Этот импульс вызывает сброс предыдущих показаний счетчика, а затем (с задержкой на несколько микросекунд) поступает на селектор и открывает его на время Δt для пропускания импульсов с частотой повторения fx. После закрывания селектора число пропущенных им импульсов m фиксируется индикатором счетчика, а измеряемая частота определяется по формуле fx= m / Δt.