Способ определения частотных характеристик генераторов качающейся частоты Советский патент 1987 года по МПК G01R29/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования частотных характеристик генераторов качакнцей- ся частоты.

Несущая частота генератора качающейся частоты fe модулируется по час тоте сигналом, поступакмцим от гене- paTopa модулирующей частоты f,. Если этот сигнал имеет синусоидальную форму, то мгновенные значения отклонения качающейся частоты f от среднего значения частоты , (несущей частоты) равно

12

f - fo

Af sin(4,t + ),

о.

24rf где af - девиация частоты;

частота модулирующего сиг нала;

- фаза отклонения качающейся -частоты.

Ф.

гкч

Это отклонение вызывается приложением модулирующего напряжения к входу генератора качакяцейся частоты

и

Но

sin(

%).

где и

ho

н

- амплитуда модулирующего

сигнала;

Ч м - фаза модулирующего сигнала Зависимость от частоты модуляции разности фаз

Ч () РГКЦ-М

гкч

является фазочастотной характеристикой (ФЧХ) генератора качающейся частоты, т.е. под фазовым сдвигомлм понимается разность между фазой отклонения качающейся частоты от ее несущей и фазой модулирующего сигнала.

Целью изобретения является сниже- ние материальных затрат за счет отказа от применения специальных приборов и распшрение частотного диапа- зона.

На фиг. 1 представлена блок-схема аппаратуры, используемой при определении амплитудно-частотных характеристик генератора качающейся частоты на фиг. 2 - схема расположения линий на экране осциллографа при определе- НИИ амплитудно-частотной характерис- тики на фиг. 3 - блок-схема аппаратуры, используемой при определении фазочастотных характеристик генера10

287045-2

тора качающейся частоты} на фиг. 4 - схема расположения линий на экране осциллографа при определении фазо- частотной характеристики; на фиг. 5 - частотные характеристики генератора качающейся частоты прибора Х1-46.

Схема включает генератор 1 модулирующей частоты, исследуеьшй генератор 2 качающейся частоты, осциллограф 3.

, Способ определения частотных характеристик состоит в следующем.

Синусоидальный сигнал, амплиту- , да которого поддерживается постоянной во всем диапазоне частот, с выхода генератора 1 модулирующей частоты подают на вход генератора 2 качающейся частоты.

С выхода генератора качающейся частоты модулированный по частоте сигнал подают на вход усилителя вертикальной развертки (первого канала осциллографа). Частоту горизонтальной развертки подбирают вблизи час

15

20

25

30

35

тоты fо таким образом, чтобы на экране осциллографа умещалось изображение полного периода сигнала с частотой - Af.

Горизонтальную развертку устанавливают в режим ждущая с минимальным уровнем срабатывания. Тогда на экране осциллографа будут фиксироваться синусоидальные сигналы с различными периодами, соответствующими спектру

40

частот от fg - af до (фиг. 2). Так частоте ветствует синусоида 4 1

Л л

COOT-

1«1И

f. + af

с периодом , которому на экране

соответствует размер Д соответствуе

периодом Т

f . ПМ1Ч

да 6,

о

несущей частот период Т,

б

В результате получим

LO

L, L,

mih

-wax

V Т,, V Т, V т,

nih

де V max

скорость движения луча по экрану осциллографа в горизонтальном направлении.

Глубина модуляции частоты f равна 2uf. Ей соответствует разность

периодов Т

- Т

rrnri

и размера

на экране, равный

V Т,

- L

mm

Way

fo - if

Если модулирующая частота О, то ей будет соответствовать размер из.ображения на экране

а„

2 А fo 1

V,

где Af

- девиация частоты f при

t) ,

Тогда амплитудно-частотную харак- |Теристику генератора качающейся частоты можно определять отношением

AL

Af.

7- H(fJ.

1о

Таким образом, определяя величину а для последовательно возрастающих значений „ и отнеся ее к о., получим амплитудно-частотную харак- теристику генератора качающейся частоты.

Дпя анализа фазочастотной характеристики генератора (фиг. 3) от генератора 1 модулирующей частоты сигнал подают одновременно на генератор 2 качакмдейся частоты и на второй канал осциллографа 3. Благодаря

тому, что частота

н «

а частоТак как и модулирующий сигнал и модулирующая частота меняются по сиг нусоидальному закону, то обе линии совершают движение по закону синуса. И если разность фаз между их движени 35 ем равна нулю, то все точки пересечения этих линий лягут на прямую - ;диагональ квадрата. Если имеется сдвиг фаз, то получаемые при многократном включении развертки точки

та горизонтальной развертки подбира- 40 пересечения лягут на эллипс, большая

ется близкой к fo, синусоидальный сигнал с частотой f на экране осциллографа выглядит в виде ряда горит зонтальных линий. При этом положение верхней и нижней линии соответстну- 45 ет предельньм отклонениям синусоидального сигнала, его размаху 24А (фиг. 4).

Каждому мгновенному значению модулирующего сигнала соответствует 0 определенная частота на выходе гене- ратора качающейся частоты. Поэтому Каждой горизонтальной линии, соответствующей определенному значению модулирующего сигнала, соответствует определенная частота генератора и определенная синусоида, выписываемая лучом первого канала осциллографа. Регулировкой величины каждого сигнаось которого совпадет с диагональю

квадрата.

Малая ось f эллипса при изменении разности фаздф в пределах от О до 90° изменяется от О до а . Между фа зовым сдвигом ЛЦ и размером оси Ь имеется зависимость

() Дф 2 arcsin 0,707 -

Определив для последовательного ряда частот размер можно найти соответствующее значение Д« .

Для определенияразмера fe достаточно получить 2-4точки в центральной части квадратапо обе стороны диагонали.

О,

- 10

f5

,

оя

ола добиваемся того, чтобы размах колебаний горизонтальных линий и размер а стали равны. Тогда горизонтальные линии,пересекаясь с семейст- вом синусоид,образуют сетку, внешние границы которой по форме близки к квадрату. Для того, чтобы максимально приблизить внешние границы сетки к квадрату, следует дать максимальное усиление по первому каналу вертикального отклонения и максимальную растяжку горизонтальной развертке. Тогда синусоиды вытянутся в.вертикальном направлении и на экране останутся видимыми их центральные, практически вертикальные участки, которые, пересекаясь с горизонтальными линиями, образуют правильный квадрат (фиг.Аб).

После этого развертка из режима

переводится в режим однократного запуска.

При однократном запуске на экране осциллографа прочеркиваются две линии: одна, горизонтальная, соответствует некоторому значению модулирующего сигнала в момент запуска развертки, другая является участком синусоиды, соответствующей некоторому значению качающейся частоты.

Так как и модулирующий сигнал и модулирующая частота меняются по сиг нусоидальному закону, то обе линии совершают движение по закону синуса. И если разность фаз между их движени- 35 ем равна нулю, то все точки пересечения этих линий лягут на прямую - ;диагональ квадрата. Если имеется сдвиг фаз, то получаемые при многократном включении развертки точки

20

ждущая

25

(

30

а- 40 пересечения лягут на эллипс, большая

ось которого совпадет с диагональю

квадрата.

Малая ось f эллипса при изменении разности фаздф в пределах от О до 90° изменяется от О до а . Между фа зовым сдвигом ЛЦ и размером оси Ь имеется зависимость

() Дф 2 arcsin 0,707 -

Определив для последовательного ряда частот размер можно найти соответствующее значение Д« .

Для определенияразмера fe достаточно получить 2-4точки в центральной части квадратапо обе стороны диагонали.

Для того, чтобы предельно упростить операцию по определению фазовой характеристики прозрачную маску с масштабной сеткой, установленной передтрубкой осциллографа, следует заменить на прозрачную маску, на которой нанесен квадратный KOHTVO со . стороной, равной размеру а , с диагональю квадрата и вписанными в квадрат эллипсами, малые оси которых свя заны с дискретными (например, через 5) значениями величины Дф формулой

Ь

-- sin

Д

7

Амплитудно-частотная и фазочас- тотная характеристики определенные с применением предлагаемого способа, представлены на фиг. 5.

Точность определения фазовой характеристики зависит от характерис - тик применяемого осциллографа, вели- чинЬ относительной девиации частоты, точности и определения положения линий лучей относительно зллипсов маски.

При использовании, например, двух- лучевого осциллографа С1-74, имеющего размеры экрана, равные 10x6 см, : оптимальная величина относительно девиации равна « 3%.

Если частота несущей равна, например f 1000 Гц, то при коэффициен- jTe развертки К О, 1 мс/делений.изoj5- ражёние целого периода синусоидального сигнала с такой частотой займет всю длину экрана и равно 10 делениям. Вариация конца синусоиды при девиации, равной 0,, составляет 1-0,3 деления. Если горизонтальной развертке дать десятикратную растяжку, то эта вариация составит +3 деления, а размах 6 делений.

Для достаточно близкого совмещения линий луча с вертикальными сторонами квадрата коэффициент отклонения луча Ку и амплитуда U частотно модулированного сигнала подбираются такими, чтобы отклонение линии луча от вертикали не превьшало ширины луча h к 1 мм при движении его от центра маски до ее верхней граниидм (т.е.

на - 3 деления).

Условная длина одного периода синусоиды при десятикратной растяжке равна 100 делениям и соответствует 360 . Отклонение на 1 , делений соответствует углу подъема синусоиды d

0,1 100

360° 0,36

а

Тогда -;7-Ку и

ЦМ

sin

.

Ку

477 делений.

2sin 2 0,0063 Если установить Ку 0,01 V/делений то. и., 4,77 V.- ичь

- ч и Величину

Кч

или отклонение линии

вертикали, равное

и более, что

луча от вертикали можно сократить в 5-10 раз, если снизить частоту развертки таким образом, чтобы на протяжении 10 делений умещалось 5-10 пол- Iных периодов. Амплитуда колебаний

конца последней 5-й или 10-й синусои- .ды при прежнем значении девиации качающейся частоты останется неизменной, равной а/2.

Наконец, можно боковым сторонам квадрата маски придать отклонение от

3

позволяет повысить точность совмещения маски и линий лучей и снизить веUw

личину --. KY

Если крайние линии лучей совмещены с контуром маски, то погрешность определения фазового сдвига будет в основном определяться погрешностью фиксации положения точки пересечения линий лучей относительно эллипсов маски. Положение каждого из лучей определяется с погрешностью до + мм.

Поэтому положение точки пересечения определяется с погрешностью

мм.

± ГР + 12 +1,41

Так как размеру-,- 30 мм соот-

ветствует фазовый :.сдвиг ДЦ 90°, то погрешность определения фазового

.on л т 30

сдвига равна

90 4,2

Предлагаемый способ расширяет частотный диапазон исследования характеристик в область низких частот, нижняя граница которой ограничена

50 лишь параметрами применяемого осциллографа. Верхняя граница так же определяется параметрами осциллографа и для модели С1-74 она .1 МГц.

Способ существенно расширяет воз55 можности исследования частотных характеристик генераторов качающейся частоты, особенно в области средних и низких значений модулирующей и несущей частоты, не требует применения

специальной аппаратуры и материальных затрат, связанных с ее приобретением.

Формула изобретения

Способ определения частотных характеристик генераторов качающейся частоты, основанный на сопоставлении размеров и формы фигур на экране осциллографа, полученньЬс при подаче на его вход сигнала от генератора качающейся частоты, на вход которого подают синусоидальный сигнал генератора модулирующей частоты, отличающийся тем, что, с целью снижения материальных затрат и расширения частотного диапазона, определение амплитудно-частотной характеристики производят измерением при различных значениях частоты модулирующего сигнала с постоянной амплитудой разности длин между максимальным и минимальным значениями периода

изображенного на экране осциллографа, у которого горизонтальную раз- BepTfcy устанавливают в режим ждущая, частоту ее и уровень запуска подбирают таким образом, чтобы на экране умещалось изображение целого периода каждой из семейства синусоидальных кривых, соответствуюпщх различным значениям качающейся частоты, .а коэффициент усиления вертикального отклонения луча подбирают так, чтобы размах синусоидальных кривых был близок к вертикальному размеру экрана, а затем вычисляют отношение этих разностей к той же разности, но измеренной при частоте модулирующего сигнала, стремящейся .к нулю, а для определения фазочас- тотной характеристики сигнал модулирующей частоты подают на вход второго канала вертикального отклонения двухлучевого осциллографа, устанавливают перед экраном прозрачную маску с нанесенными на ней квадратным контуром с размерами сторон, равными а близкими к вертикальному размеру, экрана осциллографа, а также с

диагональю и эллипсами, вписанными в этот контур, причем размеры малых осей Ь эллипсов для каждого дискретного значения фазового сдвига л ф находят из соотношения

ДУ)

0,707 сС sin -

O 0

5

5

0

5

0

5

0

далее горизонтальную развертку устанавливают в режим ждущая, а частоту ее и уровень запуска подбирают так же, как при определении амплитудно-частотной характеристики, чтобы на экране умещалось изображение целого периода синусоидального сигнала генератора, после чего у горизонтальной развертки включают растяжку (например, 10:1) и смещением луча в горизонтальном направлении устанавливают растянутое изображение изменяющегося периода синусоидального сигнала таким образом, чтобы эти колебания занимали середину экрана, затем выходное напряжение генератора качающейся частоты и коэффициент усиления первого канала вертикального отклонения осциллографа подбирают настолько большим, чтобы линия луча отклонялась от вертикали не более, чем на 1 мм у верхней или нижней границы квадрата маски, после чего регулировкой амплитуды модулирующего сигнала девиацию частоты увеличивают до такого значения, при котором линия луча начинает колебаться в пределах, совпадающих с правой и левой сторонами квадрата, а коэффициент усиления второго канала вертикального отклонения подбирают таким образом, чтобы линии луча, соответствуюпще минимальному и максимальному мгновенному значению модулирующего сигнала, совпали с верхней и нижней сторонами квадрата, после этого горизонтальную развертку переводят в режим однократного запуска и по положению точек пересечения линий обоих лучей относительно эллипсов маски определяют фазовый сдвиг для различных значений модулирующей частоты в исследуемом диапазоне частот.

/0-4/

фиг. 2

фие.З

fWH

Af

to

Изобретение может быть использовано для исследования частотных характеристик генераторов качакяцейся частоты. Цель изобретения - снижение материальных затрат и расширение частотного диапазона. Сигнал с -выхода генератора качающейся частоты 2 подается непосредственно на осциллограф 3, на экране которого производится измерение разницы длин изображений периодов двух синусоидаль ных сигналов, соответствующих максимальному и минимальному значению . качающейся частоты. Измерения производятся при различных значениях частоты модулирующего сигнала и его постоянной амплитуде. Амплитудно- частотная характеристика генератора определяется с помощью вычислений отношений этих разниц к той же, но измеренной при частоте модулирующего сигнала, стремящегося к нулю. Для определения фазово-частотной характеристики на экране осциллографа замеряется длина малой оси эллипса, образуемого точками пересечения линий сигналов генераторов модулирующей 1 и качающейся 2 частот с последующим определением фазовых сдвигов. С целью упрощения измерений перед экраном предлагается устанавливать маску с нанесенными на нее соответствующими фигурами. Практические возможности способа ограничиваются лишь характеристиками применяемого ос1ошлографа. 1 з.п, ф-лы, 5 ил. (Л IND 00 о 4 СЛ м Ч /(,±4/ U. О фиг.1

Фи8.5

fn

Редактор А.Гулько

Составитель Ю.Макаревич

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

7710/47

Тираж 730 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4