книги / Электрорадиоизмерения

Осциллографический блок используется как индикатор при калибровке девиометра (измерителя девиации частоты).

Прибор Г4-27 имеет следующие основные технические характерис­ тики.

1. Диапазон частот 1,5—2 ГГц.

2. Девиация частоты 50 кГц — 3 МГц.

3.Погрешность установки частоты по шкале 1%.

4.Погрешность установки частоты по волномеру 0,059'

5.Нестабильность частоты 0,02%.

8. Виды работ: а) непрерывная генерация; б) внутренняя частотная модуляция частотами 1 кГц и 1 МГц; в) внешняя частотная модуляция частотами 0,1—9 МГц; г) внешняя импульсная модуляция импульсами длительностью 0,5— 10 мкс с частотой следования 100— 10 000 Гц.

Измерительные генераторы сантиметровых волн в ка­ честве источников колебаний используют отражательный клистрон.

Ввиду сложностей конструирования усилителей в сан­ тиметровом диапазоне, так же как и в дециметровом, при­ меняются однокаскадные генераторы.

Для питания клистронного генератора используется источник постоянного напряжения с хорошей стабилиза­ цией и фильтрацией, так как изменение питающего клистрон напряжения вызывает частотную модуляцию колебаний генератора.

Для измерения частоты клистронного генератора слу­ жит резонансный частотомер.

Измерительные генераторы сантиметрового диапазона используют три основных вида работы: режим непрерывной генерации, импульсную и частотную модуляции и моду­ ляцию прямоугольными симметричными импульсами (меандр).

Для установки определенной мощности на выходе клистронного генератора служит измеритель мощности термисторного типа. Выходной аттенюатор прибора гра­ дуируется в децибелах при установке определенного и посто­ янного уровня сигнала на его входе.

При испытаниях радиолокационных станций в полевых условиях обычно используют комбинированный генератор сигналов, называемый радар-тестером, в состав которого входят генератор, аттенюатор, блок питания, измеритель мощности и частотомер (волномер). Последние два элемента радар-тестера, т. е. ваттметр и частотомер, могут быть исполь­ зованы не только для контроля работы собственного гене­

ратора сигналов, но и для измерения мощности, а также частоты других генераторов.

Примером измерительных генераторов сантиметрового диапазона является прибор Г4-32А, упрощенная схема которого изображена на рис. 5-18, а его лицевая панель управления — на рис. 5-19.

Основными элементами генератора являются: блок СВЧ, модуля­ тор, усилитель, термисторный мост и блок питания.

Блок СВЧ состоит из генераторной камеры 1 со сменным клистро­ ном 3, волномера 10, аттенюатора установки опорного уровня мощности 5, направленного ответвителя 5, термисторной головки 6 и выходного аттенюатора 7.

Сменные клистроны К-29М и К-35М обеспечивают перекрытие частотного диапазона генератором от 8820 до 12 000 МГц (длина волны от 2,5 до 3,4 см). Клистрон связан с генераторной камерой при помощи зонда / / , для согласования которого с волноводным трактом служит плунжер 2 Коррекция. Для перестройки частоты клистрона служит редуктор 4 Установка частоты, который одновременно обеспечивает напряжение оптимального режима отражателя клистрона. Для под­ стройки частоты клистрона плавным изменением напряжения на отра­ жателе служит потенциометр Отражатель. Настройка определяется по максимальной мощности генерируемых колебаний.

Частотомер, предназначенный для измерения частоты клистрона, связан с волноводом при помощи щели связи. Настройка частотомера осуществляется плунжером 9 Измерение частоты. Для индикации резонанса служит кристаллический детектор, связанный с резонатором

Рис. 5-19. Панель управления прибором Г4-32А.

Измерительные генераторы шумовых сигналов (ГШС) применяются при исследовании чувствительности радио­ приемных и усилительных устройств, используются в ка­ честве основного элемента измерителей напряженности подя, для измерения частотных характеристик электро­ акустических устройств и при других измерениях.

В генераторах шумовых сигналов используется так на­ зываемый «белый» шум, представляющий собой вид помехи, создаваемой различного рода флуктуациями, например неравномерностью электронной эмиссии, тепловым дви­ жением электронов и т. д. Такая помеха называется «белым» шУмом по аналогии с белым светом, который в пределах его видимой части имеет сплошной, сравнительно однород­ ный спектр. «Белый» шум также имеет однородный спектр во всем диапазоне частот электрических колебаний вплоть ДО видимого спектра.

«Белый» шум как помеха является особенно вредным в силу своей широкополосности и, наоборот, полезен потому, что его можно использовать как источник колеба­ ний на различных участках спектра. Уровень «белого» шума (напряжения или мощности) может определяться как в абсолютных, так и в относительных единицах, деци­ белах.

Генератор шумовых сигналов является имитатором белого шума и в зависимости от используемого спектра может быть низкочастотным, высокочастотным и сверх­ высокочастотным.

Диапазон частот ГШС зависит от способа получения шума. Например, в низкочастотном генераторе шумовых сигналов Г2-12 (20—20 000 Гц) в качестве источника шума используется активное сопротивление, подключенное на вход усилителя, в Г2-1 (50 Гц—6 МГц) — фотоэлектронный

тая до 460° С, в Г2-24 (0,5—2 ГГц) — газоразрядная шумо­ вая лампа ГШ-2.

В настоящее время выпускаемые нашей промышленностью генераторы шумовых сигналов перекрывают диапазон частот от 20 Гц до 11,54 ГГц.

Так как генератор шумового сигнала характеризуется широким спектром генерируемых частот, то отпадает

необходимость его настройки на заданную частоту. Для выделения определенных спектров частот генератора шумо­ вых сигналов в нем используются фильтры и преобразова­ тели.

Обобщенная блок-схема измерительного генератора шу­ мовых сигналов обычно состоит из задающего генератора (источника шумов), устройства для выделения определен­ ного спектра частот, усилителя, индикатора уровня и атте­ нюатора.

Рассмотрим работу простейшего генератора шумовых сигналов на диоде, работающем в режиме насыщения (рис. 5-20). Наличие перемен­

ипеременной составляющей шумового тока используются дроссель L

иконденсатор С.

Частотный диапазон генераторов шумовых сигналов с насыщенным диодом ограничивается в своей верхней части влиянием индуктивности выводов лампы, ее межэлектродных емкостей и временем пролета элек­ тронов.

5-7. ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1.Какова классификация измерительных генераторов промышлен­ ного типа в зависимости от формы выходного сигнала?

2.Чем отличается ГСС от ГС?

3.Нарисуйте временные диаграммы выходного напряжения высоко­ частотных генераторов, имеющих модуляцию: амплитудную, частотную, фазовую, импульсную и меандром.

4.Во сколько раз уменьшится напряжение при помощи делителя, если вводимое им затухание 60 дБ?

6.Каковы условия, необходимые для возбуждения синусоидаль­ ных колебаний в генераторе типа RCс резистивно-емкостной настройкой?

7.Объясните принцип автоматической регулировки величины

отрицательной обратной связи в схемах, приведенных на рис. 5-5.

8.В каком случае колебания /?С-генератора получаются несинусои­ дальными и почему?

9.В чем заключается преимущество частотных шкал /?С-генерато-

ров по сравнению со шкалами генераторов типа LC?

10.Каковы дестабилизирующие факторы измерительных генера­ торов и какие меры используют для уменьшения их влияния на работу ГС и ГСС?

11.Пользуясь функциональной схемой Г4-18А, объясните его

работу.

12.Дайте определение основных параметров импульса.

13.Объясните устройство импульсного генератора Г5-15.

14.Объясните порядок получения на выходе генератора Г5-15 импульсов положительной полярности с длительностью 5,4 мкс, часто­ той следования 125 Гц и амплитудой 20 В.

15.Объясните порядок установки задержки в приборе Г5-15 дли­ тельностью 5,7 и 86,3 мкс.

16.Составьте блок-схему измерительного генератора СВЧ и объяс­ ните назначение ее элементов.

17.Что такое «белый» шум?

18.Объясните работу генератора шумовых сигналов на насыщенном диоде (рис. 5-20).

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

ОСЦИЛЛОГРАФЫ

6-1. НАЗНАЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФОВ

Осциллографом называется прибор, предназначенный для наблюдения или регистрации (фотографирования) харак­ тера изменения по времени различных электрических величин.

Осциллограф является одним из наиболее распростра­ ненных радиоизмерительных приборов. Его можно при­ менять не только при исследовании различных электрон­

но также для всевозможных измерений очень многих элект­ рических величин и параметров (частоты, угла сдвига фаз, глубины модуляции и т. д.)

При помощи осциллографа можно исследовать различ­ ные неэлектрические процессы, меняющиеся во времени, если их, используя специальные датчики, преобразовать в напряжение или ток, изменяющиеся по тому же закону.

Осциллографы бывают двух типов — электромехани­ ческие (светолучевые) и электронные (электронно-лучевые).

Первые из них обладают значительной инерцией и поэ­ тому используются для исследования (записи) медленно меняющихся непериодических процессов длительностью до 1 мс, а также для записи или визуального наблюдения периодических колебаний с частотой до десятка тысяч герц.

6-2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

Принцип работы электромеханического (светолучевого; шлейфо­ вого) осциллографа аналогичен принципу действия прибора магнито­ электрической системы, т. е. основам на взаимодействии магнитного поля исследуемого тока проводника с магнитным полем постоянных магнитов.

г / / г

Рис. 6-1. Магнитоэлектрический вибратор

Электромеханический осциллограф состоит из измерительного механизма (вибратора), оптической системы, устройства для визуаль­ ного наблюдения, устройства для фотографирования и электрической схемы.

Магнитоэлектрический вибратор (рис. 6-1, а) представляет собой устройство, состоящее из постоянного магнита /, в магнитном поло которого располагается виток провода 4 в виде петли (шлейфа), изго­ товленной из тонкой и легкой металлической ленты с прикрепленным к ней зеркальцем 2. Петля натягивается пружиной 5 и опирается на дво изолирующие призмы 3. Вибратор помещается в пластмассовый корпус с окном для лучей света, расположенным напротив зеркала. Для успо­ коения петли и уменьшения частоты ее собственных колебаний корпус заполняется кремнийорганической жидкостью.

При прохождении через петлю исследуемого тока / его магнитное поле (рис. 6-1, б), взаимодействуя с магнитным полем постоянного

магнита £ , создает пару сил F, а соответственно и вращающий момент М, поворачивающий петлю с зеркальцем на некоторый угол а. При малых значениях угла а вращающий момент М пропорционален величине тока, так как

где 5 — активная площадь шлейфа, зависящая от действующей длины одной стороны шлейфа и его ширины.

Углу поворота зеркальца соответствует такой же по величине угол отражения а луча света /, падающего на зеркальце. Это будет справед­ ливо лишь при малой инерции шлейфа и большой частоте его собственных колебаний.

На рис. 6-2 изображена общая схема устройства электромехани­ ческого осциллографа.

Рис. 6-2. Схема устройства электромеханического осциллографа.

Оптическая система состоит из источника света /, конденсаторной линзы 2 с диафрагмой 3, позволяющей делить пучок света на несколько частей в зависимости от количества вибраторов осциллографа, и системы призм 4—9. Призмы (или другие оптические устройства) обеспечивают получение отраженного от зеркальца 5 луча, который падает на фото­ пленку вращающегося с постоянной скоростью барабана 10. Часть пучка света линзой 6 направляется на вращающуюся зеркальную призму в для визуального наблюдения исследуемого тока на экране 7

При прохождении исследуемого переменного тока через шлейф с зеркальцем последнее приходит в колебательное движение. В резуль­ тате луч света начертит на неподвижной фотопленке горизонтальную прямую, длина которой соответствует двойной амплитуде тока. Если

дуемого тока, т. е. кривая зависимости / = /(/) . В данном случае развертка осциллограммы обеспечивается движением с постоянной скоростью пленки в направлении, перпендикулярном движению луча, пришедшего с зеркальца.

Для исследования процессов различной длительности электромеха­ нические осциллографы имеют регулировку скорости движения пленки барабана, т. е. erd вращения.

Для определения масштаба времени осциллограммы применяются специальные отметчики времени осциллографа, представляющие собой генератор импульсов или синусоидальных колебаний определенного периода, которые записываются на пленке одновременно с осцилло­ граммой исследуемого процесса.

Осциллограмма для визуального наблюдения получается следу­ ющим образом. Часть пучка света отражается от зеркальных граней призматического барабана. Если барабан неподвижен, то при прохож­ дении переменного тока через шлейф на экране 7 получится изображение прямой, параллельной оси i. Для получения развертки, т. е. для допол­ нительного равномерного перемещения пятна вдоль оси времени, исполь­ зуется вращение с постоянной скоростью зеркального барабана. При вращении барабана луч света вследствие плавного изменения его угла падения а на плоскость грани перемещается по матовому экрану с посто­ янной скоростью, создавая линецную по времени развертку осцилло­ граммы.

a) S) в)

Рис. 6-3. Принцип получения развертки при помощи зеркальной призмы.

Каждая грань обеспечивает один прямой ход луча, т. е. движение пятна на экране от точки О до точки С (рис. 6-3, а — в). В моменты времени tx и t2 положение пятна соответствует точкам А и В. В момент времени /3 происходит мгновенное изменение угла падения а и луч света возвращается в исходное положение, т. е. в точку О.

Если время прямого хода луча будет в целое число раз больше периода исследуемого переменного тока, то на экране получится непо­ движная осциллограмма.

Для увеличения частотного диапазона электромеханического осциллографа необходимо увеличивать частоту собственных колебаний вибратора, что достигается применением петли с очень малой инерцией и увеличением натяжения петли. Однако последняя мера снижает чувствительность к току.

Современные осциллографы имеют несколько вибраторов (до 20) с различным частотным диапазоном и чувствительностью, что расши­ ряет общий диапазон использования прибора как по частоте, так и по чувствительности.

В связи с получением очень малых токов при помощи датчиков при исследовании различных процессов приходится применять рамочные