Лабораторна робота 4 Вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень

Мета роботи – вивчення методів вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень (КНС), основних характеристик та конструкції вимірювача нелінійних спотворень С6-7, опанування методики вимірювання КНС.

4.1 Опис вимірювальної установки

Генератор

хеми вимірювальних установок, призначених для вимірювання параметрів генератора та підсилювача, показані на мал. 4.1 та мал.4.2 відповідно. Джерелом гармонійного коливання є генератор, який працює у діапазонi

М алюнок 4.1 – Схема вимірювальноі установки

вукових частот. Сигнал генератора подається або напряму, або через досліджуваний підсилювач. Форма сигналу та процес пригнічення вимірювачем нелінійних спотворень першої гармоніки спостерігаються на осцилографі.

Генератор

Осцилограф

Малюнок 4.2 – Схема установки для вимірювання КНС підсилювача

4.2 Завдання до експериментальної частини

1. Проведіть вимірювання КНС генератора у діапазоні звукових частот для фіксованої величини напруги генератора.

2. Виконайте вимірювання залежності коефіцієнта гармонік генератора від значення його вихідної напруги при фіксованій частоті.

3. Проведіть повірку вольтметра генератора за допомогою вимірювача нелінійних спотворень.

4. Проведіть вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень підсилювача у діапазоні частот 200-10000 Гц при постійному значенні напруги генератора (250 мВ).

5. Отримані дані занесіть у наведені нижче таблиці. По результатам побудуйте графiки.

4.3 Порядок виконання роботи

1. Зберіть установку у відповідності до мал. 4.1.

2. Підготуйте ВНС до роботи. Для цього треба встановити органи керування у такі положення:

а) перемикач КАЛИБР – положення “0.3” V;

б) перемикач КАЛИБР, Кг, V – в положення V;

в) перемикач межи вимірювання dB, Кг%, mV – у положення КАЛИБР V;

г) перемикач ЧАСТОТА кНz – у вільне положення;

д) кнопка ФИЛЬТР 1кНz – не натиснута;

е) тумблер СЕТЬ – вимкнено.

3. Ввімкніть ВНС, генератор, осцилограф для 15 хв. прогріву.

4. Відкалібруйте вольтметр приладу змінним резистором у ручці перемикача dB, Кг%, mV, встановивши стрілку приладу КгV на відмітку “10”.

5. Перевірте калібрувальний рівень. Для цього встановіть:

— перемикач КАЛИБР, Кг, V– у положення КАЛИБР;

— перемикач (dB, Кг%, mV – у положення “100%”.Подати на вхід приладу від генератора сигнал напругою 150 мВ частотою 1 кГц та змінним резистором у ручці перемикача КАЛИБР встановити стрілку приладу на відмітку “10”. Встановлений рівень стабілізується системою АРУ при зміні вхідної напруги на 10 дБ в межах одного з піддіапазонів 0.1-0.3; 0.3-1; 1-3; 3-10; 10-30 В. Вказані піддіапазони встановлюються перемикачем КАЛИБР.

Стрілка індикатора КОНТРОЛЬ АРУ при нормальній роботі системи АРУ показує помилку астатизму АРУ і може відхилятись від відмітки “О” на +2 поділки. Відхилення стрілки ліворуч більш ніж на 2 поділки свідчить про те, що вхідна напруга менша за нижню межу вибраного діапазону і перемикач КАЛІБР потрібно перемкнути по годинниковій стрілці. Відхилення стрілки праворуч більш ніж на 2 поділки свідчить про перевищення вхідної напруги над верхньою межею вибраного піддіапазону, у цьому разі перемикач КАЛИБР потрібно перемкнути проти годинникової стрілки.

6. Для вимірювання змінних напруг необхідно:

б) натиснути кнопку V перемикача КАЛИБР, Кг, V. Досліджуваний сигнал з напругою до 10 В подається безпосередньо на гніздо ВХОД приладу, з напругою більш 10 В – подається через зовнішній дільник напруги “1:10″.

Вимірювана напруга відповідає показанню приладу з урахуванням положення перемикача меж вимірювання dB, Кг%,

mV та подільника.

7. Для вимірювання коефіцієнта гармонік необхідно провести такі операції:

б) органи керування встановити у такі положення:

— перемикач КАЛИБР, Кг, V– в положення Кг;

— перемикач КАЛИБР в положення “30” V;

— перемикач dB, Кг%, mV – в положення “100%”;

— перемикач кНz – в положення, яке відповідає піддіапазону, в межах якого знаходиться основна частина досліджуваного сигналу;

в) дослідний сигнал з напругою до 30 В подати безпосередньо на гніздо ВХОД приладу, а з напругою більш 30 В подати через зовнішній подільник напруги “1:17” та по індикатору КОНТРОЛЬ АРУ за допомогою перемикача КАЛИБР встановити піддіапазон, який відповідає напрузі досліджуваного сигналу.

г) натиснути та відпустити кнопку ПУСК, при цьому починає автоматично перестроюватися режекторний фільтр від верхньої до нижньої межи частоти вибраного піддіапазону. Процес переналагоджування фільтру спостерігається по індикатору КОНТРОЛЬ АПФ: стрілка індикатора повільно наближується від крайнього правого положення до відмітки “О”, та в залежності від частоти досліджуваного сигналу, може займати положення поділки +4 відносно відмітки “О”. Крім цього, процес пригнічення основної гармоніки спостерігається безпосередньо по вимірювальному приладу. По мірі пригнічення основної гармоніки до рівня менша за 1/3 шкали, необхідно перемикачем dB, Кг%, mV збільшити чутність вольтметру приладу до встановлення показань приладу в останніх 2/3 шкали. Відлік показань потрібно проводити по стрілці вимірювального приладу, що установилася.

1) після перевантажень та подальшого зменшення вхідного сигналу допускаються випадки, коли стрілка індикатора може залишатися на правому упорі та повертатися у робоче положення при легкому постукуванні по склу індикатора.

2) при вимірюванні коефіцієнта гармонік процес пригнічення та характер спотворень можна спостерігати на екрані осцилографа, який підключено до гнізда ОСЦИЛОГРАФ, приладу.

3) у процесі вимірювань необхідно контролювати та при необхідності проводити калібрування приладу у режимі КАЛИБР і V після перших 30 хв. та далі після кожної години безперервної роботи.

8. Провести вимірювання КНС вихідного сигналу генератора в діапазоні частот від 20 Гц до 20 кГц при постійному значенні вихідної напруги генератора, яка дорівнює 500 мВ, для значень частот, вказаних у табл. 4.1, встановивши перед цим на генераторі ручку “ВЬІХ.

СОПРОТИВЛ.” в положення 600 Ом.

Результати вимірювань К1 та обчислювань К2 звести у таблицю 4.1, по даним якої побудувати графік залежності К1 та К2 вихідного сигналу генератора від його частоти. Частоту відкладувати у логарифмічному масштабі.

8.2 Забезпечення єдності вимірювань нелінійних спотворень

8.2.1 Загальні відомості про спотворення сигналів. Нелінійні спотворення

Тракти передачі, посилення, формування і обробки електричних сигналів можуть вносити лінійні, флуктуаційні (шумові) та нелінійні спотворення.

В лінійних системах з постійними параметрами виникають тільки лінійні спотворення (амплітудні, частотні, фазові), обумовлені його амплітудно-частотними і фазочастотними характеристиками. Вихідне коливання містить при цьому тільки ті спектральні складові, які є у вхідному коливанні, хоча форма вхідного й вихідного коливання можуть відрізнятися. Однак співвідношення між амплітудними або іншими значеннями вхідних і вихідних коливань і форма ви­хідного коливання не залежать від амплітуди вхідного коливання.

Нелінійність системи з постійними параметрами проявляється в тому, що на її виході виникають спектральні складові нових частот, яких немає в спектрі вхідного коливання. Спотворення такого роду є нелінійними. При зміні амплі­туди вхідного коливання і постійній його формі форма вихідного коливання змінюється.

Окремо скажемо про шумові завади або спотворення, які виникають як в лінійних, так і нелінійних системах і призводять до амплітудних, частотних та фазових флуктуацій, які накладаються на інформативний сигнал і також вносять спотворення (шумового характеру). Боротьба з шумовими завадами і їх вимірювання − окрема тема, яка в рамках даного посібника не розглядається.

Існує багато параметрів для нормування нелінійних спотворень, які залежать від природи нелінійності, причин її виникнення, методів та засобів її вимірювання. Так, при використанні різних методів вимірюють такі види спотворень (рис. 8.1):

– гармонійні, що виникають при подачі на нелінійний елемент (НЕ) гармонійного коливання;

– комбінаційні − при подачі на НЕ двох – і тричастотного випробувального сигналу;

– модуляційні (перехресні) − при модуляції корисного сигналу сигналом перешкоди;

– SINAD − при вимірюванні суми продуктів нелінійності та шумів;

– перехідні перешкоди − при вимірюванні продуктів переходу з каналу в канал в багатоканальних системах через наявність нелінійності;

– загасання нелінійності − гармонічні спотворення в логарифмічній формі.