Измерительные генераторв

          В качестве задающих генераторов  используются источники вырабатывающие  аналоговый шумовой сигнал, которые  могут быть электромеханическими, радиоактивными и электронными.

          Электромеханические источники  конструктивно сложны и дают  узкую ширину спектра выходного  сигнала.

          Радиоактивные обладают сложностью  конструкции и нестационарностью  выходного сигнала, обусловленной  снижением активности радиоактивного  элемента во времени. Кроме  того, при их использовании нужна  биологическая защита от радиоактивного  излучения.

          Наибольшее распространение получили  электронные источники шума, к  которым относятся резисторы,  электронные лампы, газоразрядные  трубки, полупроводниковые шумовые  диоды.

          Металлические резисторы используются  в высокочастотных генераторах  случайных сигналов. Спектральная  плотность металлических резисторов  равномерна в диапазоне частот  до 1010 Гц и выше.

          В диапазоне низких частот  используются непроволочные резисторы,  многосеточные лампы и стабилитроны.

          Используемые полупроводниковые  шумовые диоды имеют спектральную  плотность  (10-11 – 10-9 ) В2/Гц  и   ширину  спектра (1 – 3,5 МГц). Но  они характеризуются  сильной   температурной  зависимостью  спектральной  плотности (-1,1% / C0).

          Аналоговые генераторы случайных  сигналов можно разделить на  три группы: генераторы с непосредственным  усилением сигнала источника  шума; генераторы основанные на  использовании флюктуаций фазы  и амплитуды «периодических»  колебаний; генераторы с преобразованием  спектра высокочастотного шума.

          Генераторы с преобразованием  спектра высокочастотного шума  характеризуются равномерным и  достаточно интенсивным спектром  в области низких и инфранизких  частот и получили наибольшее  распространении.

          Преобразование спектра шума  может осуществляться двумя способами:  гетеродированием и нелинейным  преобразованием.

          Характеристики генераторов случайных  сигналов зависят от многих  параметров схемы и поэтому  трудно обеспечить малые погрешности  параметров выходного сигнала.

 

 

 

7. Генераторы качающейся частоты.

 

К генераторам качающейся частоты (ГКЧ — его устаревшее название Свип-генератор) относятся источники гармонических колебаний со специальным (линейным, логарифмическим и т. д.) законом автоматического изменения частоты в пределах заданной полосы качания. Полоса качания ∆f определяется как разность конечного f_к и начального f_н, значений частоты, т.е. ∆f = f_к-f_н .В зависимости от ее значения ГКЧ делятся на узкополосные (∆f не более 1 % максимальной частоты рабочего диапазона или поддиапазона), широкополосные (∆f > 1 %) и комбинированные.

Упрощенная структурная схема ГКЧ содержит источник модулирующего напряжения, задающий генератор, схему формирования частотных меток, выходной блок и цифровой индикатор уровня, фиксирующий выходное колебание.

Основными параметрами данных генераторов  являются частотные и амплитудные показатели. К первым относят диапазон рабочих частот, полосу качания, длительность автоматического качания частоты, нелинейность ее перестройки и т. д. Ко вторым — уровень выходной мощности (напряжения) при работе на согласованную нагрузку, неравномерность этого уровня при перестройке частоты и прочее. К генераторам качающейся частоты предъявляются достаточно жесткие требования по линейности модуляционной характеристики, постоянству выходного уровня мощности и значению побочной модуляции.

Генераторы качающейся частоты  строятся по прямому методу генерации  и методу биений. В диапазоне от десятых и даже сотых долей  герц до десятков мегагерц используют функциональные генераторы с электронным управлением частотой. При этом частоту таких генераторов можно регулировать, изменяя ток заряда (разряда) емкости интегратора. При наличии преобразователей цифровых кодов в сигналы управления исполнительными элементами, возможно дистанционное и программное изменение частоты.

В достаточно широких пределах автоматическое качание частоты без коммутации элементов колебательной системы легко реализуют в низкочастотных генераторах на биениях. При этом в качестве перестраиваемого гетеродина может служить LC-генератор с электронным управлением частотой.

В настоящее время разработаны  несколько способов управления частотой высокочастотных LC-генераторов. Практическое применение находит способ перестройки частоты путем изменения величины барьерной емкости p-n-перехода полупроводникового диода — варикапа. Емкость его pn-перехода полностью или частично включается в цепь колебательного контура генератора. Модулирующее напряжение, воздействуя на диод изменяет его барьерную емкость, а, следовательно, и частоту генерируемых колебаний.

В области СВЧ генераторы качающейся частоты строят на маломощных клистронах, диодах Ганна, транзисторах и лампах обратной волны (ЛОВ).

При использовании клистронов линейная частотная модуляция колебаний  достигается за счет использования  пилообразного напряжения, подаваемого  на один из его электродов (отражатель). Максимальная девиация частоты ограничивается диапазоном электронной перестройки  частоты клистрона. К недостаткам  ГКЧ на клистронах следует отнести  наличие побочной амплитудной модуляции, возникающей из-за непостоянства выходной мощности в пределах зоны генерации.

Возможность электронной перестройки частоты  генераторов СВЧ на диодах Ганна  обеспечивается применением варикапов, изменяющих эквивалентную емкость  резонатора или ферромагнитных сред в переменном магнитном поле (ЖИГ-сферы). Частотная модуляция колебаний  ЛОВ осуществляется пилообразным напряжением, подводимым к ускоряющему электроду. Недостатком ЛОВ, так же как и  клистрона, является наличие побочной амплитудной модуляции. Кроме того, задающий генератор на ЛОВ имеет более громоздкую конструкцию и требует более сложных источников питания. Основное достоинство ЛОВ – чрезвычайно широкий диапазон перестройки по частоте (порядка октавы). 

8. Генераторы шумовых сигналов.

 

Шумовым сигналом называется совокупность одновременно существующих электрических колебаний, частоты и амплитуды которых носят случайный характер. Типичным примером шумового сигнала являются электрические флуктуации. Генераторы шума вырабатывают шумовые измерительные радиотехнические сигналы с нормированными статистическими характеристиками.

Генераторы шума применяются в  качестве источников флуктуационных помех  при исследовании предельной чувствительности радиоприемных и усилительных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при измерении напряженности поля или шумов внеземного происхождения, в качестве имитаторов полного сигнала многоканальной аппаратуры связи, для измерения нелинейных искажений и частотных характеристик радиоустройств с помощью анализатора спектра с постоянной полосой пропускания.

Основным требованием к генераторам шума является равномерность спектрального состава шумового сигнала в возможно большей полосе частот, от 0 до оо («белый» шум), а практически — от единиц герц до десятков гигагерц. Такой измерительный сигнал позволяет исследовать устройство или систему одновременно во всем диапазоне рабочих частот. В реальных генераторах «белый» шум получить невозможно, но для любого устройства, полоса пропускания которого во много раз меньше спектра шумового сигнала, последний можно считать «белым».

По диапазону генерируемых частот генераторы шума делятся на низкочастотные (20 Гц — 20 кГц и 15 Гц — 6,5 МГц); высокочастотные (1—600 МГц); сверх высокочастотные (500 МГц — 12 ГГц).

Рисунок 2. – Принципиальная схема  шумового генератора.

Основной  узел шумового генератора — задающий генератор (рис. 2). Его сигналы должны иметь равномерную спектральную плотность мощности по всей требуемой полосе частот (теоретически это белый шум), достаточное выходное напряжение (мощность) шумового сигнала; неизменность и воспроизводимость характеристик шума во времени и при изменении внешних влияний; заменяемость после истечения гарантийного срока работы без нарушения выходных параметров генератора. Наибольшее распространение в качестве источников шума получили резисторы, вакуумныеи полупроводниковые диоды, фотоэлектронные умножители и газоразрядные лампы.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Валитов Р. А., Сретенский В. Н. Радиотехнические измерения. - М.: 1970. – 135 с.
2. Кушнир Ф. В., Савенко В. Г., Верник С. М. Измерения в технике связи. - М.: 1970. – 202 с.
3. Осипов К. Д., Пасынков В. В. Справочник по радиоизмерительным приборам ч. 5. М.: 1964. - 305 с.
4. Ремез Г. А. Курс основных радиотехнических измерений 3 изд. - М.: 1966. – 391 с.
5. Гладышев Г. И., Батура В. Г., Воронцов А. Н. Краткий справочник по радиоизмерительной аппаратуре. – М.: 1966. – 460 с.