Способ определения частотных характеристик генераторов качающейся частоты

 

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. Амплитудночастотная 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

,SU„„12 7045 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ng

РЕСПУБЛИН 4 С 01 R 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (I:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; "

f — 1

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3875000/24-21 (22) 25.03.85 (46) 30.01.87. Бюл. В 4 (72) П.П.Человань . (53) 621.3 17(088.8) (56) Гинкин Г.Г. Справочник по радиотехнике. М.: Энергоиздат, 1948, с. 710.

Артым А.Д. Теория и методы частот ной модуляции. М,-Ë.: Госэнергоиздат, 1961, с. 189. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРОВ КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение может быть использовано для исследования частотных характеристик генераторов качающейся 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, Амплитудночастотная 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 осциллографа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1287045

= ai sin(„t + Ч,„„), 1 г ч ч

V Т,, L ;h U ТФ,„ т

1 мах = Ч Т ох в

Глубина равна 2М.

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

Несущая частота генератора качающейся частоты Г модулируется по час тоте сигналом, поступающим от гене ратора модулирующей частоты f„.

Если этот сигнал имеет синусоидальную форму, то мгновенные значения отклонения качающейся частоты f от .среднего значения частоты f (несущей частоты) равно.где М вЂ” девиация частоты

<),„=2% f„ - частота модулирующего сигнала; — фаза отклонения качающейся кч

-частоты.

Это отклонение вызывается приложением модулируклцего напряжения к входу генератора качающейся частоты

0и = U .sin(„t + Р„) где U амплитуда модулирующего сигнала, Ч, — фаза модулирующего сигнала.

Зависимость от частоты модуляции

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

Целью изобретения является снижение материальных затрат за счет отказа от применения специальных приборов и расширение частотного диапазона.

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 определении амплитудно-частотной характеристики, на фиг. 3 — блок-схема аппаратуры, используемой при определении фазочастотных характеристик генератора качающейся частоты, на фиг. 4— схема расположения линий на экране осциллографа при определении фазочастотной характеристики, на фиг. 5частотные характеристики генератора качающейся частоты прибора Х1-46.

Схема включает генератор 1 модулирующей частоты, исследуемый генератор 2 качающейся частоты, осциллог10 раф 3.

Способ определения частотных характеристик состоит в следующем.

Синусоидальный сигнал, амплиту1да которого поддерживается постоянной во.воем 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 горизонталь25 ной развертки подбирают вблизи частоты Г таким образом, чтобы на экране осциллографа умещалось иэображение полного периода сигнала с частотой и - f.

Горизонтальную развертку устанавливают в режим "ждущая" с минимальным уровнем срабатывания. Тогда на экране осциллографа будут фиксироваться синусоидальные сигналы с различными периодами, соответствующими спектру .35 частот от f — 6f до f 0 М (фиг. 2). Так частоте f, + af соответствует синусоида 4 с периодом

Т, . = „, которому на экране

hEtH . + ДК о

40 соответствует размер 1 ;„. Частоте

f - af соответствует синусоида 5

1 с периодом Т „— и раэмеро несущей частоте f — синусои45 1 да 6, период Т - = — и размер Ь о

В результате получим где Ч вЂ” скорость движения луча по

55 экрану осциллографа в горизонтальном направлении. модуляции частоты f

Ей соответствует разность

1287045

Ч(Т

1 щах

ПРИ bf <

2лй, aî г о

И если разность фаз между их движени35 ем равна нулю, то все точки пересе40

50

55 периодов Т „— Т „;„и размер а. изображения на экране, равный

1 1

-Т ) =Vt — f, -Лй f. +bf 262 2лй — Чили а = Ч о О

Если модулирующая частота f„0, то ей будет соответствовать размер изображения на экране где bf — девиация частоты f< при

f — 0

М о

Тогда амплитудно-частотную характеристику генератора качающейся частоты можно определять отношением ь = — = — =9(f„).

bf a

bf,, а

Таким образом, определяя величину а. для последовательно возрастающих значений f„ ee к а,, получим амплитудно-частотную характеристику генератора качающейся частоты.

Для анализа фазочастотной характеристики генератора (фиг. 3) от генератора 1 модулирующей частоты сигнал подают одновременно на генератор 2 качающейся частоты и на второй канал осциллографа 3. Благодаря тому, что частота f, « f, а частота горизонтальной развертки подбирается близкой к f,, синусоидальный сигнал с частотой f на экране осциллографа выглядит в виде ряда гори-, зонтальных линий. При этом положение верхней и нижней линии соответствует предельным отклонениям синусоидального сигнала, его размаху 2 А, (фиг. 4).

Каждому мгновенному значению модулирующего сигнала соответствует определенная частота на выходе генератора 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 сигна5.10

20

25 ла добиваемся того, чтобы размах колебаний горизонтальных линий и раз мер с 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.4б).

После этого развертка из режима

"ждущая" переводится в режим однократного запуска.

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

Так как и модулирующий сигнал и модулирующая частота меняются по си.— нусоидальному закону, то обе линии совершают движение по закону синуса. чения этих линий лягут на прямую— диагональ квадрата. Если имеется сдвиг фаз, то получаемые при многократном включении развертки точки пересечения лягут на эллипс, большая ось которого совпадет с диагональю квадрата.

Малая ос ь б эллипса при изменении разности фазлу в пределах от 0 до

90 изменяется от 0 до а Между фазовым сдвигом ахи размером оси 6

М имеется зависимость () ьф = 2 arcsin 0,707—

Определив для последовательного ряда частот размер можно найти соответствующее значение ыь

Для определения размера ь достаточно получить 2-4 точки в центральной части квадрата по обе стороны диагонали.

1287045 нусоиды ol= = = ° 360 = 0 36

0 1 о

С1 ° ПЧ71

Тогда — К = U я п ot. или—

2 " "1 К

477 делений.

2sinA- 2 0,0063

Если установить К„ = 0,01 V/äåëåíèé то, U „, = 4,77 V.

Пч 7

Величину или отклонение линии / луча от вертикали можно сократить в

5-10 раз, если снизить частоту развертки таким образом, чтобы на протяжении 10 делений умещалось 5-10 пол-!

15 1ных периодов. Амплитуда колебаний конца последней 5-й или 10-й синусоиды при прежнем значении девиации качающейся частоты останется неизменной, равной Q./2.

20 Наконец, можно боковым сторонам квадрата маски придать отклонение от

0,1 вертикали, равное †и более, что

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

Точность определения фазовой характеристики зависит от характеристик применяемого осциллографа, величинй относительной девиации частоты, точности и определения положения ли.ний лучей относительно эллипсов маски.

При использовании, например, двухлучевого осциллографа С1-74, имеющего размеры экрана, равные 10х6 см, оптимальная величина относительно девиации равна 31.

Если частота несущей равна, например f = 1000 Гц, то при коэффициенJ мте развертки К = 0 1 мс/делений.нзо ;7Э ражение целого периода синусоидального сигнала с такой частотой займет всю длину экрана и равно 10 делениям. Вариация конца синусоиды при девиации, равной 0,03f,, составляет 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 К> и амплитуда Пч;, частотномодулированного сигнала подбираются такими, чтобы отклонение линии луча от вертикали не превышало ширины луча Ь @ 1 мм при движении его от центра маски до ее верхней границы (т.е. на — 3 деления). а

Условная длина одного периода синусоиды при десятикратной растяжке равна 100 делениям и соответствует

360 . Отклонение на 1 мм О, 1 делеУ ний соответствует углу подъема си45

Для того, чтобы предельно упростить операцию по определению фазовой характеристики прозрачную маску с масштабной сеткой, установленной перед трубкой осциллографа, следует заменить на прозрачную маску, на которой нанесен квадратный контов со . стороной, равной размеру а. с диагональю квадрата и вписанньпы в квадрат эллипсами, малые оси которых связаны с дискретными (например, через

5 ) значениями величины л р формулой 4Р

0,707 =„ = sin позволяет повысить точность совмещения маски и линий лучей и снизить веБчм личину I

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

35 определяется с погрешностью до +1 мм.

Поэтому положение точки пересечения определяется с погрешностью

+ 4Т + 1 = +1,41 мм.

Так как размеру в = 30 мм соот2 ветствует фазовый:.сдвиг Л417 = 90, то погрешность определения фазового сдвига равна †90 = 4 2

1,41

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 воэ55 можности исследования частотных характеристик генераторов качающейся частоты, особенно в области средних и низких значений модулирующей и несущей частоты, не требует применения

1287045 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 10 осциллографа, полученных при подаче на его вход сигнала от генератора качающейся частоты, на вход которого подают синусоидальный сигнал генератора модулирующей частоты, о т л и- 15 ч а ю шийся тем, что, с целью снижения материальных затрат и расширения частотного диапазона, определение амплитудно-частотной характеристики производят измерением при 20 различных значениях частоты модулирующего сигнала с постоянной амплитудой разности длин между максимальным и минимальным значениями периода, изображенного на экране осциллографа, у которого горизонтальную развертку устанавливают в режим "ждущая" частоту ее и уровень запуска подбирают таким образом, чтобы на экране умещалось изображение целого 30 периода каждой из семейства синусоидальных кривых, соответствующих различным значениям качающейся частоты,.а коэффициент усиления вертикального отклонения луча подбирают так, чтобы размах синусоидальных кривых бып близок к вертикальному размеру экрана, а затем вычисляют отношение этих разностей к той же разности, но измеренной при частоте 40 модулирующего сигнала, стремящейся ,к нулю, а для определения фазочастотной характеристики сигнал модулирующей частоты подают на вход второго канала вертикального отклонения 45 двухлучевого осциллографа, устанавливают перед экраном прозрачную маску с нанесенными на ней квадратным контуром с размерами сторон, равными a. близкими к вертикальному раз- 50 меру экрана осциллографа, а также с диагональю и эллипсами, вписанными в этот контур, причем размеры малых осей b эллипсов для каждого дискретного значения фазового сдвигался находят из соотношения ь

О,7О7 — „= 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 иэображение целого периода синусоидального сигнала генератора, после чего у горизонтальной развертки включают растяжку" (например, 10: 1) и смещением луча в горизонтальном направлении устанавливают растянутое иэображение 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, соответствующие минимальному и максимальному мгновенному значению модулирующего сигнала, совпали с верхней н нижней сторонами квадрата, после этого горизонтальную развертку переводят в режим однократного запуска и по положению точек йересечения линий обоих лучей относительно эллипсов маски определяют фазовый сдвиг для различных значений модулирующей частоты в исследуемом диапазоне частот.

1287045

1287045

1,0

0,5

100

Редактор А. Гулько

Заказ 7710/47

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

Составитель Ю.Макаревич

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Тираж 730 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5