Измерение АЧХ

ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Студент должен:
знать:
- методику измерния параметров четырехполюсников по АЧХ;
уметь:
- получать АЧХ, используя различные методы;
- определять параметры четырехполюсников с помощью АЧХ.
Свойства цепей и устройств в существенной степени зависят от их частотных и
переходных характеристик.
Для цепей с сосредоточенными элементами важную роль играют амплитудночастотная и фазочастотная характеристики.
Амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) называют кривую
зависимости амплитуды напряжения на выходе цепи от частоты при постоянной
амплитуде напряжения на входе. Амплитудно-частотную характеристику
избирательных цепей, в частности колебательных контуров, называют
резонансными кривыми.
Фазочастотная характеристика (ФЧХ) представляет собой частотную
зависимость разности фаз между напряжениями на выходе и входе исследуемой
цепи. Производная от ФЧХ по угловой частоте является частотной
характеристикой группового времени задержки.
При экспериментальном исследовании цепей обычно определяют их АЧХ. Это
объясняется следующими причинами.
Амплитудно-частотная характеристика наглядно отображает свойства цепи в
исследуемом диапазоне частот. Ее можно получить сравнительно простыми
техническими средствами на базе стандартной измерительной аппаратуры. Кроме
того, у минимально-фазовых цепей существует однозначное соответствие между
частотными характеристиками, поэтому ФЧХ можно вычислить по измеренной
АЧХ.
Минимально-фазовыми цепями являются колебательные контуры, фильтры,
усилители и другие радиосхемы, в которых отсутствуют перекрестные связи. К
неминимально-фазовым цепям относятся мостовые и некоторые специальные
схемы. Практически, при настройке минимально-фазовых цепей достаточно
обеспечить заданную форму их АЧХ. При этом цепь имеет вполне определенные
ФЧХ и характеристику группового времени задержки.
Приборы для исследования амплитудно-частотных характеристик радиосхем и
радиоустройств называются измерителями АЧХ.
Генератор синусоидальных колебаний перестраивают в заданном диапазоне
частот. Амплитудно-частотную характеристику или зависимость амплитуды
напряжения на выходе исследуемой цепи от частоты при постоянной амплитуде
напряжения на входе снимают по точкам при последовательной настройке генератора на частоты 𝑓1 , 𝑓2 , 𝑓3 , … , 𝑓𝑛 . По результатам измерений строят искомую
кривую.
Способ снятия амплитудно-частотных характеристик является трудоемким.
Длительность процесса измерения АЧХ приводит к появлению ошибок,
обусловленных нестабильностью частоты генератора и питающих напряжений.
Кроме того, могут быть пропущены резкие изменения АЧХ в промежутках между
точками измерений.
Недостатки этого способа особенно заметны при настройке цепей и устройств,
когда после каждого изменения элементов схемы всю процедуру снятия АЧХ
приходится повторять.
В настоящее время широко применяются панорамные автоматизированные
измерители АЧХ, построенные на основе генератора с качающейся частотой и
электронно-лучевого индикатора. Использование этих приборов существенно
уменьшает время измерения параметров АЧХ и повышает качество настройки
радиосхем.
По принципу действия и построению эти приборы близки к гетеродинным
анализаторам спектра. Однако между измерителями АЧХ и анализаторами спектра
имеются и существенные различия, связанные с тем, что анализатор спектра
предназначен для измерения параметров сигналов, а измеритель АЧХ служит для
исследования характеристик цепей и устройств.
Основу прибора составляет генератор качающейся частоты (ГКЧ), который
предназначен для выработки напряжения с постоянной амплитудой,
модулированного по частоте. Закон изменения частоты определяется формой
модулирующего напряжения, в качестве которого используют пилообразное
напряжение развертки.
Таким образом, на вход исследуемой цепи подается напряжение с постоянной
амплитудой и периодически меняющейся частотой. Закон изменения амплитуды
напряжения на выходе цепи будет повторять форму АЧХ. Если это напряжение
подать на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ, то на экране появится
изображение АЧХ исследуемой цепи.
Напряжение на ЭЛТ можно подавать непосредственно с выхода исследуемого
четырехполюсника или после детектора и усилителя. Соответствующие
изображения на экране ЭЛТ приведены на схеме, на которой показанная «нулевая
линия» прочерчивается во время обратного хода луча. На это время ГКЧ
запирается.
Первый вариант применяют в тех случаях, когда на выходе цепи напряжение
имеет достаточно большую амплитуду, например при исследовании усилителей.
При этом устраняются ошибки, обусловленные нелинейностью характеристики
детектора и неравномерностью АЧХ низкочастотного усилителя прибора.
Второй вариант используют при исследовании цепей и устройств с малым
коэффициентом передачи.
Кроме узлов современный измеритель АЧХ имеет ряд дополнительных устройств,
повышающих точность воспроизведения исследуемых АЧХ и улучшающих эксплуатационные характеристики прибора.