Генераторы гармонических сигналов.
По частотному диапазону генераторы гармонического напряжения делятся:
Инфранизкочастотные (0.01 Гц- 20 Гц)
Низкочастотные (20 Гц- 300 кГц)
Генераторы высоких частот (300 кГц- 300 МГц)
Сверхвысокочастотные (больше 300 МГц)
Основные характеристики генератора гармонических сигналов. Совокупность метрологических характеристик генераторов принято делить на 4 группы.
Рассмотрим основные метрологические характеристики измерительных генераторов гармонических сигналов:
Основные погрешности установки параметров сигнала.
Основные погрешности определяют предельно допустимые отклонения значений тех или иных параметров от установленных по отсчетным органам генератора, когда сам генератор находится в нормальных условиях эксплуатации.
Дополнительные погрешности установки параметров сигнала. Обусловлены влиянием на генератор внешних воздействий или изменением внешних условий, выходящих за пределы нормальных условий эксплуатации. Дополнительные погрешности оценивают отдельно по каждому влияющему параметру в предположении, что остальные находятся в пределах нормальных значений.
Сопутствующие погрешности. Обусловлены невозможностью получения идеального монохроматического сигнала. К этой группе относятся различного рода паразитные модуляции сигнала, гармонические и негармонические дополнительные составляющие в спектре сигнала и шумы, сопутствующие формированию сигнала.
Дрейф параметров сигнала. Это группа параметров обусловлен неидеальностью технических процессов формирования сигнала и нестационарными процессами внутри прибора.
Рассмотрим генератор гармонических сигналов различных диапазонов частот. Все измерительные генераторы можно разделить на 2 большие группы:
Генераторы сигналов(ГС)
Генераторы стандартных сигналов(ГСС)
Генераторы сигналов рассчитаны на получение выходных сигналов сравнительно большой мощности (несколько Ватт), однако к ним не предъявляется высоких требований по стабильности параметров сигнала и точности их установки.
Генераторы стандартных сигналов разрабатываются исходя из высоких требований к стабильности частоты и амплитуды выходного сигнала, получения малого коэффициента нелинейных искажений, а также высокой точности установки параметров сигнала. Амплитуда сигнала на выходе ГСС обычно не выше 1 В.
Генераторы инфранизких частот.
Формирование гармонических сигналов в инфранизкочастотном диапазоне является сравнительно сложной технической задачей. Различают три способа формирования гармонического сигнала:
Прямой метод. При прямом методе формирование гармонического сигнала обеспечивается с помощью схемы, в состав которой входит активный элемент (транзистор) и колебательная система, представляющся собой LC- контур. Формируемый сигнал при этом имеет частоту:
Поэтому требуются катушки индуктивности и конденсаторы с большими габаритами и массами. Вторым способом прямого формирования сигнала является использование RC-генераторов (состоит из 2х транзисторов и фазасдвигающей RC цепочки).
В диапазоне низких частот( от десятков Гц до 200 кГц чаще используются RC-генераторы, чем LC-генераторы)
Метод биений. Метод биений заключается в использовании 2х высокочастотных генераторов, построенных по прямому методу формирвания, настроенных на близкие частоты, которые в дальнейшем вычитаются одна из другой.
Смеситель представляет собой нелинейный узел, при прохождении которого формируются частоты с комбинационными частотами.
Метод прямого цифрового синтеза. Заключается в формировании случайного напряжения апроксимируещего с той или иной точностью гармонический сигнал. Это формирование осуществляется цифровыми методами, т.е на выходе получается следующих сигнал:
Генератор импульсов формирует периодическую последовательность импульсных сигналов, количество которых подсчитывается в счетчике. Счетчик формирует на выходе двоичный код, пропорциональный числу подсчитанных импульсов. ЦАП (цифроаналоговый преобразователь) преобразует цифровой код в напряжение, т.е в аналоговый сигнал.
Коэффициент деления частоты, период, через который сбрасывается счетчик, а так же параметры ЦАП выбираются с таким расчетом, чтобы выходное напряжение U(t) представляло собой ступенчатую функции, апроксимурующую гармоническийй сигнал.
В диапазоне инфранизких частот применяются либо генераторы, основанные на методе биений, либо генераторы, основанные на методе прямого цифрового синтеза.