Измерение нелинейных искажений

Измерение ряда физических величин, отражающих параметры и характеристики сигналов или электрических цепей, осуществляют с помощью приборов, аналогичных по структуре анализаторам спек­тра. К таким параметрам и характеристикам относят нелинейные ис­кажения и связанные с ними изменения формы и спектра сигналов, которые возникают в цепях с нелинейной амплитудной характеристи­кой. При прохождении по нелинейным цепям полезные колебания теряют синусоидальную форму (искажаются) и в их спектре появля­ются высшие гармоники.

Возникающие при нелинейных искажениях гармоники можно исследовать и измерить с помощью анализаторов спектра. Известны несколько количественных показателей уровня нелинейных искаже­ний. Наибольшее распространение получил такой показатель, как коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник), представляющий собой отношение среднего квадратического значе­ния всех высших гармоник напряжения (или тока)

                                                        (13.13)

к среднему квадратическому значению его первой гармоники

Kг =Uг /U1                                                                 (13.14)

Для измерения относительного значения напряжения гармоник можно использовать анализатор спектра, если его разрешающая спо­собность позволяет наблюдать раздельно спектральные составляю­щие. Если детектор анализатора линейный, то в формулу (13.13) вме­сто напряжений U1, U2, …, Un можно подставить значения их ампли­туд, измеренных на экране анализатора в единицах длины.

Существуют специальные приборы, измеряющие коэффици­ент нелинейных искажений, — измерители нелинейных искаже­ний. Упрощенная структурная схема аналого-цифрового измерите­ля нелинейных искажений показана на рис. 13.11.

Рисунок 13.11. Упрощенная структурная схема аналого-цифрового

измерителя нелинейных искажений

В основе измерительной методики таких приборов лежит ме­тод подавления основной частоты исследуемого сигнала. Входное устройство служит для согласования измерительного прибора с ис­точником исследуемого сигнала. Перед измерением переключатель Кл ставят в положение Калибровка. Затем с помощью усилителя уровень исследуемого сигнала повышают до такого фиксированного значения, при котором электронный цифровой вольтметр среднего квадратического значения будет проградуирован в значениях коэф­фициента нелинейных искажений. При этом измеряется среднее квадратическое значение напряжения всего исследуемого сигнала

.                                                (13.15)

Затем переключатель Кл прибора ставят в положение Измерение. Настраивая заграждающий фильтр, подавляют напряжение основной частоты (первой гармоники U1). Полное подавление гармоники U1 будет при минимальном показании прибора. В этом случае цифровой вольтметр показывает среднее квадратическое значение суммы выс­ших гармонических составляющих сигнала Ur
(13.13). Сравнивая по­казания во втором и первом случаях, находят коэффициент гармоник

Kг
=Uг /U                                                                     (13.16)

При положении переключателя Кл Измерение
измеряют коэффициент Kг1. При этом коэффициент гармоник вычисляют по формуле

                                                             (13.17)

При небольших нелинейных искажениях исследуемого сигнала (Кг
< 0,1) коэффициенты Кг и Кг1
отличаются меньше чем на 1 %. Обычно измерители нелинейных искажений применяют для измере­ния коэффициента гармоник Кг в пределах 0,1...30%. При этом диапазон рабочих частот составляет полосу от 0,01 кГц до 25 МГц.