Частотных составляющих

Существуют различные способы уменьшения частотных погрешностей, в частности выравнивание эквивалентных паразитных емкостей с помощью дополнительных корректирующих емкостей [55, 122], создание бинарных делителей [68]. Расширить частотный;диапазон примерно до 1 МГц удается при выполнении обмоток делителя из коаксиального кабеля, внутренняя жила которого образует делительную обмотку, а экранная оплетка служит для выравнивания и симметрирования паразитных емкостей.

Действительный коэффициент деления отличается от номинального вследствие неточностей подгонки элементов делителя, наличия у них реактивных составляющих сопротивления (что сказывается при использовании делителя на переменном токе). Для уменьшения частотных погрешностей делителя на переменном токе (обычно частотный диапазон не превышает 10 кГц) предусмотрена частотная компенсация.

§ 14-3. Методы коррекции частотных погрешностей

Частотные погрешности приборов, как было показано в гл. 13, могут быть следствием ограничения рабочего диапазона как в области низких частот («снизу»), так и в области верхних частот («сверху»). Источниками частотных погрешностей, ограничивающими рабочий диапазон прибора «сверху», являются инерция ме-

14-4. Схемы цепей коррекции частотных погрешностей в области

Независимо от вида корректирующей цепи в ней происходит некоторая потеря энергии, причем, чем больше расширяется рабочий диапазон прибора, тем больше энергии теряется в корректирующей цепи. Поэтому подобные пассивные корректирующие цепи обычно применяются в совокупности с усилителями, часто являясь их органической частью. Примером такого устройства служит схема усилителя (см. 17-8), снабженного LC-фильтром для коррекции частотных погрешностей пьезоэлектрического акселерометра.

Активная коррекция частотных погрешностей механических элементов, в отличие от пассивной, заключается в активном воздействии на характеристики звена, являющегося источником погрешности. Это воздействие осуществляется с помощью электромеханических обратных связей, охватывающих корректируемое звено.

14-3. Методы коррекции частотных погрешностей........288

Действительный коэффициент деления отличается от номинального вследствие неточностей подгонки элементов делителя, наличия у них реактивных составляющих сопротивления (что сказывается при использовании делителя на переменном токе). Для уменьшения частотных погрешностей делителя на переменном токе (обычно частотный диапазон не превышает 10 кГц) предусмотрена частотная компенсация.

Некоторые из рассмотренных методов исключения систематических погрешностей используют при построении средств измерений. Так, во многих приборах применяют устройства для ручной или автоматической коррекции нуля и чувствительности, цепи коррекции температурных и частотных погрешностей и др.

Для осуществления ваттметра преобразователь Холла ПХ помещают в узкий зазор магнитопрово-да / ( 16.3), намагничиваемого обмоткой Llt включенной параллельно источнику, тогда как ток i через преобразователь, обусловленный падением напряжения на шунте /?,„, пропорционален току нагрузки /. Индуктивность L2 в последовательной цепи служит для коррекции частотных погрешностей, связанных с тем, что в параллельной цепи ток несколько отстает от напряжения U, подобно тому как это имеет место у электродинамических ваттметров.

Тепловой и дробовой шумы имеют равномерный и непрерывный частотный спектр (так называемый «белый» шум). На 16.34 «белому» шуму соответствует участок, на котором среднеквадратические значения частотных составляющих напряжения шума равны между собой.

Следовательно, модулированрое колебание состоит из трех частотных составляющих с круговыми частотами ш, ш + Q и <о — Q и не содержит составляющей с частотой Q, т. е. с частотой изменения измеряемой модулирующей величины X. Так, например, если несущий ток имеет частоту 100 гц, а изменение измеряемой величины происходит с частотой 10 гц, то модулиро-ванное напряжение будет содержать составляющие с частотами 90; 100 и [10гц и не будет иметь составляющей с частотой 10 гц.

В отличие от рассмотренных в гл. 2 случаев линейного преобразования импульсов в нелинейных устройствах изменение формы импульса обусловлено не только изменением амплитуд и фаз составляющих спектра исходного сигнала, но и появлением в спектре выходного сигнала новых частотных составляющих. Например, при воздействии на вход простейшего нелинейного устройства (ограничителя) гармонического колебания u(t) = UmcosQt спектр входного сигнала содержит единственную гармоническую составляющую на частоте / «=• = Q/(2n). Форма выходного сигнала — усеченная косинусоида; частота повторения выходных сигналов / =• Q/(2n). В соответствии с разложением Фурье такое периодическое напряжение имеет бесконечное число гармонических составляющих с частотами, кратными /. Число гармонических составляющих в выходном сигнале во сравнению с входным резко возрастает.

Исследование формы сигнала с помощью осциллографа позволяет получить зависимость напряжения от времени. Спектральное представление детерминированного сигнала в виде совокупности его частотных составляющих дает более полную информацию о его форме и, дополнительно, о качестве радиотракта, через который этот сигнал прошел. Измерение спектра используется для количественной оценки искажений импульсных сигналов, нелинейности радиотехнических устройств и гармонических сигналов, параметров модулированных сигналов любого вида модуляции и для физических исследований.

Переменная функция времени и (f) полностью описывается амплитудами и фазами ее частотных составляющих — спектральной функцией вида

ма обычно не принимается во внимание, так как шумовой сигнал состоит из частотных составляющих со случайной фазой.

Совокупность частотных составляющих шума называется спектром. Знание спектрального состава шума, т. е. зависимости амплитуды синусоидальной составляющей от частоты колебания, позволяет правильно выбрать средства борьбы с шумом (17].

Для усиления сигнала с широким спектром частот без искажения его формы ступень лампового усилителя должна обеспечить одинаковое усиление всех частотных составляющих спектра сигнала. Однако в ламповом усилителе сопротивление нагрузки Ru в анодной цепи шунтируется выходной емкостью этой лампы, а также входной емкостью лампы следующей ступени усилителя. Поэтому сопротивление нагрузки в анодной Цепи становится комплексным и зависящим от частоты:

Нелинейные искажения при преобразовании AM сигнала обусловлены появлением в спектре преобразованного сигнала лишних частотных составляющих -и проявляются в том, что огибающая преобразованного сигнала отличается по форме от огибающей входного сигнала.

Зная механизм образования спектра па выходе нелинейной цепи из частотных составляющих входного процесса (см. § 7.(5), приходим к выводу, что энергетический спектр полного тока в линейном детекторе должен быть сосредоточен па участках, примыкающих только к четным гармоникам частоты мп. т. е. О, 2о)о, 4соо, Пеон, ... и т. д. п, хроме того, должен содержат!) один участок, совпадающий со спектром входных флуктуации, поскольку в характеристике имеется линейным член с коэффициентом a\ = S/2. Соответствующую структуру должна иметь и ЛКФ тока детектора. При протекании этого тока через инерционную нагрузку может происходить лишь некоторое ослабление части составляющих по сравнению с другими без добавления новых частотных компонент.

Разница между «резкими» и «нерезкими» пелнпейностямн сказывается па интенсивности комбинационных частотных составляющих высокого порядка, по именно эти компоненты дают малый вклад в область тех частот, которые представляют интерес при детектировании.