Измерение нелинейных искажений

Измерение нелинейных искажений.
При прохождении сигнала по цепи с нелинейной амплитудной характеристикой
возникают искажения сигнала, т.е. колебания теряют синусоидальную форму
(искажаются) и в их спектре появляются высшие гармоники. Эти гармоники можно
выявить и измерить с помощью анализаторов спектра. Для оценки искажений сигнала
наибольшее распространение получил коэффициент нелинейных искажений
(коэффициент гармоник), представляющий собой отношение действующего значения
высших гармоник 𝑈2 , 𝑈3 ,…,Un напряжения (или тока) к действующему значению его
первой гармоники 𝑈1 :
√𝑈22 + 𝑈32 + ⋯ + 𝑈𝑛2
𝐾𝑟 =
𝑈1
где 𝐾𝑟 — коэффициент нелинейных искажений.
Если детектор анализатора является линейным, то в формулу вместо напряжений
𝑈1 , 𝑈2 ,…,Un можно подставить значения их амплитуд, измеренных на экране
анализатора в единицах длины.
Существуют также и специальные приборы, измеряющие коэффициент нелинейных
искажений, называемые измерителям нелинейных искажений. Упрощенная
структурная схема аналого-цифрового измерителя нелинейных искажений приведена
на рисунке.
В основе работы таких приборов лежит метод подавления основной частоты. Входное
устройство служит для согласования измерительного прибора с источником
исследуемого сигнала. Перед измерением переключатель К ставят в
положение 1(калибровка-первый случай), С помощью усилителя уровень
исследуемого напряжения повышают до такого фиксированного значения, при
котором электронный цифровой вольтметр действующего значения будет
проградуирован в величинах коэффициента нелинейных искажений .При этом
измеряется действующее значение напряжения всего исследуемого сигнала.
Упрощенная структурная схема аналого-цифрового измерителя нелинейных
искажения.
u(t)
Входное
устройство
Усилитель
2
Заграждающий
фильтр
К 1
Электронный
цифровой
вольтметр
действующего
значения
2
U=√𝑈12 + 𝑈22 + ⋯ + 𝑈𝑛.
Затем переключатель К прибора ставят в положение 2 (измерение-второй случай).
Путём настройки заграждающего фильтра подавляется напряжение основной
частоты ( первой гармоники 𝑈1 ). Полное подавление гармоники фиксируется при
минимальном показании прибора. В этом случае цифровой вольтметр показывает
действующее (эффективное ) значение суммы высших гармонических составляющих
сигнала.
2
𝑈𝑟 = √𝑈22 + 𝑈32 + ⋯ + 𝑈𝑛.
Используя полученные показания во втором и первом случаях, определяют
коэффициент нелинейных искажений.
𝐾𝑟1 =
√𝑈22 + 𝑈32 + ⋯ + 𝑈𝑛2
√𝑈12 + 𝑈22 + 𝑈32 + ⋯ + 𝑈𝑛2
Практически при положении 2 переключателя К будет измеряться коэффициент К𝑟1 .
Тогда коэффициент К𝑟 можно вычислить также по формуле
𝐾𝑟 =
𝐾𝑟1
2
√1 − 𝐾𝑟1
При небольших величинах нелинейных искажений сигнала ( 𝐾𝑟 < 0.1 ) коэффициент
К𝑟 отличается от коэффициента К𝑟1 показателем ,который меньше 1%. Обычно
измерители нелинейных искажений применяются для измерения коэффициента К𝑟 в
пределах от 0.1 до 30% в диапазоне частот от 0.01 кГц до 10 МГц и более.