Измерение нелинейных искажений

При прохождении гармонического сигнала через нелинейные элементы (у которых ток не пропорционален приложенному напряжению) форма сигнала изменяется. Искаженный гармонический сигнал содержит в своем спектре постоянную составляющую, первую гармонику с частотой  и высшие гармоники.  ,  … Количественная оценка отличия реального сигнала от синусоидальной формы производится с помощью коэффициента гармоник, который равен отношению среднеквадратического напряжения гармоник сигнала (кроме первой) к среднеквадратическому значению напряжения первой гармоники:

. (12.10)

Нелинейные искажения сигнала любой формы принято оценивать коэффициентом нелинейности:

. (12.11)

Коэффициенты гармоник и нелинейности связаны между собой соотношением:

. (12.12)

При малой нелинейности эти коэффициенты практически одинаковы.

Используют два метода измерения нелинейных искажений сигнала, аналитический (спектральный) и интегральный (квазигармонический).

Аналитический (гармонический) метод основан на применении селективных приборов (анализаторов спектра, селективных вольтметров и др.), с помощью которых измеряют абсолютные и относительные значения амплитуд первой и высших гармоник, а затем по формуле вычисляют значение коэффициента гармоник.

Интегральный метод позволяет оценить влияние всех высших гармоник на форму сигнала без определения их значений в отдельности. Для этого можно или подавлять первую гармонику, или выделять ее. Наибольшее распространение получил метод, основанный на подавлении первой гармоники.

Приборы, предназначенные для измерения коэффициента нелинейных искажений в соответствии с принятой системой классификации измерительных приборов, относятся к виду С6.

Схема измерителя нелинейных искажении, работающая по интегральному методу с подавлением первой гармоники, представлена на рисунке.

Рис. 12.10 Структурная схема измерителя нелинейных искажений.

Входное устройство обеспечивает согласование входного сопротивления прибора с выходным сопротивлением исследуемого объекта. Широкополосный усилитель служит для усиления всего сигнала до величины, удобной для отсчета. Перестраиваемый заграждающий фильтр служит для подавления напряжения основной частоты.

Процесс измерения нелинейных искажений сводится к выполнению двух операций. При переводе ключа рода работы в положение «Калибр.» электронный вольтметр прибора измеряет напряжения всего исследуемого сигнала. При этом добиваются показаний вольтметра на отметке 100% шкалы с помощью регуляторов во входном устройстве и усилителе. При переводе ключа в положение «Измерение» в схему подключается заграждающий фильтр, который препятствует прохождению первой гармоники сигнала и пропускает на вход вольтметра напряжение высших гармоник исследуемого сигнала. При соответствующей калибровке вольтметра результат измерения нелинейных искажений можно отсчитывать непосредственно по шкале прибора.

В измерителе нелинейных искажений обычно предусматривается дополнительный режим работы для измерения переменного напряжения синусоидальной и несинусоидальной форм.

Кроме рассмотренных параметров спектра сигналов, с использованием анализатора спектра можно измерять частоты и амплитуды линейчатых спектров, спектры шумов и смешанных сигналов, АЧХ трактов передачи сигналов, АЧХ четырехполюсников и другие параметры сигналов.