ИЗМЕРИТЕЛЬ АЧХ СО СВЕТОДИОДНОЙ ШКАЛОЙ
М.ШУСТОВ, г.Томск.
Измерители амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) позволяют настраивать контура, фильтры сосредоточенной селекции, узлы радиоприемной и передающей аппаратуры. Измеритель АЧХ обычно состоит из генератора качающейся частоты (ГКЧ) и индицирующего прибора, позволяющего наблюдать АЧХ исследуемого устройства на экране электронно-лучевой трубки. Иногда в качестве индицирующего прибора используют осциллографы. В любом случае измерительная установка остается сложной.
Использование светодиодной шкалы и специализированных микросхем для ее управления позволяет снять ряд проблем создания портативных измерителей АЧХ - в десятки раз снижаются их габариты, масса и энергопотребление. В то же время, измерителям АЧХ со светодиодной шкалой присуща "одномерность" представления, соответствующая "срезу" АЧХ с экрана электронно-лучевой трубки при заданном уровне напряжения. Этот недостаток можно компенсировать тем, что "высоту" этого среза можно плавно регулировать, изменяя уровень чувствительности детектора.
На рисунке представлена схема измерителя АЧХ со светодиодной шкалой. Устройство состоит из генератора пилообразного напряжения, свип-генератора (ГКЧ) и измерителя уровня сигнала со светодиодной шкалой для индикации его частоты или уровня.
Генератор пилообразных импульсов выполнен на однопереходном транзисторе VT5. Заряд времязадающего конденсатора С12 осуществляется через резистор R15 от источника питания (9 В). Когда напряжение на конденсаторе на доли вольта (0,2 В) превысит напряжение на делителе R12, R13, происходят "пробой" транзистора VT5 и разряд конденсатора С12, после чего процесс повторяется.
Выходной сигнал пилообразного напряжения поступает на затвор полевого транзистора VT1, управляющего работой ГКЧ (транзисторы VT2, VT3). Пределы качания частоты определяются резисторами R2, R3. Управлять частотой генерации ГКЧ можно и вручную - потенциометром R17 при соответствующем положении переключателя SA3. Переключатель SA1 задает работу ГКЧ в диапазонах:
- "ГПЧ I" (генератор промежуточных частот) - для настройки связной аппаратуры с полосой качания 470...530 кГц;
- "ГПЧ II" - для настройки бытовой РЭА в диапазоне 440...500 кГц;
- "ГПД" (генератор плавного диапазона) - с перестройкой центральной частоты качания в пределах 85...650 кГц.
Выходной сигнал с ГКЧ через эмиттерный повторитель на транзисторе VT4 поступает на переключатель SA2. Уровень выходного сигнала можно регулировать потенциометром R10. Для контроля частоты генерации (режим ручного управления) предусмотрен выход на цифровой частотомер (Х1).
Переключатель SA2 позволяет подключить исследуемый четырехполюсник (фильтр, настраиваемое устройство) к выходу ГКЧ (Х2, ХЗ). Предусмотрен также режим "Проверка", когда выходной сигнал с ГКЧ подается напрямую на индицирующее устройство. В режиме "Калибровка" выходной сигнал с ГКЧ пропускается через эталонный элемент - пьезокерамический фильтр ZQ1. В режиме "ГПЧ II" свипирующий (качающийся) или неизменный по частоте сигнал с генератора подается на нагрузку через пьезокерамический фильтр (Х5). Этот режим может быть полезен для настройки фильтров ПЧ.
Светодиодная шкала - индикатор уровня сигнала - выполнена на поликомпараторной микросхеме UAA180 (K1003nm,A277D,UL1980N). В режиме "Частота", устанавливаемом переключателем SA4, каждый из светодиодов HL1...HL12 отвечает за контроль сигнала в пределах 5 кГц при полосе обзора 60 кГц. Управление частотой развертки по диапазону происходит синхронно с управлением частотой ГКЧ пилообразным сигналом, снимаемым с конденсатора С12. Яркость свечения светодиодов шкалы пропорциональна уровню сигнала на входе индикатора. В режиме "Проверка" уровень сигнала на входе индикатора не зависит от свойств объекта исследования, и светодиоды шкалы с максимальной яркостью поочередно переключаются по мере развертки частоты (от верхней границы диапазона до нижней).
Период развертки определяется постоянной RC-цепи (R15, С12) и составляет доли герца. При переключении переключателя SA2 в режим "Калибровка" и SA1 в режим "ГПЧ II" - из 12 светодиодов шкалы ярко высвечиваются и мигают с частотой несколько герц 2-3 светодиода (зависит от индивидуальной характеристики фильтра ZQ1 и настройки ГКЧ). При переключении переключателя SA1 в положение ТПД", изменением емкости конденсатора С9 (изменением положения центральной полосы качания) можно плавно сдвигать положение светящегося максимума на шкале прибора (в пределах совпадения полосы качания и полосы пропускания фильтра). Яркость свечения светодиодов, в силу изменения уровня проходящих через фильтр сигналов, изменяется, поэтому при подключении настраиваемого (исследуемого) фильтра (SA2 - в положении "Измерение") можно визуально определить полосу пропускания, оценить крутизну скатов и, при необходимости, настроить фильтр.
Устройство можно также использовать в режиме измерения уровня прошедшего через фильтр сигнала при неизменной частоте. Для этого переключатель SA3 переводят в режим "Ручная перестройка", переключатель SA4 - в положение измерения уровня сигнала с 12-ступенчатой светодиодной индикацией. Частоту генерации определяют по светодиодной шкале (+5 кГц), либо, что предпочтительнее, по внешнему цифровому частотомеру (с погрешностью ±1 кГц или менее). Регулируя потенциометром R17 частоту генератора, например через 1 кГц, по 12-точечной светодиодной шкале снимают АЧХ фильтра. Предварительно потенциометром R17 частоту генератора устанавливают на центр полосы пропускания фильтра, и ручкой "Уровень выходного сигнала" (R10) добиваются максимально возможного индицируемого уровня по светодиодной шкале.
Индикатор уровня (переключатель SA4 - в положении "Уровень") представляет собой высокочастотный дискретный вольтметр с шагом индикации порядка 1 В/12=80 мВ (вся шкала соответствует 1В).
Схема управления режимом работы светодиодной шкалы автоматически задает пределы изменения управляющих и индицируемых сигналов: О...6,1 В - при измерении частоты; О...2 В (0...1 В по переменному току) - при измерении уровня сигнала.
Ток, потребляемый устройством, изменяется от 20 до 100...140 мА при высвечивании всех светодиодов. Форма сигнала, генерируемого ГКЧ, не является синусоидальной, что не имеет принципиального значения, т.к. при настройке фильтров в узкой полосе качания, фильтр автоматически выделит первую гармонику. Возможна настройка фильтров и на гармониках ГКЧ, хотя уровень этих гармоник очень невелик. При желании RC-генератор ГКЧ может быть заменен на LC-генератор, который включается между точками А и В схемы. Диапазон рабочих частот этого генератора может быть в пределах от единиц килогерц до сотен мегагерц. RC-генератор потенциально способен работать в диапазоне частот от единиц герц до 1 МГц.
Ширину полосы качания можно регулировать подбором резисторов R2 и R3 в пределах, ограниченных явно выраженной нелинейностью шкалы частот или заметной неравномерностью уровня сигнала.
Устройство можно использовать как автономный индикатор уровня ВЧ-сигнала (вход Х4). Измеритель АЧХ желательно размещать в экранированном корпусе. При сборке устройства необходимо принимать меры по снижению емкости монтажа (использовать короткие проводники).
РЛ 7/2000,c.27-28.
О.БЕЛОУСОВ,
г.Ватутино, Черкасской обл.
В осцилляторных генераторах, работающих на частоте выше 22 МГц, резонатор обычно возбуждают на 3-й или 5-й гармонике, но не на более высоких, так как сильно сказывается влияние параллельной емкости. Чаще чем приведенная на рис.2, применяется емкостная трехточечная схема кварцевого генератора с кварцевым резонатором между коллектором и базой в схеме включения транзистора с заземленным коллектором (рис.4). Эта схема особенно удобна для генераторов с электронной перестройкой частоты (при включении последовательно с кварцем варикапа), и имеет меньшее количество блокировочных элементов, чем схема с заземленным эмиттером. Многие специалисты в области кварцевых генераторов считают емкостную трехточку наилучшей из всех схем кварцевых генераторов, работающих на основной или 3-й механической гармонике резонатора. Следует отметить, что существует схема емкостной трехточки, не содержащая индуктивности, которая возбуждается на 3-й и 5-й гармониках.
Автогенератор с кварцем в контуре. Если в схеме на рис.4 последовательно с кварцем включить катушку индуктивности L1, это приведет к появлению новых свойств, т.е. в генераторе (рис.5) возможны автоколе-
Рис.4
Рис.5