Селективные вольтметры

Селективные вольтметры находят широкое применение для исследова­ния спектра периодических сигналов, определения спектральной плотности шумов, коэффициентов нелинейных искажений и т.п. Они представляют со­бой высокочувствительные приёмники гетеродинного типа с возможностью настройки на определённую частоту исследуемого сигнала. Способность из­мерительных приборов выделять, селектировать подлежащую измерению частотную составляющую исследуемого сигнала легла в основу их названия.

Структурная схема селективного вольтметра изображена на рисунке 1; измерительный прибор состоит из входного устройства, осуществляющего согласование исследуемых цепей с цепями устройства, генератора синусои­дальных колебаний с регулируемой частотой – гетеродина, смесителя, усили­теля промежуточной частоты – УПЧ, измерительного преобразователя – вы­ходного вольтметра V, и калибровочного генератора.

Рис. 1. Структурная схема селективного вольтметра

Представим принцип работы прибора. На частотной диаграмме 2а изо­бражены огибающая частотного спектра исследуемого входного сигнала U_сигн и выбранная частота гетеродина прибора f_гет. Оба этих сигнала посту­пают на входы смесителя прибора. Напомним, что являясь нелинейным уст­ройством, смеситель преобразует поступающие сигналы в сигналы, так назы­ваемой, промежуточной частоты f_пр=f_гет±f_с (см. рис. 2б; на рисунке изобра­жена только одна составляющая выходного сигнала смесителя: f_пр=f_гет-f_с). Другими словами, смеситель «переносит» спектр входного сигнала в диапа­зон промежуточной частоты f_пр (см. рис. 2б). При этом в зависимости от ус­тановленного значения частоты гетеродина f_гет огибающая спектра входного сигнала занимает то или иное положение на оси частот относительно f_пр (см. рис. 2б и рис. 2в).

Рис. 2. Диаграммы работы селективного вольтметра

С выхода смесителя сигнал поступает на усилитель промежуточной час­тоты УПЧ. Амплитудно-частотная характеристика усилителя промежуточной час­тоты изображена на рисунке 2г. Как видно из рисунков 2а, 2б и 2в, УПЧ «вы­резает» из спектра входного сигнала составляющие, попавшие в полосу его пропускания ∆f_УПЧ, усиливает соответствующие сигналы и подаёт их на вход измерительного преобразователя.

Градуировка выходного вольтметра производится в действующих значе­ниях напряжения синусоидальной формы. Вследствие узкой полосы пропус­кания УПЧ (в реальных приборах она обычно составляет единицы кГц), иные гармонические составляющие исследуемого сигнала, нежели выделенная, не оказывают влияния на отсчёт по основной шкале. Для измерения уровня раз­личных гармонических составляющих частотного спектра исследуемого сиг­нала частота гетеродина прибора изменяется оператором вручную.

В правом по схеме положении переключателя П выполняется калиб­ровка измерительного преобразователя.

В качестве примера, ниже представлены технические характеристики одного из селективных микровольтметров, выпускаемых отечественной про­мышленностью.

Технические характеристики прибора В6-1

Измеряемое напряжение 2 мкВ - 10 мкВ

с делителем до 1 В

Диапазон частот измеряемых напряжений 150 кГц - 35 МГц

Полоса пропускания 1 кГц или 10 кГц

Погрешность измерения, не более:

в диапазоне частот 0.15-15 МГц 10%

в диапазоне частот 15-35 МГц 15%