Измерение выходного сопротивления источников сигналов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.317.725 Петрищев А. А.

Канд. техн. наук, доцент Запорожского национального технического университета

ИЗМЕРЕНИЕ ВЫХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ СИГНАЛОВ

Уточнена методика измерений выходного сопротивления источников сигналов для диапазона частот до 10 МГц.

Ключевые слова: источники сигналов, выходное сопротивление, схема измерений, методика измерений, расчетные формулы.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных параметров радиоэлектронных устройств является выходной импеданс 2вых, значение которого определяет условие передачи сигналов между отдельными устройствами.

Кроме того, при измерениях энергетических параметров сигналов значение выходного импеданса устройств генерации и обработки сигналов определяет погрешность взаимодействия средства измерений и объекта измерений [1, 2].

Измерения выходного импеданса пассивных устройств осуществляются через прямые измерения и не представляют особого труда. Иначе обстоит дело с измерениями выходного импеданса активных устройств, на выходе которых генерируются или формируются сигналы. В этом случае приходится прибегать к косвенным измерениям.

По одной из методик [3] выходное сопротивление источников синусоидальных сигналов определяют по схемам рис. 1 при разных значениях нагрузки Яд и вычисляют по соотношению:

ЯвЬК = Яд = Яд (1)

где п = и2/и1; и1 - напряжение выходного сигнала при нагрузке Яд = т. е. без дополнительной наг-

рузки; и2 - напряжение выходного сигнала при подключении дополнительного резистора сопротивлением Яд.

Значение резистора Яд выбирается таким образом, чтобы изменение показаний вольтметра при подключении резистора составило не менее 10 %.

По другой методике [4] к выходу источника сигнала подключают резистор сопротивлением Яд1 и фиксируют показания вольтметра и1. Затем подключают резистор сопротивлением Яд2 = Яд1/2 и фиксируют показания вольтметра и2. После чего значение выходного сопротивления вычисляют по выражению:

Я = Я = я 1 — п (2)

Явых ^‘2^-^ 2п - 1. (2)

При этом подключаемые резисторы Яд1 и Яд2 следует выбирать таким образом, чтобы не перегрузить исследуемую схему и не вывести ее из строя.

Вольтметр

Источник сигнала рК-50

\\ і. // 2 // ^

\Ч

Источник

сигнала

Доп. ка грузка

« О 1 с

РК-50

-е-

<-

Рис. 1. Схемы измерения выходного сопротивления

© Петрищев А. А., 2010

Результаты моделирования показывают, что при использовании соотношений (1) и (2) приемлемая погрешность измерений соответствует выполнению условий / < 1 МГц, Лвых/ < 108 ОмГц, где / - частота сигнала.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ЕЕ РЕШЕНИЕ

В упомянутых методиках не учитываются параметры входной цепи вольтметра Явх, Свх, а также параметры радиочастотного кабеля, что обуславливает значительную погрешность измерений выходного сопротивления в более широком диапазоне частот как устройств, формирующих сигналы синусоидальной формы, так и устройств, генерирующих сигналы с формой, значительно отличающейся от гармонической.

Схема, эквивалентная схеме измерений рис. 1, в диапазоне частот до 10 МГц, когда радиочастотный кабель, нагруженный на высокое входное сопротивление вольтметра 2вх, может быть заменен емкостью Скаб порядка 100 пФ/м, представлена на рис. 2.

Из данной схемы следует, что до подключения дополнительного резистора Яд показания вольтметра действующего напряжения при условии, что сигнал на выходе схемы - гармонический, а выходное сопротивление - чисто активное, будут равны

идІ =

Ег

лД + Ю2 с2 R

222

вых

(З)

ГДе С = Скаб + Свх-

После подключения резистора Яд показания вольтметра будут соответствовать значению:

ид2 =

Ег

л/а7я“хД7+Юсхх’

(4)

Решая данные уравнения относительно Явых, получим

RвыX = Rд

2 . Г~2 2, 2 Tv2

Vn - a (n - І)

- n +

2 і 2 у 2 1Ч2

n + a (n - І)

(З)

где a = 2nfCRR.

Рис. 2. Эквивалентная схема измерений выходного сопротивления

Результаты моделирования показывают, что если выходное сопротивление источников гармонических сигналов можно полагать чисто активным и выполняются условия ^вых / < 109 ОмГц и / < 10 МГц, погрешность измерений ,Квых по выражению (5) не превысит долей процента, в то время как при использовании соотношения (1) погрешность измерений превышает 25 %.

При измерении выходного сопротивления источников сигналов сложных форм при частотах более 1 МГц следует учитывать, что радиочастотный кабель с волновым сопротивлением 20 в рассогласованном режиме (2вх Ф может значительно искажать

сигнал. На рис. 3 представлены осциллограммы исходного сигнала частотой 10 МГц и сигнала на входе вольтметра для кабеля длиной I = 0,8 м при ^вых = = 10 Ом; Свх = 30 пФ; 10 = 50 Ом. При этом результаты измерений напряжений и и2 вольтметром действующего напряжения будут содержать значительные погрешности, приводящие к неверным результатам измерений выходного сопротивления.

Рис. 3. Искажения сигнала частотой 10 МГц при рассогласовании линии передачи

Поэтому для измерений выходного сопротивления источников сигналов сложных форм в схему измерений рис. 1 вместо обычного вольтметра необходимо подключать селективный вольтметр или анализатор спектра с настройкой на частоту первой гармоники сигнала.

ВЫВОДЫ

Данная методика косвенных измерений выходного сопротивления источников сигналов любых форм позволяет значительно уменьшить погрешность измерений в диапазоне частот до 10 МГц за счет учета параметров соединительного кабеля и входной цепи вольтметра.

B диапазоне частот свыше І0 МГц радиочастотный кабель нельзя рассматривать как сосредоточенную емкость, а необходимо рассматривать как линию с распределенными параметрами и для выполнения правильных измерений в более широком диапазоне частот решать аналогичную задачу с учетом распределенного характера линии передачи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Hормирование и использование метрологических характеристик средств измерений. Hормативно-техничес-кие документы. - М. : Стандарты, 1988. - 152 с.

2. Петрищев А. А. К выбору нормируемых метрологических характеристик вольтметров действующего напряжения / А. А. Петрищев // Радіоелектроніка, інформатика, управління. - 1999. - № 1. - С. 27-30.

3. CollinsonA. Measuring Input and Output Impedance [Электронный ресурс] / Andy Collinson. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.zen22142.zen.co.uk/ Theory/inzoz.htm. - Загл. с экрана.

4. ОСТ 45.9096. Стыки цифровых каналов и групповых трактов первичной сети взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. Методы испытаний основных параметров. - Bвед. 19970101. - М. : ЦБИИС, 2006. -16 с.

01.09.2009 Після доробки 18.09.2009

Петрищев О. О.

BИМIРЮBAHHЯ BИХIДHОГО ОПОРУ ДЖЕРЕЛ СИГНАЛЮ

Уточнено методику вимірювань вихідного опору джерел сигналів для діапазону частот до 10 МГц.

Ключові слова: джерела сигналів, вихідний опір, схема вимірювань, методика вимірювань, розрахункові формули.

Petrishchev A. A.

MEASUREMENT OF SIGNAL SOURCES OUTPUT RESISTANCE

The signal sources output resistance measurement technique is improved for the range of frequencies up to 10 MHz.

Key words: signal sources, output resistance, metering circuit, measurement technique, calculation formulae.

УДК 621.372.852.001.11 Фурманова Н. І.1, Антоненко О. С.2, Шинкаренко Е. М.3, Фарафонов О. Ю. 4, Воропай О. Ю.5

1 Аспірант Запорізького національного технічного університету 2Канд. техн. наук, доцент Запорізького національного технічного університету 3Старший викладач Запорізького національного технічного університету 4Канд. техн. наук, доцент Запорізького національного технічного університету 5Старший викладач Запорізького національного технічного університету

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ХВИЛЬОВИХ ОПОРІВ МІКРОСМУЖКОВИХ СМУГОПРОПУСКАЮЧИХ ФІЛЬТРІВ НА ЗВ’ЯЗАНИХ ЛІНІЯХ З ОТВОРАМИ В ЕКРАНІ ВІД ТОВЩИНИ СМУЖКИ МІКРОСМУЖКОВОЇ ЛІНІЇ

Виконано синтез смугопропускаючих фільтрів (СПФ) на зв’язаних мікросмужкових лініях різної товщини з отворами в екрані. Проаналізовано вплив товщини смужки мікросмужкової лінії на хвильові опори СПФ. За результатами розрахунків побудовано номограму, завдяки якій спрощується процес проектування СПФ на мікросмужкових лініях з отворами в екрані.

Представлена номограма наочно показує залежність хвильових опорів фільтра з отвором в екрануючому шарі від товщини смужки.

Ключові слова: синтез фільтрів, мікросмужкові лінії, екрануючий шар, хвильовий опір фільтра.

Фільтри на паралельних зв’язаних мікросмужко- Друга проблема пов’язана з труднощами виробниц-

вих лініях часто використовуються як компоненти в тва широкосмугових фільтрів у зв’язку зі слабким

мікрохвильових інтегрованих ланцюгах завдяки їхній зв’язком між смужками в традиційних структурах.

відносно простій конструкції та універсальності. У літературі пропонується досить багато способів

Проте, при їх реалізації у традиційному вигляді на поліпшення позасмугових властивостей фільтрів.

одношарових підкладках у мікросмужковій техно- В цілому, більшість способів придушення небажаної

логії такі фільтри мають два істотних недоліки. По- смуги пропускання в цих фільтрах, описаних в літе-

перше, існування паразитної смуги пропускання на ратурі, можна розділити на дві групи: перші базу-

частоті 2/0 (/0 - центральна частота фільтра) [1-3]. ються на використанні підбору зосередженого на-

© Фурманова Н. І., Антоненко О. С., Шинкаренко Е. М., Фарафонов О. Ю., Воропай О. Ю., 2010