Измерители нелинейных искажений (ИНИ)

Предназначены для измерения искажения форм кривой, т.е. отличия её от синусоидальной формы. Количественно такие искажения оцениваются двумя коэффициентами:

1) коэффициент гармоники

2) коэффициент нелинейных искажений

эти коэффициенты связаны между собой:

При достаточно малых искажениях будет справедливо: . Эти коэффициенты могут быть определены путем измерения амплитуд составляющих спектра при помощи анализатора спектра и последующего их вычисления по соответствующим формулам. Однако более просто эти коэффициенты могут быть найдены через соотношение эффективных значений напряжений:

; .

Эти формулы для экспериментального измерения Кни.

Структурная схема ИНИ использующая этот принцип измерения имеет вид:

Рис. 1

Входное напряжение Uвх поступает на входное устройство ВУ состоящее из аттенюатора и предварительного усилителя. Со входного устройства сигнал определенного уровня подается либо на выходное устройство, состоящее из аттенюатора и согласующего усилителя (SA-1), либо на избирательное устройство представляющее собой избирательный усилитель (SA-2).

В первом случае вольтметр эффективных значений (квадратичный вольтметр) измеряет полное эффективное значение входного сигнала, и показания его будут равны:

.

Во втором случае избирательный усилитель настроенный на частоту первой гармоники подавляет её и показания вольтметра будут пропорциональны эффективному значению высших гармоник, т.е.:

; .

Значение α₀ устанавливается аттенюатором входного устройства на определенной отметке шкалы, поэтому шкалу вольтметра можно проградуировать в значениях коэффициента нелинейных искажений. В избирательном усилителе в качестве частотно зависимой цепи обычно применяют RC - мост по схеме Вина. В процессе измерения мост настраивается на подавление основной гармоники. Если основная гармоника на выходе избирательного устройства отсутствует то показания вольтметра будут минимальны.

В современных ИНИ измерение производиться автоматически и структура имеет вид:

Рис. 2

Входное напряжение Uвх через ВУ подается на в узел автоматической регулировки усиления (АРУ) на его выходе поддерживается постоянное значение напряжения при изменениях исследуемого сигнала. С выхода АРУ напряжение поступает в режекторный (избирательный усилитель), в котором осуществляется автоматическое подавление первой гармоники, предварительно усиленного сигнала.

Узел автоматической подстройки частоты (АПЧ) управляет частотой режекции. Т.о. чтобы напряжение на его выходе стало минимальным. Напряжение высших гармоник поступает на вход усилителя (У), усиленное напряжения высших гармоник измеряется вольтметром среднеквадратического значения, состоящего из преобразователя (ПДЗ) и отсчетного устройства, проградуированного в процентах от Кни.

Этот ИНИ не является полностью автоматическим, диапазон исследуемых частот устанавливается т.о. чтобы обеспечить нормальную работу АРУ и АПЧ, которые контролируются приборами.

В измерителе нелинейных искажений автоматическом (С6-11) используется (применен) автоматический режекторный фильтр, управляемый цифровым кодом, который вырабатывается электронно-счетным частотомером, измеряющим частоту исследуемого напряжения и формирует код. С помощью ключей изменяются параметры фильтра.