Verificarile Metrologice a Generatoarelor de Frecventa Joasa

Politehnica

Verificarile Metrologice a Generatoarelor de Frecventa Joasa

Byadmin ianuarie 1, 2024

CUPRINS

Adnotare

Introducere

Capitolul I CARACTERISTICA GENERALĂ ȘI PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE A GENERATOARELOR DE FRECVENȚĂ JOASĂ

1.1 Noțiuni generale, descrierea generală a generatoarelor de frecvență joasă

1.2 Clasificarea generatoarelor după precizie, după forma semnalului elaborat, după condițiile de utilizare

1.3 Caracteristicile metrologice principale a generatoarelor de frecvență joasă

1.4 Principiul de funcționare și tipuri de generatoare de frecvență joasă

1.4.1 Generatoare de tip LC

1.4.2 Generatoare interferențiale

1.4.3 Generatoare de tip RC

1.4.4 Generatoare de frecvență joasă cu bătai

1.4.5 Sintetizatoare de frecventă

1.4.6 Generatoare de impulsuri

Capitolul II METODICA VERIFICĂRII METROLOGICE A GENERATOARELOR DE FRECVENȚĂ JOASĂ

2.1 Condițiile de verificare pentru generatoarele de frecvență joasă

2.2 Verificarea metrologica a generatoarelor de frecvență joasă

2.3 Determinarea caracteristicilor metrologice a generatorului verificat

2.4 Efectuarea verificării metrologice a generatorului de frecvență joasă Г3-33

și Г3-112/1

2.5 Prelucrarea rezultatelor experimentale

Concluzii

Bibliografie

Introducere

Actualitatea și importanța problemei abordate. Începînd cu secolul trecut și pîna in prezent, tehnica din domeniul electronicii a evoluat într-un ritm accelerat, tot odată evoluția nu a vizat doar cuantumul de dispozitive electronice, ci și funcționarea normală a acestora, și în același timp a apărut și necesitatea măsurării parametrilor, reglării sau verificării dispozitivelor.

Un rol însemnat în rezolvarea problemelor legate de măsurarea, reglarea sau verificarea aparaturii electronice folosite în domeniile cele mai diverse îl au generatoarele de frecvență.

Aceste aparate sunt destinate în principal, să furnizeze semnale electrice variabile în timp, cu anumiți parametrii bine precizați. Forma semnalului generat, gama de frecvențe a generatorului și amplitudinea semnalului la ieșirea acestuia, sunt numai cîțiva parametri principali, care carecterizează un generator de semnal [1].

Dat fiind diversitatea mare de condiții care se pot impune oricăruia dintre parametri, valorile concrete fiind determinate de categoria de aparate și mărimi ce trebuie a fi măsurate, vor rezulta foarte multe tipuri de aparate , generatoare de semnal.

Utilizările practice ale generatoarelor sunt foarte numeroase . Generatoarele de frecvență joasă se folosesc la măsurarea amplificării, a caracteristicii de frecvență, a gradului de distorsiuni neliniare ale amplificatorului sau a altor dispozitive, trductoare, filtre.

Deasemenea se mai folosesc pentru modularea semnalului furnizat de generatoare de frecvență înaltă, la etalonarea frecvențmetrelor, a voltmetrelor etc.

Generatoarele de semnal în măsurători se mai numesc generatoare de măsură și se deosebesc de generatoarele destinate altor scopuri (generatoare de putere, sau alte tipuri de generatoare) prin puterea nominală de 5 – 12 W. În schimb fiind aparate de masură, exactitatea măsurărilor în care se folosesc, în mare măsură, depinde de erorile de stabilitate față de diverși factori de influență externă, a principalilor parametri ai generatorului (frecvența de acord, mărimea semnalului de ieșire, parametrii care caracterizează forma semnalului de acoperire ).[5]

Drept rezultat, acestor generatoare li se impun condiții mai severe privind eroarea și stabilitatea parametrilor semnalului generat. Totodată, schemele principiale ale generatoarelor de măsură trebue să rezolve anumite probleme specifice ca :

posibilitatea de acord într-o gamă de frecvență cît mai mare;

posibilitatea de a se furniza semnal modulat în amplitudine (MA), sau modulat în frecvență (MF);

distorsiuni liniare cît mai mici in cazul semnalului sinosoidal.

Problema principală care se pune pentru generarea unor oscilații întreținute, este aceia a compensării perderilor de energie activă care au loc in rezistențele din circuitul oscilatorului, astfel incît amplitudinea oscilaițiilor să nu scadă în timp. Aceasta se poate realiza, fie injectînd periodic la intrare o funcție din energie de la ieșire, fie anulînd rezistențele din circuit, cu ajutorul unor rezistențe negative. Lucrarea de fața se adresează studentilor și acelora care sunt interesați, care cunosc suficient electronica analogică.[3]

Aici vor fi prezentate unele generatoare de diferite tipuri, la care se va analiza și urmări funcționarea în funcție de anumiți parametri ale unor componente din lucrarea respectivă, ca urmare se va înțelege mai ușor cum funcționează un generator de frecvențe joase.

Scopul: Studierea generatoarelor de frecvență joasă și caracteristecile metrologice ale acestora, condițiile de verificare și efectuarea verificării metrologice a generatoarelor de frecvență joasă.

Capitolul I CARACTERIZAREA GENERALĂ ȘI PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE A GENERATOARELOR DE FRECVENȚĂ JOASĂ

1.1 Noțiuni generale, descrierea generală a generatoarelor de frecvență joasă

Generatorul este un dispozitiv pentru elaborarea semnalelor de tensiune electrică U(t) avînd caracteristici metrologice normate: referitoare la forma semnalului elaborat, frecvența de derulare a semnalelor cînd ele sunt variabile în timp, diapazonul frecvențelor, nivelul semnalului la ieșire (amplitudinea), rezistența de ieșire, stabilitatea formei, frecvenței și nivelului semnalului elaborat, ect.

Generatoarele sînt destinate alimentarii cu curent electric a diferitor circuite electrice. Generatoarele, semnalele elaborate ale căror servesc drept referință la măsurările electroradiofizice se numesc generatoare de măsură.

Circuitele electronice care, în anumite condiții specifice, generează semnale se numesc generatoare de semnal. Oscilatoarele sunt generatoare de oscilații electrice întreținute, cu frecvențe proprie (care deci funcționează fara semnal de intrare).

Generratoarele de joasă frecvență sînt sursele de semnal cu aplicațiile cele mai numeroase, avînd o construcție relativ simplă. Aceste generatoare se întîlnesc, în forma cea mai simplă, ca surse auxiliare de semnal sinusoidal de frecvență fixă, care intră în alcătuirea altor generatoare sau aparate de măsură mai complexe.[1]

Ele au domeniul de frecvențe de la cca. 10 Hz la (n kHz.1 MHz) și furnizează tensiuni sinusoidale de amplitudini și frecvențe reglabile, se folosesc în:

echipamente de telecomunicații, automatizări, aparatură medicală și de cercetare etc.;

în laboratoare de măsură și control a aparatelor electronice la:

masurarea amplificarii, a caracteristicii de frecventa, a gradului de distorsiuni neliniare ale amplificatoarelor si filtrelor de JF;

modularea generatoarelor de inalta frecventa (IF);

alimentarea puntilor de masurare a inductantelor si capacitatilor.

Față de amplificatoare, oscilatoarele prezintă asemănări și deosebiri. Asemănarea constă în proprietatea comună de a transforma energia de curent continuu a sursei de alimentare în energie de curent alternativ a semnalului generat. Deosebirea constă, în primul rînd, în faptul ca pentru executarea acestei operații amplificatoarele necesită un semnal de comandă, pe cînd oscilatoarele lucrează fară semnal exterior de comandă. În al doilea rînd, semnalul de ieșire al unui amplificator are frecvență dată de semnalul de intrare, pe cînd semnalul generat de oscilator are frecvența dată de parametrii circuitelor care îl compun. Modul de producere a oscilațiilor, din punct de vedere fizic a unui oscilator RC, diferă de cele produse de un oscilator LC. Astfel la cel din urmă, oscilațiile se produc ca urmare a schimbului de energie între un sistem, electric(condensator) și unul magnetic (inductanța), la cele RC schimbul de energie are loc între două sisteme de aceeași natură, și anume electrice (condensatoare) .[6]

Generatoarele de semnale sunt aparate electronice care, în laboratoarele de măsurări electronice, sunt utilizate ca surse de tensiune variabile în timp, cu o anumită formă de undă și cu nivel și frecvență reglabilă. În esența lor, generatoarele de semnal conțin circuite electronice care transformă energia furnizată de sursa de curent continuu (de alimentare, Ea) în energie de curent alternativ furnizată la ieșirea aparatului, într-un singur punct (la borne), cu semnalul eg( t + kT), reglabil într-un anumit domeniu de frecvențe ( f = 1/ T). Sunt denumite generatoare de semnale datorită faptului că, în cazul acestor aparate, accentul nu se pune pe randamentul conversiei energiei electrice, dar pe calitațile formei de undă a semnalului de curent alternativ.

1.2 Clasificarea generatoarelor după precizie, după forma semnalului elaborat, după condițiile de utilizare

Un prim criteriu de clasificare a generatoarelor se referă la forma de undă a semnalului de la bornele de ieșire, în funcțtie de acest criteriu există următoarele generatoare [2]:

– Sinusoidale sau armonice, cînd forma de undă a semnalului produs este sinusoidal;

De semnale liniare variabile, cînd forma de undă este liniar crescătoare în timpul cursei active (crescătoare) și cu panta mare de cădere în timpul cursei inverse (descrescătoare);

De semnale dreptunghiulare;

De semnale triunghiulare;

De semnale trapezoidale;

De semnale cu forme de undă specifice unei anumite aplicații (spre exemplu, de semnale dreptunghiulare defazate în timp în cazul circuitelor de sincronizare a funcționării calculatoarelor electronice).

De notat este ca nu exista un criteriu unic de calitate pentru toate formele de unda generate, fiecare avînd definite mărimi specifice care, în fond, exprimă cît de bine aproximează forma de undă de la ieșirea generatorului modelului matematic al oscilatiei impuse de proces.

Pe lîngă calitatea formei de undă, alt criteriu de calitate se referă la stabilitatea oscilației, în condițiile în care asupra sistemului acționează perturbații (cele mai importante perturbații constău în modificarea valorii tensiunii de alimentare a sursei de curent continuu și/sau în modificarea temperaturii care funcționează circuitul ).[8]

Un al doilea criteriu de clasificare al generatoarelor ia în considerație principiul de functionare. Din acest punct de vedere generatoarele pot fi:

Parametrice, atunci cînd generatorul conține un dispozitiv neliniar cărui caracteristică statică are o zona cu panta negativă (spre exemplu diode tunel );

Cu amplificator, în cazul în care generatorul conține unul sau mai multe circuite de amplificare prevăzute cu reacții pozitive și negative (selective sau nu ).

Se pot evidenția și alte criterii de clasificare care să exprime limitările în funcționare (spre exemplu domeniul de frecvență) impuse de circuitele cu care au fost implementate sau de circuitul pe care îl deservesc. În primul rînd, generatorul trebuie sa îndeplineasca condițiile impuse de sistemele cu care este interconectat în scopul realizării măsurării, condiții care se referă, de cele mai multe ori, la urmatoarele aspecte:

Precizia formei de undă;

Amplitudinea semnalului generat;

Stabilitatea oscilației;

Necesitatea modificarii amplitudinii semnalului, a frecvenței de oscilație sau a formei de undă

Funcționarea în condiții de exploatare și de mediu impuse.

În scopul îndeplinirii tuturor condițiilor cerute de sistemul de măsurat, uneori se impune “cuplarea” mai multor oscilatoare, comutarea unuia sau altuia realizîndu-se prin multiplexarea ieșirelor sau activarea în funcții de aplicație.

În cadrul acestui capitol vor fi analizate numai aparatele care produc tensiuni electrice de formă si cu durate determinate (deci nu se vor trata generatoarele de zgomot ). La forma de undă a tensiunii generate s-au făcut referiri anterior; în ceea ce privește repartiția în timp, tensiunilxprime limitările în funcționare (spre exemplu domeniul de frecvență) impuse de circuitele cu care au fost implementate sau de circuitul pe care îl deservesc. În primul rînd, generatorul trebuie sa îndeplineasca condițiile impuse de sistemele cu care este interconectat în scopul realizării măsurării, condiții care se referă, de cele mai multe ori, la urmatoarele aspecte:

Precizia formei de undă;

Amplitudinea semnalului generat;

Stabilitatea oscilației;

Necesitatea modificarii amplitudinii semnalului, a frecvenței de oscilație sau a formei de undă

Funcționarea în condiții de exploatare și de mediu impuse.

În scopul îndeplinirii tuturor condițiilor cerute de sistemul de măsurat, uneori se impune “cuplarea” mai multor oscilatoare, comutarea unuia sau altuia realizîndu-se prin multiplexarea ieșirelor sau activarea în funcții de aplicație.

În cadrul acestui capitol vor fi analizate numai aparatele care produc tensiuni electrice de formă si cu durate determinate (deci nu se vor trata generatoarele de zgomot ). La forma de undă a tensiunii generate s-au făcut referiri anterior; în ceea ce privește repartiția în timp, tensiunile pot fi: periodice (în cazul cel mai frecvent ), impulsuri singular sau trenuri de impulsuri.

În funcție de tipul generatorului, durata unui impuls poate fi cuprinsă între cîteva ore și cîteva nanosecunde, iar frecvența de repetiție a tensiunilor periodice poate lua valori de la cîteva zeci de µHz pînă la cîteva sute de MHz. Durata si frecvența de repetiție ale tensiunilor generate sunt reglabile între anumite limite, raportul între valorea maximă și cea minima fiind de la 102 la 1010.

Generatoarele sinusoidale formează o clasă largă de aparate, datorită proprietăților remarcabile pe care le are semnalul sinusoidal în tratarea circuitelor electronice în regim variabil.

În prezent, în funcție de intervalul de frecvență pe care îl poate avea semnalul produs, generatoarele de semnal sinusoidal se clasifică în:

− generatoare de foarte joasă frecvență (0,00005 Hz la 50 kHz);

− generatoare de joasă frecvență – JF (0,1 Hz la 1 MHz);

− generatoare de audiofrecvență – AF (10 Hz la 100 kHz);

− generatoare de videofrecvență – VF (10 Hz la 10 MHz);

− generatoare de radiofrecvență – RF sau de înaltă frecvență – ÎF (10 kHz la 100 MHz);

− generatoare de foarte înaltă frecvență (10 MHz la 5000 MHz) etc.[15]

Multe firme producatoare de aparataj electronic întrebuințează denumiri cu caracter general (“comercial”) ca: oscilator pentru aparatele la care se cunoaște precis frecvența semnalului (tensiunii) generate; generator sau test-oscilator pentru aparatele care au în plus un voltmetru pentru măsurarea tensiunii de ieșire și un atenuator calibrat; generatoare de semnal pentru aparatele la care semnalul produs poate fi modulat; versa-tester pentru aparatele care generează semnale de forma sinusoidală sau/și dreptunghiulară (la alegere, printr-un comutator de funcții), au posibilitatea măsurării (și indicării) frecvenței și amplitudinii semnalului și încă pot măsura și semnale externe (ca frecvență și nivel). În ce ne privește, vom folosi termenul de oscilator numai pentru etajul (etajele) care generează efectiv semnalul de tensiune și generator pentru întreg aparatul (format din oscilator și etajele auxiliare). Generatoarele care produc semnale sinusoidale cu o frecvență băleiată (scanată) automat comandată electric între două frecvențe ( fmin și fmax) se numesc vobulatoare.

1.3 Caracteristicile metrologice principale a generatoarelor de frecvență joasă

Pentru a putea aprecia posibilitățile de utilizare ale generatorelor trebuie cunoscuți parametrii semnalului sinusoidal de ieșire.

Domeniul de frecvențe. Fiecare generator se caracterizează prin valorile maxime și minime, fmin și fmax, între care poate fi cuprinsă frecvența de oscilație. Se difinește ca gamă (sau bandă de frecvențe) un subdomeniu în care frecvența se poate varia continuu; de obicei se indica numărul de game ale generatorului. Pentru fiecare gamă se definește așa numitul raport de acoperire: K'f = f 'max/f 'min, unde f 'max și f 'min sunt valorile extreme ale gamei considerate. De obicei numărul de game se alege în așa fel încît toate gamele să aibă același raport de acoperire K'f și în acest caz, pentru generator sunt precizate: domeniul de frecvențe ( f 'min ÷ f 'max), numărul de game și raportul de acoperire K'f (de exemplu, un generator de audiofrecvență are domeniul de frecvențe 10 Hz la 100 kHz și dacă este realizat cu 4 game și raportul de acoperire 10, înseamnă că el poate lucra în gamele: 10 Hz la 100 Hz, 100 Hz la 1000 Hz, 1 kHz la 10 kz și 10 kHz la 100 kHz). În cazul generatoarelor de înaltă frecvență se definesc: domeniul de frecvențe fmin÷fmax și specificarea fiecărei game în mod individual prin limitele f 'min ÷ f 'max .[1]

Stabilitatea de frecvență. Acest parametru se difinește ca raportul Δf/f, dintre variația Δf nedorită a frecvenței, datorită modificării unui singur parametru electric sau neelectric (celelelte condiții rămîn neschimbate ) și frecvența de oscilație f pe care a fost acordat oscilatorul. În funcție de parametrul perturbator se definesc următoarele stabilități de frecvență:

în timp, pe termen scurt (de ordinul cîtorva minute) și pe termen lung (de ordinul cîtorva ore);

cu temperatura mediului ambiant;

cu tensiunea de alimentare;

cu nivelul semnalului (tensiunii) de ieșire;

cu sarcina de lucru RL etc.

Se poate defini în funncție de parametrul variabil urmatoarele stabilități de frecventă: în timp (pe termen scurt, de ordinul cîtorva minute, și pe termen lung, de ordinul a cîtorva ore), cu temperatura mediului ambiant, cu tensiune de alimentare, cu nivelul semnalului de ieșire, cu sarcina, etc.

Nivel maxim. În general se precizează tensiunea maximă Umax (ca amplitudine, adică valoarea de vîrf Uv max sau ca valoare efectiva Uef max), produsă la bornele generatorului în gol (fără sarcină) sau pe o rezistență egală cu rezistența de ieșire a generatorului R0 (așa-zisul mod de lucru adaptat, cînd are loc transferul maxim de putere de la generator către sarcină). De aceea, uneori se specifică și puterea maximă P0 max, care se poate obține într-o sarcină cu rezistența de lucru RL = R0. [7]

Stabilitatea de amplitudine. Acest parametru se difinește ca raportul dintre ΔVo/Vo, dintre variția ΔVo nedorită a amplitudinii, datorită modificării unui singur parametrul electric sau neelectric (celelalte conditii rămîn neschimbate) și amplitudinea tensiuniide ieșire Vo; frecvența și sarcina sunt considerate mereu constante. Se pot defini in functie de parametrul varibil următoarele stabilități de amplitudine: în timp, cu temperatura mediului ambiant, cu tensiunea de alimentare, etc.

Distorsiuni neliniare, zgomotul și brumul. Puritatea spectrală a undei sinusoidale, nemodulate seaoreciază cu ajutrul coificientului de distorsiuni neliniare:

= (1.1)

unde Vk(k= 1, 2, 3…) reprezintă valorile eficace ale tensiunilor sinusoidale de frecvente Kf, rezultate prin descompunerea în serie Fourier a tensiunii de ieșire Vo, de

frecvența f (tensiunea de ieșire totdeauna are mici abateri față de o sinosoidală perfectă ). Pentru frecvente joase intotdeauna se indică o tensiune parazită, provenita din zgomotul etajelor electronice și din brumul introdus de rețeaua de alimentare, această tensiune notată cu:

Vzg+br apare suprapusă pe tensiunea utilă Vo.Valoarea Vzg+br rămîne constantă la variația continuă a tensiunii Vo și de aceea se precizează Vzg+br pentru Vomax. De multe ori se indică un coificient global, pentru distorsiunile zgomotului și brumului.

δ= / (1.2)

Coificientul δ arată abatere undei generate față de o sinusoidă perfectă și se poate măsura cu ajutorul unui distorsiometru cu circuit rejectiv. Pentru generatoarele de înaltă frecvență, în loc de coeficienții d și d' se specifică spectrul de frecvență al armonicilor, prin amplitudinile lor raportate la fundamentala: 20 lg( Uk/U 1), în [dB], ceea ce se masoară cu un voltmetru selectiv sau cu un analizor de spectru. Se mai specifică și conținutul de componente nearmonice (în dB), reprezentat de raportul 20 lg( UN /U 1), unde UN poate fi o tensiune parazită cu frecvență diferită de un multiplu întreg al frecvenței f1 a fundamentalei.[5]

Precizia. Generatoarele, fără excepție au pe panou sisteme mecanice sau electronice de indicare a frecvenței de oscilație. Eroarea cu care se citește frecvența este un parametru important, specificat mereu. Unile aparate sunt prevăzute cu atenuatoare calibrate și cu voltmetre care indică tensiunea de ieșire în gol sau pe o rezistență de sarcină egală cu rezistența de ieșire; atît atenuatoarele cît si voltmetrele au specificate anumite erori de etalonare. Aceste erori (relative la determinarea frecvenței și nivelului semnalului generat) determină precizia globală a generatorului. La aparatele mai performante se indică, în plus, și: precizia parametrilor de modulație, a parametrilor de vobulare, a unghiului de fază (între două ieșiri defazate) s.a.

Caracteristica de frecvență. Acest parametru se difinește ca raportul Δvo(f)/Vo(fr), dintre variația Δvo nedorită a tensiunii de ieșire la bornele generatorului, variație datorată modificării frecvenței de oscilație intr-o anumită plajă, și tensiunea de ieșire Vo(fr) la o frecvență de referință.

Atenuarea maximă. Pentru toate generatorele se precizează atenuările maxime: cea continuă și dacă există, cea în trepte.

Parametrii de modulație. Tensiunea sinusoidală de ieșire Vo cu frecvența purtătoare ω, poate fi modulată în amplitudine MA[Vo=Vo(1+m sin ωmt) sin ωt], modulată în frecvență MF[ Vo= Vo sin (ωt+Δω/m cos ωmt)] sau fază modulată cu impulsuri MI.

Parametrii sînt: frecvența de modulație ωm, gradul de modulație m în cazul MA, deviatia de frecvență Δω în cazul MF, coificientul de distorsiuni neliniare (introduse prin modulație asupra semnalului modulator), etc.

Modulatii reziduale si parazite. Brumul datorat rețelei de alimentare cu energie electrică și în special zgomotul propriu al etajelor electronice ale generatorului de semnale conduce la modulații inoportune (parazite) de amplitudine și frecvență, numite modulații reziduale. În legatură cu acestea sunt specificate: gradul de modulație reziduală pentru MA și deviația de frecvență reziduală pentru MF (în Hz); ambele situații sunt considerate pentru o anumită bandă de trecere, specificată, a etajului detector din structura generatorului. În timpul procesului util de modulație MA apare – parazitar – și o modulație MF (masurată ca abatere de frecvență maximă raportată procentual la frecvența de modulație). La fel, pentru o modulație utilă MF se produce și o modulație parazită MA, cu un anumit grad ce trebuie precizat.

Parametrii de vobulare. Așa cum am mai precizat, generatoarele cu baleiaj de frecvență comandată electric se numesc vobulatoare. Comanda electrică se face printr-o tensiune, numită tensiune de comandă. În plus față de parametrii arătați pînă acum, la vobulatoare se mai precizează și următorii parametri specifici vobulației:

coeficientul de acoperire prin vobulare K′′f = f′′max / f′′min unde f′′max și f′′min sunt valorile extreme ale unui domeniu continuu de frecvențe obținut prin comanda electrică cu o tensiune variabilă. Acest coeficient poate ajunge pînă la K′′f =104;

limitele fiecărei benzi (game) vobulate, prin f′min și f′max din domeniul de frecvențe al aparatului;

modelul de variație al frecvenței în funcție de tensiunea de comandă (liniar la K′′f mici și logaritmici la K′′f mari etc.);

durata de vobulare, care sunt intervalele de timp în care frecvența variază de la f′′max la f′′min și invers.

Sincronizarea. Un generator cu frecvență fixată la o anumită valoare f și-o poate schimba într-o valoare apropiată fs prin introducerea din exterior a unei așa numite tensiuni de sincronizare us cu frecvența fs. Se definește, în acest caz, coeficientul de sincronizare corespunzator tensiunii exterioare (de obicei sinusoidală) prin: Ks = ( f − f s ) / f ⋅100 / U s max care se exprimă în procente pe volt [%/V].

Defazajul. Unile generatore au cîte două ieșiri de semnal sinusoidal cu defazaj reglabil între ele. În asemenea cazuri se precizează treptele și domeniile continue de reglere ale fazei. Un generator cu frecvență fixată la o anumită valoare f și o poate schimba într-o anumită valoare apropiată fs prin introducerea din exterior a unei tensiuni de sincronizare Vs cu frecvența fs. Se difinește coificientul de sincronizare corespunzător tensiunii corespunzătoare tensiunii exterioare (de obicei sinosoidală).

(1.3)

coificientul e exprimat în procente pe volt .[7]

Alți parametri. În funcție de anumite particularitați funcționale, pentru generatoarele de semnale sinusoidale se mai pot indica si alți parametri ca:

la generatoarele cu posibilitați de modulație trebuie specificată cum se realizează aceasta cu un generator auxiliar intern sau extern (de joasă frecvență ωm) și care sunt parametrii acestui generator auxiliar pentru producerea tensiunii de modulație um;

la vobulatoare se precizează cum se face comanda electrică, cu un generator de tensiune intern sau extern (care furnizează tensiunea de comandă) și se specifică parametrii și caracteristicile lui;

în cazul generatoarelor de foarte joasă frecvență, ieșirea lor poate avea tensiunea alternativă suprapusă peste o tensiune continuă (numită de decalaj), reglabilă, pentru care se dă plaja de reglaj a tensiunii continue;

la generatoarele programabile se arată: modul de comandă numerică, coduri de comandă, timpul necesar efectuării operației comandate, memorie etc.

1.4 Principiul de funcționare al generatoarelor de frecvență joasă

După principiul obținerii semnalului de ieșire există tipurile de generatoare de frecvență joasă:

a) generatoare de tip RC, care la rîndul lor se divid în:

– generatoare cu circuite selective.

– generatoare cu circuite defazoare.

b) generatoare cu bătai.

c) sintetizatoare de frecvență.

d) generatoare digitale.

După forma semnalului de ieșire :

a) generatoare de semnal sinusoidal.

b) generatoare de semnal dreptunghiular (produc la ieșire impulsuri dreptunghiulare ).

c) generatoare de semnal de forme speciale, ce produc la ieșire semnale cu dependență de timp de formă dreptunghiulară, triunghilară, trapezoidală, liniar crescătoare.[2]

Cele mai multe generatoare de joasă frecvență produc la ieșire un semnal sinusoidal.

Difiniție O funcție s :[0, +∞) →R se numeste semnal sinusoidal dacă este de forma :

s(t) = Asin(ωt+φ), (1.4)

unde: A ≥0 se numește amplitudine ;

ω > 0 se numește frecvență ciclică ;

φ [0, 2π) se numește fază inițială a semnalului.

Observație. Un semnal sinusoidal este funcție periodică, avînd perioada principală:

To= ; (1.5)

Figura 1.1 Forma unui semnal sinusoidal perfect

După cum rezultă din figura de mai sus este evident, că o perioadă T are 360º.

După principiul de funcționare al oscilatorului pilot, generatoarele de joasă frecvență se împart în trei categorii: generatoare LC, generatoare interferențiale și generatoare RC.

Generatoarele de frecvențe fixe sînt, de obicei, de tipul LC sau RC, iar generatoarele cu frecvență variabilă folosesc exclusiv oscilator pilot de tipul RC sau interferențial. Pentru generatoarele cu gamă largă de frecvențe se folosește cel mai frecvent schema de generator interferențial. Principalii parametri prin care se caracterizează semnalul generat, sau posibilitățile de lucru ale generatorului, au valori care depind cel mai mult de destinația generatorului respectiv. Valorile acestor parametri trebuie luate în considerare la alegerea generatorului de semnal, pentru ca acesta să fie cît mai convenabil și să introducă erori cît mai mici în schema concreta de măsurare.

Gama de frecvențe caracterizează posibilitatea de acord a generatorului pe oricare frecvență din cuprinsul ei, păstrîndu-se concomitent valorile celorlalți parametri în anumite limite. Acordul continuu al frecvenței generatorului se realizează, de obicei, pe porțiuni adiacente din cuprinsul gamei, numite benzi de frecvențe. Cu excepția generatoarelor de tip interferențial, la care acordul continuu se poate de obține într-o bandă mult mai largă, la celelalte generatoare factorul de acoperire (fmax : fmin) al unei benzi este de circa 3:1 (oscilatoare LC) sau 10:1 (oscilatoare RC). Gama de frecvențe este cuprinsă în limitele 20 Hz – 200 kHz, pentru generatoarele de uz general. Frecvența minimă poate atinge și valori de ordinul 1-2 Hz, în timp ce frecvența maximă poate fi de ordinul a 8-10 MHz, în cazul generatoarelor video.

Eroarea frecvenței exprimă abaterea procentuală maximă a frecvenței generatorului față de frecvența de acord fixată. Mărimea sa depinde de schema folosită pentru oscilator și condițiile de lucru ale generatorului. Valorile uzuale pentru generatoarele actuale sînt de ordinul 0,5-5 %. Eroarea este provocată în cea mai mare parte de instabilitatea frecvenței față de temperatura mediului ambiant sau față de variațiile tensiunii de alimentare.

Tensiunea de eșire a generatorului poate avea valori de ordinul 10-5-10-3 V, necesare, de exemplu, pentru măsurarea amplificatoarelor de joasă frecvență de înaltă sensibilitate, sau poate atinge valori de ordinul 100-150 V, în cazul că se măsoară caracteristicile amplificatoarelor de putere, ale releelor, sau ale altor dispozitive. În ultima situație, generatorul livrează și o putere de ieșire, de ordinul a 2-5 W.

Eroarea tensiunii de ieșire variază în limitele ±1%…±10%, în funcție de clasa de precizie a generatorului. Condițiile impuse tensiunii de ieșire sînt:

Constanța tensiunii în gama de frecvențe a generatorului, în special la generatoarele destinate ridicării caracteristicilor de frecvență;

Posibilitatea variației continue și în trepte, în limite cît mai largi, a nivelului tensiunii de ieșire.

Impedanța de ieșire a generatorului este de dorit să fie cît mai mică, pentru a se obține independența tensiunii de ieșire-de sarcină. Generatoarele cu nivel mare de ieșire sînt prevăzute cu posibilitatea schimbării în trepte a impedanței de ieșire, pentru a se putea realiza adaptarea la diverse sarcini. Condițiile de lucru ale generatorului sînt exprimate prin valorile factorilor de influență externă, corespunzînd unui regim normal (temperatura mediului ambiant 20+5°C, urniditatea relativă 65+2%). Este important ca variațiile parametrilor să fie cît mai mici, cînd factorii de influență externă se schimbă (de exemplu, temperatura variază în limitele +10 … +35°C, umiditatea crește pînă la 80%, tensiunea de alimentare variază cu ±10%, iar frecvența rețelei, cu ±0,5 Hz).[1]

1.4.1 Generatoare de tip LC

Acest tip de generator, larg utilizat în domeniul frecvențelor înalte, a fost folosit în domeniul frecvențelor joase pînă la apariția și dezvoltarea generatoarelor interferențiale sau RC.

Utilizarea oscilatoarelor cu circuit acordat LC în gama 20 Hz – 20 kHz întîmpina dificultăți legate, în primul rînd, de greutatea obținerii formei sinusoidale cu distorsiuni neliniare reduse ale semnalului de ieșire, în toată gama de frecvențe. Pe de altă parte, acoperirea continuă a gamei de joasă frecvență cu ajutorul condensatorului variabil al circuitului oscilant nu este posibilă, chiar daca s-ar împărți acestă gamă într-un număr mare de benzi, deoarece mărimea capacității variabile ar trebui să fie foarte mare și să se schimbe între limite mari, pentru fiecare bandă. Actualmente, aceste generatoare se întrebuințează numai pentru generarea unor frecvențe fixe (de exemplu, ca oscilatoare auxiliare pentru obținerea MA în GSS de frecvență înaltă). Forma sinusoidală a semnalului este obținută prin alegerea regimului de funcționare al etajului oscilator în clasa A, pe porțiunea liniară a caracteristicii, cu o amplitudine mică a oscilațiilor. Negativarea automată dată de grupul RcCc asigură punctul de funcționare corespunzător caracteristicii liniare. Amplitudinea oscilațiilor generate depinde de valoarea rezistenței fixate cu potențiometrul P. Prezența acestei rezistențe mai are ca efect atenuarea armonicelor la ieșire, datorită divizorului pe care îl formează cu impedanța circuitului acordat, care are valoare mult mai mică la frecvențe armonice. Rezultă o micșorare a distorsiunilor neliniare. Stabilitatea frecvenței, față de parametrii tubului și față de tensiunea de alimentare, este îmbunătățită dacă rezistența P întrece de cîteva ori rezistența internă a tubului. Datorită capacității parazite mari (100-1000 pF) a bobinelor de JF, realizate, de obicei, cu miez de fier, freevența proprie de rezonanță a bobinei este redusă și limitează frecvența maximă a oscilatorului. O micșorare a valorii inductanței ar îngreuna obținerea frecvențelor joase. Din aceste motive, generatoarele LC se întîlnesc numai ca generatoare de frecvențe fixe în gama 200 — 5 000 Hz. Schimbarea frecvenței se obține cu ajutorul comutatorului K și a capacităților fixe de acord C1 … C4.[13]

Dezavantaje:

inductanțe mari pentru frecvențe joase;

capacitate parazită mare (100¸ 1000pF) a bobinelor de ÎF; o micșorare a valorii inductanței ar îngreuna obținerea frecvențelor joase;

factor de acoperire:

1.4.2 Generatoare interferențiale

Principalul avantaj practic pentru care generatoarele de acest tip sînt larg folosite astăzi decurge din posibilitatea acoperirii continue a unei benzi de frecvențe întinse (zeci de herți-sute de kiloherți), utilizînd un singur condensator variabil obișnuit. Se pot astfel realiza generatoare de semnal sinusoidal cu gama extinsă în tot domeniul videofrecvențelor (10 Hz – 10 MHz) și împărțită în cel mult două benzi.

Figura 1.2 Schema-bloc simplificată a generatorului
de JF de tip interferențial:

1 — oscilator de FI cu frecvență fixă: 2 — oscilator de
FI cu frecvență variabilă; 3 — etaj de amestec neliniar;
4 — filtru trece-jos; 5 — amplificator de ieșire.

Schema-bloc simplificată a acestor aparate (fig. 1.2) cuprinde: două oscilatoare armonice, independente, de frecvență înaltă (f1 — fixă și, respectiv, f2 — variabilă); un etaj de amestec, care conține un element neliniar; un filtru trece-jos (FTJ), care permite trecerea numai a semnalului de frecvență (f1—f2) de valoare mică și un amplificator de ieșire. Dacă frecvența fixă f1 este de 200 kHz, iar oscilatorul O2 asigură pentru frecvența f2 o variație între 200 și 180 kHz, se obține o acoperire a întregului spectru de frecvențe audio: 0-20 kHz. Aceasta se realizează simplu, deoarece în domeniul FÎ în care funcționează oscilatorul 2, o variație de 20 kHz se obține cu un condensator variabil obișnuit, într-o singură bandă de frecvențe. Oscilatoarele de FÎ O1 și O2 sînt de tipul LC, bazate pe una din schemele folosite mai frecvent în domeniul acestor frecvențe (schema cu circuit acordat în placă sau în grilă, schema de oscilator în trei puncte cu priză pe bobină sau pe capacitate, schema tranzitron).

Etajul de amestec este specific generatoarelor de tip interferențial. După modul în care se realizează amestecul celor două semnale, el poate fi:

etaj de amestec aditiv, în care semnalele de frecvență f1 și f2 se însumează la intrarea elementului neliniar de amestec, pentru izolarea circuitelor de ieșire ale celor două oscilatoare în cazul folosirii unui tub ca element de amestec — un semnal se aplică în circuitul grilei de comandă, iar celălalt în circuitul catodului; tubul respectiv trebuie să lucreze pe porțiunea pronunțat neliniară a caracteristicii ia (ug).

etaj de amestec multiplicativ (prin înmulțire), în care cele două semnale de frecvență f1 și f2 se aplică pe grilele de comandă ale unui tub cu mai multe grile (cel mai frecvent: hexodă sau heptodă).

Avantajul principal al acestor generatoare este că se poate acoperi tot domeniul audio, între 0 si cîteva zeci de kHz doar dintr-o singură gamă, cu ajutorul unui singur condensator variabil. De ex., dacă f1 = 200 kHz, f2 = 200.180 kHz, diferența f1 – f2 va rezulta în domeniul 0.20 kHz, printr-o singură reglare, aceea a frecvenței f2. Alt avantaj constă în timpul redus de stabilire a regimului permanent, în special la frecvențe joase.[12]

1.4.3 Generatoare de tip RC

Sunt generatoare la care frecvența de oscilație este produsă într-o rețea de rezistențe și capacitați, rezultînd scheme simple și cu preț de cost redus. Se înlătură neajunsurile generatoarelor LC și interferențiale. Domeniul de frecvențe acoperit: 10-3 Hz – 10 MHz. Frecvența acestor generatoare variază invers proporțional cu valorile R,C, asigurînd un factor de acoperire al unei benzi de 1:10. Stabilitatea frecvenței generate este foarte mare față de celelalte tipuri de generatoare de JF, datorită înaltei stabilități a elementelor rețelei (R,C) și utilizării unei reacții negative foarte puternice. Rezultă stabilități mai bune de 1 %. Coeficientul de distorsiuni al semnalului de ieșire definit ca raportul dintre valoarea eficace a armonicelor și valoarea eficace a fundamentalei este mai mic de 1%.

În domeniul frecvențelor de peste 100 kHz, generatoarele LC se pot realiza cu bobine și condensatoare de valori ușor de construit, cu rezistențe de pierderi mult mai mici decât reactanțele respective, deci cu factorii de calitate ridicați, asigurând o bună stabilitate a frecvenței.[3] La frecvențe de ordinul zecilor de kiloherți apar dificultăți în realizarea generatoarelor, impunându-se valori mari atât inductanțelor bobinelor, cât și capacității condensatoarelor. În aceste condiții nu mai pot fi folosite condensatoare variabile, ci fixe, iar bobinele au un număr mare de spire, rezistență de pierderi mare și deci un factor de calitate slab. La frecvența de ordinul kiloherților și mai mici, practic nu se mai pot folosi oscilatoare de tip LC. În aceste condiții, în domeniul frecvențelor joase (herți-zeci de kiloherți) se utilizează oscilatoare cu reacție pozitivă selectivă, avănd cuadripolul de reacție din rezistențe si condensatoare. Aceste oscilatoare se numesc generatoare RC. Generatoarele de joasă frecvenț de tip RC tind în prezent să devină cele mai răspîndite, deoarece pot asigura cu o schemă relativ simplă, și la un cost mai redus, parametri superiori față de cei realizați cu generatoarele interferențiale. Totodată, sînt mai comode în exploatare, deoarece evită dezavantajele acestora din urmă, ca: necesitatea controlului periodic al etalonării frecvenței sau greutatea obținerii semnalului de frecvență foarte joasă, datorită fenomenului de sincronizare forțată.

Figura 1.3 Shema bloc a unui oscilator de tip RC

Schema generală o unui generator RC (fig. 1.3) constă dintr-un amplificator cu amplificarea A, caruia i se aplică o reacție globală B prin intermediul unei rețele pasive RC, care are factorul de transfer în tensiune β. Condiția de obținere a oscilațiilor întreținute, exprimată în complex, este:

(1.6)

Această relație complexă este echivalentă cu două relații exprimate în real:

─ care exprimă condiția ca atenuarea introdusă de rețeaua de reacție să fie compensată de amplificator;

φA + φB = 2n π ─ care impune condiția că defazarea totală prin amplificator și rețeaua de reacție să fie un multiplu întreg (n) de 360º, adică semnalul adus prin rețeaua de reacție să fie în fază cu cel de la intrarea amplificatorului. Practic, acestă relație frecventa la care apar oscilatiile.

Condiția de obținere a oscilațiilor poate fi asigurată prin două procedee de bază, care determină totodadă împărțirea acestor oscilatoare în două mari categorii : generatoare stabilizate cu cuart. Sunt folosite pentru determinarea cu o precizie superioară a frecvenței generate. Ele oferă oscilații foarte stabile, ca frecvență, dar de valoare fixă. Pentru obținerea unei game largi de frecvențe se poate proceda în două moduri:

obținerea semnalului de ieșire prin combinarea mai multor semnale de frecvențe stabile prin multiplicarea, divizarea sau amestecul semnalelor;

utilizarea oscilațiilor obișnuite RC sau LC, a caror frecvență se sincronizează cu o frecvență de referință furnizată de un oscilator cu cuarț.[15]

Cea mai utilizată metodă este cea de sintetizare a frecvențelor prin multiplicarea, divizarea și mixarea frecvențelor unui generator de mare stabilitate. Erorile de determinare a frecvenței semnalului rezultat și instabilitatea ei sunt foarte apropiate de cele ale generatorului de referință; rezultă precizii de ordinul (1.2)10-6 cu o instabilitate de (3.5)-7 pe 7.8 ore de funcționare.

1.4.4 Generatoare de frecvență joasă cu bătai

Aceste generatoare asigură obținerea unui semnal sinusoidal de frecvențe infrajoase, se poate ajunge pînă aproape la valoarea 0 Hz [4].

Principiul de funcționare a acestui generator, se bazează pe apariția bătăilor între două frecvențe, una constantă fo, alta variabilă fvar, la mixarea acestor frecvente apar componente cu frecvența :

Δ f = |fvar ─ fo|; (1.7)

Δ f ─ frecvența semnalului de ieșire a acestui generator.

Exemplu de calcul a frecvenței:

fvar =100 ÷200 kHz (1.8)

fo = 0 ÷ 100 kHz; (1.9)

atunci:

Δ f = 0 ÷ 100 kHz (1.1.1)

Structura acestui generator va fi prezentat în figura următoare:

Figura 1.4 Schema bloc a unui generator cu bătăi

Acest tip de generator are următoarele avantaje: posibilitatea obținerii frecvenței infrajose, și are scară liniară a frecvenței. Iar un dezavantaj ar fi, structura complexă.[6]

1.4.5 Sintetizatoare de frecventă

Sintetizatoarele sunt generatoare de frecvență foarte joasă, în care semnalul de ieșire se obține prin sinteza frecvenței, pe baza unui șir de frecvențe primar, generate de generatorul stabilizat cu cuarț, acesta se caracterizează prin precizie mare, și stabilitate mare a frecvenței. Sunt aparate numerice care generează tensiunea sinusoidală cu frecvența reglabilă discret. Precizia și stabilitatea frecvenței sunt identice cu cele ale unui oscilator cu cuarț, ceea ce le conferă acestor aparate caracterul de standarde variabile de frecvență.

Domeniul de lucru: întins: 0,01 Hz -1 GHz.

Stabilitatea în frecvență: 10-7 ¸ 10-9

Precizia: 10-4 ¸ 10-8.

Întrucît posedă:

domeniu întins de frecvențe;

stabilitate deosebită a frecvenței generate;

precizie a frecvenței,

aceste aparate se folosesc:

la etalonarea aparatelor de masură;

la verificarea aparatelor de masură;

măsurări în telecomunicații;

în sisteme de test cuplate la calculatoare, datorită schimbării rapide a frecvenței fără fenomene tranzitorii și posibilități de comandă electrică a frecvenței și tensiunii de ieșire.

Instabilitatea frecvenței este:

δ=≈. (1.1.2)

Acest generator se utilizează pentru verificare, testare și în calitate de sursă de frecventă etalon. Structura unui sintezator de frecvență este:

Figura 1.5 Shema bloc a sintetizatorului de frecvență

a ─ generatorul care generează frecvențe primare, F01……Fon care sunt stabilizate de un cristal de cuarț.

b─ bloc de divizare, care conține divizoare de frecvență (numărătoare) și multiplificatoare de frecvență. Acest bloc produce din frecvența F01…….F0n, produce o serie de frecvențe K1 F0i…….KnF0j.

c ─bloc de formare a frecvenței combinatinale, conține mixer și filtre, precum si un bloc de comutație cu ajutorul căruia se instalează frecvența necesară. Acest bloc filtrează semnalele, și le mixează. [4]

1.4.6 Generatoare de impulsuri

Asa-zisele generatoare de impulsuri sunt, de fapt, generatoare de semnale periodice cu forma de undă dreptunghiulară (mai general spus, trapezoidală) sau neperiodice (impulsuri dreptunghiulare singulare, care simulează semnalele Dirac). În domeniul măsurărilor (testărilor) electronice, aceste generatoare sunt utilizate la încercarea: amplificatoarelor video, circuitelor logice secvențiale, numărătoarelor etc., precum și la determinarea regimului tranzitoriu al etajelor electronice s.m.a. Oscilatoarele de impulsuri se găsesc în structura unor aparate electronice de măsurat tensiuni, timp, frecvențe, rezistențe s.a.[7]

Capitolul II Metodica verificării metrologice a generatoarelor de frecvență joasă

Ca orice aparate de măsură, generatoarele de semnal trebuie verificate periodic, pentru a se constata dacă caracteristicile tehnice reale diferă de cele din pașaport. Eventualele abateri constatate trebuie înlăturate prin reglări și reetalonări corespunzătoare; în caz contrar, aceste abateri s-ar manifesta defavorabil, introducînd erori sistematice în măsurătorile efectuate cu ajutorul generatoarelor de semnal.

Verificarea se face conform instrucțiunilor cuprinse în pașaportul aparatului și ținînd seama de standardele actuale. Verificarea periodică cuprinde următoarele operații, în ordinea efectuării lor:

examinarea aspectului exterior și a construcției;

controlul funcționării generatorului;

verificarea caracteristicilor generatorului și a stabilității acestora.

Prima operație se face în scopul depistării eventualelor defecțiuni mecanice, ca: butoane defecte, scala de frecvențe deteriorată, carcasa aparatului slab fixată în șuruburi, becuri de semnalizare sparte, borne sau mufe defecte, geamurile instrumentelor de control sparte sau neetanșe etc. Totodată, se examinează și accesoriile aparatului, cum sînt: cordonul de alimentare, cablul coaxial de ieșire cu divizorul terminal, rezistențele de adaptare și antena artificială. Indicatoarele instrumentelor de pe panou trebuie să poată fi ușor aduse la zero cu ajutorul corectoarelor macanice. După această examinare preliminară se trece la verificarea sistematică a funcționării generatorului în toate situaîiile de lucru, obținute succesiv cu ajutorul comutatorului modului de lucru.[11]

Înainte de efectuarea acestor verificări se studiază prospectul aparatului, pentru a cunoaște posibilitățile sale de lucru, ordinea operațiilor de punere în funcțiune și funcția fiecărui buton de comutare sau de reglare de pe panoul aparatului. Funcționarea alimentatorului este semnalizată optic cu ajutorul unui beculeț de pe panou. Semnalul de ieșire trebuie să fie generat fără întrerupere, în fiecare bandă de lucru a generatorului. Acesta se verifică la instrumentul care indică tensiunea de ieșire (de nivel neatenuat), manevrînd succesiv comutatorul benzii de frecvență și butonul de reglare fină a frecvenței. Se verifică și funcționarea normală a butonului de reglare continuă a nivelului, iar la generatoarele la care voltmetrul de ieșire este conectat după atenuatorul în trepte, se verifică și funcționarea acestui atenuator, urmărind schimbarea indicațiilor la voltmetru. Cînd se acționează numai potențiometrul pentru variația continuă a nivelului, deplasarea acului indicator trebuie să fie lină, fără salturi. La generatoarele de joasă frecvență interferențiale se verifică posibilitatea de reglare a frecvenței zero cu ajutorul butonului respectiv.[11]

La GS sau GSS, prevăzute cu posibilitatea de a funcționa modulat (MA sau MF), se verifică:

existența semnalului modulat (sau a semnalului modulator) în toată gama de variație a gradului de modulație (MA) sau a deviației de frecvență (MF) și pentru toate frecvențele fixe ale oscilatorului intern de modulare;

posibilitatea reglării electrice de zero a voltmetrului și a modulatorului cu dublă detecție.

După acest control calitativ se trece la verificarea și reetalonarea caracteristicilor generatorului, utilizînd în acest scop o serie de aparate de laborator auxiliare ( voltmetru electronic, generator de semnal etalon, oscilograf catodic, frecvențmetru de rezonanță sau digital, atenuator etalon).[1]

2.1 Condițiile de verificare pentru generatoarele de frecvență joasă

În timpul verificării trebuie să fie îndeplinite următoarele condiții [18]:

Temperatura de 20 ± 5 ° C;

Presiunea atmosferică de 100.000 ± 4000 Pa (750 ± 30 mm Hg).

Umiditatea relativă de 60 ± 15%;

Abaterea tensiunii de alimentare de apreciat ± 2%;

Frecvența rețelei 50 Hz ± 0,5.

Dispozitive verificabile și exemplare ar trebui să fie supus pre-căldură pentru perioada specificată în normative și documentația tehnică pentru dispozitiv.

2.2 Verificarea metrologica a generatoarelor de frecvență joasă

2.2.1. Verificarea aspectului exterior:

Examinarea generatoarelor trebuie să stabilească integritatea și completarea totală a lui (cu excepția pieselor suplimentare și de schimb), în conformitate cu cerințele documentației tehnico-normative pentru generatoare, prezența pașaportului tehnic, rezultatele verificărilor metrologice precedente (dacă au fost efectuate), precum și lipsa deteriorărilor mijlocului de măsurare și a coroziunilor mecanice a părților lui mecanice.[17]

2.2.2. Probarea:

Generatoarele sunt considerate că au trecut probarea dacă se asigură:

Reglarea la zero cu ajutorul corectorilor mecanici a indicatoarelor tuturor aparatelor electrice care fat parte din generator;

Reglarea la zero cu ajutorul tuturor corectorilor electrici tuturor aparatelor electrice care fac parte din generator;

Poziționarea liberă și blocarea butoanelor dispozitivelor de reglare și control;

Fixarea certă, fără blocaj a tuturor reglatoarelor de decadă în pozițiile corespunzătoare indicațiilor de pe panoul corespunzător;

Prezența generării semnalului pe tot diapazonul nominalizat;

Posibilitatea instalării tensiuni maximale de ieșire în toate diapazoanele de frecvență ale generatorului;

Posibilitatea instlării semnalului de referință nul a generatoarelor cu heterodină (de bătăi).

2.3. Determinarea caracteristicilor metrologice a generatorului verificat.

2.3.1. Determinarea incertitudinii frecvenței setate conform scării generatorului.

Incertitudinea frecvenței setate se determină masurînd-o cu ajutorul frecvențmetrului etalon în cel puțin cinci diviziuni ale scării diapazonului de frecvență vizat al generatorului (distribuite pe întreg diapazonul dat). Diviziunea minimală și cea maximală se verifică în mod obligatoriu. Măsurătorii se vor efectua de două ori pentru fiecare diviziune verificată: la instalarea prin majorare și micșorare a frecvenței date. Incertitudinea frecvenței setate se determină pentru tensiunea maximă a semnalului de ieșire și la o sarcină nominală pentru generator. Diferența dintre indicația frecvențmetrului etalon și frecvența setată se consideră drept incertitudine de bază a generatorul verificat. Drept incertitudine standard pentru frecvența setată din diapazonul dat se consideră incertitudinea de bază maximală, stabilită din cele zece măsurători de verificare efectuate. Această incertitudine nu trebuie să depășească incertitudinea tolerată corespunzătoare, indicată în prevederile tehnice pentru generatorul verificat pentru ca acest generator să fie considerat utilizabil.[19]

2.3.2 Determinarea incertitudinii frecvenței setate conform scării generatorului pentru sintezatoarele de frecvență.

Incertitudinea dată se determină prin metoda de comparare, utilizînd un etalon de frecvență și un comparator etalon de frecvență. Măsurătorii se vor efectua pentru o singură frecvență setată din fiecare diapazon, egală cu frecvența etalon. Diferența frecvențelor indicată de comparator, va servi drept incertitudine standart pentru generatorul verificat.

2.3.3. Determinarea incertitudii frecvenței instalate pe scara de interpolare.

Incertitudinea dată se măsoară utilizînd un frecvențmetru etalon, care va măsura frecvențele f1 și f2 elaborate de generator atunci cînd reglatorul scării de interpolare este plasat în poziția “0” și în poziția extermă stînga (dreapta), corespunzător.

Incertitudinea de frecvență pe scara de interpolare va fi egală numeric cu difirența dintre valoarea nominală, setată pe scara de interpolare, și modulul diferenței dintre f1 și f2, măsurate de frecvențmetrul etalon. Incertitudinea măsurată nu trebuie să depășească valoarea tolerată corespunzătoare, indicată în documentația tehnico-normativă referitoare la generatorul dat.

2.3.4. Determinarea instabilității frecvenței elaborate de către generatorul verificat.

Instabilitatea frecvenței setate se determină prin măsurări directe, utilizînd un frecvențmetru etalon, ori prin comparare directă a frecvenței elaborate de generator cu frecvența elaborată de un etalon al frecvenței, utilizînd în acest scop un comparator etalon de frecvențe. Valorile frecvențelor la care se determină instabilitatea, sunt indicate în documentația tehnico-normativă referitoare la generatorul verificat. Instabilitatea se va determina în decurs de 15 min cu un interval de 1-3 min între măsurări (dacă se determină instabilitatea frecvenței elaborate de generator în decurs de 15 min) ori în decurs de 3 h cu un interval de 30 min între măsurări (dacă se determină instabilitatea în decurs de 3 h).[20]

2.3.5. Determinarea valorii nominale și maximale a semnalului elaborat de genratoru verificat la ieșirea lui, cît și limitele de variație a lor cu ajutorul reglajului nivelului semnalului. Determinarea se face cu ajutorul voltmetrului etalon de tensiune alternativă, diapazonul frecvenței de lucru ale căruia includ diapazonul frecvențelor elaborate de generator. Ieșirea generatorului verificat se conectează la o rezistență de sarcină cu valoarea 50±0,25 Ω, frecvența semnalului instalat este 1000 Hz, la această sarcină se conectează (în paralel) voltmetru etalon cu reglajul nivelului de ieșire se instalează tensiunea 5V (valoare efectiva). Mișcînd butonul de reglare în stînga și dreapta de la poziția dată se stabilesc limitele de variație a tensiunii (valoarea maximă și minimă de la valoarea nominală egală cu 5V). Deasemenea se măsoară atenuarea semnalului nominal (în dB) la poziția regulatorului limită stînga conform formulei:

N=20lg (2.1)

Unde: U1 =5V- tensiunea nominală;

U2 – valoarea tensiunii în poziția limită stînga a reglatorului nivelului de ieșire.

Rezultatele verificării se consideră satisfăcătoare dacă tensiunea nominală este de cel puțin 5 V la utilizarea sarcinei și de cel puțin 10 V în lipsa sarcinei, la mersul în gol.

2.3.6 Stabilirea variației nivelului tensiunii semnalului de ieșire sinusoidal la reinstalarea frecvenței. În calitate de nivel de referință se ia semnalul cu frecvența 1000 Hz și tensiunea efectivă 5 V. Pentru fiecare subdiapazon se instalează valorile frecvenței 10, 40, 100 *10k, unde k-coeficientul de multiplicare a subdiapazonului. Variația procentuală a nivelului semnalului se determină conform formulei:[9]

δ''' =U'0 –U/ U'0 * 100% (2.2)

unde: U'0 =5 V, tensiunea de referință la 1000 Hz;

U – tensiunea măsurată la frecvențele instalate.

Rezultatele verificării se consideră satisfăcătoare, dacă variația nivelului semnalului nu întrece ±1,5 % în subdiapazoanele I-IV și ±6 % în subdiapazoanele V-VI.

2.3.6. Precizia de ieșire a generatorului de tensiune, având ca indicator un voltmetru cu o scală stabilită se determină cel puțin de trei note la fiecare diapazon a voltmetrului la generatorul de frecvență, de referință și unul din scara corespunzătoare la tensiunea de ieșire nominală, nu mai puțin de pe cinci frecvențe diferite intervalului specificat în documentația tehnică pentru un anumit tip de dispozitive, inclusiv la frecvențe care corespund la începutul și sfârșitul diapazonului.

Măsurarea valorii componente constante a semnalului de ieșire a generatorului se face cu ajutorul unui voltmetru de tensiune constantă pentru semnalul cu f = 1000 Hz, aplicat rezistenței de sarcină R=50±0,25 Ω avînd nivelul U0 =5 V. Rezultatele verificării se consideră satisfăcătoare dacă valoarea maximală a componentei constante nu depășește 20 mV.[10]

2.4 Efectuarea verificării metrologice a generatorului de frecvență joasă Г3-33 și Г3-112/1

În lucrarea dată am efectuat verificarea metrologică a generatoarelor de frecvență joasă Г3-33 și Г3-112/1 în laboratorul de studii “Etalonări și verificări metrologice” a USM. Imaginea instalațiilor de verificare este prezentată în figura 2.1 și respectiv 2.3 .

Generatorul Г3-33 posedă următoarele caracterisitici:[9]

Diapazonul frecvenței generate- 20-200000 Hz, împărțit în patru subdiapazoane, care se suprapun: 20-200 Hz (x1); 200-2000 Hz (x10); 2000-20000 Hz (x100) și 20000-200000 Hz (x1000);

Forma semnalului- sinusoidal;

Puterea nominală la ieșire- 0,5 W;

Puterea maximală- 5 W;

Rezistența de ieșire- 5; 50-600 Ω;

Clasa de precizie a atenuatorului- 2.5;

Incertitudinea tolerată a frecvenței setate:

Ut = ±(0,02f + 1), Hz (2.3)

unde: f – frecvența setată pe scara generatorului verificat,

Frecvența setată posedă o reglare suplimentară Δft= 0,015f.

Fig.2.1 Generatorul Г3-33

Condițiile de lucru:

-Temperatura- 10-35 ° C;

-Presiunea- 750 ± 30 mm Hg;

-Tensiunea de alimentare- 220 ± 22 V.

Verificarea metrologică am efectuat-o cu ajutorul frecvențmetrului etalon Ч3-47А fig. 2.2, care are urmatoarele caracteristici metrologice principale:

Diapazonul frecvențelor măsurate- 0,1 Hz – 10000000 Hz;

Incertitudinea standard la măsurarea frecvenței:

Uf = Ɵ0 f0 + (2.4)

unde: f0- valoarea frecvenței măsurate de frecvențmetru;

Ɵ0 = ±510-8 – incertitudinea frecvenței de referință a rezonatorului cu cuarț;

t – durata unei măsurări.

Incertitudinea compusă a frecvenței generatorului, măsurate de către frecvențmetru:

U0 = |f0 – f | + Uf , (2.5)

Frecvența setată f se modifică prin majorare și micșorare maximală cu ajutorul reglajului suplimentar (frecvențele f0 + și f0 –, corespunzător).

Variația maximală a frecvenței, obținută în urma reglajului suplimentar:[18]

Δfmax = Max{|f0+ – f0 |, | f0 – f0- |} (2.6)

Figura 2.2 Frecvențmetrul etalon Ч3-47А

După înregistrarea condițiilor climaterice și de alimentare, prezente la verificare:

Temperatura de 21,5 ± 0, 5 ° C;

Presiunea atmosferică de 748 ± 1 mm Hg = 99700 ± 130 Pa;

Umiditatea relativă a aerului de 60 ± 5%;

Tensiunea de alimentare U = 221 ± 2 V;

Frecvența tensiunii de alimentare 50 ± 0,5 Hz.

Am efectuat verificarea aspectului exterior și probarea generatorului, rezultatele fiind pozitive.

La etapa de determinare a caracteristecilor metrologice reale ale generatorului verificat pentru fiecare subdiapazon am setat cinci frecvențe f, pe care le-am măsurat cu frecvențmetrul etalon (valorile f0 corespunzătoare). De asemenea pentru fiecare frecvență setată f, am efectuat reglarea suplimentară maximală prin majorare și micșorare, pe care le-am măsurat cu frecvențmetrul etalon (valorile f0+ și f0-). Rezultatele măsurărilor enunțate le-am înscris în Tabelu 1. Ulterior am calculat incertitudinea de frecvență a generatorului, incertitudinea tolerată a frecvenței setate, variația maximală și variația tolerată a frecvenței setate. Rezultatele acestor calcule le-am înscris în Tabelul 1.

2.5 Prelucrarea rezultatelor experimentale

Tabelul 1. Rezultatele verificării metrologice a generatorului Г3-33.

Pentru ca generatorul verificat să fie considerat utilizabil (adică conform tuturor cerințelor tehnice) este necesar ca pentru orice măsurare să obținem U0Ut și Δfmax > Δft .

Analizînd datele prezentate în Tabelul 1, observ că, Δfmax > Δft pentru toate frecvențele setate f, acest lucru îmi permite să concluzionez că generatorul verificat corespunde cerințelor tehnice în ceea ce privește reglarea suplimentară a frecvenței. Comparînd incertitudinea reală U0 a frecvenței setate f cu incertitudinea tolerată Ut observ că, pentru f = 200; 500; 1000; 1500; 2000 (diapazonul x100); 5000; 10000; 15000; 20000; 50000 și 100000 (Hz) U0 Ut . Aceste necomformități îmi permit să elaborez decizia finală privind inutilizabilitatea generatorului de măsură dată.

Generatorul Г3-112/1 posedă următoarele caracterisitici:

– Diapazonul frecvenței generate- 10-10000000 Hz, împărțit în șase subdiapazoane, care se suprapun: [10]

I subdiapazon 10-100 Hz;

II subdiapazon 100-1000 Hz;

III subdiapazon 1000-10000 Hz;

IV subdiapazon 10000-100000 Hz;

V subdiapazon 100000-1000000 Hz;

VI subdiapazon 1000000-10000000 Hz.

– Forma semnalului- sinusoidal (regim de bază) și dreptunghiular (regim adăugator);

– Puterea nominală la ieșire- 0,5 W;

– Puterea maximală- 5 W;

– Rezistența de ieșire- 5; 50-600 Ω;

– Clasa de precizie a atenuatorului- 2.5;

Măsurarea erorii de bază a frecvenței instalate nu trebuie să depășească ±(2 +)% în diapazonu 10 Hz – 1MHz (subdiapazoanele I-V) și ±3% în diapazonul 1MHz – 10 MHz (subdiapazonu VI).

Condițiile de lucru:

Temperatura 20±5 ° C;

Presiunea 750 ± 30 mm Hg;

Tensiunea de alimentare- 220 ± 4,4 V;

Umiditatea relativă a aerului de 65 ± 15%;

Frecvența tensiunii de alimentare 50 ± 0,5 Hz.

Fig. 2.3 Generatorul Г3-112/1

Eroarea relativă procentuală de instalare a frecvenței Δf+(-) se calculează conform formulei:

Δf+(-)= f0 – f+(-)/ f+(-) *100 % (2.7)

Unde semnalele +(-) indică instalarea frecvenței de la valori mai mici (mai mari), adică prin creștere ori descreștere. Astfel se ține cont de incertitudinea de histereză a generatorului.

f0 – este valoarea de instalat;

f+(-) – sunt indicațiile corespunzătoare (la instalare prin creștere ori descreștere) a frecvențmetrului etalon.[21]

Eroarea tolerată de instalare se calculează conform formulei:

±(2 +)% (2.8)

Rezultatele acestor calcule le-am înscris în Tabelul 2.

Tabelul 2. Rezultatele verificării metrologice a generatorului Г3-112/1.

Analizînd datele prezentate în Tabelul 2, observ că eroarea relativă procentuală de instalare a frecvenței Δf+(-) este mai mare decît eroarea tolerată de instalare Ut la frecvențele de instalare 10000, 20000 și 30000 Hz, aceste frecvențe se găsesc în subdiapazonu IV. În concluzie se poate de spus că acest generator de frecvență joasă Г3-112/1 poate fi utilizabil, dar cu condiția de a nu se efectua măsurări în subdiapazonu IV.

Concluzie

Generatoarele de măsură în general și cele de frecvență joasă în particular posedă o aplicare largă, în sistemele de comunicare, de prelucrare și transmitere a datelor.

Generatoarele de frecvență joasă sunt mai simple în exploatare, deoarece necesită o reglare mai simplă și pot fi integrate mai ușor în circuitele electrice ghidate.

Metoda de verificare este simplă, accesibilă și sigură, deoarece permite de a clasa generatoarele utilizabile și cele inutilizabile cu un grad de siguranță sporit.

Bibliografie:

Andreescu R. Generatoare de semnal. Editura “Tehnica” București 1967, p. 208.

Bajeu G. , Stancu Gh. Generatoare de semnale sinusoidale. Editura “ Tehnica” 1979 p. 291.

Dascălu D. Turic L. Hoffman I. Circuite electronice. Editura Didactică și Pedagogică București 1981, p. 279.

Dascalu D. Rusu A. „Dispozitive si circuite electronice” Editura Didactica 1994, p. 303.

Dimitraki, Pavel Nicolae ”Convertoare electronice și generatoare de funcții. Vol. 3” Târgoviște 2005, p. 252

Edmond N. „Manualul inginerului electronist” Editura tehnică București 1979 p. 232

Mitrofan, Gh. I. „Generatoare de impulsuri și de tensiune liniar variabilă” Editura Tehnică București 1980, p. 444.

Vasilescu A „Manualul pentru subingineri” Editura Cahul 1991 p.122

Pașaport tehnic pentru generatorul de frecvență joasă Г3-33

Pașaport tehnic pentru generatorul de frecvență joasă Г3-112/1

Аристов, Олег Валентинович „Низкочастотные измерительные генераторы и их поверка” Москва 1990, p. 46

Линде Д.П. „Справочник по радиоэлектронным устройствам” 1978, p.327

Осипов К. Д. Пасынков В. В. „Справочник по радиоизмерительным приборам” ч. 5, Москва, 1964 p. 244

Ремез Г. А. “Курс основных радиотехнических измерений” 3 изд. Москва, 1966, p. 302

Дворников, Алексей Алексеевич „Автогенераторы в радиотехнике” Москва 1991, p. 355

Гладышев Г.И. Батура В. Г. Воронцов А. Н. „Краткий справочник по радиоизмерительной аппаратуре” Киев, 1966 p.212

ГОСТ 11113-74 “Генераторы импульсов измерительные”. Типы, основные параметры, технические требования.

ГОСТ 8.314-78 “ ГЕНЕРАТОРЫ НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ “ Москва, Издательство стандартов, 1978, p. 12 .

ГОСТ 8.322 – 78 Генераторы сигналов измерительные. Методы и средства поверки

ГОСТ 23767-79 “Генераторы измирительные. Общие теннические требования и методы испытаний“ Издательство стандартов, 1979, p. 15.

ГОСТ 22261-94 „Cредства измерений электрических и магнитных величин” Издательство стандартов, 1994, p. 30.