K O f Za předpokladu, že platí: f

Transkript

1 Vážení zákazníci, dovoljeme si Vás pozorni, že na o kázk knihy se vzahjí aorská práva, zv copyrigh To znamená, že kázka má složi výhradnì pro osobní poøeb poenciálního kpjícího (aby èenáø vidìl, jakým zpùsobem je il zpracován a mohl se aké podle ohoo, jako jednoho z paramerù, rozhodno, zda il kopí èi ne) Z oho vyplývá, že není dovoleno o kázk jakýmkoliv zpùsobem dále šíøi, veøejnì èi neveøejnì napø mis ováním na daová média, na jiné inerneové sránky (ani prosøednicvím odkazù) apod redakce nakladaelsví BEN echnická lierara redakce@bencz

2 do = 5MHz = 5MHz : = 5 5 = = 5 4 = = 5MHz = 4MHz : MHz edy od (cca) MHz eoreicky (prakicky važme od Hz) do MHz Lze edy zavří, že při změně kmioč LC osciláor,5 kráe se mění výspní kmioče cca kráe Nyní vypočěme relaivní nesabili kmioč po směšování Za ím účelem važme na výsp směšovače sočovo rekvenci: + Její relaivní nesabilia, vážíme-li např že: = 5 MHz a = 4 MHz bde: δ = = + + neboť změní-li se rekvence z 5 MHz na 5, MHz, pak soče bde 9, MHz Změní-li se ze 4 MHz na 4, MHz, pak soče bde 9, MHz Změní-li se konečně zároveň z 5 MHz na 5, MHz i ze 4 na 4, MHz, pak soče bde 9,3 MHz Je edy jasné, že výsledná nesabilia je dána sočem nesabili směšovaných rekvencí Další úpravo vzah obdržíme + δ = = = + = + = Za předpoklad, že plaí: = edy, že je: a :, lze člen zanedba, j položi = a člen například = Pak bde: δ = + = +, = & + Z výsledk je parno, že sabilia kmioč po směšování je v případě, že dána sabilio krysalového osciláor, sabili jehož kmioč rčjí mechanické rozměry krysal, keré závisí na eploě Pokd se eplo podaří drže konsanní mísěním krysal do ermosa, ve kerém se drží konsanní eploa, půjde o zdroj nejsabilnější rekvence 333 Generáory se smyčko ázového závěs Sabili rekvence sejno jako má krysalový osciláor získano však nikoli směšováním, ale dělením rekvence spojeným s porovnáváním áze poskyne zv smyčka ázového závěs Její princip je na obr334 Sabilní kmioče z krysalového osciláor se po vydělení M porovnává ve ázovém deekor s kmiočem z napěím řízeného LC osciláor, vyděleným Nkráe Pokd kmiočy a ím i áze (neboť áze s kmiočem navzájem sovisejí vzahem ϕ = ω ) nesohlasí, je na výsp ázového deekor akové napěí U, keré přes dolní - 9 -

3 propsť dolaďje ak dloho napěím řízený osciláor, až kmiočy (a ím i áze) sohlasí krysalem řízený osciláor MHz dělič M M=5 M,MHz ázový de ekor U N,MHz (,MHz) [,MHz] dolní propsť dělič N N=7 [N=8] napěím řízený osciláor,4 MHz (,47MHz) [,6MHz] br334 Princip smyčky ázového závěs Popsano siaci ilsrjí číselné hodnoy na obrázk 334: Nechť (například) je kmioče krysalového osciláor = MHz a výspní napěí nechť má mí kmioče =,4 MHz Pak je nno nasavi dělící poměry M=5 a N=7 V om případě kmioče = MHz po vydělení M=5 dá rekvenci, MHz a (výspní) kmioče =,4 MHz po vydělení N=7 dává, MHz akéž Pokd by se LC napěím řízený osciláor (z jakéhokoli důvod) odladil z rekvence,4 MHz na rekvenci jino, například na,47 MHz, pak po vydělení N=7 půjde na spodní vsp ázového deekor rekvence, MHz Fázový deekor zaregisrje nesohlas rekvencí a počne dolaďova napěím řízený LC osciláor a ím se rozdíl anlje Je-li nno osciláor přeladi na jino rekvenci, pak sačí pozměni dělící poměry M,N děliček kmiočů Například má-li bý =,6 MHz, sačí nasavi M=5 a N=8 Při ěcho dělících poměrech a kmioč z krysalového osciláor = MHz se vlivem reglační smyčky ázového závěs sálí rekvence z napěím řízeného LC osciláor právě na,6 MHz, proože po vydělení N=8 vznikne z,6 MHz kmioče, MHz, kerý se ak objeví na obo vspech ázového deekor Jak je z ohoo rozbor parno: - je sabilia rekvence výspního napěí dána (opě) sabilio (zv základního) krysalového osciláor, - přeladění se děje změno dělících poměrů M a N, když každé velikosi kmioč příslší konkréní hodnoy dělicích poměrů Zde například: (MHz) M : N :,4,6 Generáory s oo smyčko ázového závěs se ypicky ovládají z klávesnice, kero se zadá požadovaná rekvence, jež se v ablce (ložené v paměi) přeransormje na dělící poměry, keré nasaví příslšné děličky To činnos vykonává mikroprocesor Takovýcho smyček ázového závěs může generáor obsahova několik, výsledný signál se pak získává směšováním signálů prodkovaných dílčími smyčkami ázového závěs 334 Číslicové generáory Číslicové generáory opě poskyjí signál se sabilio kmioč, dano sabilio krysalového osciláor, ale jejich nkce je naproso odlišná výspní signál vzniká na základě rekonsrkce ze vzorků signál, ložených v paměi da

4 Paměť da se přiom adresje cyklicky z čiače, číajícího implsy z krysalového osciláor, výspní daa z paměi (j vlasně velikosi jednolivých vzorků generovaného signál, kerý nemsí bý harmonický) se pak vedo do zv číslicověanalogového kráce Č/ (resp éž digiálněanalogového D/) převodník (digial-analog converor DC), na jehož výsp je schodoviá nkce generovaného signál SCILÁTR ŘÍZENÝ RYSTLEM B CT DĚLIČ MITČTU io P rekvence adresování ČITČ DRES B B CT CT EPRM D D7 7 DC ČÍSLICVĚ NLGVÝ PŘEVDNÍ DP DLNÍ PRPUSŤ adresa segmen ( z klávesnice ) 8 9 PMĚŤ DT br335 Princip číslicového generáor Například při generování sinsového průběh jedna jeho period T může bý vyjádřena (pro jednodchos) osmi vzorky V až V 8, zapsaných jako daa v paměi da na adresách až Při adresování paměi se adresovaný vzorek vede na číslicověanalogový převodník, na jehož výsp je napěí Č/, odpovídající velikosi (napěí) vzork, prodložené až do příchod vzork následjícího Z porovnání graického znázornění ( schodoviého ) napěí Č/ se sinsovým průběhem napěí na obrázk 336 zjisíme, že nejso oožná, ale že je mezi nimi rozdíl Teno rozdíl Č / se nazývá zv kvanizačním šmem a odpovídá m napěí označené symbolem Š velikosi = Š Č / DRESY obsah paměi DT DT V V 3 V V 4 V 8 DRESY Č/ Š Š = T = 8 T Š Č/ : Č/ DRESY PMĚŤ DT ČÍSLICVĚ NLGVÝ PŘEVDNÍ Č/ DLNÍ PRPUSŤ T Š br336 vanizační šm jako rozdíl analogového napěí a výsp z převodník

5 Z časového průběh napěí kvanizačního šm je parno, že jeho perioda T Š je mnohem kraší, nežli perioda žádaného analogového (zde sinsového) průběh napěí T, zde konkréně je: T = 8T Š, což znamená, že i rekvence kvanizačního šm Š bde mnohem věší, nežli rekvence žádaného analogového napěí ( zde 8 kráe ), obecně edy plaí: Š Téo skečnosi lze vyží k polačení signál kvanizačního šm ilrem yp dolní propsť, kerá polačje vysoké rekvence (zde : Š = 8 ) a na jejímž výsp se proo objeví již poze rekvence, jíž však odpovídá (poze) žádaný (j sinsový resp obecně harmonický) signál: spekrm : Č/ U = 8 Š UŠ U časový průběh : Č / dolní propsť Č / br337 Znázornění nkce dolní propsi v časové a rekvenční oblasi Pro názornos je v ablce 4 vedeno zkreslení ako generovaného sinsového signál, obsahje-li jedna jeho perioda M-vzorků a je vedeno harmonické zkreslení před a za ilrem yp dolní propsť a konečně první dvě vyšší harmonické (nemající nlovo hodno) Tab4 Paramery rekonsrovaného sinsového signál poče vzorků na první pár vyšších zkreslení před ilrem zkreslení za ilrem period M harmonických 3, 5 47, %, % 8 7, 9 %,4 % 6 5, 7 5 %,5 %8 3 3, 33 9,9 %,4 % 64 63, 65 4,3 %,36 % 8 7, 9,4 %,9 % 56 55, 57,55 %, % Sabilia rekvence generovaného signál je rčena sabilio zv základního osciláor řízeného krysalem, velikos generované rekvence je dána jednak počem vzorků signál v paměi a jednak vzorkovací rekvencí, kerá se dá měni děličko rekvence, realizovano inegrovaným obvodem io (CT ), dělícím kmioče na každém svém dalším výsp dvakrá a přepinačem P, kerým se vybere pařičný žádaný podíl bsah paměi je rozdělen na segmeny, přičemž v každém segmen moho bý loženy vzorky jiného signál dresování paměi v rámci segmen (j adresování vzorků vybraného průběh) provádí čiač adres (zde sesavený ze dvo obvodů CT ), zaímco výběr segmen, zn nejvyšší biy adresy se provádí z klávesnice (naznačeno spinači adresových vspů 8, 9)

6 Tab5 Jednodchá mapa paměi číslicového generáor vyšší nižší daa var biy adresy sin pila obdél Vlasní ovládání se neděje spinači, jak zde bylo znázorněno pro jednodchos, ale z klávesnice pomocí mikroprocesor, kerý kromě oho, že adresje nejvyšší biy adresy (j vybírá segmen čili var průběh) éž nasavje dělící poměr a ím rčje rekvenci, dále osciláor řízený krysalem dělič rekvence čiač adres paměť da Č/ převodník ilr DP řízený řízený aenáor sběrnice mikroprocesor br338 Principiální schema číslicového generáor nasavje zesílení výspního e ( resp úlm děliče ) čímž se rčje velikos výspního napěí číslicového generáor a o bďo z klávesnice na čelním panel přísroje nebo i dálkové pomocí sběrnice (HPIB, RS-3 nebo USB) 335 Selekivní volmery Na sperheerodynním princip pracjí akéž i zv selekivní volmery (proo o nich bde pojednáno na omo mísě) Selekivní volmery možňjí měření napěí poze jediné rekvence, na kero se naladí, na rozdíl od dříve popsaných volmerů, keré jso zv širokopásmové, j měří soče všech napěí v širokém pásm rekvencí

7 Jejich podsano čásí je ilr yp pásmová propsť, propošějící na směrňovač a indikáor právě napěí jenom jediné rekvence, označené P Takovýo volmer by edy byl rčen poze k měření napěí jediného kmioč (kerý pásmová propsť propsí) by však bylo možno měři napěí různých kmiočů, konsrjí se selekivní volmery na záznějovém (sperheerodynním) princip (analogicky LC generáorům), kdy měřená rekvence se přesne do pásma propsnosi ilr ( edy na rekvenci m ) ve směšovači směšováním se signálem proměnné rekvence z mísního (lokálního) osciláor P vspní dělič vspní hlavní ilr pásmová propsť směrňovač a) přímozesiljící selekivní volmer P vspní dělič vspní směšovač + m ilr pásmová propsť o hlavní směrňovač mísní osciláor b) heerodynní přeladielný selekivní volmer m = o - br339 Princip selekivního volmer Při směšování (jak již bylo kázáno) vznikne ve směšovači ze signálů o vspních rekvencích ( a ) vždy sočová ( +) a rozdílová ( ) rekvence Přiom ilr pásmová propsť propoší poze rozdílovo složk, nazývano mezirekvence m, pro niž edy plaí: m = Je-li edy například mezirekvence m = MHz, a chceme-li měři napěí signál s rekvencí =,5 MHz, sačí naladi mísní osciláor na rekvenci =,5 MHz Pak z ěcho rekvencí ve směšovači vznikne sočová rekvence, j +=,5+,5=4 MHz, kerá ale ilrem naladěným na m = MHz neprojde, a rozdílová rekvence o velikosi -=,5-,5= =,5 MHz, edy rekvence na níž je naladěn ilr a napěí éo rekvence jím proo projde a dojde až na indikáor Má-li se měři napěí s rekvencí např =,5 MHz, sačí nyní přeladi mísní osciláor na rekvenci =,5 MHz Pak ve směšovači vznikne sočová rekvence o velikosi += =,5+,5=3,5 MHz, kerá ilrem (naladěným j) propošějícím rekvenci m = MHz neprojde, a rekvence rozdílová velikosi -=,5-,5= MHz, a napěí éo rekvence ilrem pásmová propsť projde až na indikáor Výhodno vlasnosí ěcho selekivních volmerů je měření napěí signálů srovnaelných s zvšmovým napěím, jehož zdrojem jso všechny odporové prvky, a keré má náhodno velikos Š = 4 k T B R kde: k je zv Bolzmanova konsana, T absolní eploa,

8 R odpor (kerý je vlasním zdrojem šm vznikajícím v něm náhodným pohybem zv lkací elekronů, keré moho bý rozpýleny bďo rovnoměrně pak je napěí nlové- nebo se moho shlkno na jednom či drhém konci rezisor, kerýžo konec se pak jeví jako žáporný pól zdroje), B je zv šmová šířka pásma Ta je širokopásmových volmerů např od Hz do MHz (edy pak B = MHz Hz = & MHz ), zaímco selekivních volmerů, kdy šíře propsného pásma ilr může bý jen = Hz je ao šmová šířka B=Hz, edy kráe menší, což značí, že šmové napěí Š = 4 k T B R je edy úměrné Š B, edy odmocnině z což je, akže lze změři eoreicky krée menší napěí, nežli širokopásmově Společno nevýhodo jednodchého směšování zůsává cilivos na zv zrcadlové kmiočy, což jso kmiočy vzdálené od kmioč měřeného signál o dvě mezirekvence Uvažme například, že při měření signál s rekvencí =,5 MHz, kdy je mísní osciláor naladěn na =,5 MHz se na vsp objeví éž rekvence Z =3,5 MHz =,5MHz ( Z = 3,5MHz) =,5,5 = MHz (Z = 3,5,5 = MHz) směšovač m ilr pásmová propsť o = MHz ( mísní osciláor =,5MHz =,5MHz) m = o - =,5MHz ( Z = 3,5MHz) měřená rekvence 3 4 ( =,5MHz =,5MHz) zrcadlová rekvence br34a Průnik zrcadlové rekvence 3,5 MHz ilrem při měření napěí s rekvencí,5 MHz Pak ve směšovači kromě žádaného smíšení -=,5-,5= MHz dojde éž ke smíšení Z -=3,5-,5= MHz éž, čili až na indikáor posopí napěí jak s žádano měřeno) rekvencí,5 MHz, ak i napěí s zv zrcadlovo rekvencí 3,5 MHz a indikáor káže soče obo ěcho napěí, což (samozřejmě) způsobje chyb, kerá může bý značná, je-li oiž například napěí zrcadlové rekvence (mnohem) věší nežli je napěí rekvence měřené, káže indikáor vlasně jenom napěí rekvence zrcadlové (ačkoli bylo cílem změři napěí rekvence ) Uvedené skečnosi ilsrje obr34a Nevědomí-li si obslha yo skečnosi, jso naměřené hodnoy napěí zcela nesmyslné Zrcadlové rekvence se polačjí žiím vysoké mezirekvence ( aby zrcadlová rekvence velikosi m byla od rekvence měřené co nejvíce vzdálena a dala se polači jednodcho dolní propsí), a požiím vícenásobného (dvojího, rojího) směšování, kdy další mezirekvence bývá nízká (aby na ní bylo možno realizova ilr s dosaečno srmosí přechod mezi propsným a nepropsným pásmem ) Zjednodšené blokové schema akového selekivního volmer s dvojím směšováním, ve kerém je však možno selekivní věev obejí a ží ho i ve nkci širokopásmového volmer, pročež se nazývá niverzálním měřičem úrovně přibližje obr34b

9 široké ( základní ) pásmo max m m vspní dělič vspní ilr dolní propsť směšovač první mezirekvenční ilr směšovač první osciláor drhý osciláor drhý mezirekvenční ilr (vyhledávací) drhý mezirekvenční ilr ( měřicí) měřené rekvence směrňovač hlavní max m m pásmo rekvencí osciláor zmin zrcadlové rekvence br34b Blokové schema a kmiočový plán niverzálního měřiče úrovně Zde měřené pásmo vymezje vspní dolní propsť svým mezním kmiočem mez, dále m je první mezirekvence (vysoká), m pak mezirekvence drhá (nízká), první osciláor, kerý se přelaďje, čímž se zároveň přelaďje celý selekivní volmer, SM první směšovač, kerý překládá měřeno rekvenci na první mezirekvenci m prosřednicvím signál s rekvencí z prvního osciláor Drhý osciláor se již nepřelaďje, ale překládá signálem o svém pevném kmioč první mezirekvenci (akéž) pevného kmioč m na mezirekvenci drho m Drhé mezirekvenční ilry pak rčjí vlasní selekivi volmer (schopnos polači nežádocí kmiočy) a mívají různě široké pásmo propsnosi ypicky Hz pro vlasní měření a drhé (širší) pásmo např 3,4 khz pro vyhledávání signál Too pásmo má oožno šířk jako analogový eleonní kanál, akovéo přísroje zároveň složily k moniorování hovorových signálů v analogové přenosové echnice 335 Měření spekra romě měření malých vysokorekvenčních napěí lze selekivních volmerů ží pro měření spekra signál, edy závislosi napěí na rekvenci, j závislos =() Při manálním měření by se ladily jednolivé rekvence a měřilo napěí jim odpovídajících signálů (například rčkovým) indikáorem, jak dává ablka: [ Hz ] 3 [ mv ] a naměřené hodnoy vynés do gra jako spekrální čáry na příslšných rekvencích Měření lze však aomaizova

10 U zv analogového spekrálního analyzáor, kerý příslšné spekrm vykreslje na obrazovce je ladění jednolivých rekvencí samočinné, bde-li mísní osciláor řízen napěím z generáor pilového průběh, keré zároveň ovládá vodorovný pohyb paprsk obrazovky Svislé vychylování paprsk je pak ovládáno velikosí napěí, jak kazje zjednodšené principiální schema analyzáor směšovač napěím řízený osciláor ilr pásmová propsť generáor pilového napěí deekor obálky ( směrňovač ) br34 Principiální schema analogového spekrálního analyzáor Napěím řízený osciláor generje vysokorekvenční napěí, jehož kmioče se mění v rym pilového napěí, čímž se celý selekivní volmer přelaďje Proože se zároveň pilovým napěím vychylje bod vodorovně, je ao (vodorovná) výchylka úměrná rekvenci, na kero je selekivní volmer (a ím celý spekrální analyzáor) naladěn Narazí-li se při přelaďování na napěí, způsobí oo výchylk bod na obrazovce ve svislém směr, kerá je úměrná velikosi ohoo vspního napěí: 336 Měřicí vysílače Jso rčeny pro proměřování vlasnosí přijimačů, neboť složí jako zdroj známých deinovaných signálů Jejich jádrem je vysokorekvenční napěím řízený osciláor, kerý je zdrojem zv nosných kmiů N, keré je možno modlova rekvenčně (FM) přímo v osciláor, amplidově (M) v následném amplidovém modláor, nebo ázově ( PM ) zv modlačním napěím M Nejjednodšší možné blokové schema kazje obr34, a obsahje navíc i konekor pro připojení exerního vnějšího modlačního signál a dva elekronické volmery Nízkorekvenční měří modlační napěí ale spnici má ocejchovano v zv hlobce modlace m % (což je paramer amplidové modlace) a v kmiočovém zdvih (což je paramer modlace kmiočové) Vysokorekvenční volmer na výsp pak měří velikos (úroveň) výspního signál a dává jí ypicky v db M : m % FM : L FM elekronický n volmer modlační n osciláor v napěím řízený osciláor M amplidový modláor vsp exerního modlačního signál výspní elekronický v volmer L VF [ db] výspní zeslabovač vysokorekvenční (radiorekvenční) výsp br34 Principiální blokové schema měřicího vysilače - -

11 Při amplidové modlaci se v rym modlačního signál M mění amplida signál nosného N, při kmiočové modlaci se pak v rym modlačního signál M mění kmioče nosného vysokorekvenčního signál Vlasní modlační signál může bý bďo analogový nebo číslicový Časové průběhy amplidově ( M ) a rekvenčně ( FM ) modlovaných signálů jso nakresleny na obr343 M N M FM br343 Časové průběhy při amplidové a kmiočové modlaci Jde-li o modlaci signálem číslicovým (j poslopnosí nl a jedniček), nabývá vlasně modlační signál poze dvo hodno a modlace se nazývá klíčováním: amplidové klíčování S, rekvenční klíčování FS a ázové klíčování PS (phase) Časové průběhy kazje obr344 M S FS PS br344 Časové průběhy amplidového, rekvenčního a ázového klíčování Proože klíčování áze je zejména při vícesavovém ázovém klíčování velmi obížně znázornielné v čase, žívá se vyjádření pomocí koncového bod ázor ve ormě zv konselačního diagram - -

12 DT MD PS sin ω cosω sin ω cosω koncové body ázorů : a) časový průběh vícesavové PS (4PS) b) konselační diagram 4PS br345 Vícesavové ázové klíčování Zpravidla se však zakreslje výchozí poloha ak, aby jednolivé body padly do příslšných kvadranů Nejrozšířeněji se kombinje amplidové a ázové klíčování do kvadrarní modlace QPS (kdy se mění sočasně počáeční áze signál i jeho amplida), kerá se jinak nežli konselačními diagramy neznázorňje V konselačním diagram 6QPS (kerý je na obrázk 346) znázorňje vzdálenos eček (koncových bodů ázor) od počák amplid a jejich poloha (naočení) pak ázi signál Příslšné zv měřící přijímače pak na své obrazovce vykresljí právě (akovýo) konselační diagram a o v rasr včeně mezí, v nichž se jednolivé znázorněné body moho pohybova 6QPS : br346 onselační diagram modlace 6 QPS - -

13 4 Číslicové měřicí přísroje 4 Čiač Základem číslicových měřicích přísrojů je zv čiač, rčený původně k měření rekvence, ve dvojkanálové varianě i pro měření ázového posn 4 Jednokanálový čiač Základem pro měření rekvence signál je přeměna ohoo signál na implsy a jejich následné sečení za deinovano konsanní dob (např délky seknd ), načež se výsledek zobrazí Je-li například rekvence signál 5 Hz, pak za s přijde 5 implsů, keré se (za o dob) sečo a zobrazí X hradlo čiače oevření spinače ( na s ) řídící člen číání implsů zobrazení soč implsů br4 Princip číslicového měření rekvence bvody pro (se)číání implsů se realizjí pospným dělením rekvence dvěma, při zapojení více akovýcho děliček dvěma za sebo se na jednolivých výspech objeví poče implsů ve dvojkovém kód B C B C D C L Q C L Q C L Q C L Q CT B C D B D CT B C D ( ) = ( ) = ( ) = 3 ( ) = 4 ( ) = 7 ( ) = 5 ( ) = 8 ( ) = 6 io74393 io7493 br4 Princip číacích obvodů vyvářených z děliček rekvence dvěmi Užije-li se nikoli ěcho děliček dvěma ale obvodů, keré možní děli rekvenci desei, čili zv desíkových (dekadických ) čiačů, lze jejich výsp (po překódování) připoji na displej - 3 -