АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована для измерения спектрального состава периодических сигналов.
Известен последовательный анализатор спектра для измерения спектрального состава электрических сигналов, содержащий гетеродин и смеситель, входом соединенный с усилителем входных сигналов, а выходом - с входом фильтра низких частот, выход которого соединен с регистрирующим устройством. Выход гетеродина соединен с частотомером. (Мирский Г.Я. «Электронные измерения», М.: Радиосвязь, 1986 г. С.232-233).
Недостатком устройства является появление ошибок при измерении спектрального состава, связанных с работой смесителя. Смеситель осуществляет операцию перемножения исследуемого сигнала на гармонический сигнал гетеродина. Эта операция осуществляется с помощью транзистора с нелинейной проходной характеристикой. На выходе транзисторного смесителя спектр сигнала содержит комбинационные частоты, которые могут располагаться в спектре сигнала (С.И.Баскаков Радиотехнические цепи и сигналы. М. Высшая школа. - 2000 г., с.289), что приводит к ошибкам при измерении спектра сигнала, для устранения, которых приходится резко усложнять конструкцию анализатора. Другими недостатками известного устройства является высокая стоимость.
Технический результат заключается в уменьшении коэффициента нелинейных искажений анализатора спектра, упрощении конструкции и снижении стоимости устройства.
Технический результат достигается тем, что анализатор спектра электрических сигналов содержит смеситель, входом соединенный с усилителем входного сигнала, а выходом - с входом фильтра низких частот, выход которого соединен с регистрирующим устройством, и гетеродин, выходом подключенный к частотомеру. В качестве смесителя использован
фоторезистор. Параллельно гетеродину включен источник света, соединенный с частотомером. Гетеродин через источник света оптически соединен с фоторезистором. Между источником света и фоторезистором расположен световод.
На фиг.1 представлена схема анализатора спектра электрических сигналов, содержащий усилитель входного сигнала 1, включенный последовательно со смесителем, в качестве которого использован фоторезистор 2, выходом соединенный с входом фильтра низких частот 3, выход которого подключен к регистрирующему устройству 4. Параллельно гетеродину 5 включен источник света 6, соединенный с частотомером 7, подключенный к выходу гетеродина 5, который через источник света 6 соединен с фоторезистором 2. Между фоторезистором 1 и источником света 6 расположен световод 8.
Анализатор спектра работает следующим образом. Исследуемый сигнал подается на усилитель входного сигнала 1. Гармонический сигнал с гетеродина 5 подается на источник света 6. Оптический сигнал, изменяющийся по закону сигнала гетеродина, поступает по световоду 8 на фоторезистор 2, проводимость которого изменяется в соответствии с оптическим сигналом, а, следовательно, также как и сигнал гетеродина 5. Так как ток через фоторезистор 2 равен произведению проводимости на напряжение, следовательно, на выходе фоторезистора 2 появится сигнал, частоты гармоник которого будут равны разности частот гармоник анализируемого сигнала и частоты гетеродина 5:
где:  - постоянная составляющая тока;
k
I - амплитуда k-ои гармоники сигнала;
0
k
kω, φ - частота и фаза k-ой гармоники сигнала соответственно;
Ω - частота гетеродина.
-6
0
к
При небольших изменениях освещенности фоторезистор 2 является линейным элементом, и его проводимость линейно зависит от интенсивности света, т.е. от сигнала гетеродина 5. Следовательно, на выходе фоторезистора 2 сигнал не будет содержать комбинационных гармоник, обусловленных операцией перемножения. Проведена оценка коэффициента нелинейных искажений, вносимых фоторезистором 2 на основе фоторезисторного оптрона в исследуемый сигнал. В качестве источника света 6 использован светодиод марки АЛ 106В, работающий в режиме задания тока, и фоторезистор 2 на основе особо чистого высокоомного кремния марки БНЛ-1 с графитовыми контактами. Постоянная времени фоторезистора 2 равна 5·10 с. Для обеспечения линейной зависимости интенсивности излучения светодиода на его вход подавалось постоянное смещение 1В. Измерения показали, что изменение проводимости практически повторяет сигнал гетеродина 5. Коэффициент нелинейных искажений достигал значений менее 0,1% в области частот до 20 кГц. Следовательно, применение фоторезистора 2 в качестве смесителя позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений и исключить появление комбинационных гармоник. Далее сигнал с фоторезистора 2 поступает на фильтр низких частот 3. Если (kω- Ω)<Δω (Δω - полоса пропускания фильтра низких частот 3) сигнал с фильтра низких частот 3 поступает на регистрирующее устройство 4, которое измеряет амплитуду гармоники I. Частота данной гармоники измеряется частотомером 7.
Использование фоторезистора в качестве смесителя выгодно отличает предлагаемый анализатор спектра от известных решений, так как уменьшает коэффициент нелинейных искажений, за счет отсутствия комбинационных гармоник. Включение световода для передачи сигнала гетеродина позволяет уменьшить электрические помехи, вносимые в сигнал от работающего
гетеродина. Это связано с тем, что гетеродин может быть удален от фоторезистора на значительное расстояние. Световод не излучает электромагнитных волн, а оптический сигнал в световоде неподвержен электромагнитным помехам.
Предлагаемый анализатор спектра отличается простотой изготовления и может быть реализован на основе существующих перестраиваемых генераторов, выполняющих роль гетеродина, фоторезисторных оптопар, частотомеров, усилителей и вольтметров. Упрощение и удешевление предлагаемого анализатора электрических сигналов связано с тем, что отпадает необходимость в изготовлении сложных смесителей, а также фильтров для устранения дополнительных гармоник вносимых смесителем.