7.5.5. Raqamli filtrli spektr tahlillagichlari Signallarni raqamli qayta ishlash usullarining o’lchash texnikasining joriy etilishi raqamli filtr asosidagi samarali va yuqori tezkor spektr tahlillagichlarining yaratilishiga olib keldi. Raqamli filtr stabil chastotaviy tavsifga ega, elementlarining eskirishi tufayli noaniqlikni kompensatsiyalovchi sozlashga muhtoj emas va uning universalligi analog filtrdan ancha yuqori. Raqamli filtrni qayta sozlashda elementlarni almashtirishga zarurat yo’q bo’lib, uni qayta dasturlash kifoyadir. Biroq o’lchash texnikasida raqamli filtrlashning bosh afzalligi yuqori aniqlikli raqamli detektorlar va o’rtachalashtirish qurilmalarining (raqamli integratorlarning) qo’llanilishidir. Raqamli detektor tahlil qilinayotgan signalning amalda asl o’rtacha kvadratik qiymatini uning amplituda qiymati bilan bog’liq hech bir cheklashlarsiz o’lchaydi.
Raqamli o’rtachalashtirish qurilmasi tahlil qilinayotgan signalni chiziqli va eksponentsial (yoki ko’rsatkichli) qonunlar bo’yicha o’rtachalashtirilishini ta’minlagani holda analog o’rtachalash qurilmalari erisha olmaydigan universallik va samaradorlikka ega.
7.5.6. Nochiziqli buzilishlarni o’lchash Elektr zanjirlar chiziqli, nochiziqli va parametrik zanjirlarga bo’linadi. Keyingi ikki tipdagi zanjirlardan shunisi bilan farq qiladiki, ular kirish signali spektri bilan taqqoslanganda aks-sado spektrida yangi garmonik tashkil etuvchilarni yaratishlari mumkin. Bu hodisadan mazkur zanjirni o’z ichiga olmagan qurilmada foydalanilmagan holda u juda nomaqbuldir, chunki ko’pincha zararli qo’shimcha effektlar yaratadi. Signalning u yuzaga keltirgan o’zgarishlari nochiziqli buzilishlar deb ataladi.
Nochiziqli buzilishlar manbasi zanjirning toki qo’yilgan kuchlanishga noproportsional bo’lgan elementlari bo’ladi. Bular odatda, diodlar, tranzistorlar va mikrosxemalardir.
Aloqa texnikasida nochiziqli buzilishlar, ayniqsa, kanallar chastotaviy ajratiladigan ko’p kanalli aloqa tizimlari traktlarida va elektroakustik qurilmalar traktlarida nomaqbuldir. Birinchi holda nochiziqli buzilishlar kanallar orasida o’tish xalaqitlariga, ikkinchi holda esa yoqimsiz tovush tuyg’usiga olib keladi. Ikkala holda ham nochiziqli buzilishlar asosan elektron kuchaytirgichlarda yuzaga keladi, ularni o’lchashda ayni shu kuchaytirgichlar asosiy ob’ekt bo’ladi.
Nochiziqli buzilishlar signal va zanjirning ko’plab parametrlariga bog’liq bo’lib, ular ko’p xil tarzda namoyon bo’ladi. Jumladan, nochiziqli buzilishlar signalning amplitudasi va shakliga bog’liq. Amplitudaga bog’liqligi eng muhim bo’lib, uning ortishi bilan nochiziqli buzilishlar o’sadi. Shaklining nochiziqli buzilishlar darajasiga ta’siri ushbu dalil bilan tasdiqlanadi: ikkita gorizontal uchastkali to’g’ri burchakli ko’rinishdagi signal noinertsion zanjirning nochiziqlilik darajasi istalgancha bo’lganida ham uning tomonidan buzilishi mumkin emas.
Nochiziqli buzilishlar kattaligiga signal chastotasi biror darajada ta’sir etishi mumkin. Odatda, kuchaytirgichlardagi nochiziqli buzilishlar chastota o’sishi bilan ortadi. Bu sxemaning parazit sig’imlari orqali o’sadigan tokning ortishi bilan bog’liqdir.
Kuchaytirgichlardagi nochiziqli buzilishlar yuklamaning xarakteriga bog’liq ravishda turlicha namoyon bo’lishi mumkin. Rezonans kuchaytirgichda chiqish kuchlanishi shakli faqat kirish va chiqish signallari amplitudalari orasidagi bog’liqlikning (amplituda xarakteristikasi) nochiziqli xarakterda namoyon bo’ladigan istalgan nochiziqli buzilishlarda ham amalda sinusoidalligicha qoladi.
Shunday qilib, nochiziqli buzilishlar ancha murakkab hodisadir. Shu bilan birga, turli elektr zanjirlarning qaysi biri boshqasidan ularga xos chiziqli buzilishlar o’lchami bo’yicha yaxshiroq yoki yomonroq ekanligini oddiy va bir qiymatli hal etish maqsadida ularni ana shu o’lchamlar bo’yicha qiyoslash uchun amaliy zarurat mavjuddir. Buni nochiziqli buzilishlar darajasi faqat birgina son bilan baholanganida turli usullari yuzaga keldi. Bu eng avvalo o’lchash signalining tiklanishiga xosdir. Bunday signal sifatida garmonik signal, ikki yoki undan ko’p sondagi garmonik signallar yig’indisi, shovqin signali qo’llanilishi mumkin. Signal turiga nochiziqli buzilishlarni o’lchash metodlari: ikki chastotali, ko’p chastotali metodlar va shovqinli yuklash metodi (u statistik metod deb ham ataladi) mos keladi. Bundan tashqari, metodlar chiqish signaliga ishlov berish usuli bo’yicha ham farqlanishlari mumkin. Bu belgi bo’yicha metodlar grafoanalitik, filtrli va kompensatsion metodlarga bo’linadi. Hozirgi vaqtda bir chastotali, ikki chastotali va uch chastotali filtrlash metodlari eng ko’p tarqalgan.
Ayrim metodlarni batafsil ko’rib chiqish uchun nochiziqli buzilishlarga ega bo’lgan zanjirdagi kirish va chiqish signallari orasidagi ba’zi miqdoriy munosabatlarni ko’rib chiqish talab qilinadi. Bunda biz faqat reaktiv elementlarga ega bo’lmagan inertsiyasiz zanjirlarni va davriy o’lchash signallarini qaraymiz.
Kirish va chiqish signallarining oniy qiymatlari orasidagi bog’lanishni ushbu darajali polinom ko’rinishida ifodalash qulaydir:
(7.28)
Kirish kuchlanishini umumiy holda karrali chastotali garmonik tebranishlar yig’indisi ko’rinishida ifodalash mumkin:
bu yerda Umk va ωk – kirish kuchlanishi k-garmonikasining amplitudasi va chastotasi.
U holda
(7.29)
Kosinuslar yig’indilarini darajaga ko’tarish natijasida birdan yuqori darajali kosinuslarni va turli chastotalar kosinuslarining turli darajalari ko’paytmalarini hosil qilamiz. Endi bu ifodalarga kosinuslar darajalari va ko’paytmalari uchun formulalarni qo’llab, (7.29) qatorni o’zgarmas tashkil etuvchi hamda kirish signali tashkil etuvchilarining chastotasini, kirish signali tashkil etuvchilari chastotalariga karrali chastotali va
(7.30)
tipidagi kombinatsion chastotali garmonik qo’shiluvchilar yig’indisi ko’rinishida ifodalash mumkin.
Oxirgi tipdagi qo’shiluvchilarning mavjudligi ikki va uch chastotali metodlardagi chiqish (buzilgan) signali spektrini bir chastotali metoddagi shunga o’xshash spektrdan farqlaydi. Kombinatsion chastotalar soni kirish signalidagi garmonik tashkil etuvchilar soni ortishi bilan va (7.31) polinomning darajasi ortishi bilan tez o’sadi. Kirish signalidagi uchta garmonik tashkil etuvchi va chiqish kuchlanishidagi 3-darajali polinom uchun chastotalari hamda amplitudalari 7.2-jadvalda keltirilgan garmonik tashkil etuvchilar hosil bo’ladi.
7.2-jadval
