Измеритель коэффициента гармоник

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ГАРМОНИК, Содержащий широкополосный усилитель с регулируемьм коэффициентом усиления, вход которого является входом измерителя, соединенные последовательно первьй квадратичньй . преобразователь, первый элемент сравнения , к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напряжения, выход -которого соединен с управляющим входом широкополосного усилителя, а также режекторный фильтр и цифровой вольтметр, d т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные аттенюатор с регулируемым коэффициентом деления, второй квадратичный преобразователь , второй элемент сравнения, второй усилитель постоянного напряже .ния и масштабный преобразователь, выход которого подключен к вхрду цифрового вольтметра, при этом вход аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления подключен к выходу широкополосного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход второго усилителя постоянного напряжения подключен к управляющему входу аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления, а второй вход второго элемента сравнения подключен к источнику опорного напряжения.

69) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

46 А, «"д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3602675/24-21 (22) 11 ° 04.83 (46) 15. 12.84. Бюл. № 46 (72) Н.В. Голубенко, В.В. Бухалов и О.Н.Величко (53) 621.317.353(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 464855, кл. G 01 R 23/20, 1975.

2. Измеритель нелинейных искажений автоматический цифровой С6-8.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации (прототип). (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА

ГАРМОНИК, содержащий широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого является входом измерителя, соединенные последовательно первый квадратичный . преобразователь, первый элемент сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом широкополосного усилителя, а также режекторный фильтр и цифровой вольтметр, б т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные аттенюатор с регулируемым коэффициентом деления, второй квадратичный преобразователь, второй элемент сравнения, второй усилитель постоянного напряжения и масштабный преобразователь, выход которого подключен к входу цифрового вольтметра, при этом вход аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления подключен к выходу широкополосного усилителя с регулируемым g коэффициентом усиления, выход второго усилителя постоянного напряжения подключен к управляющему входу аттенюатора.с регулируемым коэффициентом деления, а второй вход второго эле- Я мента сравнения подключен к источнику опорного напряжения.

1 11295

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения коэффициента гармоник электрических сигналов, и может быть использовано для

5 интегральной оценки нелинейных иска- . жений, вносимых в сигналы радиоэлектронными устройствами, каналами связи и др.

Известно устройство для измерения 10 коэффициента нелинейных искажений синусоидального сигнала, содержащее контур параметрической стабилизации среднеквадратического значения первой гармоники сигнала, состоящий из соединенных последовательно широкополосного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, избирательного фильтра, настроенного на частоту первой гармоники, блока сравнения среднеквадратических значений напряжений с подключенным к нему источником опорного напряжения и усилителя постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу широ- 25 кополосного усилителя, а также последовательно соединенные с выходом широкополосного усилителя режекторный фильтр, настроенный на первую гармонику исследуемого сигнала, и

ЗО вольтметр среднеквадратических значений (1 J.

Недостатком этого устройства является сложность изготовления перестранваемого по частоте избирательного фильтра с большим подавлением боковых частот (IOO-, 120 дБ), а также наличие ограничений, накладываемых на точность и диапазон измерения коэффициента гармоник шумами и нели- нейностью амплитудных характеристик О режекторного фильтра и вольтметра среднеквадратических значений.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель нелинейных искажений, содержащий широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого является входом измерителя, соединенные последовательно квадратичный преобразователь элемента сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом широко полосного усилителя, а также последо-55 вательно соединенные режекторный фильтр, линейный преобразователь среднеквадратических значений напря4б 3 жения и цифровой вольтметр постоянного напряжения (23.

Недостатком данного измерителя является низкая точность измерения коэффициента гармоник в заданном диапазоне измерений, обусловленная шумами и нелинейностью амплитудных характеристик режекторного фильтра

H преобразователя среднеквадратических значений напряжения, а также наличием методической погрешности, вызванной отсутствием избирательного фильтра„ настроенного на первую гармонику сигнала.

Цель изобретения — повышение точности измерения коэффициента гармоник в большом диапазоне его значений.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе коэффициента гармоник, содержащем широкополосный усилитель,с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого является входом измерителя, соединенные последовательно первый квадратичный преобразователь, первый элемент сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом широкополосного усилителя, а также режекторный фильтр и цифровой вольтметр, введены последовательно соединенные аттенюатор с регулируемым коэффициентом деления, второй квадратичный преобразователь, второй элемент сравнения, второй усилитель постоянного напряжения и масштабный преобразователь, выход которого подключен к входу цифрового вольтметра, при этом вход аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления подключен к выходу широкополосного усилите ля с регулируемым коэффициентом усиления, выход второго усилителя постоянного напряжения подключен к управляющему входу аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления, а второй вход второго элемента сравнения подключен к источнику опорного напря. жения.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя коэффициента гармоник.

Измеритель содержит широкополосный усилитель. 1 с регулируемым коэф" фициентом усиления, сигнальный вход которого является входом измерителя, а между его выходом и управляющим

1129546 « «,в где U„è получим.Е u

Kr (6I

1+К г

1=2

02 02

1 1 2 1 где г входом включены последовательно соединенные режекторный фильтр 2, квадратичный преобразователь 3, элемент 4 сравнения с подключенным к его свободному входу источником 5 опорного напряжения и усилитель 6 постоянного напряжения. К выходу широкополосного усилителя 1 также подключен аттенюатор 7 с регулируемым коэффициентом деления, между 10 выходом и управляющим входом которого включены последовательно соединенные второй квадратичный преобразбватель 8, второй элемент 9 сравнения, свободный вид которого подключен к источнику опорного напряжения 5, и второй усилитель 10 постоянного напряжения, к выходу которого через масштабный преобразователь 11 подсоединен цифровой вольтметр 12.

Измеритель коэффициента гармоник

>работает следующим образом.

Исследуемое входное напряжение U„s

I поступает на вхоц широкополосного усилителя 1 и усиливается в К„раз.

Режекторный фильтр 2 подавляет первую гармонику в сигнале U, а

1 оставшаяся сумма высших гармоник возводится в квадрат и усредняется квадратичным преобразователем 3.

-Выделенная постоянная составляющая преобразованного напряжения сравнивается на элементе 4 сравнения с постоянным напряжением U, воспроизводимым источником 5 опорного напряже35 ния, разностное напряжение усиливается усилителем 6 постоянного напряжения и управляет коэффициентом усиления широкополосного усилителя 1 таким образом, чтобы уравнять значения напряжений на входах элемента 4 сравнения. Равновесному состоянию соответствует соотношение

2) 3 о из которого следует

К1 = О,. K з . где К К вЂ” коэффициенты передачи г з блоков фильтра 2 и преобразователя 3 соответственно. 50

С выхода широкополосного усилителя 1 полное входное напряжение поступает на аттенюатор 7 и делится в К раз, возводится в квадрат и усредняется квацратичным преобразова- 55 телем 8. Выделенная в результате постоянная составляющая преобразованного напряжения сравнивается на эле4 менте 9 сравнения с постоянным напряжением U>-, воспроизводимым источником 5 опорного напряжения, равностное напряжение усиливается усилителем 10 постоянного напряжения и управляет коэффициентом деления аттенюатора 7 таким образом, чтобы уравнять значения напряжений на входах элемента 9 сравнения. Равновесному состоянию соответствует соотношение (U„K„K ) К =U =const, (3) где К вЂ” коэффициент передачи преоб; разователя 8, из которого следует к,= 1 Г, к,1 к,и,, (4) откуда с учетом соотношения (1) получим

Kg KfU „B (5)

КВ О х

С учетом того, что выполняются условия К =1, К =К, а также, приниm мая на ннимание, ято Г

1Т) не среднеквадратические значения соответствен. но первой и i-й гармонических составляющих напряжения; количество гармонических составляющих, — истинное значение коэффициента гармоник.

Таким образом, в результате проведенных преобразований информация об измеряемой величине — коэффициенте гармоник — оказалась заключенной в значении коэффициента деления аттенюатора 7. С момента установления равновесия напряжений на входах элементов 4 и 9 сравнения режекторный фильтр 2 и квадратичные преобразователи 3 и 8 работают практически в одной точке своей характеристики, благодаря чему исключено влияние на результат измерений среднего значения квадрата шумов (ввиду его постоянf 129546

2 д2 t=2

= — Ь 1

М К„7!

1--2 ного значения относительно напряжения) и нелинейности амплитудно-частотных характеристик режекторного фильтра 2 и квадратичных преобразователей 3 и 8. Однако результат из мерений, представленный в форме выра.жения (6), требует дополнительной операции корнеизвлечения и содержит методическую погрешность.

Необходимым условием осуществления изобретения является установление функциональной зависимости между коэффициентом деления аттенюатора 7 и управляющим этим коэффициентом постоянным напряжением U ! вида

К,=f/(1+ехр К„, U» ) (7)

Решив это уравнение относительно

U и заменив в нем К его значени. ем иэ (6) пол чим Ji7

6 ным напряженнем делителя переменного тока на дифференциально включенной согласованной паре биполярных транзисторов. Теоретически высокая точность воспроизведения зависимости (7) таким аттенюатором подтверждена экспериментальными исследованиями интегрального дифференциального усилителя типа К 198УС1, которые показали, что относительное отклонение реальной зависимости коэффициен та деления аттенюатора от напряжения между базами транзисторов дифференциальной пары и диапазоне значений

0 - 60 Б и в частотной области от

20 Гц до 200 кГц не превышает 0,5Х, Этот результат лучше, чем у измерителя нелинейных искажений С6 8 по непрерывному диапазону - в 3 раза (у С6-8 — 20 g Б) и по точности более чем в 4 раза.

Указанные достоинства позволяют расширить нижний предел измеряемых коэффициентов гармоник при одновременном увеличении быстродействия измерительного процесса и при его полной автоматизации.

=- — е.

2 2

К е. К, (8J

К . 1

У,7 $,7

После масштабирования инвертирующим масштабным преобразователем 11 напряжения П в К„, -"10К „ /Еце раз, : на цифровой вольтметр 12 поступит яж-- всеь.-20 Ь К

Функциональйая зависимость ви да (7) легко может быть реализована посредством использования в качестве аттенюатора с регулируемым коэффици ентом деления управляемого постоянВ измерителе благодаря использованию хорошо разработанных и дешевых устройств широкого применения удалось при относительно небольших аппаратурных затратах достичь высоких метрологических характеристик.

Это позволяет исключить необходимость использования дорогостоящих измерительных систем и анализаторов гармоник для измерения малых коэффициентов гармоник в широком динамическом диапазоне.

1129546

Составитель Н.Михалев

Редактор Т.Веселова Техред Л,Коцюбняк Корректор А.Зимокосов

Заказ 9444/35 Тирам 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðoä, ул.Проектная, 4