Измеритель нелинейных искажений

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ , содержащий генератор синусоидального сигнала и первый перемножитель напряжений, о, тличающийс и тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, в него введены фазовращатель,первый и второй фазорасщепители , второй перемножитель напряжений, блок разности, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, квадратичный детектор и блок измерения отношения напряжений, первый вход которого соединен -Герез фильтр нижних частот с выходом блока разности, второй вход - с выходом квадратичного детектора, вход которого через фильтр верхних частот соединен с выходом блока разности, первый вход которого соединен с выходом первого перемножителя напряжений, второй вход - с выходом второго перемножителя напряжений , при этом первый вход первого перемножителя напряжений соединен с первым выходом первого фазорасадепитедя, втюрой вход первого перемножителя напряжений соединен со вторым выходом второго фазорасщепителя, первый выход которого соединен с первым входом второго перемножителя напряжений, второй вход которого соединен с втоfЛ рым выходом первого фазорасщепителя, вход которого через исследуемый нелинейный элемент соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, который через фазовращатель соединен 2 с входом второго фазорасщепителя. Г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1И

3(59 6 01 R 2 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3636820/24-21 (22) 22.08.83 (46) 15.12.84. Бюл. 9 46 (72) В.Г.Максименко (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники AH СССР (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 442430, кл.а 01 R 23/20, 1978.

2. Патент Великобритании 9 2073895,. кл. G lV 10 Н 3, опублик.1982 (прототип) . (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ HCKNKEНИЙ, содержащий генератор синусоидального сигнала и первый перемножитель напряжений, о,т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, в него введены фазовращатель,первый и второй фаэорасщейители, второй перемножитель напряжений, блок разности, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, квадратичный детектор и блок измерения отношения на1 ряжений, первый вход которого соединен Еерез фильтр нижних частот с выходом блока разности, второй вход — с выходом квадратичного детектора, вход которого через фильтр верхних частот соединен с выходом блока разности, первый вход которого соединен с выходом первого перемножителя напряжений, второй вход — с выходом второго перемножителя напряжений, при этом первый вход первого перемножителя напряжений соединен с пер вым выходом первого фазорасщепителя, второй вход первого перемножителя напряжений соединен со вторым выходом второго фаэорасщепителя, первый выход которого соединен с первым вхоФ дом второго перемножителя напряжений,а второй вход которого соединен с вторым выходом первого фаэорасщепителя, вход которого через исследуемый нелинейный элемент соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, который через фазовращатель соединен Я с входом второго фазорасщепителя. 1129547

Изобретение относится .к электро-. иэмерениям и может быть .использовано для измерения нелинейных искажений, возникающих при прохождении синусоидального сигнала через нелинейный элемент, например усилитель низкой частоты.

Известно устройство для измерения нелинейных искажений, содержащее индикатор, последовательно соединенные фильтр высших гармоник с калиброван- 10 ным усилителем, а также два детектора и связанный с их выходами коммутатор, при этом один из детекторов подключен к. выходу калиброванного усилителя, а другой — параллельно цепи, состоящей из последовательно соединен ных фильтра верхних частот, калиброванного усилителя и одного из детекторов, выход же коммутатора подключен к индикатору (11 .

Недостатком известного устройства является сложность перестройки его на другую частоту, поскольку содержащийся в его составе фильтр верхних частот для получения хорошей точности25 измерений выполняется многозвенным, а поэтому трудноперестраиваемым.

Наиболее близким к предлагаемому . является устройство для измерения нелинейных искажений, содержащее генератор синусоидального сигнала и пе- З0 ремножитель напряжениИ, первый вход которого соединен через исследуемый нелинейный элемент с выходом генератора синусоидального сигнала. Второй вход перемножителя соединен также с выходом генератора синусоидального сигнала через блок формирования опорного напряжения, состоящий иэ последовательно включенных умножителя частоты в t1 раз и преобразователя ча-40 стоты (2) .

Недостатком данного устройства является его низкое быстродействие,так как для определения коэффициента гармоник искаженного сигнала 45

К г требуется провести и самостоятельных измерений уровней отдельных гармоник и произвести математическую обработку в соответствии с формулой (1).

Цель изобретения — повышение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем что в измеритель нелинейных искажений, содержащий генератор синусоидального сигнала и первый перемножи-тель напряжений, введены фазовращатель, первый и второй фазорасщепите- 60 ли, второй перемножитель напряжений, блок разности, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, квадратичный детектор и блок измерения отношения напряжений, первый вход которого со- 61 единен через фильтр нижних частот с выходом блока разности, второй вход с выходом квадратичного детектора, вход которого через фильтр верхних частот соединен с выходом блока разности, первый вход которого соединен с выходом первого перемножителя напряжений, второй вход — с выходом второго перемножителя напряжений, при этом первый вход первого перемножителя напряжений соединен с первым выходом первого фазорасщепителя, второй вход первого перемножителя напряжений соединен со вторым выходом второго фазорасщепителя,первый выход которого соединен с первым входом второго перемножителя напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом первого фазорасщепителя, вход которого через исследуемый нелинейный элемент соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, который через фазовращатель соединен также с входом второго фазорасщепителя.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя нелинейных искажений.

Измеритель содержит генератор 1 синусоидального сигнала, соединенный через исследуемый нелинейный элемент

2 с первым фазорасщепителем 3 и через фазовращатель 4 =o вторым фазорасщепителем 5. Первый выход первого фазорасщепителя 3 соединен с первым входом первого перемножителя б напряжений, выход которого соединен с первым входом блока 7 разности. Первый выход второго фазорасщепителя 5 соединен с первым входом второго перемножителя 8 напряжений, выход которого соединен с вторым входом блока

7 разности. Второй выход первого фа. эорасщепителя 3 соединен с вторымвходом второго перемножителя 8 напряжений, а второй выход второго фазорасщепителя 5 соединен с вторым входом первого перемножителя б напряжений. Выход блока 7 разности через фильтр 9 нижних частот соединен с первым входом блока измерения отношения напряжений 10, второй вход которого соединен также с выходом блока 7 разности через фильтр 11 верхних частот и квадратичный детектор 12.

Измеритель нелинейных искажений работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал с генератора 1 синусоидального сигнала проходит через исслеяуемый нелинейный элемент 2 и поступает на первый фазорасщепитель 3, имеющий два выхода. Разность фаз напряжений, снимаемых с обоих выходов, в широком диапазоне частот равна 90 . С первоо го выхода, условно обозначенного индексом 0, сигнал поступает на

1129547

U1 = А»sin(t» к) с выхода 90 второго фазорасщепителя 5

50 ц:в»»»(я1»»оО» Р» 6 ) ..

На выходе первого перемножителя 6 о

Ц3 A»sin(zt »» ь»п(и 1180» р»6 = — (сов(2»> »

4 4» ГЪ i ь -Сов(»Г.— P - 6>)). .На второй перемножитель 8 поступит также два сигнала: с выхода 0 второго фазорасщепио теля 5

01 = @»» (Ы» (3» 90 ) о с выхода 90 первого фазорасщепителя 3 65 первый перемножитель 6. На второй вход первого перемножителя 6 поступает сигнал с выхода второго фазорасщепителя 5, условно обозначенного индексом 90 . С генератора 1 синусоо идальный сигнал. также через фазонращатель 4, осуществляющий поворот фазы на 90, поступает на вход втоо рого фазорасщепителя 5, с выхода 0 которого сигнал поступает на первый вход второго перемножителя 8, íà 10 второй вход которого поступает сигнал с выхода 90 первого фазорасо щепителя 3. Выходные сигналы первого и второго перемножителей вычитаются н блоке 7 разности. Выходной сигнал блока 7 разности содержит постоянную и переменную составляющие.

Постоянная составляющая выделяется фильтром 9 нижних частот, а переменная .составляющая — Фильтром 11 верхних частот. Переменная составляющая затем детектируется квадратичным детектором 12. Блок измерения отношения напряжений 10 определяет отноше. ние среднеквадратичного значения пере-5 менной.составляющей K постоянной,что дает величину коэффициента нелинейных искажений. Для правильной работы измерителя нелинейных искажений необходимо, чтобы фазовый сдвиг в исследуемом элементе был близок к нулю; ЗО

Пусть напряжение на выходе генератора

1 имеет единичную амплитуду. Пусть также оба Фазорасщепителя выполнены идентично и имеют близкий фазовый сдвиг. Обозначим фазовый сдвиг в пер- 35 о. вом фазорасщепителе 3 на выходе 0 через а, отклонение сдвига фаз между сигналами с разных выходов от 90 через 61 . Аналогичные величи ы. в фазорасщепителе 5 соответственно 4g. обозначены через и 6< . Рассмотрим работу измерителя по первой гармонике искаженнаго сигнала. На первый перемножитель б поступают два сигнала: с выхода 0 первого фазорасщепи" 4 о теля 3

"6 = A»S»n(ut » ot, » 90» 6 <)

На выходе второго перемножителя 8

"z " "» % »1(сй» Р» ч О ) 9i »» (ц t » III » 90

А» (соБ(2гд »,у. p t д» » со 5(g, На выходе блока 7 разности

6,-6z

Uz=06 U3-А»сон(»с-Я» сон

2 2

"» 5»n(3Mt »»г»P ) 5»г»

Аналогично для И -й гармоники на выходе блока 7 разности

0у Anco5 (n 1)4lt»c-(3+ — со — „„in)(n, C)t»a» P»"" l

, н»"

Второй член близок к нулю, поэтому н спектре сигнала 0z присутствуют все преобразованные с понижением ча-

1 стоты н ниде jn-1) и гармоники исходного сигнала. При этом первой гармонике соответствует постоянное напряжение, что дает возможность со скаль угодно высокой точностью расфильтровать первую и высшие гармоники искаженного сигнала с помощью фильтров верхних и нижних частот, причем в качестве фильтра верхних частот может быть использован просто разделительный конденсатор. Блок 10 измерения отношения напряжений формирует значение коэффициента нелинейных, искажений н виде

Учитывая, что амплитуда первой гармоники наибольшая, то именно она вносит основную погрешность н измерение коэффициента нелинейных искажений вследствие неполного подавления второго члена в выражении для Мг . Амплитуда этого члена равна

Ы»-4 А4. A»gin — l6,-6gl

Следовательно погрешность измерения можно считать равной

g 6,-6 г

При этом разность 6, — 4 может быть доведена до долей градуса, а погрешность измерения 8 — до долей процен.та. На точности измерения сказывается также неточность вращения фазы в. Фазовращателе:, однако эту составляющую можно почти полностью устранить, применив автоматическую подстройку фазы. Также вносит погрешность в измерение нелинейность перемножения. Однако современные интегральные перемножители обеспечи1129547

Составитель Н.Михалев

Редактор T.Âåñåëîâà Техред Л.Микеш Корректор О.Луговая

Заказ 9445/36 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государствеиного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 вают погрешности нелинейности до о,л °

Определение:коэффициента нелйнейных искажений сигнала производится за один прием непосредственно по гока-з эаниям блока измерения отношения напряжений без какой-либо математической обработки, предварительной калибровки и настройки измерителя, чем и достигается повышение быстродействия.