Устройство для измерения амплитудных значений переменных электрических сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее управляеьатй колебательный контур, , цепь питания которого через резистор подключена к выходу генератора напря жения опорной частоты, усилитель, вход которого соединен с выходом , управляемого колебательного контура, управляемый источник постоянного тока, входной резистор, один из выводов которого соединен с входом устройства, и индикатор, отличающееся тем,что, с целью пбвьшения точности, путем исключения аддитивной составляющей погрешнее- - ти, в него введены индикатор настройки колеба;тельного контура, суммирукмций резистор, дроссель и ключевой элемент, причем второй вывод входного резистора через суммирующий резистор соединен с входом управления колебательного контура, соединенным с одним из выводов управляемого источника постоянного тока, второй вывод которого через дроссель соединен с точкой соединения входного и суммирукнцего резисторов, соединенной с входом ключевого элемен (Л та, выход которого соединен с.общей шиной устройства, индикатор подклк чен параллельно управляемому источнику постоянного тока, а вход индякатсфа настройки колебательного контура соединен с выходом усилитеу ля.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ((91 (t>) 4(sl) G 01 R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3404740/24-21 (22) 05.03.82 (46) 07.06.85. Бюл, У 21 (72) В.А. Яцкевич и И.Г. Мельников (71) Гомельский государственный университет (53) 621.317.7(088.8) (56) Билько М.И..и др. Измерение мощности на СВЧ. М., Советское радио

1976, с. 113, рнс. 4-2.

Авторское свидетельство СССР

Ф 395284, кл. G 01 R 19/00,04. 10.71. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АМПЛИТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее управляемый колебательный контур, цепь питания которого через резистор подключена к выходу генератора напря . жения опорной частоты, усилитель, вход которого соединен с выходом, управляемого колебательного контура, управляемый источник постоянного тока, входной резистор, сдин из выводов которого соединен с входом устройства, и индикатор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности, путем исключения аддитивной составляющей погрешнос-: ти, в него введены индикатор настройки колебательного контура, .суммирующий резистор, дроссель и ключевой элемент, причем второй вывод входного резистора через суммирующий резистор соединен с входом управления колебательного контура, соединенным с одним из выводов управляемого источника постоянного тока, второй вывод которого через дроссель соединен с точкой соединения входного и суммирующего резисторов, соединенной с входом ключевого элемента, выход которого соединен с.общей шиной устройства, индикатор подключен параллельно управляемому источнику постоянного тока, а вход индикатора настройки колебательного контура соединен с выходом усилителя.

1160321

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке устройств, предназначенных для измерения амплитудных значений переменных электрических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности путем исключения аддитивной составляющей погрешности.

На фиг. 1 представлена струк- 1О турная схема устройства, на фиг. 2— графики зависимостей, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит входной ре-. зистор 1,генератор 2 напряжения опор-, И ной частоты, резистор 3, управляемый колебательный контур 4, усилитель 5, индуктивноств 6, варикапы 7 и 8 колебательного контура 4; ключевой элемент 9, дроссель 10, управ- -20 ляемый источник 11 постоянного тока, индикатор (вольтметр) 12, выпрямитель 13, источник 14 опорного напряжения усилителя 15, индикатор 16 настройки колебательного кон- 25 тура 4, суммирующий резистор 17.

На фиг. 2 изображены граничные напряжения 18 (Щ и 19 (О") варикапов 7 и 8, при которых в колебательном контуре 4 возникает или исче- Зр зает резонанс, вольт- емкостная ха- рактеристика 20 варикапов 7 и 8, координатная ось 21 емкости варикапов 7 и 8, координатная ось 22 обратных напряжений на варикапах 7 и 8 резонансная кривая 23 колебательного контура 4, входные напряжения

24 и 25, смещаемые напряжением управляемого источника 11 постоянного тока.

4О

Вход устройства через входной резистор 1 и суммирующий резистор

17 соединен с управляющим входом колебательного контура 4, Выход колебательного контура 4 соединен с входом усилителя 5, выход усилителя 5 — с входом индика.тора 16 настройки колебательного кон. тура 4. Генератор 2 опорной частоты через резистор 3 соединен с входом колебательного контура 4.

Управляемый источник 11 постоянного тока через дроссель 10 подсоединен к суммирующему резистору 17.

Индикатор 12 подключен параллель- Ы но источнику 11.

Работа устройства осуществляется в три этапа. На первом этапе производится непосредственное измерение входного сигнала, в результате чего по показаниям индикатора 12 определяют два значения напряжения.

На втором этапе в.отсутствии входного сигнала производится калибровка с целью определения порога чувствительности устройства. На третьем этапе численно определяется неизвестная амплитуда входного сигнала по результатам измерения на первых двух этапах.

Принцип работы предлагаемого устройства на первом этапе заключается в фиксации моментов появления и исчезновения резонанса, возникающего в колебательном контуре, образованном из индуктивности 6 и двух варикапов 7 и 8, под воздействием напряжения смещения и исследуемого сигнала, которые изменяют емкость варикапов 7 и 8 и, следовательно, резонансную частоту контура. Изменение величины напряжения . смещения осуществляется при помощи управляемого источника 11 постоянного тока, а значение величины этого напряжения измеряется индикатором

12 (вольтметром постоянного тока) .

Чувствительность устройства определяется выбором граничных значений напряжений 18 (U ) и 19 и (0 ) на варикапах 7 и 8 (фиг. 2), при которых в контуре возникает резонанс в точ" ке максимальной крутизны вольт-емкостной характеристики 20. Этой точке будет соответствовать максимум напряжения на резонансной кривой 23, снимаемого с дополнительного вывода индуктивности 6 резонансного контура 4, фиксируемого индикатором 16.

Разность показаний вольтметра, фиксируемого в момент возникновения и исчезновения резонанса, в контуре, служит мерой размаха амплитуды измеряемого сигнала. Устранение систематической погрешности измерения, вызванной разницей граничных значений напряжений 18 и 19, обеспечивается предварительной калибровкой, которая проводится на втором этапе при отсутствии измеряемого сигнала при помощи изменения напряжения смещения в сторону граничных значений напряжения 18 и 19, что позволяет измерять эти значения при помощи вольтметра 12 и учитывать их при

1160321 где обработке результатов на третьем этапе измерения. Калибровка проводится при замкнутых контактах ключевого элемента 9.

Рассмотрим процесс измерения амплитуды входного сигнала более подробно. При отсутствии измеряемого сигнала на входной шине Б устанавливают ключевой элемент 9 в положе ние, при которОм управляемый источ- 16 ник 11 через дроссель 10 соединяется с общей шиной (положение контактов ключевого элемента 9 в этом случае на фиг. 1 не показано), Увеличивая напряжение источника 11, 13 добиваются возникновения резонанса в контуре, что приводит к резкому увеличению амплитуды напряжения на дополнительном выводе индуктивности 6, которая после детектирова- 2О ния выпрямителеМ 13 превысит величину опорного напряжения источника !

14 и будет зафиксирована индикатором 16. Показание вольтметра 12 s

I этот момент прийимается равным U . 25

Дальнейшее увеличение на ряжения смещения приведет к исчезновению резонанса в контуре и индикатор 16 установится в первоначальное ноложение. Вольтметр 12 в этот момент фиксирует значение напряжения равное U " . После этого напряжения смещения уменьшают до нуля, контакты ключевого элемента 9 размыкают (положение контактов ключевого элемента 9 в этом случае показаны на фиг. 1), а на в1 одную шину подают измеряемый сигнал вида

0=u QK Оо (1)

Ъщ — амплитуда измеряемого переМенного напряжения;

Ue — постоянная составляющая измеряемого напряже" ния

Я вЂ” частота измеряемого напряжения; — время.

Увеличивая при помощи управляемо- го источника 11 напряжение смещения, добиваются возникновения резонанса в контуре 4 и при этом фиксируют показание вольтметра 12, равное 0 . Tax как возникновение ре— зонанса в контуре определяется граю ничным значением напряжения 0 (18), то справедливо следующее равенство ц цо u U (2)

При дальнейшем увеличении напряжения смещения резонанс в контуре и; следовательно,. сигнал на выходе усилителя 15 будет сохраняться до тех пор, пока сумМарное напряжение, сос- тоящее из напряжения смещения .и входного сигнала, не превысит граничного. значения напряжения 0"(19).

Вольтметр 12 в момент исчезновения резонанса в контуре фиксирует значение напряжения, равное U . Для этого случая справедливо равенство 2 1 п о (3)

Знак минус перед искомой амплитудой показывает, что в формуле (3) исполь-. зуется обратная полуволна амплитуды измеряемого сигнала. Из формул (2) и (3) можно, найти величину амплитуды измеряемого сигнала и величину его постоянной составляющей

U — (U -0+u2-U,)

1 i ii (4) 2 (1 1 1 (5)

Из формулы (4) следует, что, результат измерения амплитуды сигнала не зависит от величины его постоянной составляющей, иначе, наличие постоян ной составляющей не сказывается на точности измерения амплитуды сигнала.

Так как результат измерения формируется как разность двух измерений, исключается аддитивная составляющая погрешности устройства.

1160321

1}60321

Составитель Б. Веремейкин

Редактор В. Иванова ТехредС.Легеза Корректор Е, Сирохман

Заказ 3768/42 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4