Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсников

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано при измерениях амплитудных и фазочастотных характеристик четьфехполюсников в технике связи и телевидения . Цель изобретения - повьшение точности измерений. Устройство содержит аналоговый ключ 2, преобразователь 4 периода в ток разряда, исследуеьвлй объект - четырехполюсник 3, конденсаторы 5 и 11, преобразователь 10 временного сдвига. Для достижения поставленной цели в устройство введены блок 1 выделения периода входного сигнала, амплитудные детекторы 6 и 7 со сбросом, элемент И 9, элемент 8 антисовпадений , компаратор 12, формирователь 13 управлякмцих сигналов, счетчих 14 с индикацией фазового сдвига, счетчик 19 с индикацией коэффициента передачи , генератор 15 кодовой частоты, преобразователи 16 и 17 напряжениечастота, блок 18 выделения периода, образованы новые функциональные связи . Устройство измеряет фазовый угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью ±0,1%. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 4 G 01 К 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21) 3869698/24-21 (22) 18.03.85 (46) 30.01.87. Бюл. Ф 4 (71) МГУ им. М.В.Ломоносова (72) Н.Н.Валаматов, А.А.Социленков . и А.В.Немиткин (53) 621.317 757(088.8} (56) Авторское свидетельство СССР

N 209059, кл. Н 03 К 13/02, 1966. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА 11ЕРЕДАЧИ И ФАЗОВОГО СДВИГА

ЧЕТЫРЕХПОЛ10СНИКОВ (57} Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано при измерениях амплитудных и фазочастотных характеристик четырехполюсников в технике связи и телевидения. Цель изобретения — повыше: ние точности измерений. Устройство содержит аналоговый ключ 2, преоб.. SU „„1287044 А 1 раэователь 4 периода в ток разряда, исследуемый объект — четырехполюсник 3, конденсаторы 5 и 11, преобразователь 10 временного сдвига. Для достижения поставленной цели в устройство введены блок 1 выделения периода входного сигнала, амплитудные детекторы 6 и 7 со сбросом, элемент И 9, элемент 8 антисовпаде.ний, компаратор 12> формирователь 13 управляющих сигналов, счетчик 14 с индикацией фазового сдвига, счетчик

19 с индикацией коэффициента передачи, генератор 15 кодовой частоты, преобразователи 16 и 17 напряжение— частота, блок 18 выделения периода, Я образованы новые функциональные связи. Устройство измеряет фазовый угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью +О, 17. 7 ип. . а

1287044

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано при измерениях амплитудных и фазочастотных характеристик четырехполюсников в технике связи и телевидении.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг ° 2 — временные 10 диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 — блок выделения периода входного сигнала; на фиг. 4— преобразователь периода в ток разряда; на фиг. 5 — формирователь управляющих сигналов; на фиг. 6 — преобразователь временного сдвига; на фиг. 7 — блок выделения периода, Устройство (фиг. 1) содержит блок

:1 выделения периода входного сигна- 20 .ла, аналоговый ключ 2, исследуемый объект — четырехполюсник 3, преобразователь 4 периода в ток разряда, первый накопительный конденсатор 5, перв и и второй амитудные детекто- 25 ры 6 и 7 со сбросом, элемент 8 антисовпадений, элемент И 9, преобразователь 10 временного сдвига, второй накопительный конденсатор 11, компаратор 12, формирователь 13 управляв- 30, щих сигналов, счетчик 14 с индикацией фазового сдвига, генератор 15 кодовой частоты, первый преобразователь

16 напряжение — частота, второй преоб- разователь 1? напряжение — частота, 35 блок 18 выделения периода, счетчик

19 с индикацией коэффициента передачи, первая и вторая клеммы 20 и 21 устройства для подключения исследуемого четырехполюсника, причем выход 40 блока 1 выделения периода входного сигнала соединен с входами преобразователя 4 и формирователя 13, выход аналогового ключа 2 через последовательно соединенные исследуемый 45 объект 3, второй амплитудный детектор

7 со сбросом, второй преобразователь

17 напряжение — частота соединен со счетчиком 19, а также через последовательно соединенные первый амплитуд- 50 ный детектор 6, первый преобразователь 16 напряжение — частота и блок

18 — с другим входом счетчика 19.

Блок 1 выделения пеРиода входного сигнала (фиг. 3) содержит компаратор

22 напряжения, первый и второй П-тригч геры 23 и 24. В исходном состоянии триггеры 23 и 24 сброшены в "0", г триггер 24 заблокирован по R-входу потенциалом с (-выхода триггера 23.

При подаче на вход компаратора 22 гармонического сигнала П на его выходе формируются сигналы прямоугольной формы, Логический сигнал, поданный на вход запуска, устанавливает в "1" триггер 23. В результате этого снимается блокировка по R-входу триггера 24. Триггер 24, работающий в счетном режиме, вырабатывает на выходе логический сигнал, равный одному периоду входного напряжения. По спаду сигнала триггер 23 с Q-выхода триггера 24 возвращается в исходное состояние, блокируя тем самым триггер 24.

Преобразователь 4 периода в ток разряда (фиг ° 4) состоит из ключей

25 и 26, источника 27 тока, преобразователя 28 напряжения в ток разряда.

В исходном состоянии ключ 25 замкнут, а ключ 26 разомкнут, конденсатор 5 разряжен. В течение Tö ключ 26 замыкается, ключ 25 размыкается на время измерения. В результате конденсатор

5 подключается к источнику 27 тока на время Т„ . Напряжение на конденсаторе 5 П„ преобразуется в ток разряда I преобразователем 28.

Формирователь 13 управляющих сигналов (фиг. 5) содержит элемент

ИЛИ 29, три D-триггера 30, 31 и 32, схему выделения спада 33 и 34 и конденсатор 35.

Формирователь управляется логи-" ческими сигналами от блока 1 элемент та 8 и компаратора 12. В исходном состоянии триггеры 30, 31 и 32 сброшены в "0". Фронтами сигналов с выходов блока 1 и элемента 8 триггеры

30 и 32 устанавливаются в " 1", триггер 3 1 устанавливается в " 1" с выхода элемента ИЛИ 29 спадом одного из сигналов, поступающих на его входы.

В исходное состояние все триггеры возвращаются от блока 12 через схему 33 и 34 выделения спада, конденсатор 35.

Преобразователь 10 временного сдвига (фиг. 6) состоит из трех ключей 36, 37 и 38 и источника 39 тока.

В исходном состоянии ключ 36 замкнут, а ключи 37 и 38 разомкнуты, конденсатор 11 разряжен. Ключ 36 размыкается на время измерения, 36 замыкается на время. Т, в результате чего источник 39 тока подключается к конденсатору 11. Затем включается ключ

1287044

38, осуществляя стадию разряда конденсатора 11 током, пропорциональным напряжению на выходе преобразователя 4.

Блок 18 выделения периода (фиг.7) содержит два D-триггера 40 и 41 и два блока выделения фронта, первый из которых содержит два элемента

42 и 43 совпадения и конденсатор 44, а второй — два элемента,45 и 46 сов- 10 падения и конденсатор 47.

В исходном состоянии D-триггеры

40 и 41 установлены в "0". Триггер

41 блокирован по R-входу потенциалом, снимаемым с Q-выхода триггера, 15

40. Блок выделения фронта (элементы

42 и 43 совпадения и конденсатор 44) формирует импульс, который устанавливает в "1" триггер 40, в результате чего потенциал блокировки с 20

R-входа тригг ера 41 снимается .

Измеритель работает следующим образом.

В исходном состоянии аналоговый ключ 2 закрыт, накопительные конденсаторы 5 и 11 разряжены, амплитудные детекторы 6 и 7 установлены в ноль, формирователь 13 управляющих ,сигналов находится в нулевом состоянии, входы счетчиков 14 и 19 закрыты. 30

При поступлении извне импульса запуска на вход (фиг ° 1 и 2) блок 1 формирует из входного сигнала Ц . поступающего на вход устройства (фиг. 1 и 2), логический сигнал Т„ (фиг ° 2), равный периоду сигнала U .

Сигнал Т открывает ключ 2, который пропускает на входы первого детектора 6 и четырехполюсника 3 один пери- 10 од сигнала U (фиг ° 2) и замыкает ключ 26 преобразователя ч (фиг. 4).

По фронту сигнала Т„ формирователь

13 (фиг ° 5) вырабатывает сигнал разрешения работы преобразователя 4 (фиг. 2, вых. 1 формирователя 13), который размыкает ключ 27 (фиг. 4).

Конденсатор 5 током I в течение времени Т„ (фиг. 2 и 4) заряжается до напряжения Un 1„ Т„/Cs, где Cg 50 емкость конденсатора 5. Сигнал У с выхода четырехполюсника 3 (фиг. 2, вых. объекта 3) поступает на вход второго детектора 7. Сигналы И и

И заряжают конденсаторы детекторов 55

6 и 7 до амплитудного значения, в результате на их выходах формируются квазипостоянные потенциалы U< и 0 . (фиг. 2, вых. 1 детекторов 6 и 7), равные амплитудам U и U . В момент времени, когда конденсаторы детекто-. ров зарядились до амплитуд IJ, и П детекторы 6 и 7 вырабатывают логические сигналы (фиг, 2, вых. 2 детекторов 6 и 7), поступающие на входы элементов 8 и 9. Элемент 8 формирует сигнал (фиг. 2, вых. элемента 8), равный временному сдвигу. По фронту сигнала формирователь 13 (фиг. 5) вырабатывает на выходе сигнал разрешения работы преобразователя 10 (фиг.2, вых. 2 формирователя 13), который размыкает ключ 36 (фиг. 6). Конденсатор 11 током I в течение (фиг. 2, вых. преобразователя 10) заряжается через ключ 37 (фиг. 6), замыкаемым по сигналу с элемента 8,. до напряжения U = I> t/С„, где С, — емкость конденсатора 11. По спаду сигнала

Тп или <, пришедшего по времени последним, формирователь 13 открывает счетный вход счетчика 14 и разрешает преобразователю 10 осуществлять разряд конденсатора 11 током I с выхода преобразователя 4. На второй вход счетчика 14 поступают импульсы с генератора 15 кодовой частоты. Когда конденсатор 11 разрядится до напряжения срабатывания компаратора 12, сигнал с выхода компаратора 12 (фиг. 2, вых, компаратора 12) возвращает формирователь 13 в нулевое состояние), в результате чего происходит разряд конденсаторов 5 и 11 до исходного состояния. На выходе формирователя 13 вырабатывается сигнал t< (фиг. 2, вых. 3 формирователя 13), равный времени разряда конденсатора 11.

Элемент 9 формирует сигнал запуска (фиг. 2, вых. элемента 9) блока

18 (фиг. 7). В это время на выходах преобразователей 16 и 17 вырабатываются установившиеся значения частот и f (фиг. 2, вых. преобразователей 16 и 17), пропорциональные амплитуды сигналов U< и U . С выхода блока 18 сигнал Т,. (фиг. 2, вых. 1 блока 18), равный периоду частоты f<, открывает счетный вход счетчика 19, на второй вход которого поступают импульсы частоты f> с преобразователя 17. По спаду импульса Т, блок 18 формирует сигнал (фиг. 2, вых. 2 блока 18), сбрасывающий детекторы 6 и 7 в исходное состояние. На этом цикл измерения заканчивается. В счет5 128 чиках 14 и 19 регистрируются фазовый сдвиг р и коэффициент передачи К =

Uz/Ц исследуемого четырехполюсника соответственно. С помощью математических выражений поясним изменение фазового сдвига коэффициента передачи. Так, ток разряда конденсатора

11 определяется выражением 4 Tï э Б э где К вЂ” эквивалентное сопротивление, на котором происходит преобразование

Тр.

Время разряда t.р конденсаторов 11 и 5 определяется выражением

С ил б

Подставляя вместо U-, значение, равное I, t/Ñ,, а вместо IP выражение- (1), получим отношение /Т„в виде

Iи

Т Т „- С Кэ

In

Выбирая соотношение, равное

L-C5-К3

tP

1/2Т получим — = — . Учитывая что

Э

Т„21 — 27ii/T„ñðoòâåòñòâóåò фазовому сдвигу в градусах и подставив вместо /Т„ выражение tP /2%i, окончательно получим Ч = t> непосредственно в градусах.

Количество импульсов, поступивших на вход счетчика 14 в течение tP c выхода генератора 15, пропорционально фазовому сдвигу g за один период.

Дпя представления в градусах и ми)кутах устройство калибруют при

= Т, выбирая частоту f = 1/Т генератора 15 так, чтобы за время гр счетчик 14 регистрировал 360 х 60 =

21600 импульсов. Для представления

Ч в радианах устанавливают частоту генератора 15 такой, чтобы за время

tP, при < = Т счетчик 14 индицировал число 628 или 6282 в зависимости от требуемой точности. При определении коэффициента передачи бтметим, что периоды частот, формируемые преобразователями 16 и 17, равны соответственно 1/Т = fz = с,Uq и 1/Tz с 2U2 э Где < «К2 коэффициенты пропорциональности преобразователей.

Подставив напряжения Ц и Vz в выра7044 жение для коэффициента передачи, получим, что К = П /Ui = <" 1 Т /azTz

Величина N = Т,/Т, характериЯ( зует количество импульсов частоты

Е, получаемых за период частоты Е, .

Выбирая соотношение,/ ®., = 10 для К = 1, т.е. при U, = U, необходимо чтобы в интервале Т, укладывалось 1000 импульсов частоты Е . При

N ) 10 величина К 1, при М < 10З

К г 1. Соотношение / определяет точность вычисления коэффипиента передачи К.

15 Предлагаемое устройство измеряет фазовый угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью +О, 1X .

20 формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсников, содержащее аналоговый

25 ключ, преобразователь периода в ток разряда, первым выходом соединенный с первым выводом первого накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной устройстЗ0 ва, преобразователь временного сдвига выходом соединенный с первым выводом второго накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены блок выделения периода входного сигнала, два амплитудных детектора со сбросом, элемент И, эле40 мент антисовпадений, компаратор, формирователь управляющих сигналов, счетчик с индикацией фазового сдвига, счетчик с индикацией коэффициента передачи, генератор кодовой частоты, два .45 преобразователя напряжение-частота и блок выделения периода, причем выход блока выделения периода входного сиг=. нала соединен с управляющим входом аналогового ключа, первым управляющим входом преобразователя периода в ток разряда и первым входом формирователя управляющих сигналов, вход аналогового ключа соединен с первым входом блока выделения периода

55 входного сигнала и является входом устройства, вход запуска которого соединен с вторым входом блока выделения периода входного сигнала, выход аналогового ключа соединен с

7 12 первой клеммой устройства для подключения,исследуемого четырехполюсника и с входом первого амплитудного детектора со сбросом, выход которого через последовательно соединенные первый преобразователь напряжение-частота и блок выделения периода подключен к первому входу счетчика с индикацией коэффициента передачи, второй вход последнего через последовательно соединенные второй амплитудный детектор со сбросом и второй преобразователь напряжениечастота подключен к второй клемме устройства для подключения исследуемого четырехполюсника, управляющие входы амплитудных детекторов со сбросом соединены с вторым выходом блока выделения периода, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, входы которого соединены с соответствующими вторыми выходами амплитудных детекторов со сбросом и входами элемента антисовпаде87044 ний, выход которого подключен к второму входу формирователя управляющих сигналов непосредственно и через последовательно соединенные преобразователь временного сдвига и компаратор — с третьим входом формирователя управляющих сигналов, первый выход которого соединен с. вторым управляющим входом преобразователя

10 периода в ток разряда, второй выход формирователя управлякяцих сигналов соединен с вторым входом преобразователя временного сдвига, третий выход формирователя управляющих сигналов подключен к третьему входу преобразователя временного сдвига и к первому входу счетчика с индикацией фазового сдвига, второй вход которого соединен с выходом генератора

20 кодовой частоты, второй выход

;преобразователя периода в ток, разряда соединен с четвертым входом преобразователя временного сдвига.

1287044

Юхан дх.

3пп.

Фиг. 3

1287044

1 287 044

Составитель Л.Муранов

Техред И.Ходаиич Корректор О.Луговая

Редактор М.Дыпын

Заказ 7710/47

Тираж 730 Подписное

БИ ИПИ Государственнога комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4