Широкополосная многозначная мера переменного напряжения

 

Изобретение относится к образцовой аппаратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измерений переменного напряжения. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения. Цель достигается введением дополнительных двух генераторов 6 и 15 фиксированных частот, трех преобразователей 3,16.и 17 частоты , а также избирательного усилителя 9 и синхронного детектора 14, работающих на фиксированной промежуточной частоте. Устройство работает в три такта, в течение которых выполняется коррекция погрешности прямого тракта аттенюатора 5 на рабочей частоте, погрешности установки требуемого затухания аттенюатора 5, третий такт является рабочим, при этом стабилизация выполняется на выходе усилителя 4 мощности. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 G 05 F 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4082728/24-07 (22) 05.05.86 (46) 07.01.88. Бюл, № 1 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю. В. Демченко (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 792235, кл. G 05 F 1/44, 1978 °

Авторское свидетельство СССР № 815717, кл. С 05 F 1/44, 1979. (54) ШИРОКОПОЛОСНАЯ МНОГОЗНАЧНАЯ

МЕРА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к образцовой аппаратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измеÄÄSUÄÄ 1365059 А1 рений переменного напряжения, Целью изобретения является повышение быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения. Цель достигается введением дополнительных двух генерато" ров 6 и 15 фиксированных частот, трех преобразователей 3,16.и 17 частоты, а также избирательного усилителя 9 и синхронного детектора 14, работающих на фиксированной промежуточной частоте. Устройство работает в три такта, в течение которых выполняется коррекция погрешности прямого тракта аттенюатора 5 на рабо" чей частоте, погрешности установки требуемого затухания аттенюатора 5, третий такт является рабочим, при этом стабилизация выполняется на выходе усилителя 4 мощности, 1 ил, 1365059

Изобретение относится к электронике, в частности к образцовой anna" ратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измерений пере" менного напряжения, которые широко используются в проводной связи, радиосвязи и радиолокации. 10

Целью изобретения является повы" шение быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий синтезирующий генератор 1, регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, 2р усилитель 4 мощности, аттенюатор 5, подключенный к второму входу преобразователя 3 частоты, первый генератор 6 фиксированной частоты, первый преобразователь 7 переменного напряжения в постоянное, подключенный к выходу усилителя 4 мощности, последовательно включенные второй преобразователь 8 переменного напряжения в постоянное, подключенный к выходу аттенюатора 5, первый дифференциальный усилитель 9, к второму входу которого подключен источник 10 опорного напряжения, последовательно включенные первый преобразователь 11 час- g5 тоты, избирательный усилитель 12, образцовый делитель 13, синхронный детектор 14, второй генератор 15 фиксированной частоты, подключенный к первым входам третьего 16 и четвер- 40 того 17 преобразователей частоты, вторые входы которого подключены соответственно к первому генератору

6 фиксированной частоты и задающему синтезирующему генератору 1, четыре жб переключателя 18 — 21 на три положения, второй 22 и третий 23 дифференциальные усилители, первый 24 и второй 25 блоки памяти. При этом выход первого преобразователя 7 переменно- В0 го напряжения соединен с общим контактом первого переключателя 18, первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилителя 22, выход которого соединен с первым контактом вто" рого переключателя 19, контакты которого соединены: общий — с регулирующим элементом 2, второй и третий — с выходами третьего 23 и первого 9 дифференциальных усилителей

23, третий дифференциальный усили- тель 23 входами подключен к второму и третьему контактам третьего переключателя 20, второй и третий контакты четвертого переключателя 21 подключены к выходу четвертого преобразователя 17 частоты, а его общий контакт соединен с вторым входом первого преобразователя 11 час" тоты, а блоки 24 и 25 памяти подключены соответственно к второму контакту первого переключателя 18 и третьему контакту третьего переключателя 20, Частота выходного сигнала калибратора определяется разностью частот первого генератора 6 фиксирован" ной частоты и задающего синтезирующего генератора 1, который формирует сигнал переменной частоты и может быть выполнен на основе синтезатора частоты, использующего прямой или непрямой методы синтеза, при этом диапазон относительного изменения частоты выходного сигнала задающего синтезирующего генератора 1 может быть менее двух, Первый 6 и второй 15 генераторы фиксированных частот построены так, что разность их вы" ходных частот равна частоте генератора опорного напряжения. Для обеспечения высокой стабильности они также могут быть выполнены по принципу синтеза частоты, причем второй генератор 15 фиксированной частоты имеет вход подстройки частоты. Преобразователь 3 частоты выделяет сигнал разностной частоты генераторов фиксированной частоты 6 и задающего синтезирующего генератора 1, являющийся выходным сигналом. Преобразователь 17 частоты формирует сигнал, частота которого смещена относительно частоты выходного сигнала на заданную величину, в преобразователь

16 частоты выделяет раэностную частоту генераторов 6 и 15 фиксированных частот, которая используется в качестве опорной для синхронного детектора 14. Первый 11 преобразователь частоты с помощью избирательного усилителя 12 выделяет сигнал указанной разностной частоты, В качестве преобразователей частоты 3,11,16 и 17 могут быть применены балансные диодные смесители, работающие в

1 365059 ключевом режиме и обеспечивающие большой динамический диапазон по линейным (до 70 дБ) и по интермодуляционным искажениям (до 80 дБ), что позволяет достичь линейности преобразования первого преобразователя 11 частоты совместно с избирательным усилителем 12 более 90 дБ.

Регулирующий элемент 2 расположен в канале высокой промежуточной часспечить высокое входное сопротивление соответствующих входов дифференциальных усилителей 22 и 23. При использовании в приборе микропроцессора блоки памяти могут быть реализованы с помощью цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

Образцовый делитель 13 работает на фиксированной частоте и может быть выполнен точным и стабильным (например, на индуктивном делителе напряжения), делитель 13 управляется синхронно с аттенюатором 5 и обеспечивает компенсирующее затухание так, чтобы поддерживать совместно с избирательным усилителем 12 на входе синхронного детектора 14 номинальное напряжение. Синхронный детектор

14 работает на фиксированной частоте, причем сигнал коммутации является внешним и формируется третьз м преобразователем !б частоты, что позволяет достичь большого динамического диапазона входных преобразуемых сигналов (до 100 дБ) и связанных с ним высокой точности и чувствительности, которые могут составлять сотые доли процента и единицы микровольт. таты задающего синтезирующего генератора 1 и может быть выполнен на

pin-диодах, позволяющих достичь малых нелинейных искажений, большого диапазона регулирования и высокого быстродействия.

Первый 7 и второй 8 преобразователи служат для преобразования переменного напряжения в постоянное, они работают в малом диапазоне изменения входных сигналов, поэтому к ним не предъявляются высокие требования по линейности характеристики преобразования и они могут быть выполнены на основе преобразователей амплитудных, средних или среднеквадратических значений по любой известной схеме ° Блоки 24 и 25 памяти могут быть выполнены на основе запоминающей емкости, но при этом необходимо обе5

Широкополосная многозначная мера переменного напряжения работает в три такта.

Точное значение напряжения на выходе устройства получается в третьем такте, являющемся рабочим. Номера запоминаемых контактов переключателей соответствуют номеру такта.

В течение первых двух тактов производится коррекция погрешности аттенюатора 5 для конкретных параметров нагрузки по сигналу на выходе устройства. В рабочем режиме напряжение выхоДной частоты образуется методом

"биений между сигналами задающего синтезирующего генератора 1 и первого генератора 6 фиксированной частоты. Изменение выходного сигнала широкополосной многозначной меры переменного напряжения производится дискретно аттенюатором 5 и непрерывно системой автоматической регулировки уровня, включающей блоки памяти цепи: регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель 4 мощности, блоки обратной цепи включают преобразователи 7 и 8 переменного напряжения в постоянное или .синхронный детектор 14 с блоками 11 и 12 преобразования частоты, дифференциальные усилители 9,22 и 23, включенные в зависимости от такта работы.

В первом такте нормируется напряжение исходного уровня на заданной частоте на выходе аттенюатора, при этом сигнал обратной связи с второго преобразователя 8 переменного напряжения в постоянное поступает на вход первого дифференциального усилителя 9, на другой вход которого поступает сигнал от источника 12 опорного напряжения. Возникающий сигнал компенсации подается на регулирующий элемент 2 и изменяет его коэффициент передачи таким образом, что на выходе многозначной меры устанавливается напряжение, уровень которого соответствует напряжению источника 10 опорного напряжения в постоянное ° Одновременно сигнал с выхода устройства через первый преобразователь 11 частоты, выделяющий постоянную разностную частоту между выходным сигналом устройства и сигналом гетеродинной частоты первого преобразователя ll частоты, избирательный усилитель 12, настроенный

1365059 на эту разностную частоту, образцовый делитель )3, в котором установлено максимальное затухание, и синхронный детектор 14 поступает но второй блок 25 памяти, где после окончания первого такта запоминается и используется в качестве опорного сигнала в последующем такте.

Благодаря фиксированной расстройке генераторов 16 и 15 фиксированных частот обеспечивается постоянная расстройка частот сигналов многозначной меры и гетеродинного первого преобразователя 11 частоты. Разностная частота на выходе последнего выделяется узкополосным избирательным усилителем 12. Частота коммутации синхронного детектора 14 фиксируется третьим преобразователем 16 частоты, выделяющим разностную частоту генераторов 6 и 15, фиксированных частот и, следовательно, совпадает с частотой входного сигнала синхронного детектора 14, что позволяет достичь высокой точности и линейности преобразования.

Во втором такте нормируется требуемый уровень переменного напряжения на выходе устройства и формируется опорный сигнал для последующего рабочего такта, который запоминается в блоке 21 памяти. В аттенюатор 5 устанавливается требуемое затухание, а в образцовом делителе — такое же уменьшение затухания, компенсирукщее уменьшение петлевого усиления второго контура, регулирования с преобразованием частоты, в состав которого входят блоки обратной цепи: перный преобразователь 11 частоты, избирательный усилитель 12, образцовый делитель 13, синхронный детектор третий дифференциальный усилитель

23, в качестве опорного сигнала используется сигнал с второго блока

25 памяти. В установившемся режиме достигается равенство сигналов на входах третьего дифференциального усилителя 23. Следовательно, на ньIходе многозначной меры устанавливается уровень переменного напряжения, меньший исходного уровня, устанониншегося в первом такте, на величину затухания образцового делителя 13, и обеспечивается коррекция исходной погрешности аттенюатора 5 и влияния нагрузки. Одновременно выходное напряжение усилителя и мощности преоб10

15 разуется перным преобраэонате. ем 7 переменного напряжения и постоянное и после окончания второго такта запоминается первым блоком 24 памяти, Погрешность выходного напряжения после второго такта определяется погрешностью устанонки исходного уровня в первом такте, погрешностью образцового делителя 13 и погрешностью линейности избирательного усилителя 12 и первого преобразователя ll частоты. При этом возможен пролаз сигнала гетеродинной частоты на выход устройс.тва, обусловленный недостаточной изоляцией входов преобразователя частоты. Наличие мешающих сигналов н выходном сигнале может сделать невозможным использование

20 предлагаемого устройства для работы с аппаратурой связи и с другими избирательными устройствами.

В третьем такте отключается сигнал гетеродинной частоть. от гетеро25 динного входа первого преобразователя 11 частоты, а управляющий нход ре-гулирующего элемента 2 подключается к выходу второго дифференциального усилителя 22, на один вход которого

30 поступает опорный сигнал от первого блока 24 памяти, а на нторой вход сигнал обратнои связи с выхода первого преобразователя 7 переменного напряжения в постоянное. Таким образом п оддерживается раненстно напря35 жений на выходе усилителя 4 мощности, подключенном к входу аттенюатора 5, во втором и в третьем тактах работы устройства.

Погрешность установки выходного нагряжения в диапазоне изменения уровней не зависит от параметров широкополосного аттенюатора и нагрузки, а н основном определяется погреш15 ностью образцового делителя. Погрешность установки исходного уровня в диапазоне частот зависит от неравномерности амплитудно-частотной характеристики второго преобразователя 8

50 переменного напряжения н постоянное, которая может быть достигнута лучше

0,27. в диапазоне до 100 )")Гц и, кроме того, прокалибрована при аттестации или поверке прибора с точност.,ю не хуже 0,057, н то время как для

55 большинства современных радиоэлектронных приборов и аппаратуры связи нормируется отклонение входного coIIpo тивления до +47 и реактивность до

Формула изобретения

Широкополосная многозначная мера переменного напряжения, содержащая задающий синтезирующий генератор, подключенный к регулирующему элементу, аттенюатор, выход которого подключен к выходному выводу, первый и второй преобразователи переменного

2 пФ, что приводит к погрешности от влияния нагрузки до 107 в диапазоне частот до 100 МГц, коррекция которой и выполняется в предлагаемом устройстве.

Наименьшее напряжение, воспроиз" водимое многозначной мерой, ограничивается шумами избирательного усилителя 12 и чувствительностью синхронного детектора 14, которые могут составлять единицы микровольт. Отличительной особенностью предлагаемой широкополосной многозначной меры переменного напряжения является простота ее метрологического обеспечения и процесса коррекции погрешностей. В силу высокой линейности первого преобразователя 11 частоты и применения синхронного детектора 14, выделяюще- 20 го первую гармонику сигнала промежуточной частоты, во всем частотном диапазоне достаточно раздельно пронормировать частотные погрешности второго преобразователя 8 переменно- 25 го напряжения в постоянное и погрешности установки затухания образцового делителя на постоянной частоте, которые могут составлять 0,2-0,4Х и менее 0,017 (например, при исполь" ЗС эовании индуктивных делителей на частотах до 100 кГц).

Применение быстродействующего регулирующего элемента 2 в канале фиксированной частоты позволяет построить быстродействующую систему автоматической регулировки уровня, которая характеризуется низким уровнем амплитудных флуктуаций выходного сигнала (т.е. высокой кратковремен- 40 ной стабильностью), что позволит использовать предлагаемый генераторкалибратор для метрологического обеспечения и даже построения систем передачи информации. Выполнение регулирующего элемента на основе plnдиодов позволяет расширить диапазон регулирования до 540 дБ, что позво.лит корректировать погрешности выходного тракта прибора до 10 дБ.

59 8 напряжения в постоянное, подключенные соответственно K входу H выходу аттенюатора, причем второй преобразователь выходом подключен к первому входу первого дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, образцовый делитель, а также четыре переключателя на три положения, второй и третий дифференциальные усилители, два блока памяти, при этом выход первого преобразователя переменного напряжения в постоянное соединен с общим контактом первого переключателя, первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым контактом второго переключателя, третий контакт которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а общий контакт подключен к входу управления регулирующего элемента, третий дифференциальный усилитель> входами подключенный к второму и третьему контактам третьего переключателя, причем первый и второй блоки памяти подключены соответственно к второму контакту первого переключателя и третьему контакту третьего переключателя, преобразователь частоты, своими входами подключенный к выходному выводу и общему контакту четвертого переключателя, о тотличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения, в него введены последовательно соединенные первый генератор фиксированной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель мощности, выходом подключенный к входу аттенюатора, при этом второй вход второго преобразователя частоты соединен с выходом регулирующего элемента, последовательно включенные второй генератор фиксированной частоты, тре" тий преобразователь частоты, синхронный детектор, выходом подключенный к общему контакту третьего переключателя, а входом — к образцовому делителю, при этом второй вход третьего преобразователя частоты подключен к первому генератору фиксированной частоты, четвертый преобразователь частоты, выход которо" го соединен с вторым и третьим кон1365059 1О тель, включенный между выходом первого преобразователя частоты и образцовым делителем, причем между собой соединены первый и второй генераторы фиксированных частот. тактами четвертого переключателя, а входы соединены с задающим синтезирующим генератором и вторым генератором фиксированной частоты соответственно, избирательный усилиСоставитель С. Черньппева

Редактор Л. Гратилло Техред М.яндык

Корректор И. Муска

Заказ 6610/4 1 Тираж 866

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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