Устройство для определения относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников
Изобретение относится к технике измерений. Устройство для определения относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников (ЧП) содержит генератор 1, переменный аттенюатор 2, направленный ответвитель 4, согласованную нагрузку 5, квадратичный детектор 6, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) .9, двухпозиционные аттенюаторы 7, 8, вычислительный блок 10. Устройство имеет повышенную точность определения малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик исследуемого ЧП 3 без повышения разрядности используемого АЦП. 1 табл ., 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
;СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУ БЛИН (19) (11) (50 4 G 01 R 27/28
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1Р
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
/ 46 .4ф,О 1 ния относительной нелинейности ампли(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ АМПЛИТУДНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ (57) Изобретение относится к технике измерений. Устройство для определе(21) 3922228/24-21 (22) 03.07.85 (46) 23.06.88. Бюп. У 23 (72) С.Ю. Лапунов и А.Г.Скородумов (53) 621.317.4(088.8) (56) Р.-П.П. Жилинскас. Измерители отношения,.и их применение в радиоизмерительной технике. — М.: Советское радио, 1975, с. 282. тудных характеристик четырехполюсни.ков (ЧП) содержит генератор 1, переменный аттенюатор 2, направленный ответвитель 4, согласованную нагрузку
5, квадратичный детектор 6, аналогоцифровой преобразователь (АЦП),9, двухпозиционные аттенюаторы 7, 8, вычислительный блок 10. Устройство имеет повышенную точность определения малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик исследуемого ЧП 3 без повышения разрядности используемого АЦП.
1 табл ., 1 ил.
1404979 у = bz (1+) (z)), (2) х =- ау (1+2(у)), (1)
Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для определения малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников.
Цель изобретения — повышение точности определения малых значений относи тел ьной н елин ейно сти амплитудных характеристик четырехполюсников без повышения разрядности используемого аналого-цифрового преобразователя.
На чертеже приведена структурная схема устройства.
УсТроАсТВо содержит генератор 1, переменный аттенюатор 2, исследуемый четырехполюсник 3, направленный ответвчтель 4, согласованную нагрузку
5, квадратичный детектор 6, два двухпозиционных аттенюатора 7 и 8, аналого-цифровой преобразователь 9, вычислительный блок 10, первую 11 и вторую 12 клеммы устройства для подключения исследуемого четырехполюсника. 25
Выход генератора 1 через последовательно соединенные переменный аттенюатор 2, первый двухпозиционный аттенюатор 7, первую клемму 11 устройства, четырехполюсник 3, вторую клемЗО му 12 устройства, второй двухпозиционный аттенюатор 8, ответвитель 4 с согласованной нагрузкой 5, детектор 6 и преобразователь 9 подключен к входу вычислительного блока 10.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемый четырехполюсник 3 устанавливается между клеммами 11 и
12. Его амплитудная характеристика может быть представлена в виде суммы линейной и нелинейной зависимости, которая имеет следующий вид где х — амплитуда входного высокочастотного сигнала; у — амплитуда выходного высокочастотного сигнала а — крутизна исследуемого четырех)О полюсника 3;
).(У) — относительная нелинейность амплитудной характеристики исследуемого четырехполюсника 3. 5
Аттенюаторы 7 и 8 устанавливаются в положение, при котором их коэффициент передачи равен единице.
На выходе четырехполюсника 3 установлен направленный ответвитель 4, ориентированный на отбор проходящей мощности. В одном из его плеч выделяется высокочастотный сигнал, пропорциональный выходному высокочастотному сигналу четырехполюсника. Детектор 6 преобразует высокочастотный сигнал на выходе четырехполюсника 3 в пропорциональное постоянное напряжение, которое аналого-цифровым преобразователем 9 преобразуется в цифровой код. Градуировочная характеристика последовательно соединенных ответвителя 4, детектора 6 и преобразователя 9 имеет следующий вид: где z — значение цифрового кода на выходе преобразователя 9;
Ь вЂ” крутизна последовательно соединенных ответвителя 4, детектора 6 и преобразователя 8;
F(z) — относительная нелинейность преобразования выходного напряжения четырехполюсника 3 в цифровой код на выходе преобразователя 9.
Из-за нелинейности преобразования переменного напряжения в постоянное напряжЕние, представленное цифровым кодом, измерение малых значений нелинейности амплитудной характеристики исследуемого четырехполюсника 3 имеет значительные погрешности.
Учитывая (1) и (2), можно получить соотношение, устанавливающее зависимость между входным высокочастотным напряжением исследуемого четырехполюсника 3 и выходным цифровым кодом преобразователя 9, в виде х = abz 31+ Исходя из соотношений (1) и (2), получают соотношение (3)в виде х = abz (1+F(z)+f(Ьк+ЬкГ(к)) + + P(z) f (bz+bzP(z))j . (4) Из соотношения (4) относительная нелинейность преобразования входного з 1404979 напряжения четырехполюсника 3 в цифровой код имеет вид соответствующие высокочастотным 5 (5) Пренебрегая произведением относительных нелинейностей F(z) и f(bz), а также bzF(z) в функции f(bz+bzF(z)), 1О получают соотношение (5) в виде Р(2) = Р(г) + 1 (Ь2), (6) Полученное соотношение (6) опреде- 15 ляет связь между функциями относительной нелинейности f(2), Г(г), 9 (2), Представим функции относительной нелинейности в виде полиномов степени р: р f(z) = с; е ; (7) i=(Р F(z) = T;z » « P(z) = (1 z. ° 25 (8) «р +((z,, (12) +аД. х, (— ( — abz - d е -... ((« х — abz + d z +.:. N («(n Поделив уравнения системы (11) на соответствующие уравнения системы (12), получают систему из п нелинейных уравнений с р+1 неизвестными M »»»»»»»p ° е(= Nz «+d((Ме, 2, )+»» ° +Йр (Ме 2 ) 2„= Nz„+d, (Mz„-z )+ ° ..+d (Мг „-2„). (13) Решая систему нелинейных уравнений (13), вычислительный блок 10 определяет,коэффициенты й(,...,др степен45 ного ряда, аппроксимирующего функцию относительной нелинейности (((z) . Затем определяется относительная нелинейность преобразования выходного напряжении четырехполюсника 3 в постоянное напряжение и далее в цифровой код. Хранящиеся в памяти вычислительного блока 10 значения цифровых кодов 2(,г,..., е, исходя из соотношений (2) и (8), связаны с соответствующими значениями выходного высокочастотного сигнала четырехполюсника 3 следующими уравнениями; у, - bz,(1+Т(z,+ °,. +Т 2,); у Ь2 (1+Т(z(+»» ° +Т 2„)» р -1 (14) с, = (d, — Т )/Ь; I ср (йр Тр)/b» (10) P(z) =F (z)+f (bz+bzF (z)j + + F(z) f (bz+bzF(2)) Подставляя соотношения (7)-(9) в формулу (6), получают выражение для определения коэффициентов искомой относительной нелинейности амплитудной характеристики исследуемого четырехполюсника 3 через коэффициенты относительной нелинейности преобразования выходного напряжения исследуемого четырехполюсника 3 в постоянное напряжение и далее в цифровой код и коэффициенты относительной нелинейности преобразования входного напря- жения четырехполюсника 3 в цифровой код: С помощью аттенюатора 2 последовательно устанавливаются на входе четырехполюсника 3 п неградуированных стабильных значений высокочастотного сигнала Х,, Х,..., Х„. Исходя из соотношения (3),. учитывая формулу (9), получают систему из и уравнений вида: x«=abz,(1+й(г,+... +й z,(; » где z z,...,z „ — значения цифровых 2» кодов на выходе преобразователя 9, сигналам. Эти и значений цифровых кодов z„ ... 2„ вводятся в память вычислительного блока 10. Затем аттенюатор 7 переводится в положение "2", в котором его коэффициент передачи равен 1/N, а аттенюатор 8 имеет коэффициент передачи, равный единице. На входе аттенюатора ? устанавливают вновь значения высокочастотного сигнала Х,,Х,..., X На вход исследуемого четырехполюсника 3 эти сигналы поступают уменьшенные в M раз. С помощью ответвителя 4, детектора 6 и значений выходного сигнала четырехполюсника 3 преобразуют в постоянное напряжение, которые с помощью преобразователя 9 преобразуются в цифровой код г,,Е г,...,г „.Значения цифрового кода вводятся в память вычислительного блока 10. Исходя из соотношений (3) и (9), получают и уравнений вида 5 14049 После чего аттенюатор- 7 переводится снова в положение "1", при котором его коэффициент передачи равен единице, а атенюатор 8 переводится в положение "2", при котором его коэффициент передачи равен 1/К. При этом на входе исследуемого четырехполюсника 3 устанавливаются первоначальные уровни высокочастотного сигнала. Аттенюатор 8 уменьшает уровни сигнала на выходе четырехполюсника 3 в К раз. Измененные значения высокочастотного сигнала через ответвитель 4 поступают на детектор 6. Преобразователь 9 пре- 1 образует соответствующие значения постоянного напряжения в цифровой код 2,,...,z, которые вводятся в память п вычислительного блока 10. Исходя из уравнений (2) и (8), получается и уравнений вида: (15) 2g ау(1 + cg v) х = abz(1 + d,е). (17) 30 z,); (18) г Ег) е z, = Mz +. Й,(Ме, 35 z = Mz + d,(М2г— Система уравнений (16) для опреде40 ления. Т и К имеет.с учетом уравнений (3) следующий вид: — 1 l2 2 z, = Kz, + T (Kz — z ); (,9) е =Ке +Т(Kz е) С помощью аттенюаторов 2,7 и S,a также генератора 1 определяются показания вольтметра z< = 49,78 мВ; 2, =31,81 мВ; z2 = 36,95 мВ; 2 23,25 МВ; z = 34,08 мВ; z = 25,24 мВ, Подставляя полученные результаты измерений в системы уравнений (18) и (19), получают М = 1,585; Й,=7,139х r10 ; К.= 1,472; Т, = 5,008 ° 10 .Та55 ким образом определилась нелинейность преобразования входной мощности четырехполюсника 3 в постоянное напряжение, которая включает в себя нелинейность исследуемого четырехполюсника — ЬЕ 11+T z + ° ° ° +T z 1 b z„(1 + T, z „ t... + T> z „) . Поделив уравнения системы (14) на соответствующие уравнения системы (15), получают систему из и нелинейных уравнений с р+1 неизвестными К, T(y ° ° ° Тр ° 12 2 (р+1 рi I е! =Ке +T (Kz< е, )+ ° ° ° T(KZ -е ) ° I (16) Решая систему нелинейных уравнений (16), вычислительный блок 10 определяет коэффициенты Т,,...,Т степенного ряда, аппроксимирующего нелинейную функцию F(z). Используя соотношения (10) и найденные коэффициенты д; и Т; вычислительный блок 10 определяет искомые коэффициенты соо 1 относительной нелинейности исследуемого четырехполюсника 3. Найденная нелинейность амплитудной характеристики четырехполюсника 3 не содержит нелинейность. преобразования переменного напряжения в постоянное, в результате чего и повышается точность измерений. Коэффициент b характери зует крутизну последовательно соединенных ответвителя 4, детектора 6 и преобразователя 9. Значение данного коэффициента может быть легко определено. 79 6 Приведем пример практической реализации измерения нелинейности амплитудной характеристики четырехполюсника. В качестве двухпозиционных аттенюаторов 7 и 8 используются аттенюаторы с вносимым затуханием = 2 дБ. Аттенюатор 2 и генератор 1 обеспечивают подачу на вход четырехполюсника 3 высокочастотной мощности от 0 до 100 мВт. B качестве преобразователя 9 использовался вольтметр, а в качестве нагрузки 5 — ваттметр поглощаемой мощности, Для определения крутизны преобразования последовательно соединенных ответвителя 4, детектора 6 и преобразователя 9 одновременно снимались показания ваттметра и вольтметра, которые имели значение соответственно: P = 43, 21 мВт, И = 36,95 мВт. Крутизна в определялась, как в = 1,169. Представляя амплитудную градуировочную характеристику преобразования входного и выходного напряжений четырехполюсника 3 квадратичной зависимостью, получают соотношения (1) и (3) в виде Тогда система уравнений (13) для определения d и М имеет следующий вид: 79 8 преобразования выходного напряжения четырехполюсника 3 в постоянное напряжение составляет 2, 3%. Таким образом, используя неточный квадратичный детектор 6, обеспечивается определение малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников с приемлемой погрешностью без повышения разрядности аналого-цифрового преобразова-Ф 10 с, = (с1, — T )/Ъ = 1,823. 10 теля измеряемого сигнала. Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я Нелиней- НелинейНелиней Входная мощность мВт ность ность преобра- преобраность преобра— зования ,% зования у вк,% зования хву, % 2i3 100 2,0 б0 0,58 0,7 0,47 0,20 0,05 35 0,12 0,17 5 0 0,033 0,023 . 0,009 1,0 Составитель Л. Муранов Редактор Н. Бобкова Техред М.Дидык Корректор В. Гирняк Заказ 3100/50 Тираж 772 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 t 4049 3 и нелинейность преобразования выходной мощности в постоянное напряжение, а также нелинейность преобразования выходного сигнала четырехполюсника 3 в постоянное напряжение. Затем опре5 деляется относительная нелинейность амплитудной характеристики четырехполюсника 3 по формуле В таблице приведены значения входной мощности четырехполюсника З,соответствующие значения относительной нелинейности преобразования входной мощности в постоянное напряжение, выходной мощности в постоянное напряжение, амплитудной характеристики четырехполюсника 3, которые рассчита— ны, используя найденные коэффициенты с,, Т< и d,. Как следует из таблицы, максимальное значение относительной нелиней40 ности исследуемого четырехполюсника 3 составляет 0,9%, а максиальное значение относительной нелинейности Устройство для определения относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников, содержащее генератор, выход которого соединен с входом переменного аттенюа— тора, направленный ответвитель,один из выходов которого соединен с входом согласованной нагрузки, а другой выход подключен к входу квадратичного детектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности определения малых значений сигнала без повышения разрядности используемого аналого-цифрового преобразователя, в него введены аналого-цифровой преобразователь, два двухпозиционных аттенюатора и вычислительный блок, при этом выход переменного аттенюатора через первый цвухпозиционный аттенюатор соединен с первой клеммой устройства для подключения исследуемого четырехполюсника, вторая клемма которого через входной двухпозиционный аттенюатор соединена с входом направленного ответвителя, выход квадратичного детЕктора через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом вычислительного блока, 
