Устройство для измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников

 

Изобретение может быть использовано в устройствах для снятия фазочастотных характеристик четырехполюсников. Цель изобретения - повышение точности измерения. Цель достигается за счет обеспечения измерения начального сдвига фазы на начальной частоте. Для этого в устройство введен блок 9 синхронизации, позволяющий осуществлять запись кода внутреннего счетчика первого умножителя 5 частоты в реверсивный счетчик 8 в качестве начальных условий. При измерении сигнал с перестраиваемого генератора 1 стандартных сигналов подают на вход измеряемого четырехполюсника 2. Изменения фазы между его входом и выходом измеряется с помощью первого 3 и второго 4 усилителей-ограничителей, первого 5 и второго 6 умножителей частоты и частотного дискриминатора 7, усредняется реверсивным счетчиком 8 и индицируется блоком 10 индикации. Начальная установка осуществляется блоком 11 начальной установки. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1597784 А 1 (191 S U (11> (51)5 G Ol R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4601662/24-21 (22) 02.11.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) В. Ф. Одиноков и И. Н. Козлов (53) 621.317.75 (088.8) (56) Измерения в электронике. — Справочник под ред. В. А. Кузнецова., М.: Энергоиздат, 1987, с. 280, рис. 12.1.

Авторское свидетельство СССР № 1506389, кл. G Ol R 25/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ФАЗОЧАСТОТН ЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛ)ОСНИКОВ (57) Изобретение может быть использовано в устройствах для снятия фазочастотных характеристик четырехполюсников. Цель изобретения — повышение точности измере2 ния. Цель достигается за счет обеспечения измерения начального сдвига фазы на начальной частоте. Для этого в устройство введен блок 9 синхронизации, позволяющий осуществлять запись кода внутреннего счетчика первого умножителя 5 частоты в реверсивный счетчик 8 в качестве начальных условий. При измерении сигнал с перестраиваемого генератора 1 стандартных сигналов подают на вход измеряемого четырехполюсника 2. Изменения фазы между его входом и выходом измеряется с помощью первого 3 и второго 4 усилителей-ограничителей, первого 5 и второго 6 умножителей частоты и частотного дискриминатора 7, усредняется реверсивным счетчиком 8 и индицируется блоком 10 индикации. Начальная установка осуществляется блоком 11 начальной установки. 3 ил.

1597784

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования фазочастотных характеристик четырехполюсников.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем измерения начального сдвига фазы.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — структура блока синхронизации; на фиг. 3 — схема умножителя частоты.

Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1 стандартных сигналов, выход которого подключен к входу первого усилителя-ограничителя и объекту 2 контроля, два усилителя-ограничителя 3 и 4, причем выход объекта контроля соединен с входом второго усилителя-ограничителя 4, выходы усилителей-ограничителей 3 и 4 соединеньт с входами первого 5 и второго 6 умножителей частот соответственно, выходы умножителей 5 и 6 подключены к частотному дискриминатору 7, реверсивный счетчик 8, входы которого подключены к выходам дискриминатора 7, а информационные входы связаны с информационными выходами блока 5, блок 9 синхронизации, выход которого подключен к входу записи счетчика 8, а первый, второй входы — к выходам умножителя 5 и усилителя-ограничителя 4 соответственно, цифровой индикатор 10, входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика 8, и блок 11 начальной установки, выход которого подключен к третьему входу блока 9.

Блок 9 синхронизации (фиг. 2) содержит первый 12, второй !3 и третий 14 D-триггеры.

Умножитель 5 частоты (фиг. 3) содержит триггер 15, дискриминатор 16 периодов, первый 17 и второй 18 делители частоты, знаковый фазовый детектор 19, выход которого через блок 20 управления подключен к управляемому генератору 21, выход которого подключен к входу делителя 17 частоты, второй вход которого через дифференцируюшую цепь 22 подключен к выходу триггера 15.

Устройство работает следующи м образом.

При изменении частоты на входе объекта 2 контроля, имеющего комплексную передаточную функцию с действительной и мнимой частями, частота на выходе объекта отличается от входной на величину, определяемую фазочастотной характеристикой объекта

1 п d (2л ) fi (t) dt+q)p)

2л dt

J п 0(2л ) fi (t) dt+(pg(t) )

acr — 2 ь и -- коэффициент умножения умножителей частоты;

f,,(t) — изменяющаяся во времени частота генератора стандартных сигналов;

Ь .ь (у — выходные частоты умножителей 1 и 2 соответственно.

Положив срю = 0 и зная, например, что

f„:= (Ь 1 — Ь 2), где f„— разностная частота, выделяемая частотным дискриминатором, можно записать

f = — — — v (t) п. с(2л dt (3) 2л

Aq) = — — N.

Таким образом, устройство позволяет выделить разностную частоту и оценить фазовый набег в интервале изменения входной частоты.

Однако в этом случае контроль ФЧХ возможен только в динамическом режиме, т. е. при изменении входной частоты, и, следовазп тельно, если на частоте оь с которой начинаются измерения, имеет место фазовый сдвиг рь то устройство не сможет его зарегистрировать. Измеренным значением фазового набега окажется Л =ср2 — (pi в интервале частот Ли=со — ю, в то время как фазоЗ5 вый сдвиг 1 (как и q>2) устройством не регистрируется. Поэтому фазочастотная характеристика окажется смещенной на величину <р . Устранить указанный недостаток можно, если дополнительно измерить начальный фазовый сдвиг rp, а результат в качестве начальных условий записать в реверси вный счетчик 8.

Существует большое количество способов измерения сдвига фаз на частоте 0)i.

Наиболее простым по реализации является

45 метод, использующий внутреннюю структуру первого умножителя 5 частоты фиг. 1. Сущность его состоит в том, что выделяют интервал времени т, соответствующий сдвигу фазы Ч, и заполняют его импульсами частоты nfl, где coi=2 fi — частота генерато5р ра 1, п — коэффициент умножения умножителя. Можно записать т=Т1М /и, где N — число импульсов частоты nfl, зафиксированных в счетчике за время т, Т вЂ” период следования частоты fi. Тогда фазовый сдвиг можно представить следующим соотноше55 нием yi=2 N /п. Сравнивая последнее выражение и выражение для Ау, можно заметить, что они совпадают с точностью до знака.

И нтегрируя последнее, получаем Ьлр =

2л

=: — — (1 й. поскольку 1f dt есть число о 4

15 фазовых переходов разностной частоты, которое равно количеству импульсов N, пришедши х с выхода логического частотного дискриминатора 7 и зафиксированных в реверсивном счетчике 8, запишем оконча2О тельно

1597784

Умножитель 5 частоты (см. фиг. 3) работает следующим образом.

Входная низкая частота fi поступает на триггер 15, который формирует импульс длительностью, равной периоду частоты

Срез этого импульса через дифференцирующую цепь 22 устанавливает делитель 1 частоты в «О». Импульсы высокой частоты, поступающие на делитель 1, переводят его в последующие состояния и на его выходе формируется импульс длительностью т=

=и/f xi, где и — коэффициент деления делителя частоты, 1« — частота управляемого генератора 21. Дискриминатор 16 периодов сравнивает частоты этих импульсов и, если f ° ®f и, то т Т (где Т вЂ” — 1/f ), и на выходах дискриминатора 6 появляются импульсы длительностью (т — Т ) (при

x)Ti — на одном выходе, а при т(Т вЂ” на другом). Эти импульсы воздействуют на интегратор блока 20 управления, осуществляющего подстройку управляемого генератора 21 так, чтобы оказалось т=Т . После того, как данное равенство выполняется с точностью, заданной при проектировании, дискриминатор 16 периода теряет чувствительность к разности т — Ti), и все управление завершается по фазовому каналу. Этот канал состоит из делителя 18 частоты с коэффициентом деления п/2 и знакового фазового детектора 19. На входы фазового детектора 19 поступают импульсы одинаковой (с заданной частотным каналом точностью) частотой: на один — входная, на другой — с выхода второго делителя 18 частоты. Знаковый фазовый детектор 19 определяет взаимное расположение фронтов импульсов, пришедших на его входы, вырабатывая на своем выходе уровень логической «1» или «О». Последнее зависит от того опережает или отстает фронт импульса с делителя 18 частоты по сравнению с фронтом внешнего импульса частотой f . Выходные импульсы знакового фазового детектора 19 управляют блоком 20, который воздействует на управляемый генератор 21, так, чтобы на выходе фазового детектора 19 чередовались «О» и «1». Такое состояние говорит о том, что колебания блоков 21 и 18 когерентны (синфазны) входному (с частотой fi).

Фронт импульса на выходе усилителяограничителя 4 формируется позже, чем на выходе усилителя-ограничителя 3 за счет запаздывания в объекте 2 контроля. 3а промежуток времейи между этими фронтами в счетчике второго делителя 18 частоты умножителя 5 успеет накопиться некоторое количество импульсов, которое пропорционально фазовому сдвигу на заданной частоте измерения аь После прихода фронта импульса с усилителя-ограничителя 4 состояние счетчика второго делителя 18 частоты блока 5 по сигналу блока 11 начальной установки переносится в реверсивный счетI

40 циент умножения умножителя.

Формула изобретения

Устройство для измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержа45 щее перестраиваемый по частоте генератор стандартных сигналов, выход которого подключен к входу первого усилителя-ограничителя и первой клемме для подключения измеряемого четырехполюсника, вторая клемма для подключения измеряемого четырех50 полюсника подключена к входу второго усилителя-ограничителя, выходы усилителеиограничителей подключены к входам первого и второго умножителей частоты соответственно, выходы которых подключены к входам частотного дискриминатора, выходы ко55 торого подключены к счетным входам реверсивного счетчика, информационные выходы которого подключены к цифровому индикатору, а также блок начальной установки, 20

35 чик 8. Синхронизация устройства осуществляется с помощью блока 9 синхронизации.

После включения устройства и установки начальной частоты измерения ю нажимают кнопку блока 11 начальной установки и третий триггер 14 блока 9 синхронизации (фиг. 2) переходит в состояние «1», подготавливая к переходу в «1» триггер 13 того же блока. В силу когерентности колебаний на выходе и входе умножителей с приходом фронта каждого импульса частоты ji второй делитель 18 частоты устанавливается в «О».

К моменту формирования фронта с выхода усилителя-ограничителя 4 во втором делителе 18 частоты записан код, пропорциональный начальному фазовому сдвигу. Фронт импульса с выхода усилителя-ограничителя

4 устанавливает триггер 13 в «1», триггер

14 — в «О» (фиг. 2). При этом первый триггер 12 подготавливается к переходу в состояние «1», и фронтом очередного импульса частоты f . умножителя 5 (это говорит о том,. что во втором делителе 18 частоты уже записан последний импульс, и счетчик находится в состоянии, когда возможен съем информации). Триггер 12 устанавливается в «1» с одновременной записью в блок 8 кода, накопленного в этот момент во втором делителе 18 частоты умножителя 5.,Любые последующие импульсы умножителя 5, усилителя-ограничителя 4 переведут схему синхронизации в исходное состояние.

Предлагаемое устройство позволяет измерять начальное значение фазового сдвига на частоте о, с которой начинается измерение фазочастотной характеристики объекта контроля. Это улучшает свойства измерителя, устраняя ошибку, связанную с неопределенностью начальной фазы.

Предел измерения начальной фазы лежит в диапазоне Π— 2т с точностью, определенной соотношением 2л/п, где п — коэффиI 597784

С ды/ОЖ7 ум носит

ЕрСи5нЫй

5uz3

Составитель Н. Михалев

Редактор С. Патрушева Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай

Заказ 3052 Тираж 555 Подписное!

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москв а, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

11роизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок синхронизации, выход которого подключен к входу начальной установки реверсивного счетчика, первый, второй и третий входы блока синхронизации подключены соответC Выхода лителячитая 4 с длокп»

ЦПЛЬНОУ

yokra v ственно к выходам первого умножителя частоты, второго усилителя-ограничителя и блока начальной установки, а информационные входы реверсивного счетчика подключены к информационным выходам первого умножителя частоты.