Автоматический измеритель параметров радиотехнических элементов и устройств

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения центральной частоты, полосы пропускания и/или добротности радиотехнических элементов и устройств, а также для измерения емкости, индуктивности, тангенса угла потерь и др. параметров. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений. Устройство содержит линейно управляемый по частоте генератор 1, частотный модулятор 2, управляемый аттенюатор 3, клеммы 4 для подключения исследуемых радиотехнических элементов или устройств 5, амплитудный демодулятор 6, блок 7 формирования нормированной характеристики второй производной, времяамплитудный преобразователь 8, синхронные демодуляторы 9 и 10. вычислительный блок 11, компаратор 15, элементы ИЛИ 20 и 21, RS-тригтеры 22 и 23, индикаторный блок 24, генератор 25 запускающих импульсов и дифференцирующий блок 26. Введение блока 12 формирования нормированной характеристики первой производной, делителя 13 частоты, управляемого усилителя 14, компараторов 16 и 17, источника 18 опорного напряжения и элемента И 19 позволяет получить информацию об интервалах времени , в пределах которых находятся истинные координаты точек перехода через нуль характеристики второй производной, являющиеся источником достоверной информации об искомых параметрах. 1 табл., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4193483/21 (22) 11.02.87 (46) 30.09.91. Бюл. № 36 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.Л.Свирид (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1071972, кл. 6 01 R 27/26, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1594447, кл. G 01 Я 27/26, 10.11.86. (54)АВТОМАТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПА-

РАМЕТРОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЭЛЕ-МЕНТОВ И УСТРОЙСТВ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения центральной частоты, полосы пропускания и/или добротности радиотехнических элементов и устройств, а также для измерения емкости, индуктивности, тангенса угла потерь и др, параметров. Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерений. Устройство содержит линейно управляемый по частоте генератор

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть испольэовно при построении устройств для измерения параметров радиотехнических элементов.

Цель изобретения — расширение диапазона величин измеряемых параметров.

На фиг, 1 представлена блок-схема автоматического измерителя параметров радиотехнических элементов; на фиг. 2— диаграммы, поясняющие принцип работы измерителя.

„„Я „„1б81278 А1

1, частотный модулятор 2, управляемый аттенюатор 3, клеммы 4 для подключения исследуемых радиотехнических элементов или устройств 5, амплитудный демодулятор

6, блок 7 формирования нормированной характеристики второй производной, времяамплитудный преобразователь 8, синхронные демодуляторы 9 и 10. вычислительный блок 11, компаратор 15, элементы

ИЛИ 20 и 21, RS-триггеры 22 и 23, индикаторный блок 24, генератор 25 запускающих импульсов и дифференцирующий блок 26.

Введение блока 12 формирования нормированной характеристики первой производной, делителя 13 частоты, управляемого усилителя

14, компараторов 16 и 17, источника 18 опорного напряжения и элемента И 19 позволяет получить информацию об интервалах времени, в пределах которых находятся истинные координаты точек перехода через нуль ха рактеристики второй производной, являющиеся источником достоверной информации об искомых параметрах. 1 табл., 2 ил.

Автоматический измеритель параметров радиотехнических элементов и устройств содержит линейно управляемый по частоте генератор 1, частотный модулятор 2, управляемый аттенюатор 3, клеммы 4 для подключения обьекта 5 измерения, амплитуд.ный демодулятор 6 и блок 7 формирования нормированной характеристики второй производной, которые образуют подсистему формирования измерительной информации.

Времяамлитудный преобразователь 8, первый и второй синхронные демодуляторы

1681278

9 и 10 и вычислительный блок 11 образуют подсистему обработки и преобразования измерительной информации.

Формирование управляющих сигналов производится с помощью подсистемы управления, в состав которой входят блок 12 формирования нормированной характеристики первой производной с делителем 13 частоты на два, управляемый усилитель 14, первый, второй и третий компараторы 15, 16 и 17, источник 18 опорного напряжения, элемент 19 И, первый и второй элементы

ИЛИ 20 и 21, а также первый и второй RSтриггеры 22 и 23.

Индикаторный блок 24 позволяет по заданной программе автоматически распределять последовательно во времени измерительную информацию, осуществлять измерение и индикацию искомых параметров и вырабатывать сигналы для автоматического или ручного управления измерителем в целом.

Синхронизация работы всех функциональных блоков и подсистем автоматического измерителя осуществляется генератором 25 запускающих импульсов и дифференцирующвее блоком 26.

В ремяамплитудный преобразователь 8, линейно управляемый по частоте генератор

1, частотный модулятор 2, упрввлявмый аттенюатор 3 и одна из клемм 4 для подлкю чения исследуемых радиотехнических элементов и устройств 5(объект) соединены последовательно. Вторая клемма соединена с общей шиной измерителя, а третья клемма через амплитудный демодулятор 6

ФН нормированной характеристики второй производной, первый выход которого соединен с одним из входов первого ков паратора 15. Второй вход первого комааратера

15 соединен с общей шиной измерителя.

Информационные входы nepeoro 9 и второго 10 синхронных демодуляторов соединены с выходами времяамплитудного преобразователя 8, а их управляющие входы соединены с прямыми выходами соответственно первого 22 и второго 23

RS-триггеров, R-входы которых соединены с выходами соответственно первого 20 и второго 21 элементов ИЛИ, à S-входы череэдифференцирующий блок 26 — с выходом генератора 25 запускающих импульсов, вход которого соединен с выходом индикаторного блока 24. Выходы первого 9 и второго 10 синхронных демодуляторов соединены с соответствующими входами вычислительного блока 11, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами индикаторного блока 24.

Вход времяамплитудного преобразователя 8 соединен с прямым выходом второго

RS-триггера 23, а модуляционный вход частотного модулятора 2 и управляющий вход

5 управляемого аттенюатора 3 соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной, установочный вход которого и первые входы

10 первого 20 и второго 21 элементов ИЛИ совместно с установочными входами первого 9 и второго 10 синхронных демодуляторов и индикаторного блока 24 соединены с

° ыходом генератора 25 запускающих им15 пульсов.

Информационный вход и первый и второй управляющие входы блока 12 формирования нормированной характеристики первой производной соединены соответст20 венно с первым, вотрым и третьим дополнительными выходами блока 7 формированиия нормированной характеристики второй производной, четвертый дополнительный выход которого соединен с

25 входом делителя 13 частоты. Третий и четвертый управляющ е входы блока 12 фор аероаанее нормированной характеристики первой щюмзводиой соединены с соответствУк яФаюй выходами делителя 13 частоты, ЗО а выход блока 12 соединен через управляемый усилитель 14 с одним из входов третьего компаратора 17, второй вход которого соадаиан с выходом источника 18 опорного нащи1жэнмя.

35 Выход третьего компаратора 17 соединен со стробирующим входом первого компаратора 15 и одним из входов элемента

ИЛИ 19, выход которого соединен со стробирующим входом второго компаратора 16, 40 управляющий вход управляемого усилителя

14 соединен с прямым выходом первого RSтриггера 22, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И 19, Второй вход первого элемента ИЛИ 20

45 Соединен с выходом первого компаратора

15, а второй вход второго элемента ИЛИ 21 и управляющий вход индикаторного блока

24 соединены с выходом второго компаратора 16, один иэ входов которого соединен

50 с общей шиной измерителя, а второй — с первым выходом блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной.

Масштабный коэффициент передачи

55 вычислительного блока 11, удовлетворяю-, щий требованиям непосредственного.отсчета полосы пропускания исследуемых радиотехнических элементов и устройств на произвольном уровне (П ), можно on ределить на основании соотношения

1681278

10 о fz+ f1

П1 (2) + Ог -U1

f1 +fz fZ — f1 1 +

My-— —, (1)

Ïy. где fly полоса пропускания исследуемых элементов и устройств на уровне )Ъ, соответствующем координатам точек перехода через нуль характеристики второй производной.

Частоты f1 и fz, соответствующие данным координатам, позволяют определить полосу пропускания на уровне yÚ:

В таблице приведены необходимые исходные и расчетные данные для наиболее распространенных типов радиотехнических элементов и устройств, в соответствии с которыми можно найти требуемые значения масштабного коэффициента М у (1) при конкретных условиях измерений. В этой таблице использованы следующие обозначения:

К и Ко — коэффициенты передачи исследуемых элементов и устройств на текущей f u центральной (резонансной) fo частотах соответственно; ф — текущая обобщенная расстройка, отсчитываемая от частоты 4;

П1 — полоса пропускания одиночного резонансного контура на уровне y = 0,707; n— число усилительных каскадов в исследуемом устройстве; @ — обобщенная расстройка контура относительно fo, определяющая форму амплитудно-частотной характеристики пары каскадов; о р критическое значение обобщенной расстройки контуров относительно частоты fo, Др = 1 — критическое значение параметра связи между контурами.

Полоса пропускания на произвольном уровне исследуемых радиотехнических элементов и устройств, выраженная через частоты f1 и тг (2) и соответствующие им напряжения U1 и Ог, имеет вид:

Ily = My(fz f1) = My К.(Uz U1), (3) где Кл — коэффициент преобразования напряжения в частоту. линейно управляемого по частоте генератора 1, Гц/В.

Центральная (резонансная) частота исследуемых элементов и устройств описывается выражением

=к. (ui+ ). (4) 20

Искомая добротность исследуемых узкополосных элементов и устройств (резонансных контуров, полосовых активных фильтров), имеющих форму амплитудно-частотных характеристик в виде резонансных кривых с одним максимумом, определяется на основании соотношений (3) и (4) при

Mo,тот =т2:

Автоматический измерител ь па раметров радиотехнических элементов работает следующим образом, Все подсистемы и функциональные блоки автоматического измерителя (фиг. 1) с помощью генератора 25 запускающих импульсов приводятся в исходное состояние при подключенном к клеммам 4 исследуемом радиотехническом элементе или устройстве 5, представленном в виде четырехполюсника, вход которого соединяется с первой клеммой, общая шина — с второй клеммой, а выход — с третьей клеммой. Запускающий импульс (фиг. 2, а) генератора 25, поступая через первый 20 и второй 21 элементы ИЛИ íà R-входы первого 22 и второго 23 RS-триггеров, своим передним фронтом устанавливает последние в исходные состояния с образованием нулевых потенциалов на их прямых выходах, что переводит в режим хранения информации первый 9 и второй 10 синхронные демодуляторы. Этот импульс, поступая непосредственно на установочный вход индикаторного блока 24, своим передним фронтом устанавливает последний в исходное состояние с образованием на его цифровом табло нулевых показаний.

Одновременно запускающий импульс (фиг. 2, a), воздействуя на протяжении своей длительности на установочные входы блока

7 формирования нормированной характеристики второй производной, первого 9 и второго 10 синхронных демодуляторов, переводит данные функциональные блоки в режим разряда собственных емкостных эле.ментов памяти независимо от наличия в них информации (как правило, в первоначальный момент. времени она отсутствует).

Времяамплитудный преобразователь 8, реализующий функцию линейного преобразователя импульсных сигналов в пилообразные, выполнен на основе аналогового

1681278 интегратора со сбросом, и его разрядный ключ управляется анализируемым импульсным сигналом, получаемым на прямом выходе второго RS-триггера 23, поэтому он не нуждается в стирании информации извне. В связи с тем, -что в данный момент времени на прямом выходе второго RS-триггера 23 потенциал отсутствует, времяамплитудный преобразователь 8 находится в режиме самораэряда.

В результате разряда емкостных элементов памяти блок 7 формирования нормированной характеристики второй производной приобретает максимальный коэффициент передачи-, а времяамплитудный преобразователь 8, первый 9 и второй

10 синхронные демодуляторы — нулевой уровень выходных напряжений. Образуемое при этом напряжение на третьем выходе блока 7, воздействуя на управляющий вход, переводит управляемый аттенюатор 3 в режим максимального коэффициента передачи.

Нулевой потенциал, получаемый на выходе времяамплитудного преобразователя 8, воздействует на линейно управляемый по частоте генератор 1 и смещает его частоту в область нижней границы частотного диапазона работы автоматического измерителя, которая определяется схемотехническими решениями генератора 1.

Напряжение несущей линейно управляемого по частоте генератора 1, взаимодействуя в частотном модуляторе 2 с синусоидальным напряжением, поступающим на модуляционный вход с BTopolo Выхода блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной, приобретает частотную модуляцию с малой девиацией и воздействует на управляемый аттенюатор 3, который, реализуя максимальный коэффициент передачи (на его управляющем входе действует соответствующее напряжение с третьего выхода блока 7), передает этот сигнал посредством клемм 4 на вход исследуемого радиотехнического элемента или устройства 5 и таким образом, подготавливает к работе подсистему формирования измерительной информации.

Исследуемый радиотехнический элемент или устройство 5, обладая собственной центральной частотой, как правило, отличной от исходной частоты несущей линейно управляемого по частоте генератора

1, не прпускает частотно-модулированный испытательный сигнал на свой выход и, следовательно, не образует полезной информации на выходе амплитудного демодулятора 6, В результате на информа5

55 ционном входе блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной сигнал отсутствует и это способствует сохранению максимальных коэффициентов передачи как блока 7, так и управляемого аттенюатора 3 в течение некоторого интервала времени, даже после. окончания действия запускающего импульса (фиг. 2, а), В рассматриваемой ситуации сигнал на первом выходе блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной отсутствует также и потому, что выполняемые в данном блоке функции пока реализуются не в полном обьеме. Блок 7 производит операцию быстрого нормирования характеристик (до наступления первого перехода через нуль второй производной), вырабатывает синусоидальное модулирую- щее напряжение для подсистемы формирования измерительной информации (операция частотной модуляции с малой девиацией реализуется путем подачи сигнала с второго выхода блока 7 на модуляционный вход частотного модулятора 2) и осуществляет синхронную селекцию второй гармонической составляющей этого моделирующего сигнала независимо от его фазы (вторая гармоническая образуется в результате взаимодействия частотно-модулированного испытательного сигнала в исследуемом элементе или устройстве и амплитудном демодуляторе 6) с последующей операцией инвертирования и фазочувствительной демодуляции, восстанавливающей утраченную ранее фазовую компоненту второй

° гармонической составляющей модулирующего сигнала, пропорциональной второй производной от амплитудно-частотной характеристики.

В блоке 12 формирования нормированной характеристики первой производной в отличие от блока 7 осуществляется только операция синхронной селекции первой гармонической составляющей модулирующего сигнала независимо от его фазы (первая гармоническая составляющая образуется по аналогии со второй на выходе амплитудного демодулятора 6) с последующей операцией фазочувствительной демодуляции, В результате последней операции образуется сигнал нормальной полярности, пропорциональный первой производной от амплитудно-частотной характеристики объекта 5 измерения.

Операция нормирования характеристики первой производной производится в блоке 7 формирования нормированной характеристики второй производной по аналогии с операцией нормирования амп1681278

10 выхода блока 12 к первому дополнительно- . му выходу блока 7. 5

20

Вследствие отсутствия в рассматривае- 30

40 литудно-частотной характеристики в устройстве благодаря именно подключению, как было отмечено выше, информационного

Операции нормирования напрямую подвергается лишь характеристика второй производной путем обеспечения сквозного коэффициента передачи всей подсистемы формирования измерительной информа-. ции, не зависящего от величины добротности объекта 5 измерения. Операция нормировния амплитудно-частотной характеристики и характеристики первой производной в данном случае осуществляется косвенно благодаря реализации характеристики управления управляемого аттенюатора 3 с постоянным угловым коэффициентом и равным угловым коэффициентам последовательно соединенных двух идентичных регулирующих блоков подсистемы нормирования блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной, так как при этом распределение коэффициента передачи между всеми блоками, участвующими в регулировании сквозного коэффициента передачи подсистемы формирования измерительной информации, происходит равномерно. мый интервал времени сигналов на информационном входе блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной отсутствуют также сигналы и на его первом основном и первом дополнительном выходах несмотря на то, что коэффициенты данного блока и управляемого аттенюатора 3 остаются максимальными.

Это определяет отсутствие сигналов на выходах блока 12 формирования нормированной характеристики первой производной и управляемого усилителя 14 (последний под влиянием нулевого потенциала с прямого выхода первого RS-триггера 22 в данный момент времени формируют коэффициент передачи -К). При этом третий компаратор

17 под действием только опорного напряжения источника 18 формирует на своем выходе также нулевой потенциал, который, поступая непосредственно на стробирующий вход первого компаратора 15 и первый вход элемента И 19, исключает возможность работы первого 15 и второго 16 компараторов несмотря на присутствие единичного потенциала с инверсного выхода первого

RS-триггера 22 на втором входе элемента И

19. Находясь в нерабочем состоянии, первый 15 и второй 16 компараторы 15 и 16 не влияют на состояние первого 22 и второго

23 Rs-триггеров, а также индикаторного

55 блока 24 даже в том случае, если на их входах имеется информация.

По окончании переходных процессов в рассматриваемых подсистемах и функциональных блоках и по истечении длительности запускающего импульса (фиг. 2, а) блок

7формирования нормированной характеристики второй производной, первый 9 и второй 10 синхронные демодуляторы, возвращаясь в исходное состояние, разры- вают соответствующие цепи разряда емкостных элементов памяти и подготавливаются к приему информации.

Одновременно с этим в момент окончания действия запускающего импульса (фиг. 2, а) на выходе дифференцирующего блока 26. формируется остроконечный импульс (фиг.

2, б), который приводит в действие подсистему управления и другие функциональные блоки измерителя.

Полученный импульс (фиг. 2, б}, воздействуя на S-входы, опрокидывает первый 22 и 23 RS-триггеры с образованием на их прямых выходах единичных потенциалов (фиг.

2, в и г соответственно), а на инверсных— нулевых. Нулевой потенциал, полученный на инверсном выходе первого RS-триггера

22, исключает возможность появления. каких-либо сигналов на выходе элемента 19 И и, следовательно, на стробирующем входе второго компаратора 16. Появление указанных единичных сигналов открывает для приема информации первый 9 и второй 10 синхронные демодуляторы и тем самым подготавливает к работе подсистему обработки и преобразования информации, а также переводит управляемый усилитель 14 в режим формирования коэффициента передачи+К, т.е. беэ сдвига фазы между входным и выходным напряжениями, и начинает преобразование импульсного сигнала (фиг. 2, r) с прямого выхода второго RS-триггера 23 во времяамплитудном преобразователе S, на выходе которого возникает линейно нарастающее напряжение (фиг. 2, д). Это напряжение воздействует на информационные входы первого 9 и второго 10 синхронных демодуляторов и вход линейно управляемого по частоте генератора 1. .По мере возрастания линейно нарастающего напряжения (фиг, 2, д) и, следовательно, увеличения частоты несущей линейно управляемого по частоте генератор

1, а также образования частотно-модулированного испытательного сигнала в частотном модуляторе 2 и беспрепятственной его передачи через управляемый аттенюатор 3 на вход объекта 5 измерения, подключенного к клеммам 4, приступает к работе подсистема формирования измерительной

1681278

12 информации, При приближении частоты несущей частотно-модулированного испытательного сигнала к полосе пропускания исследуемого элемента или устройства 5 на его выходе появляется сложный изменяющийся ао времени по амплитуде в соответствии с формой амплитудно-частотной характеристики частотно-модулированный сигнал, Этот сигнал, взаимодействуя в амплитудном демодуляторе 6, образует постоянную составляющую и ряд гармонических составляющих модулирующего сигнала, в том числе первую и вторую, пропорциональные соответственно первой и второй производны м от амплитудно-частотной характеристики, которые беспрепятственно передаются с основного выхода демодулятора 6 на вход блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной. Постоянную составляющую, пропорциональную амплитудно-частотной характеристике объекта 5 измерения, можно наблюдать на дополнительном выходе амплитудного демодулятора 6 (этот выход на блок-схеме измерителя не показан).

Блок 7 формирования нормированной характеристики второй производной передает с максимальным усилением полный по спектральному составу сигнал на свой первый дополнительный выход и далее на информационный вход блока 12 формирования нормированной характеристики первой производной, а также осуществляя синхронную фазонечувствительную селекцию только второй гармонической составляющей, образует синусоидальный сигнал в виде отфильтрованной копии второй гармонической с сохранением ее фазовых соотношений, который затем, подвергаясь операции синхронной фазочувствительной демодуляции, преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное второй производной от амплитудно-частотной характеристики. Аналогичная операция синхронной фазонечувствительной селекции первой гармонической составляющей с последующей синхронной фазочувствительной демодуляцией происходит и в блоке 12 формирования нормированной характеристики первой производной под действием квадратурных импульсных сигнеюв, получаемых. а блоке 7 формирования нормированной характеристики второй производной и делителе 13 частоты и передаваемых на его управляющие входы.

Получаемое постоянное напряжение, пропорциональное второй производной, приводит а действие блок 7 по выполнению операции нормирования характеристик, при этом коэффициент передачи управляемого аттенюатора 3 и блока 7 изменяется таким образом, чтобы в установившемся режиме максимальный уровень сигнала, пропорциональный характеристике второй

5 производной, устанавливался независимо от величины параметров обьекта 5 вблизи значения опорного напряжения 00 (фиг. 2, II з), задаваемого внутри блока 7.

В результате выполнения операции

10 нормирования получаемый на первом выходе блока 7 сигнал может совершать колебательный процесс (фиг. 2 э) вблизи уровня опорного напряжения Uo, который, не выходя эа границу допуска, заканчивается, как

15 правило, не позднее момента времени с, I когда характеристика второй производной достигает первой экстремальной точки (максимума). В соответствии с этим процессом происходит изменение уровней сигналов, 20 пропорцональных амплитудно-частотной характеристике (фиг. 2, е) и характеристике первой производной (фиг, 2, ж). Данные сигналы можно наблюдать соответственно на дополнительном выходе амплитудного де25 модулятора 6 и выходе блока 12 формирования нормированной характеристики производной, а при необходимости и на первом дополнительном выходе блока 7.

С момента времени (фиг. 2, з) блок 7 в

»

30 целом (по всем выходам, включая и первый дополнительный выход) и, следовательно, управляемый аттенюатор 3 переходят в режим фиксированного коэффициента передачи, и в дальнейшем амплитудно-частотная характе35 ристика и характеристики первой и второй производных приобретают нормированный вид (полный вид указанных нормированных л» р»» характеристик 0, U» и и показан на фиг, 2 е, ж, з штриховыми линиями, а спустя время

40 t — сплошными линиями, составляющими

I продолжение кривых переходного процесса нормирования).

Образуемый на первом выходе блока 7 сигнал (фиг. 2, з), пропорциональный норми45 рованной характеристике второй производной, поступает на инверсный вход первого компаратора 15 и на прямом вход второго компаратора 16. В свою очередь, сигнал, получаемый на выходе блока 12 формирова50 ния нормированной характеристики первой производной после усиления без изменения фазы в управляемом усилителе 14, воздействует на прямой вход третьего компаратора 17 и непрерывно сравнивается

»

55 в нем с опорным напряжением U< источни-. ка 18. При достижении этим сигналом точки

1 нормированной характеристики первой производной, соответствующей уровню опорного напряжения U> (фиг. 2, ж), третий

» компаратор 17 срабатывает, актиаизируя

1б81278

14 работу подсистемы управления и формируя на своем выходе перепад напряжения положительйой полярности, который впоследствии превращается в прямоугольный импульс (фиг, 2, и) с длительностью, равной времени пребывания первой производной на выходе управляемого усилителя 14 выше уровня опорного напряжения 4 (фиг, 2, ж).

Уровень опорного напряжения Uo uc-! точника 18 выбирают исходя из компромис- 10 сных соображений. С одной стороны, он должен быть несколько ниже самых максимальных по модулю значений первой производной, образуемых, как правило, на скатах амплитудно-частотной характеристики исс- 15 ледуемых радиотехнических элементов или устройств 5. С другой стороны, он должен быть несколько выше максимальных по модулю значений первой производной, возможно, образуемых внутри полосы 20 пропускания обьекта измерения при многогорбой амплитудно-частотной характеристике, например, такой, которая изображена на фиг, 2, е. Возможность тако го выбора существует всегда, так как крутиз- 25 на скатов амплитудно-частотной характеристики, как правило, выше крутизны неравномерности в полосе пропускания исследуемых радиотехнических элементов . или устройств. В противном случае опреде- 30 ление параметров любыми методами, в том числе и используемым в предлагаемом измерителе, становится проблематичным.

Для таких неординарных характеристик необходимо проводить дополнительные исс- 35 ледования и решать вопрос о правомерности использования тех или иных методов оценки искомых параметров.

Получаемый импульс (фиг. 2, и) на выходе третьего компаратора 17 непосредствен- 40 но передается на стробирующий вход первого компаратора 15, подготавливая его к работе, и не проходит на стробирующий вход второго компаратора 16 в виду присутствия в данный момент запрещающего сиг- 45 нала на втором входе элемента И 19.

Первый компаратор 15, получивший разрешение на выполнение операции сравнения и воспринимающий, возможно, еще не полностью установившееся значение нормиро- 50 ванной характеристики второй производной, так как стробирующий импульс (фиг, 2, и) образовался несколько раньше момента времени t (фиг. 2, з), пока

I не формирует на своем выходе импульса. И 55 только в момент времени t1(фиг. 2, з), когда первая производная (фиг. 2, ж) достигает своего максимального значения, а вторая производная переходит через нулевое значение, этот коыпаратор срабатывает. формируя на своем выхОде положительный перепад напряжения (фиг. 2, к).

Перепад напряжений (фиг, 2, к) положительной полярности, получаемый на выходе первого компаратора 15, поступая через первый элемент ИЛИ 20 Hà R-вход, возвращает в исходное состояние первый RS-триггер 22 с образованием на его инверсном выходе единичного потенциала, а на прямом выходе нулевого потенциала (фиг. 2, в), переводящего первый синхронный демоду лятор 9 в режим хранения информации, а управляемый усилитель 14 в режим инверсии фазы с коэффициентом передачи -К. При этом полярность напряжения, пропорционального первой производной, на выходе. управляемого усилителя 14 изменяется на отрицательную и третий компаратор 17 прекращает формирование первого стробирущего импульса (показан на фиг. 2, и, сплошной линией). Если бы указанной инверсии фазы не происходило, то третий компаратор 17 сформировал бы более длительный стробирующий импульс, заканчивающийся в точке 2 характеристики первой производной, соответствующей уровню опорного напряжения Uo (фиг, 2, ж). ОтмеI ченное приращение,стробирующего импульса показано на фиг. 2, и, штриховой линией.

В результате переключения перепад напряжения, едва появившись на выходе первого компаратора 15, исчезает, заканчивая формирование импульса (фиг. 2, к) весьма малой длительности (e сравнении с относительно медленным процессом формирования частотно-модулированного испытательного сигнала с большой девиацией), которая определяется временем распространения информации в рассматриваемых функциональных блоках.

К рассматриваемому моменту времени т (фиг. 2, 3) в первом синхронном демодуляторе 9, а также и во втором синхронном демодуляторе 10 накопилась информация в виде напряжения 01(фиг. 2, д), которая все это время поступала на их информационные входы с выхода времяамплитудного преобразователя 8. Выходное напряжение (фиг. 2, д) времяамплитудного преобразователя 8, продолжая нарастать, активизирует работу подсистемы обработки и преобразования .измерительной информации и вызывает увеличение напряжения на выходе второго .асинхронного демодулятора 10, которое совместно с напряжением 01(фиг. 2, д), хранимым в первом синхронном демодуляторе 9, подвергается непрерывному преобразованию в соответствии с выражениями (3)-(5) в вычислительном блоке 11.

1681278

15

25

50

При этом разностное напряжение, получаемое в соответствии с соотношением (3), после масштабного преобразования с коэффициентом Му передается на один из входов индикаторного блока 24. Это же разностное напряжение в соответствии с выражением (4) ослабляется в два раза и суммируется с напряжением U>, хранимым в первом синхронном демодуляторе 9, Результат данного преобразователя воздействует на соответствующий вход индикаторного блока 24 и подвергается внутри вычислительного блока 11 операции деления в соответствии с уравнением (5) на разностное напряжение с масштабным коэффициентом Mo,тот = У2 и передается на следующий вход индикаторного блока 24.

Описанный процесс в подсистеме обработки и преобразования измерительной информации продолжаешься до тех пор, пока напряжение на выходе управляемого усилителя 14 не преодолеет уровень опорного напряжения 0о (фиг. 2, ж) источника 18, а

1 напряжение на первом выходе блока 7 не достигнет требуемой точки перехода через нуль нормированной характеристики второй производной (момента времени tz, показанного на фиг. 2, з).

Если амплитудно-частотная характеристика исследуемых радиотехнических эле, ментов или устройств 5 имеет вид многогорбой кривой, например, такой, которая показана на фиг. 2, е, То нормированные характеристики первой и второй производных (фиг. 2, ж, з) могут иметь ряд экстрее мальных точек и переходить через нуль несколько раэ. В случае идеально плоской вершины исследуемых амплитудно-частотных характеристик нормированные характеристики первой и второй производных дополнительных экстремальных точек и точек перехода через нуль не имеют. Независимо от этого благодаря рацирнальному выбору опорного напряжения 00, как было отмечено выше, удается отыскать требуемую вторую координату перехода через нуль нормированной характеристики второй производной при практически произвольной форме амплитудно-частотных характеристиках исследуемых радиотехнических элементов или устройств 5.

При достижении выходным напряжением управляемого усилителя 14 уровня опорного напряжения U (точка 3), что соответствует точке 3 на нормированной характеристике первой производной (фиг. 2, ж), вторично срабатывает третий компаратор 17, формируя на своем выходе положительный перепад напряжения, который затем превращается, как отмечалось выше, в положительный импульс (фиг. 2, и), аналогичный первому.

Получаемый второй импульс (фиг. 2, и) на выходе третьего компаратора 17 вторично поступает на стробирующий вход первого компаратора 15 и беспрепятственно проходит через подготовленный для передачи информации элемент И 19 на стробирующий вход второго компаратора 16.

Присутствующее при этом отрицательное напряжение, соответствующее нормированной характеристике второй производ- ной; на инверсном входе первого компаратора 15 и прямом входе второго компаратора 16, вызывает срабатывание только лишь первого компаратора 15 с образованием на его выходе второго положительного импульса (фиг, 2, к), который, вторично воздействуя через первый элемент ИЛИ 20 íà R-вход, не вызывает изменения состояния первого RS-триггера 22.

Второй компаратор 16 срабатывает с образованием положительного перепада (фиг, 2, л) на своем выходе несколько позже, в момент времени tz (фиг. 2, з), когда нормированная характеристика второй производной переходит через нуль. В это же время первый компаратор 15 возвращается в исходное состояние, заканчивая тем самым формирование второго импульса (фиг. 2, к) на своем выходе.

Получаемый перепад напряжения (фиг.

2, л) на выходе второго компаратора 16, поступая непосредственно на управляющий вход индикаторного блока 24 и через второй элемент 21 ИЛИ на R-вход второго RS-триггера 23, запускает в работу индикаторный блок 24 и возвращает в исходное состояние

RS-триггер 23 с образованием на его прямом выходе нулевого потенциала (фиг. 2, r),. вызывающего перевод второго синхронного демодулятора 10 в режим хранения накопленной информации, а времяамплитудного преобразователя 8 в режим саморазряда собственного накопительного элемента интегратора.

К моменту времени tz (фиг. 2, з) во втором синхронном демодуляторе 10 накопилась информация в виде напряжения Uz (фиг. 2, д), в точности соответствующего искомой второй координате перехода через нуль характеристики второй производной.

Это напряжение совместно с напряжением

U>, хранимым в первом синхронномдемодуляторе 9 и в точности соответствующим первой искомой координате перехода через нуль нормированной характеристики второй производной, в результате вышеоли17

1681278 дикаторного блока 24 в соответствии с вы-, 10

25 кой, производит измерение поступающей 30

55 санного преобразоваия в подсистеме обработки и преобразования измерительной информации в соответствии с математическими соотношениями (3)-(5), создает на выходах вычислительного блока 11 достоверную информацию об искомых параметрах исследуемых радиотехнических элементов или устройств.

Полученная информация с помощью инбранной заранее программой его работы перераспределяется последовательно во времени, измеряется и индицируется. При этом в индикаторном блоке 24 в момнет поступления на его управляющий вход короткого импульса (фиг, 2, л) с выхода второго компаратора 16 формируется импульс (фиг.

2, м), определяющий общее время индикации (фиг. 2, б) искомых параметров, а также импульсы (фиг. 2, н), определяющие время индикации одного параметра, и короткие импульсы (фиг. 2, о) управления цифровым вольтметром, входящим в состав индикаторного блока 24. При поступлении первого короткого импульса (фиг. 2, о) на установочный вход цифрового вольтметра последний вторично сбрасывает свои нулевые показания и спустя некоторый интервал времени,. определяющийся собственной схемотехнина его информационный вход информации с последующей индикацией измеренной величины до тех пор, пока не образуется следующий управляющий импульс, Одновременно с процессами, протекающими в индикаторном блоке 24, в момент времени t2 (фиг. 2, з), когда времяамплитудный преобразователь 8 переходит в режим саморазряда собственного накопительного элемента, напряжение на его выходе начинает убывать по экапоненте (фиг. 2, д), что приводит к автоматическому снижению частоты несущей линейно управляемого по частоте генератора 1 и, следовательно, уменьшению напряжения на первом выходе блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной, которое только что достигло нулевого уровня (фиг. 2, з), В результате быстро происходящих данных процессов положительный перепад напряжения, едва появившийся на выходе второго компаратора 16, исчезает, заканчивая формирование импульса (фиг. 2, л) весьма малой длительности (в сравнении с интервалом времени t2 — Tt, соответствующим полосе пропускания Ilyo (ôèr. 2, е) исследуемых радиотехнических элементов или устройств нэ уровне yp), которая определяется временем распространения ин40

50 формации в рассматриваемых функциональных блоках.

Дальнейшее уменьшение частоты линейно управляемого по частоте генератора

1 в соответствии с убывающим по экспоненте к нулю напряжением (фиг. 2, д) времяамплитудного преобразователя 8 сопровождается изменением сигналов на выходах амплитудного демодулятора 6 и блока 12 формирования нормированной ха-рактеристики первой производной, а также первом выходе блока 7 формирования нормированной характеристики второй производнрй, форма которых с точностью до масштабного коэффициента, учитывающего скорость перестройки частоты несущей частотно-модулированного испытательного сигнала, представляет собой зеркальное отображение полученных ранее нормированных характеристик: амплитудно-частотной (фиг. 2, е), первой (фиг, 2; ж) и второй (фиг. 2, з) производных. Полный вид данных характеристик при обратном ходе частотномодулированного испытательного сигнала на фиг. 2, е, ж, з, не показан. Если бы напряжение на выходе времяамплитудного преобразователя 8 после момента времени tz (фиг. 2, з) продолжало линейно нарастать (штриховая линия, составляющая продолжение сплошной линии на фиг. 2, д), то форма указанных нормированных характеристик приобрела бы вид кривых, показанных соответственно на фиг. 2. е, ж, з, штриховыми линиями, составляющими п родолжение сплошн ых.

Быстрое изменение напряжения на. выходе блока 12 (с точки 4 до точки 5 на нормированной характеристике первой производной, показанной на фиг. 2,ж), соответствующее быстрому убыванию напряжения на выходе управляемого усилителя

14 до уровня опорного напряжения U< (точ1 ка 5 ), приводит к тому, что, практически сразу или спустя некоторое непродолжительное время после момента времени tz (фиг. 2, з) третий компарэтор 17, возвращаясь в исходное состояние, заканчивает формирование второго стробирующего импульса.(фиг, 2, и) на своем выходе. Если бы напряжение на выходе времяамплитудного преобразователя 8 продолжало нарастать по линейному закону, то длительность импульсов на выходах третьего и второго компараторов 17 и 16 возросла бы и определялась, как и прежде, временем пребывания нормированной характеристики первой производной (фиг. 2, ж) ниже уровня, обозначенного точками 3 и 6 или точками 3 и 6, судя по уровню напряжения на выхода управляемого усилителя 14 (увеличение дли19

1681278

20 тельности данных импульсов показано на фиг. 2, и, л штриховыми линиями). Однако это не сказывается на состоянии подсистемы управления и других функциональных блоков измерителя.

При приближении второй производной (фиг. 2, з) к своему экстремальному значению на участке характеристики выше нулевого значения. (самая максимальная точка) возможно срабатывание подсистемы нормирования блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной и осуществление описанной

Выше операции подстройки коэффициентов передачи блока 7 и управляемого аттенюатора 3, однако этот процесс не имеет никакого значения, так как происходит за . пределами интервала рабочего времени, когда подсистема формирования измерительной информации по существу возвращается в исходное состояние.

Следует отметить, что на временном интервале Т -Т>, соответствующем полосе пропускания П у (фиг. 2, е), в пределах которой вторая производная имеет ряд максимумов. срабатывание подсистемы нормирования не происходит эа счет выбора соответствующей постоянной времени функциональных блоков, входящих в состав подсистемы нормирования блока 7.

По истечении определенного интервала

Времени, когда выходное напряжение времяамплитудного преобразователя 8 и напряжение на первом выходе блока 7 формирования нормированной характеристики второй производной приближаются к нулевому зщначению, частота несущей линейно управляемого по частоте генератора

1 возвращается в область нижней границы частотного диапазона работы измерителя, а коэффициенты передачи блока 7 и управляемого аттенюатора 3 начинают постепенно увеличиваться по мере того, как происходит собственный разряд (в ожидании принудительного) элемента памяти подсистемы нормирования и изменение напряжения на третьем выходе блока 7 (на диаграммах, представленных на фиг. 2, этот процесс не отражен).

Процессы, протекающие в индикаторном блоке 24 в дальнейшем, сводятся к следующему. По истечении первого полупериода (фиг. 2, н), определяющего время индикации одного параметра, например центральной (резонансной) частоты 4, на табло индикаторного блока 24 в соответствии с предусмотренной программой его работы появляется информация о другом искомом параметре, например о полосе пропускания Пу (3) или добротности Q (5) при исследовании узкополосных радиотехнических элементов или устройств. При этом вырабатывается второй остроконечный импульс (фиг. 2, о), который снова приводит в.действие цифровой вольтметр индикаторного блока 24 по выполнению операций сброса предыдущих показаний и измерения подведенной информации с последующей ее индикацией.

Учитывая, что первый 9 и второй 10 синхронные демодуляторы не в состоянии сколь угодно долго хранить измерительную информацию,.индикаторный блок 24 целесообразно использовать преимущественно в автоматическом режиме работы. В связи с этим по истечении времени индикации тц(фиг, 2, б) двух измеряемых параметров, в момент начала формирования второго положительного перепада напряжения (фиг. 2, н), на выходе индикаторного блока 24 появляется короткий импул ьс (фиг. 2, и), который запускает в работу генератор 25 запускающих импульсов. Последний, формируя на своем выходе очередной (второй) прямоугольный импульс (фиг. 2, а), возвращает в исходное (нулевое) состояние все функциональные блоки и подсистемы автоматического измерителя в целом и индикаторный блок 24 в частности, и процессы в измерителе (фиг. 1) повторяются в описанной последовательности, производя измерение параметров следующего радиотехнического элемента или устройства или тех же элементов или устройств при других режимных условиях.

За время возвращения автоматического измерителя в исходное состояние тз и время измерения хи3я(фиг. 2, б) индикаторный блок 24 может быть перепрограммирован на измерение других параметров или на другую последовательность их представления, например только. одной центральной (резонансной) частоты fp, только полосы пропускания на произвольном уровне П у, только добротности 0 при исследовании узкополосных элементов или устройств или совместно центральной (резонансной) частоты и одного из тех параметров, который не измерялся в предвдущем цикле. При необходймости получения отсчета полосы пропускания на другом уровне уодновременно изменяют масштабный коэффициент

М у(1) вычислительного блока 11, Формула изобретения

Автоматический измеритель параметров радиотехнических элементов и уст1681278

22 ройств, содержащий индикаторный, вычислительный и дифференцирующий блоки, . два синхронных демодулятора, два RS-триггера, два элемента ИЛИ, генератор запускающих импульсов и последовательно соединенные времяамплитудный преобразователь, линейно управляемый по частоте генератор, частотный модулятор, управляемый аттенюатор, клеммы для подключения объекта измерения, амплитудный демодулятор, блок формирования нормированной характеристики второй производной и первый компаратор, второй вход которого соединен с общей шиной измерителя, при этом информационные входы первого и второго синхронных демодуляторов соединены с выходом времяамплитудного преобразователя, а их управляющие входы соединены с прямыми выходами соответственно первого и второго RS-триггеров, R-входы которых соединены с выходами соответственно перво го и второго элементов ИЛИ, à S-входы через дифференцирующий блок соединены с выходом генератора запускающих импуль сов, вход которого соединен с выходом индикаторного блока, выходы первого и второго синхронных демодуляторов соединены с соответствующими входами вычислительного блока. выходы которого соединены с соответствующими информационными входами индикаторного блока, вход времяамплитудного преобразователя соединен с прямым выходом второго RSтриггера, а модуляционный вход частотного модулятора и управляющий вход управляемого аттенюатора соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формирования нормированной характеристики второй производной, установочный вход которого и первые входы первого и второго элементов ИЛИ совместно с установочными входами первого и второго синхронных демодуляторов и индикаторного блока соединены с выходом генератора эапускающих импульсОв, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона величин измеряемых параметров, в него введены блок формирования нормированной характеристики первой производной, делитель частоты, управляемый усилитель, второй и третий компараторы, источник опорного напряжения и элемент И, причем информационный вход и первый и второй управляющие входы блока формирования нормированной характеристики первой производной соединены соответственно с первым, вторым и третьим дополнительными выходами блока формирования нормированной характеристики второй производной, четвертый дополнительныйвыход которого соединен с входом делителя частоты, третий и четвертый управляющие входы блока формирования нормированной характеристики первой производной соединены с соответствующими выходами делителя частоты, выход блока формирования нормированной характеристики первой производной через управляемый усилитель соединен с одним иэ входов третьего компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход третьего KoMfIBpBTopB coe HeH co стробирующим входом первого компаратора и одним из входов элемента И, выход которого соединен со стробирующим входом второго компаратора, управляющий вход управляемого усилителя соединен с прямым выходом первого RS-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора, а второй вход второго элемента ИЛИ и управляющий вход индикаторного блока соединены с выходом второго компаратора, один из входов которого соединен с общей шиной измерителя, а второй — с первым выходом блока формирования нормированной характеристики второй производной.

1681278

Ql+

Ы (.

Ф (я

o(h

I

cv I

l

1

1! I

Е I

1 «»О

»

Ц Ж 3 0 а1

ccI ccI cd « I и а а,Xc

0 A ccI И о

Х3,g ж I

O«P,д1

Х 0 E» O I

ЙЙ

Я 17» ccl Р»

m I P»

О ОЬ м«ос> о 3"

Ю Ц Э, 1;Й

1 0

1» >»И о о

Ж Р

С4

«л

0 Х ойдо

Ж 63 0 э о

)vox

I -

И

Е «О1. Цж О«Ц око ьомсьж о

ОcclсЕО О«Оа

И Ы Ж Ж 1» Ч.) М 0 И 1 С.)

1683278

16S127S ;О, У

О

У

О

0

0

Составитель В.Стукан

Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 3311 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Плтент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101