Устройство для измерения переходной и частотных характеристик электрических приборов

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения динамических характеристик электрических и электронных устройств. Устройство содержит источник испытательных сигналов, генератор опорного ступенчатого напряжения, блок регистрации, компаратор, семь элементов И, четыре элемента ИЛИ, элемент НЕ, широкополосную линию задержки, дискриминатор уровня, три триггера, счетчик, два элемента временной задержки, два формирователя одиночных импульсов и делитель числа сигналов. 1 ил.

Изобретение относится к средствам метрологических испытаний электрических и электронных устройств и предназначено для определения динамических характеристик этих устройств при использовании различных испытательных монотонно изменяющихся сигналов с одним максимумом.

Целью изобретения является расширение пределов измерений, использования для испытаний значений полного периода испытательного сигнала, а не части его.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства.

Оно содержит источник 1 испытательных сигналов, испытуемый прибор 2, широкополосную линию 3 задержки, блок 4 регистрации данных, вход 5 сигнала сброса, дискриминатор 6 уровня, элементы И 7 и 8, триггер 9, элементы ИЛИ 10-12, элемент И 13, счетчик 14, элементы 15 и 16 временной задержки, триггер 17, элементы И 18 и 19, формирователи 20 и 21 одиночных импульсов, элемент НЕ 22, компаратор 23, реверсивный генератор 24 опорного ступенчатого напряжения, содержащий опорный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25, реверсивный счетчик 26 и элементы И 27 и 28, элемент ИЛИ 29, делитель 30 числа сигналов, триггер 31, элемент И 32, выход 33 кода, выход 34 сигнала знака, вход 35 сигнала запуска, выход 36 сигнала конца испытаний.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства, в которое оно переключается по сигналу сброса, поступившему на вход 5, обнуляются блок 4 регистрации, счетчик 14 и делитель 30, выходной нулевой сигнал триггера 9 блокирует элементы И 7 и 8, один из выходных сигналов (нулевой) триггера 17 блокирует, например, элементы И 19 и 27, а элементы И 18 и 28 оказываются деблокированными, содержимое счетчика 26 становится равным 1, что приводит к появлению на выходе ЦАП 25, т.е. на выходе генератора 24 ступенчатого напряжения (ГСН), первый единичной ступени напряжения, причем счетчик 26 при деблокированном элементе И 28 переключается в режим прямого счета. Триггер 31 в исходном состоянии блокирует элемент И 32 и деблокирует элемент И 13. По сигналу запуска, поступившему на вход 35, переключается триггер 9 и деблокирует элементы И 7 и 8.

Периодически генерируемый испытательный сигнал сравнивается в компараторе 23 с установленным выходным уровнем напряжения ЦАП 25, при равенстве или неравенстве которых компаратор выдает соответствующие сигналы.

Для испытаний объектов используют образцовые моногармонические, например косинусоидальные, или импульсные типа дельта-функции периодически повторяющиеся сигналы с одним максимумом. При сравнении подобных сигналов с установленным выходным уровнем ГСН 24 компаратор 23 формирует прямоугольный импульс, соответствующий логическим значениям двоичных сигналов 0-1-0 (или наоборот). Источник 1 испытательных сигналов, компаратор 23 и генератор 24 образуют узел регулируемой временной задержки. По мере изменения выходного напряжения генератора 24 выходные сигналы компаратора 0-1 и 1-0 последовательно смещаются во времени относительно начала испытательного сигнала на определенный шаг.

В соответствии с сигналами компаратора осуществляется дискретизация испытательного сигнала. При этом испытательный сигнал используется одновременно для временной развертки сигнала на входе испытуемого объекта с преобразованием его временного масштаба (стробоскопическим преобразованием). Но так как испытательный сигнал может быть знакопеременным, например моногармоническим, то для осуществления временной развертки сигнала на входе испытуемого объекта в соответствии с полной длительностью испытательного сигнала в схеме использованы формирователи 20 и 21 одиночных импульсов. Формирователь 20 формирует импульсы в моменты времени равенства уровню генератора 24 испытательного сигнала при нарастании последнего, а формирователь 21 - при спадании испытательного сигнала. Передача импульса того или иного формирователя происходит через соответствующие элементы И 20 и 21, коммутируемые триггером 17.

Для того, чтобы схемы формирователей были идентичны, на входе формирователя 21 включен элемент НЕ 22.

Первый импульс формирователя 20, появившийся после деблокирования элемента И 7, запускает испытуемый прибор 2. Это может быть прибор с цифровым выходом - аналого-цифровой преобразователь (АЦП) либо аналоговый прибор с выходным образцовым АЦП. Одновременно с запуском испытуемого прибора упомянутый импульс запуска передается через элемент ИЛИ 10 и переключает триггер 9 в исходное состояние, чем вновь блокируются элементы И 7 и 8, а также сбрасывается в нулевое положение счетчик 14.

Запуск АЦП и дискретизация тем самым испытательного сигнала осуществляется в моменты времени, сдвигаемые относительно начала испытательного сигнала, и на его уровнях, определяемых текущим значением выходного напряжения генератора 24.

Передача испытательного сигнала на входе прибора задерживается широкополосной линией 3 на время задержки формирования и передачи импульса запуска, т. е. суммарной задержки компаратора 23, формирователя 20 (21) и элемента И 18 (19).

Но благодаря блокировке элемента И 7, несмотря на периодически формируемые компаратором сигнала сравнения, в цепь запуска прибора (АЦП) передается только один какой-то сигнал из последовательности этих сигналов сравнения. Передача на выход элемента И 7 очередного сигнала и последующий очередной запуск АЦП задерживаются при этом на время, необходимое для выполнения предыдущего цикла АЦП и регистрации, и синхронированы с началом появления текущего испытательного сигнала или началом периода этого сигнала. Такой асинхронный режим взаимодействия позволяет применять медленно действующие и простые АЦП и регистратор независимо от частоты генерации испытательных сигналов.

По сигналу конца измерения АЦП запускается блок 4 регистрации и в нем фиксируется текущее кодированное дискретное значение испытательного сигнала, измеренное на входе испытуемого объекта.

Каждым определенным числом сигналов конца измерения АЦП одновременно с началом n-цикла регистрации по сигналу делителя 30 к содержимому счетчика 26 прибавляется единица и выходное напряжение ГСН увеличивается на одну ступень.

Число n определяется коэффициентом пересчета делителя 30. Благодаря этому реализуется режим n-разового накопления одних и тех же мгновенных значений испытательного сигнала, измеренных на выходе испытуемого объекта, с возможностью их последующей дополнительной статистической обработки. Таким образом, дополнительно повышается точность определения характеристик испытуемого объекта.

Сигналом конца регистрации, переданным через деблокированный элемент И 13 и элемент ИЛИ 11, выполняется очередной запуск устройства и описанный цикл дискретизации очередного текущего мгновенного значения испытательного сигнала, его кодирование и регистрация повторяются аналогично описанному.

Когда текущий установленный уровень напряжения генератора 24 превышает амплитуду испытательного сигнала, сигнал на выходе компаратора перестает изменяться. Поэтому с передачей сигнала дискриминатора 6 (фиксирует начало изменения испытательного сигнала) через деблокированный элемент И 8 выходные сигналы подсчитывает двухразрядный счетчик 32. До превышения напряжением генератора 24 амплитуды испытательного сигнала этот счетчик сбрасывается каждый раз в нулевое состояние одновременно с переключением триггера 9 выходным сигналом элемента И 7. Если элемент И 8 оказывается деблокированным и счетчик 14 начинает подсчитывать количество следующих один за другим сигналов дискриминатора 6, то два таких сигнала, подсчитанных счетчиком 14, являются признаком того, что компаратор 23 фиксирует превышение текущим установленным уровнем генератора 24 амплитуды испытательного сигнала. При этом выходной сигнал счетчика 14 (признак числа 2 в этом счетчике) переключает триггер 17. Изменившиеся выходные сигналы этого триггера блокируют при этом элемент И 18, деблокируют элемент И 19 и переключают счетчик 26 через элемент И 27 на счет в обратном направлении, т.е. в режим вычитания.

Кроме того, выходной сигнал счетчика 14, с задержкой в элементе 15, необходимой на установление сигналов триггера 17, передается через элемент ИЛИ 29 на счетный вход счетчика 26. При этом напряжение ГСН уменьшается на одну ступень. Одновременно сигналом элемента 15, переданным с дополнительной задержкой в элементе 16 через элемент ИЛИ 10, переключается в исходное состояние счетчик 14 и триггер 9.

Далее устройство продолжает работать описанным выше образом, но теперь напряжение генератора 21 в каждом цикле последовательно уменьшается, а импульсы дискретизации формируются при спадании испытательного сигнала в моменты времени, соответствующие переключению компаратора из "1" в "0".

В каждом цикле параллельно с кодом АЦП регистрируется текущий код счетчика 26, который соответствует истинному мгновенному значению испытательного сигнала на выходе источника 1 в момент дискретизации испытательного сигнала, а также один из сигналов триггера 23, являющийся признаком знака испытательного сигнала - его нарастания или спада. Вместе с тем счетчик 26 подсчитывает количество ступеней опорного напряжения и соответствующее число дискретизуемых мгновенных значений испытательного сигнала на входе объекта до и после амплитудного значения этого сигнала. По сигналу обнуления этого счетчика, соответствующему регистрации n-го отсчета последнего из мгновенных значений испытательного сигнала на первом уровне квантования, переключается триггер 31. Нулевым сигналом этого триггера блокируется элемент И 13 и запрещается очередной запуск устройства текущим сигналом конца регистрации, а на выходе 36 появляется сигнал конца измерений. При этом устройство прекращает работу до поступления нового сигнала сброса и последующего сигнала запуска.

По разности истинного мгновенного значения испытательного сигнала на входе объекта и соответствующего дискретного значения этого сигнала на выходе объекта можно определить временную задержку испытуемого объекта, а по совокупности указанных значений испытательного сигнала можно путем последующей обработки определить полные динамические характеристики испытуемого объекта, такие как АЧХ, ФЧХ, переходную.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕХОДНОЙ И ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, содержащее последовательно соединенные источник испытательных сигналов и широкополосную линию задержки, блок регистрации, дискриминатор уровня и последовательно соединенные реверсивный генератор опорного ступенчатого напряжения с кодовым выходом и компаратор, второй вход которого соединен с входами дискриминатора уровня и широкополосной линии задержки, отличающееся тем, что, с целью расширения пределов измерений, в него введены шесть элементов И, два формирователя одиночных импульсов, счетчик, элемент НЕ, четыре элемента ИЛИ, три триггера, два элемента временной задержки и делитель числа сигналов, счетный вход которого соединен с входом сигнала конца измерений блока регистрации, а вход сброса, параллельно с входами сброса реверсивного генератора опорного ступенчатого напряжения, второго и третьего триггеров и блока регистрации подключен к входу сигнала сброса, к которому также подсоединен первым входом первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса счетчика и первого триггера, выходом подключенного к первым входам первого и второго элементов И, выход первого элемента И подсоединен к второму входу первого элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И соединен с выходом дискриминатора уровня, а выход - со счетным входом счетчика, выход которого подключен к входу синхронизации второго триггера, а через последовательно соединенные первый и второй элементы временной задержки подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом сигнала запуска устройства, а выход - с входом синхронизации первого триггера, второй вход первого элемента И соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, выход первого элемента временной задержки подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом делителя числа сигналов, а выход - со счетным входом реверсивного генератора опорного ступенчатого напряжения, выход сигнала обнуления которого подключен к входу синхронизации третьего триггера, а входы сигналов реверса - к соответствующим выходам второго триггера, к первым входам четвертого и пятого элементов И соответственно, один из первых входов которых подключен к выходу сигнала признака знака, выход компаратора подключен к входу первого формирователя одиночного импульса непосредственно и к входу второго формирователя через элемент НЕ, выходы первого и второго формирователей одиночного импульса подсоединены к вторым входам четвертого и пятого элементов И соответственно, выходами соединенных с третьим элементом ИЛИ, один из выходов третьего триггера соединен с одним из входов третьего элемента И, другой вход которого параллельно с выходом сигнала конца регистрации блока регистрации подключен к первому входу пятого элемента И, вторым входом соединенного с вторым выходом третьего триггера, а выходом - с входом сигнала конца испытаний устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1