Вычислитель оценки нелинейных искажений

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и предназначено для оценки наличия и степени нелинейных искажений реального случайного сигнала при прохождении его через звукоусилительные тракты. Оценка нелинейных искажений основана на измерении дисперсии отношения выходного сигнала к входному при малом групповом времени запаздывания. Технический результат - обеспечение возможности выявления и оценки нелинейных искажений в процессе выполнения усилителем своих функций без прерывания его работы и перевода в специальный измерительный режим. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и предназначено для оценки наличия и степени нелинейных искажений реального случайного сигнала при прохождении его через звукоусилительные тракты.

Прототипом заявляемого устройства является структура, содержащая генератор тестового сигнала, режекторный фильтр, два измерителя среднеквадратических значений и блок деления, выход которого является информационным выходом устройства, тестовым выходом которого служит выход генератора тестового сигнала, а тестовым входом служит вход режекторного фильтра, выход которого соединен с входом первого измерителя среднеквадратических значений, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом второго измерителя среднеквадратических значений, вход которого объединен с входом режекторного фильтра [Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер. с англ. -М.: Мир, 1990, стр.384, рис.14.14б].

Принцип действия прототипа предусматривает применение специального измерительного сигнала, как правило моногармонического, по результатам искажения которого и судят о наличии и степени нелинейности тракта. Указанная особенность не позволяет использовать устройства подобного типа для оценки нелинейных искажений, возникающих в процессе выполнения усилителем его штатных функций - усиления полезного сигнала, в реальности являющимся случайным. Отмеченное относится к существенному недостатку прототипа.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в обеспечении возможности выявления и оценки нелинейных искажений в процессе выполнения усилителем своих полезных функций, без прерывания его работы и перевода в специальный измерительный режим.

Технический результат достигается тем, что в вычислитель оценки нелинейных искажений, содержащий блок деления, согласно изобретению в него введены блок оценки дисперсии, выход которого является выходом вычислителя, первым и вторым тестовыми входами которого являются соответственно первый и второй входы блока деления, выход которого соединен со входом блока оценки дисперсии.

По второму варианту технический результат достигается тем, что в вычислитель оценки нелинейных искажений, содержащий блок деления, согласно изобретению введены два полосовых фильтра и блок оценки дисперсии, выход которого является выходом вычислителя, первым и вторым тестовыми входами которого являются соответственно входы первого и второго полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого соединен со входом блока оценки дисперсии.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На чертеже представлена функциональная схема вычислителя с подключенным тестируемым усилителем.

Функциональная схема вычислителя оценки нелинейных искажений содержит блок 1 деления, блок 2 оценки дисперсии и тестируемый усилитель 3 с сопротивлением нагрузки R_L. Первый тестовый вход вычислителя, являющийся первым входом блока 1 деления, объединен со входом х(t) тестируемого усилителя 3, выход y(t) которого соединен со вторым тестовым входом вычислителя, которым является второй вход блока 1 деления, выход которого соединен со входом блока 2 оценки дисперсии, выход которого служит выходом вычислителя - выходом оценки нелинейных искажений.

Процесс вычисления искомой оценки нелинейностей состоит в следующем.

На входы блока 1 деления поступают входной х(t) - делитель и выходной y(t) - делимое сигналы тестируемого усилителя 3, которые могут быть как случайными, так и детерминированными - принцип действия устройства от этого не меняется. При отсутствии нелинейных искажений и пренебрежимо малом времени группового запаздывания связь между выходом и входом усилителя 3 однозначно описывается простым выражением у(t)=k x(t) (k - коэффициент пропорциональности, физически являющийся коэффициентом усиления в линейной области). Если считать, что в течение выбранного нами интервала наблюдения за работой усилителя 3 его параметры не меняются, а значения входного сигнала х(t) находятся в пределах линейного усиления, то есть x₁ ≤x(t) ≤ х₂([x₁; x₂] - диапазон линейного усиления), то на выходе блока 1 деления будет присутствовать постоянное напряжение, равное величине k. При появлении нелинейных искажений, например, по причине выхода сигнала x(t) за пределы диапазона [х₁; х₂], связь между выходным и входным сигналами будет выражаться через функционал

представляющий собой при случайном входном сигнале х(t) также случайную величину.

Для оценки наличия и степени нелинейных искажений следует определить дисперсию вышеприведенного функционала, то есть величину

Вычисление дисперсии результата деления выходного сигнала на входной позволяет статистически оценить, как сильно меняется усиление сигналов в зависимости от их мгновенных значений, а значит, насколько нелинейна передаточная характеристика исследуемого усилителя для сигналов с заданными амплитудными значениями. Таким образом, по значению величины на выходе блока 2 оценки дисперсии следует судить о нелинейных искажениях. При дисперсия так как результат деления k есть постоянная величина - это случай полного отсутствия нелинейных искажений: на выходе блока 2 напряжение равно нулю. Появление нелинейных искажений приводит к появлению функционала F(x(t)), зависящего от характера нелинейностей: чем ярче выражена нелинейность, тем в большем диапазоне изменяется F(x(t)), а следовательно, и больше вычисленное значение дисперсии на выходе блока 2, разумеется уже отличное от нуля.

Погрешности оценки в настоящем вычислителе в значительной степени будут зависеть от нахождения отношения y(f)/x(t), где реакция y(t) в каждый момент времени должна строго соответствовать вызвавшему ее воздействию x(t). Такое соответствие возможно только при отсутствии какой-либо задержки в передаче воздействия со входа на выход. Разумеется, в реальности такого не бывает, и выходной сигнал всегда запаздывает по отношению к входному. Однако в малокаскадных низкочастотных усилителях групповое время запаздывания настолько мало, что во многих задачах им можно пренебречь. (Строго говоря, интервал корреляции усиливаемых сигналов в низкочастотных усилителях значительно больше группового времени запаздывания.) В то же время теоретически учитывать наличие задержки полезно в каждом конкретном случае, так же как и наличие шумов в выходном сигнале y(t). Поэтому на практике нижнюю границу величины возможно, придется принимать не за нуль, а за некоторый, отличный от нуля, пороговый уровень, появление которого вызвано указанными выше факторами, но это также зависит от требуемой точности измерений и при определенном загрублении результатов, при невысоком разрешении отсчет может действительно начинаться с нуля.

Поскольку в качестве измерительного сигнала может использоваться реальный случайный сигнал со сплошным спектром, то следует учитывать возможность неравномерного (неодинакового) усиления всех частотных компонент, что, в свою очередь, может привести к еще одной составляющей погрешности. В том случае, если неравномерность амплитудно-частотной характеристики действительно способна повлиять на результат, целесообразно на входы блока 1 подавать сигналы в ограниченной полосе частот, неравномерностью частотной характеристики усилителя, в пределах которой можно пренебречь (см. зависимый пункт формулы изобретения).

1. Вычислитель оценки нелинейных искажений, содержащий блок деления, отличающийся тем, что в него введен блок оценки дисперсии, выход которого является выходом вычислителя, первыми и вторыми тестовыми входами которого являются соответственно первый и второй входы блока деления, выход которого соединен со входом блока оценки дисперсии.

2. Вычислитель оценки нелинейных искажений, содержащий блок деления, отличающийся тем, что в него введены два полосовых фильтра и блок оценки дисперсии, выход которого является выходом вычислителя, первыми и вторыми тестовыми входами которого являются соответственно первый и второй входы полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого соединен со входом блока оценки дисперсии.