Синхронный микровольтметр

 

Союз Советских

Социапистическмх

Респу6пик

О П И С А Н И Е () 834544

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 28.04. 79 (2!) 2759490/18-21 (51)Я. Л с присоединением заявки ¹

G 0I Й 19/02

Гооударетееииый комитет

СССР (23) Приоритет дю делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 30. 05. 81. 6вллетеиь М 20

Дата опубликования описания 02.0б.81 (53) УДК 621.317.. 7 (088. 8) (72) Автор изобретения

В. И. Заметин

Ростовский ордена Трудового Краси государственный университ (7I) Заявитель (54) СИНХРОННЫЙ МИКРОВОЛЬТМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению малых и сверхмалых напряжений и токов.

Известен синхронный микровольтметр, состоящий из последовательно соединенных предварительного усилителя, узкополосного фильтра, оконечного усилителя, синхронного детектора и индикатора (1).

Недостатком указанного синхронного ,микровольтметра является низкая точность измерений, обусловленная тем, что введение узкополосного фильтра перед синхронным детектором, необходимое для ограничения избыточного шума на его входе, увеличивает степень корреляции шумовой составляющей и тем самым снижает точность работы синхронного детектора. 20

Наличие в системе несинхронного узкополосного звена приводит к дополнительным фаэовым дрейфам, связанным как с нестабильностью частоты иэмеря2 емого сигнала, так и с нестабильностью резонансной частоты фильтра. Кроме того, необходимость в усилении смеси сигнала и шума до уровня, необходимого для четкой работы синхронного де" тектора, накладывает жесткие ограничения на динамический диапазон предварительного усилителя. Ввиду конечной его величины известные с1тнхрбнные усилители такого типа допускают перегрузку шумом по входу более 40 дБ.

Известен также синхронный микровольтметр, состоящий из поспедовательно включенных предварительного усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, синхронного фильтра, оконечного усилителя, синхронного детектора и индикатора (2 ).

Этот микровольтметр имеет больший динамический диапазон и точность, так как резонансный фильтр заменен синхронным.

Однако в известном устройстве синх-. ронный фильтр, как и всякий коммути834544 4 руемый элемент, обладает собственным коммутационным шумом, а также дрейфом.

Для исключения либо относительного уменьшения влияния дрейфа и шума синхронного фильтра на результаты измерений перед синхронным фильтром включают предварительный усилитель, нали-. чие которого сужает динамический диа пазон синхронного вольтметра в целом и делает его чувствительным к пере- 10 грузке шумом, так как, если шумовая составляющая доводит предварительный усилитель до насыщения, нарушается статическая однородность шума и возникают кроссмодуляционные биения шума 15 с сигналом. Это приводит к дополнительному, зависящему от амплитуды шума и, таким образом, неконтролируемому смещению нуля микровольтметра, что снижает точность измерений при флуктуациях шумовой составляющей.

Цель изобретения — повышение поме- хоустойчивости синхронного микровольтметра при флуктуирующей амплитуде шумовой составляющей на его входе.

Указанная цель достигается тем, что в известный синхронный микровольтметр, состоящий из предварительного усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, синхронного фильтра и последовательно соединенных оконечного усилителя, синхронного детектора и индикатора, дополнительно введены первый и второй усилители, измерительный блок, блок сравнения, корректирующее звено и источник опорного напряжения (тока), причем первый усилитель включен между предварительным усилителем и синхронным фильтром, второй усилитель включен между синхронным фильтром и оконечным усилителем, вход измерительного блока соединен с выходом, первого усилителя, его выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения соединен с источником опор45 ного напряжения (тока), а выход блока сравнения через корректирующее звено соединен с управляющими входами первого и второго усилителей, при этом Коэффициенты передачи обоих усилителей выполнены взаимообратно зависящими от управляющего напряжения (тока).

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит предварительный усилитель 1, первый усилитель 2 с управляемым напряжением (током) коэффициентом передачи, синхронный фильтр 3, второй усилитель 4 с управляемым напряжением,(током) коэффициентом передачи, оконечный усилитель 5, синхронный детектор 6, индикатор 7, измерительный блок 8, блок 9 сравнения, источник 10 опорного напряжения, корректирующее звено 11.

Устройство работает следующим образом.

Смесь измерительного сигнала и шума (Е„ + Е ) подается на вход предварительного усилителя 1 с коэффициентом передачи К, усиливается до

1 уровня Е К (Еш+ Ес), поступает на вход усилителя 2, где усиливается до д- K2К (Ецд+. Ес ), 21. коэффициент передачи усилителя 2, и подается на вход синхронного фильтра 3, где происходит подавление шумовой составляющей. С выхода синхронного фильтра 3 сигнал Е К К К Е, где

К 3- коэффициент передачи синхронного фильтра по сигналу (K> — 1), очищенный от шумов, подается на вход усилителя 4 с коэффициентом передачи К, усиливается до уровня Е K E *

4 3

= К К К2К Е и после усиления усилителем 5 до уровня Е К Е4

= K K K K К„Е и детектирования синхронйым детектором 6 подается на индикатор 7. Одновременно с этим сигнал с выхода усилителя 2 преобразуется измерит ьн блоком 8 в сигнал Е8 КВЕ2 где К вЂ” коэффициент передачи измерйтельного блока, и поступает на вход блока 9 сравнения, сравнивающего его с опорным сигналом Е от опорного источника 10. Выходной сигнал блока 9 сравнения Е9 = -К (Е -Ея ) через корректирующее звено 11, формирующее амплитудно-частотную характеристику системы и тем самым обеспечивающее ее устойчивость, подается на управляющие входы усилителей 2 и 4. Пусть коэффициент передачи усилителя 2 обратно. пропорционален сигналу на управляющем входе: К = 52/Е9, где S2 — крутизна преобразования напряжения в коэффициент передачи. Подставим сюда выражение для Е

2 К, Е -К8Е или (Е© - КЕЕ ) 1/К .

К

При К о, К Р 0 и конечном S<, (Ер - К@ ) 0, и > таким образом, напряжение на выходе усилителя 2 подцерживается на уровне

834544 6 о- ным независимо от флуктуаций уровня и- шумовой составляющей на его входе.

Таким образом, повышение флуктуационной помехоустойчивости достигается путем автоматического переноса коэффициента передачи из дофильтровой а части синхронного микровольтметра в ьт- послефильтровую. В момент действия шумовой флуктуации коэффициент пере10 дачи первого усилителя уменьшается в число раз, необходимое для предотвращения перегрузки его шумом. Это устраняет возможность сдвига нулевого уровня синхронного микровольтметра и свяts занную с ним погрешность измерений.

Одновременно с этим в такое же число раз увеличивается коэффициент передаси чи второго усилителя и, таким образом, для измеряемого сигнала полный коэф- о- о фициент передачи синхронного микровольтметра сохраняется неизменным ь- (шум в эту.часть синхронного микровольтметра не проходит, так как от" финьтровывается синхронным фильтром).

- 25 Предлагаемый микровольтметр позвоке ляет.повысить помехоустойчивость при наличии значительной и флуктуирующей составляющей шума на его входе по сравнению с известными синхронными

30 микровольтметрами и сократить время го измерений за счет сокращения числа

I повторных измерений; необходимых при измерениях в условиях значительной и флуктуирующей перегрузки Мумом.

Формула изобретения

Е =Е } .независимо от величины входи о.ъ

ro сигнала. Если теперь задать велич ну Е, такую, что Е =E Jlf Е „, где

Š— максимальное значение амплитуды

1и выходного сигнала, при котором усили тель работает в линейном режиме, то при любых изменениях амплитуд сигнал и шума на входе синхронного микровол метра он будет работать на линейном участке амплитудной характеристики (что устраняет погрешнрсти за счет кроссмодуляционных дрейфов нуля), а динамический диапазон всего тракта, определяемый предварительным усилите лем, автоматически и оптимально уста навливается по входному сигналу.

Таким образом, при малых сигналах коэффициент передачи усилителя 2 мак мален, а динамический диапазон соответственно мал,но достаточен для выс кокачественной работы синхронного фильтра. Одновременно с этим максимал но уменьшено влияние собственных ком мутационных шумов и дрейфа синхронно го фильтра.При большом входном сигна ле в частности,при большой перегруз

Itâ частности, при большой перегрузке шумом) коэффициент передачи падает вплоть до единицы, и динамический ди апазон синхронного микровольтметра увеличивается до величины собственно динамического диапазона синхронного .фильтра. При этом, ввиду конечности коэффициента .подавления шума синхрон ным фильтром, уровень неподавленного M . шума на его выходе, как правило, много больше уровня собственных коммутационных помех, и относительное увеличение их доли (за счет уменьшения коэффициента передачи предусилителя) 40 на работу синхронного усилителя влияния не оказывает.

Пусть коэффициент передачи усилителя 4 прямо проиорциоиален управляющему напРяжению, т.е. К S4E9, где 45

Sg — крутизна преобразования управляющего параметра в коэффициент пере- дачи. Так как шумовая составляющая сигнала, задержанная синхронным фильтром, на вход уампителя 4 не поступает, о а полезный сигнал проходит беспрепятственно, то коэ4фициент передачи синхронного микроволътметра для полезного .сигнала R ;К К,,К К К„:К,(феи )Q P„-ÊÐ,Ê К„ от коэффициентов передачи усилителей 2 и 4 не зависит и сохраняется иеизменСинхронный микровольтметр, содержащий предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, синхронный фильтр и последовательно соединенные оконечный усилитель, синхронный детектор и индйкатор, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при флуктуирующей амплитуде шумовой составляющей на его входе, в него дополнительно введены первый и второй усилители, измерительный блок, блок сравнения, корректирующее звено, н источник опорного напряжения (тока), причем первый усилитель включен между предварительным усилителем и синхронным фильтром, второй усилитель включен между синхронным фильтром и оконечным усилителем, вход измерительного блока соединен с выходом первого усилителя, его выход соединен с первым вхо2. Фрэйтер P. Приборы для научных исследований. 1964, У 7, с. 28 (прототип).

1 834544 8 дом блока сравнения, второй вход блока Источники информации, сравнения соединен с источником опор- принятые во внимание при экспертизе ного напряжений (тока ), а выход блока l. Гомодинный нановольтметр типа сравнения через корректирующее звено УНИПАН 232. Инструкция по обслуживасоединен с УпРавлЯющими входами пеРво- 5 нию, Варшава. го и, второго усилителей, при этом коэффициенты передачи обоих усилителей выполнены взаимообратно зависящими от заправляющего напряжения (тока7 °

Составитель В. Костин

Редактор А. Лежнина Техред ТЖМаточка Ко/ екто Г.Назарова

Заказ 4095 68 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Мсскаа, Ж-35, Рауаская ааа. д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4