Измеритель уровня высокочастотного напряжения

 

Союз Советскик

Социапнстнчесинк

Ресоубпнн

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii945812 (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву ¹ 400849 (51)M. Кл.

GOl К 19/00 (22) Заявлено 12.01 81 (2l ) 3239400/18-2 1 с присоединением заявки №

Ркударстеекньй кемнтет

СССР ао делам нзебретеннк н еткрцтнй (23) Приоритет

Опубликовано 23 07 82 Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 26.07.82 (53) УДК 621.317.7(088.8) (72) Авторы изобретения

А. N. Рембовский, Г. А. Сабуров и К. К. Трух (7l) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для измерения уровня высокочастотного напряжения в селективных вольтметрах.

По основному авт. св. ¹ 400849 из5 вестен измеритель уровня BblcoKo÷àñòoúного напряжения, содержаший многокаскадный усилитель промежуточной частоты и измерительный блок, соединенный последовательно с измерительным прибором, I0 причем к выходу каждого каскада усилителя промежуточной частоты подключены один из входов соответствующего высокочастотного электронного ключа, который соединен сизмерительным блоком,,и цепь, g состоящая из последовательно соединенных пикового детектора и порогового устройства, причем выходы пороговых устройств, относящихся к каждым двум соседним каскадам усилителя промежуточной частоты, 26 подсоединены к двум входам соответствующего логического элемента ИЛИ, а выход последнего связан с другим входом соответствующего высокочастотного электонного ключа и электронным коммутато ом, в цепи нагрузки которого включены индикаторные элементы (lg .

Недостатком известного измерителя является малый динамический диапазон, ограничиваемый уровнем шума каскадов (усилителя высокой частоты, преобразователя, гетеродина), предшествующих усилителю промежуточной частоты в селективном микровольтметре.

Ilemü изобретения - увеличение динамического диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель уровня высокочастотного напряжения введены тте параллельно со» единенных цепей, каждая из которых состоит as последовательно соединенных высокочастотного электронного ключа и аттенюатора, при этом входы цепей подключены к входной клемме, а выходы цепей - к входу первого каскада усилителя промежуточной частоты, и блок коммутапии аттенватсфов, два входа которого соединены соответственно с выходами

9458 12

3 первого и второго пороговых устройств, а выходы ««с управляющими входами вновь введенных высокочастотных электронных ключей и дополнительными входами электронного коммуатора, в цепь нагрузки которого включены и1 дополнительных индикаторных элементов.

Кроме того, блок коммутации аттенюаторов выполнен в виде формирователя им» пульсов, выход которого через первый элемент И подключен к входу "Суммирование" реверсивного счетчика, вход Вычитание которого соединен с выходом второго элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам трех инверторов и формирователя импульсов, причем входы первого и второго инверто.ров являются входами блока коммутации аттенюаторов и соединены с входами первого элемента И, а вход третьего инвертора подключен к первому выходу дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с входом Установка нуля" измерителя уровня высокочастотного напряжения, а выходы дешифратора являются выходами блока коммутации аттенюаторов.

На чертеже представлена структурная схема измерителя уровня высокочастотного напряжения. .Вход измерителя подключен к и параллельным цепям, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных высокочастотных электронных ключей 1„- 1 „ и аттенюаторов 24 — 2„„. Выходы аттенюаторов 2 - 2 соединены вместе и подл > ключены к входу . и -каскадного усилите,ля, состоящего из каскадов Зл - 3и. С выхода каждого из каскадов Зл — 3 высокочастотные напряжения поступают на соответствующие высокочастотные электронные ключи 4, — 4 „и пиковые детекторы 5. — 5 . Управляющие входы элект» ронных ключей 4 - 4 через логические и элементы ИЛИ 64 — 61„Л подключены к пороговым устройствам 74 - 7>. Выходы высокочастотных электронных ключей 4 4„, соединены вместе и подключены к входу последовательно соединенных измерительного блока 8 и измерительного прибора 9. Выходы логических элементов

ИЛИ 64 - 6 H л соединены соответственно с управляю1кими входами низкочастотных электронных ключей 104 - 10 „и

10, - 101„4, электронного коммутатора, через которые производится питание индикаторных элементов 11 - 11 и . и 11114.4 11 и4. д .

Выходы первого и второго пороговых .

I устройств соответственно через инверторы 12 и 13 подключены к входам элемента 14 И, выход которого соединен с входом Вычитание" реверсивного счетчика

15. Выход формирователя 16 импульсов через элемент И 17 подключен к входу

"Суммирование" реверсивного счетчика 15.

Выходы реверсивного счетчика 15 соот10 ветственно соединены с входами дешифратора 18, v> выходов которого соответственно соединены с управляющими входами высокочастотных электронных ключей 1Л ««

l„„и низкочастотных электронных ключей 10 „л - 10и+ 1, через которые производится питание индикаторных элементов 1 1„„- 1 1 „, +„„. Первый .выход дешифратора 18 соединен также через инвертор 19 с третьим входом элемента

И 14, четвертый вход которого подключен к выходу формирователя 16 импульсов. Выходы первого 7„и второго 7 пороговых устройств соответственно подключены также к второму и третьему входам элемента И 17. Управляющий вход реверсивного счетчика 15 соединен с входом

"Установка нуля" измерителя уровня высокочастотного. напряжения.

Инверторы 12 и 13, элемент И 14, реверсивный счетчик 15, формирователь

16 импульсов, элемент И 17, дешифра-. тор 18 и инвертор 19 образуют блок 20 коммутации аттенюаторов, а низкочастотные электронные ключи 10„- 10и и

10 +„— 10и+„электронный коммута35 тор 21.

В статическом состоянии до поступления измеряемого высокочастотного напряжения в реверсивном счетчике 15 с по/

4Ñ мощью напряжения "Установка нуля"; записан код, соответствующий условному нулю, при этом на первом выходе дешифpampa 18 присутствует единичное напряжение, поступающее на ключи 1 и 10и+ и открывающее их. При этом горит инди 45 каторный элемент 111„4 Л (> 11,0). Аттенюатор 2 имеет коэффициент передачи, равный единице. Аттенюаторы 2 — 2„ имеют коэффициенты передачи меньше еди. ницы, например 0,1; 0,01;..., (О, 1)

Пороги срабатывания пороговых устройств

7„ — 7„ соответствуют верхним границам линейных участков амплитудных характеристик усилительных каскадов Зл — Зи.

При отсутствии измеряемого высокочастотного напряжения электронные ключи

4,„и 10 „открыты, светится индикаторный элемент 11>, соответствующий пределу измерения минимальных напряжений.

5 9458

Интервал следования импульсов формирователя 16 выбирается из условия окончания переходных процессов в усилителе промежуточной частоты, вызванных скачкообразным изменениям входного напряжения вследствие коммутации цепей с аттенюаторами. При отсутствии измеряемого напряжения в реверсивном счетчике остается записанным код, соответствуюший условному нулю. Это вызвано тем, 10 что элементы И 14 и 17 закрыты и импульсы с выхода формирователя 16 имI пульсов на входы "Суммирование" и Вычитание" реверсивного счетчика 15 не проходят. Элемент И 17 закрыт потому, что на выходах первого 7 и второго 7 пороговых устройств, соединенных с входами элемента И 17, при этом нулевые напряжения. Элемент И 14 закрыт потому, что на выходе инвертора 19, соеди- 20 пенного с его входом, при этом нулевое напряжение, так как на первом выходе дешифратора 18 имеется единичное напряжение.

Работа измерителя уровня высокочастотного напряжения при увеличении входного напряжения от минимального до максимального осушествляется следуюшим образом.

При подаче на вход измерителя высо- 30 кочастотного напряжения оно проходит через открытый высокочастотный ключ 1, аттенюатор 2, усиливается всеми yl каскадами усилителя и проходит через открытый ключ на измерительный блок 8, при этом светятся индикаторные элементы

ll„„и 11„,, индицируюшие соответст венно коэффициент передачи аттенюатора, равный единице (х 1,0), и предел измерения минимальных напряжений. Так как 40 электронные ключи 4, — 4,„ закрыты, напряжения с выходов предыдуших усилительных каскадов 3 - 3 на вход измерительного блока 8 не проходят. При увеличении входного напряжения насту- 45 пает момент, когда амплитуда напряжения, усиленного и каскадом усилителя 3, достигает границ линейного участка амплитудной характеристики по выходу И усилительных каскадов. При этом постоян50 ное напряжение на выходе пикового детектора 5и достигает порога срабатывания порогового устройства 7„. В этот момент электронные ключи 4 „и 10> закрывают ся и остаются закрытыми на время, пока

55 напряжение на входе порогового устройства 7> превышает его порог срабатывания, индикаторный элемент 11, гаснет.

Одновременно на выходе элемента б „у

12 6 появляется напряжение, открываюшее ключи 4 и 10 », благодаря чему на и- вход измерительного блока 8 высокочастотное напряжение поступает с выхода (И- 1)-го каскада усилителя 3 и загорается индикаторный элемент 11 и соответствуюший (и- 1)-му пределу измерений. Одновременно светится индикаторный элемент 11 +.4, индицируя наличие напряжения на входе аттенювторв 2 с коэффициентом передачи, равчым единице.

При достижении постоянным напряжением с выхода пикового детектора 5Z порога срабатывания порогового устройства 7 последнее срабатывает, напряже» ние с его выхода поступает на второй вход элемента ИЛИ 6 и первый вход элемента ИЛИ 6, вследствие чего электр ронные ключи 4 . и 10 закрываются, индикаторный элемент 11 гаснет, а ключи

4 и 10 открываются. Индикаторный элемент l l,,соответствуюший первому пределу измерений, загорается, и высокочастотное напряжение поступает на вход измерительного блока 8 через электронный ключ 4, с выхода первого каскада усилителя промежуточной частоты. При понижении уровня напряжения на входе измерителя укаэанные явления протекают в обратном порядке. До тех пор, пока измеряемое напряжение не превышает верхнего предела линейного участка амплитудной характеристики первого усилительного каскада 3, т. е. пока напряжение с выхода пикового детектора 5 не превышает порога срабатывания порогового устройства 7, блок коммутации аттенюаторов обеспечивает подключение к входу первого каскада 3 усилителя через высокочастотный электронный ключ 1„ач тенюатора 2„с коэффициентом передачи, равным единице, и соответствующую индикацию.

По достижении постоянным напряжением с выхода пикового детектора 5. порога срабатывания порогового устройства

7 единичное напряжение с выхода порогового устройства 7 поступает на соотг ветствующий вход элемента И 17. На другом входе элемента И 17, соединенном с выходом порогового устройства 7 в этот интервал времени имеется единич-. ное напряжение, так как напряжение на входе порогового устройства 7> заведомо превышает его порог срабатывания. По. этому импульс с выхода формирователя

16 импулЬсов через открытый элемент

И 17 проходит на вход Суммирование

9458.1 2 реверсивного счетчика 15, увеличивая чи.ло, записанное в нем, на единицу. При этом на втором выходе дешифратора 18, соединенном с управляюшими входами ключей Л,,ь и 10g+z, появляется едйничное напряжение, замыкаюшее их. Ключи 1 и ХО в связи с появлением йа первом выходе дешифратора нулевого напряжения размыкаются. Аттенюатор 2 включенный последовательно с ключом 1, 10

t имеет коэффициент передачи, меньший единицы, например О, 1.

Если введенного ослабления достаточно для того, чтобы напряжение на выходе детектора 5 стало меньше порога

1 срабатывания порогового устройства 7, т. е. для того, чтобы измеряемое напряжение находилось в пределах линейного участка. амплитудной характеристики первого каскада усилителя 3, напряжение на выходе порогового устройства 7 сТ8новится равным нулю. Это приводит к закрыванию элемента И 17, вследствие чего импульсы с выхода формирователя 16 .импульсов на вход "Суммирование" реверсивного счетчика 15 не проходят. На вход

"Вычитание" реверсивного счетчика 15 импульсы с выхода формирователя 16 также не проходят, т. е. на входе элемента И 14, соединенном с выходом инвертора 13, имеется нулевое напряжение, обусловленное тем, что напряжение с выхода пикового детектора 5 по прежнему превышает порог срабатывания порогового устройства 7 и на его выходе о преж-.ьз нему единичное напряжение. В этом случае светятся индикаторные элементы 11 и ll +, индицируя соответственно первый предел измерения и ослабление вход-ного сигнала в К раз (например, в 10 раз), 40

Если введенного ослабления недоста.точно для того, чтобы напряжение на выходе пикового детектора 5 стапо меньше порога срабатывания порогового устройства 7, т. е. для того, чтобы измеряемое 4 напряжение находилось в пределах линейного участка амплитудной характеристики первого усилительного каскада 3„ усилителя 3, напряжение на выходе порогово -го устройства 7 остается единичным: Эле 50 мент И .17 остается открытым, и очередной импульс с выхода формирователя 16 проходит на вход Суммирование" реверсивного счетчика 15, увеличивая накопленное в нем число еще на единицу. При этом на третьем выходе дешифратора 18, соединенном с управляюшими входами ключей 1> и 10,н,, появляется единичное нащжжение, благодаря которому они замыкаются, ключи 1 ц 10„,, цри этом размыкаются. Замыкание ключа 1 > o6ecпечивает подключение между входом измерителя и входом первого каскада усилителя 3 аттенюатора 2> с коэффициентом передачи меньшим, чем коэффициент передачи аттенюатора 2, например 0,01.

Процесс коммутации цепей аттенюатора

1i 2, 1., 2,..., 1 „и 2„„продолжается до тех пор, пока напряжение с выхода пикового детектора 5 станет меньше порога срабатывания порогового устройства 7... т. е. когда измеряемое напряжение за счет ослабления одним из аттенюаторов 2 — 2 войдет в пределы линейного участка амплитудной характеристики первого каскада усиления 3 .

При этом напряжение на выходе порогового устройства 7 становится равным нуmo, что приводит к закрыванию элемента И 17 и прекрашению прохождения импульсов с выхода формирователя 16 на вход "Суммирование" реверсивного счетчика 15. Если измеряемое напряжение после окончания процесса коммутации не меняет своего значения или остается в

° пределах линейного участка амплитудной характеристики первого каскада 3 элементы И 17 и 14 остаются закрытыми и импульсы на входы "Суммирование" и

"Вычитание" реверсивного счетчика 15 не проходят, чем обеспечивается постоянство числа, занесенного в реверсивный счетчик, т. е. постоянство коэффициента

1 передачи аттенюатора на входе усилителя промежуточной частоты. Если включена, например -я цепь аттенюатора 2, а измеряемое напряжение уменьшается настолько, что напряжение с выхода попсового детектора 5 становится меньше порога срабатывания порогового устройства 7 напряжение на выходе последнего становится равным нулю. Так как напряжение на выходе порогового устройства 7 в этом случае заведомо равно нулю, на выходах инверторов 12 и 13 появляются единичные напряжения. На выходе инвертора 19 также имеется единичное напряжение, так как только ю Ит-м выходе дешифратора 18 присутствует единичное напряжение. В этом случае импульсы с выхода формирователя 16 через открывшийся элемент И 14 проходят на вход

"Вычитание" реверсивного счетчика 15, уменьшая на единицу число, записанное в нем. Дешифратор 18 формирует единичное напряжение на (ъм-1)-м выходе, чем обеспечивается подключение (м — 1)-й цепи аттенюатора 1 q и 2 q . Про945„8 цесс коммутации аттенюаторов продолжается до тех пор, пока не будет включена цепь аттенюатора, обеспечивающ: я уровень напряжения на входе усилителя 3 промежуточной частоты такой, что напряжение на выходе пикового детектора 5 превышает порог срабатывания порогового уст ройства 7, а напряжение с выхода пикового детектора 5 меньше порога срабатывания порогового устройства 7 . Если io измеряемое напряжение уменьшилось настолько, что после подключения первой цепи с аттенюатором 24 порог срабаты-

- вания порогового устройства 7 не превьплен, коммутация цепей 1, 2,..., 1 и 21 прекращается. Это вызвано тем, что . на выходах пороговых устройств 7. и 7 соединенных с входами элемента И 17, нулевые напряжения, поэтому элемент

И 17 закрыт и не пропускает импульсы щ с выхода формирователя 16 на вход Суммирование" реверсивного счетчика 15. На вход "Вычитание" реверсивного счетчика

15 импульсы с выхода формирователя 16 также не проходят, так как элемент И 14 25 закрыт первым. напряжением с выхода инвертора 19, соединенного с первым выходом дешифратора 18. В этом случае на вход измерительного блока 8 поступает напряжение через тот высокочастотный электронный ключ 4 — 4„, который соот ветствует каскаду 3„- 3и усилителя промежуточной частоты, в пределах линейного участка амплитудной характеристики. которого осуществляется измерение.

Изобретение позволяет отказаться от

35 .увеличения числа каскадов усилителя промежуточной ча-.тоты, т. е. без увеличения шума на выходе усилителя промежуточной частоты увеличить динамический диапазон

40 на 45 дБ и обеспечить измерение входного сигнала при всех изменениях уровня напряжения.

Формула изобретения

1. Измеритель уровня высокочастотного напряжения по авт. св. № 400849, о т-!

12 ) 0 личающийся тем, что, с целью увеличении динамического диапазона измерения, в него введены щ параллельно соединенных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных высокочастотного электронного ключа и аттенюатора, при этом входы цепей подключены к входной клемме, а выходы tteпей — к входу первого каскада усилителя промежуточной частоты, и блок коммутации аттенюаторов, два входа которого соединены соответственно с выходами первого и второго пороговых устройств, а выходы — с управляющими входами вновь введенных высокочастотных электронных ключей и дополнительными входами электронного коммутатора, в цепь нагрузки ко« торого включены уп дополнительных индикаторных элементов.

2. Измеритель по п, 1, о т л и ч а ю-шийся тем, что блок коммутации аттенюаторов выполнен в виде формирователя импульсов, выход которого через первый элемент И подключен к входу Суммирование реверсивного счетчика, вход "Вычитание" которого соединен с выходом второго элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам трех инверторов и формирователя импульсов, причем входы первого и второго инверторов являются входами блока коммутации аттенюаторов и соединены с входами первого элемента И, а вход третьего инвертора подключен к первому выходу дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с входом "Установка нуля" измерителя уровня высокочастотного напряжения, а выходы дешифратора являются выходами блока коммутации аттенюаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 400849, кл. 601 Р 19/00, 1971.

Составитель В. Костин

Ф

Редактор Г. Кацалап Техред 3. Палий Корректор р. Билак

Заказ 5325/66 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж«35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4