Pierwszenstwo: Opublikowano: 30. VIII. 1969 57905 di KI. 2%1 e,JSWr- MKP G 01 r %2 UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Jerzy Kalinski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Bu¬ dowy Aparatury Naukowej UNIPAN), Warszawa (Polska) Sposób uzyskiwania rozszerzenia podzialki skali mierników sygnalu zmiennego oraz uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyskiwa¬ nia rozszerzenia podzialki skali mierników sygnalu zmiennego wchodzacych w sklad urzadzen lub ukladów przeznaczonych do dokladnych pomia¬ rów zmian sygnalów niskiej czestotliwosci badz sygnalów wysokiej czestotliwosci modulowanych sygnalem niskiej czestotliwosci oraz uklad do stosowania tego sposobu.Dotychczasowe sposoby rozszerzania podzialki skali mierników sygnalu zmiennego wchodzacych w sklad okreslonych wyzej urzadzen lub ukla- dcw pomiarowych polegaly na zwiekszeniu wzmoc¬ nienia toru sygnalu zmiennego lub stalego z jed¬ noczesna kompensacja wzrostu napiecia lub pra¬ du w obwodzie miernika napieciem lub pradem stalym lub na zwiekszeniu wzmocnienia toru sygnalu zmiennego albo stalego z jednoczesna polaryzacja zaporowa ukladu prostowniczego na¬ pieciem stalym.Znany jest równiez sposób polegajacy na zwiek¬ szeniu wzmocnienia toru sygnalu zmiennego lub stalego z jednoczesna kompensacja wzrostu na¬ piecia lub pradu w obwodzie miernika sygnalem zmiennym doprowadzonym do toru sygnalu zmien¬ nego. Sygnal kompensacyjny uzyskiwany jest z sygnalu wyjsciowego toru sygnalu zmiennego, np. przez dalsze jego wzmocnienie i stabilizacje amplitudy.Niezaleznie od szczególów technicznych rozwia¬ zania, wspólnymi wadami systemów pierwszego 10 15 20 25 30 i drugiego sa koniecznosc zapewnienia zródel na¬ piecia lub pradu kompensujacego o stalosci tym wiekszej im wiekszy jest stopien rozszerzenia ska¬ li miernika, koniecznosc dwustronnego zabezpie¬ czenia miernika przed przeciazeniem oraz ograni¬ czony stopien rozszerzenia podzialki skali mier¬ nika przy prostych rozwiazaniach, a znaczna roz¬ budowa ukladu przy wiekszych jej wartosciach.Wada systemu trzeciego jest znaczna rozbudowa ukladu i zwiazana z tym zwiekszona zawodnosc i zmniejszona stalosc poziomu zerowego oraz wskazan funkcji czasu, temperatury otoczenia i zmian napiec zasilajacych.Celem wynalazku jest uzyskanie rozszerzenia podzialki skali mierników sygnalu zmiennego wchodzacych w sklad urzadzen lub ukladów prze¬ znaczonych do dokladnych pomiarów zmian sy¬ gnalów niskiej czestotliwosci badz sygnalów wy¬ sokiej czestotliwosci modulowanych sygnalem ni¬ skiej czestotliwosci w prostym ukladzie, zlozonym wylacznie z elementów biernych przy maksymal¬ nym wykorzystaniu istniejacych zespolów sklado¬ wych urzadzenia lub ukladu pomiarowego.Cel ten osiagniety zostal przez zwiekszenie wzmocnienia toru sygnalu zmiennego lub stalego z jednoczesna kompensacja wzrostu napiecia lub pradu w obwodzie miernika sygnalem zmiennym o odpowiednio dobranej amplitudzie i fazie dopro¬ wadzonym do toru sygnalu zmiennego. Sygnal kompensacyjny uzyskiwany jest z generatora sy- 5790557M5** gnalu niskiej czestotliwosci zasilajacego modula¬ tor sygnalu wysokiej czestotliwosci badz bezpo¬ srednio uklad, którego wlasciwosci w zakresie niskiej badz wysokiej-, czestotliwosci podlegaja badaniu. 5 IJzieki takiemu dodatkowemu wykorzystaniu zródla sygnalu niskiej * czestotliwosci uzyskuje sie kompensacje przyrostu napiecia lub pradu w ob¬ wodzie miernika w prostym ukladzie zlozonym wylacznie z elementów biernych RLC. Korzyscia 10 techniczna wynikajaca ze stosowania sposobu i ukladu bedacego przedmiotem wynalazku jest wyeliminowanie elementów czynnych z ukladu kompensacyjnego, a wiec zwiekszenie stabilnosci poziomu zerowego i wskazan ukladu pomiarowego, 15 wyeliminowanie koniecznosci dwustronnego za¬ bezpieczenia miernika przed przeciazeniem, umoz¬ liwienie . latwej kompensacji napiec nawet przy znacznym stopniu rozszerzenia podzialki skali miernika w dowolnie wybranym jej punkcie oraz 20 ulatwienie objecia ukladu prostowniczego i sa¬ mego miernika petla ujemnego sprzezenia zwrot¬ nego.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania przedstawionym na rysunku, 25 na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadzenia lub ukladu pomiarowego w czesci zwiazanej bezposrednio z ukladem rozszerzenia podzialki skali miernika, fig. 2 — schemat zastep¬ czy ukladu kompensacyjnego, fig. 3 — wykres 30 wektorowy sygnalów w ukladzie kompensacyjnym, fig. 4 — charakterystyke miernika tzn. wychyle¬ nie a w funkcji sygnalu wyjsciowego wzmacnia¬ cza pomiarowego dla skali normalnej i rozsze¬ rzonej, fig 5 — te sama charakterystyke dla róz- 35 nych sygnalów kompensujacych oraz fig. 6 — uproszczony schemat blokowy urzadzenia lub ukladu pomiarowego z zewnetrznym zródlem sy¬ gnalu kompensujacego.Uklad rozszerzenia podzialki skali miernika sy- *< gnalow zmiennych wykonany wedlug zalozen wy¬ nalazku przedstawiony jest na fig. 1. Generator sygnalu niskiej czestotliwosci 2 badz sygnalu wy¬ sokiej czestotliwosci modulowanego sygnalem ni¬ skiej czestotliwosci z generatora 2 zasila uklad ba- 45 dany 7. Napiecie wyjsciowe z ukladu badanego 7 doprowadzane jest badz bezposrednio badz przez demodulator do wyjscia wzmacniacza pomiarowe¬ go 1. Sygnal Wyjsciowy wzmacniacza 1 doprowa¬ dzony jest przez opornik Ri do opornika R3 umie- 50 szczonego na wejsciu wzmacniacza 4, prostownika 5 i miernika 6.Do tego samego opornika R3 doprowadzony jest przez opornik R2 i przesuwnik fazowy 3 sygnal kompensujacy z generatora sygnalu niskiej cze- 55 stotliwosci 2. W ukladzie takim uzyska sie n — krotne rozszerzenie podzialki skali miernika 6, jezeli przy okreslonym sygnale wyjsciowym wzmacniacza pomiarowego 1 zwiekszone zostanie m — krotnie wzmocnienie toru sygnalu zmien- 6t nego lub stalego i jednoczesnie doprowadzony do opornika R3 taki sygnal kompensujacy z genera¬ tora 2, by wypadkowa wartosc napiecia lub pra¬ du w obwodzie miernika 6 nie ulegla zmianie.Czulosc ukladu dla zmian sygnalu wyjsciowego 65 wzmacniacza 1 zostanie w ten sposób H; — krotnie zwiekszona bez zmiany wychylenia miernika 6 odpowiadajacego sygnalowi wyjsciowemu tegoz wzmacniacza 1 przyjetemu za sygnal poziomu zero¬ wego. Uklad oporników Ri, R2 i R3 stanowi uklad sumujacy przesuniete wzgledem siebie w fazie o 180° sygnaly wyjsciowe wzmacniacza 1 i ge¬ neratora 2. Przesuwnik fazowy 3 pozwala na wy¬ równanie przesuniec fazowych, wprowadzonych przez uklad badany 7 i przez wzmacniacz 1, do wyzej wymienionej wartosci 180°. Rozpatrujac schemat zastepczy ukladu kompensacyjnego po¬ dany na rysunku fig. % wartosc napiecia na opor¬ nosci R3 wyznacza sie rozwiazujac ogólne równa¬ nie na sume dwóch harmonik o tej samej czesto¬ tliwosci jak nizej: E sin (cot + ip) = A m Ew sin cot + + B Ekl sin (cot + gdzie symbolami A, B, m, n, Ew, Eg, pw, p & oznaczono: \= * (2) ' Pw + RiPw + Hi B = 1 + 1 (3) Pe + R, P*-Mo Pw+Rl *3 m — stopien wzrostu wzmocnienia toru sygnalu zmiennego lub stalego n — stopien rozszerzenia podzialki skali miev* nika 6 Ew — sygnal wyjsciowy wzmacniacza 1 Eg — sygnal wyjsciowy generatora 2 pfi — opornosc wyjsciowa generatora 2 pw — opornosc wyjsciowa wzmacniacza 1 ciem wyjsciowym wzmacniacza 1 i gene~ ratora 2 W — kat przesuniecia fazowego miedzy napie¬ ciem wyjsciowym wzmacniacza 1 i napie¬ ciem na opornosci R3 ukladu sumujacego.Wielkosc m i n zwiazane sa przy tym zalez¬ ni noscia n = —gdzie symbolem C oznaczono: (4) C = l + Pw + Rl Pw+Rl 1 Pc+R2+ R3 ~A (5) Wykres wektorowy harmonik podano na rysunku fig. 3. Dla kata przesuniecia fazowego cp = 180° równania ogólne amplitud i faz . E = j/ (AmEw)» + (BEJ2 + 2ABmEwEff cos l = arc tg sin cp AmEw + cos (7) przyjmuja postac E=AmEw — BEg l = 0 (8) (9)5 57 905 6 Zgodnie z przyjetym zalozeniem sygnal okre¬ slony zaleznoscia (8) winien byc dla punktu ze¬ rowego równy sygnalowi wyjsciowemu wzmacnia¬ cza 1 przed wlaczeniem ukladu rozszerzenia po- dzialki skali miernika czyli sygnalowi Ew. War¬ tosc sygnalu generatora 2 odpowiadajaca temu warunkowi wyniesie: ratora i stalym przesunieciu fazowym miedzy wektorami obu napiec Ew i Efi wartosc sumy obu harmonik zalezy jedynie od napiecia wyjsciowego wzmacniacza. Wplyw znieksztalcen nieliniowych 5 sygnalu wyjsciowego* wzmacniacza 1 na wartosc sumy napiec okreslonej zaleznoscia (6) przedsta¬ wia zaleznosc Am—1 (10) E =v\ Dla przypadku szczególnego, gdy: Pw+Rl = PgR*<< R3 (U) wyrazenia (4), (8) i (10) przyjmuja postac: m 2 mEw — Eg Eg = (m-2)E¥ (12) (13) (14) 2^~ (18) (AmEw)* -f (BEg)« + 2ABmEwEgcos 10 h = 2 otrzyma w oparciu o zasade superpozycji harmo¬ nicznych, gdzie przez ah oznaczono wspólczynnik zawartosci h-tej harmonicznej w napieciu wyj¬ sciowym wzmacniacza 1. 15 Na fig. 4 przedstawiono charakterystyke mier¬ nika 6 dla skali normalnej N i n-krotnie rozsze- * rzonej P z punktem zerowym dla pelnego wychy¬ lenia miernika. Zmianie wychylenia miernika od 100°/o do zera odpowiada przy skali rozszerzonej 20 zmiana sygnalu wyjsciowego wzmacniacza 1 o sto¬ pien rozszerzenia skali razy mniejsza niz dla ska¬ li normalnej.Dobierajac wartosc elementarnego podzialu re¬ gulatora wzmocnienia wzmacniacza 1 w taki spo- 25 sób, by móc zawsze sprowadzic wychylenia mier- Z podanych wyzej zaleznosci wyznaczyc mozna nika 6 do zakresu 100% «fl — — 1 100% wartosc Eg niezbedna dla uzyskania zalozonego n — krotnego rozszerzenia podzialki skali miernika przy danych wartosciach Ew, p w i p & oraz przy¬ jetych wartosciach Rlf R2 i R3. Okreslajac wplyw zmian kata przesuniecia fazowego cp w waskich granicach wokól 180° cp = 180° ± Acp na wartosc amplitudy sumy harmonik otrzyma sie przy przyjeciu zalozen: A cos (180° ± Acp) PL