RU214156U1 - Device for measuring non-linear distortions of an electrical signal with increased noise immunity - Google Patents

Device for measuring non-linear distortions of an electrical signal with increased noise immunity Download PDF

Info

Publication number
RU214156U1
RU214156U1 RU2022108929U RU2022108929U RU214156U1 RU 214156 U1 RU214156 U1 RU 214156U1 RU 2022108929 U RU2022108929 U RU 2022108929U RU 2022108929 U RU2022108929 U RU 2022108929U RU 214156 U1 RU214156 U1 RU 214156U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
block
differentiation
resistor
Prior art date
Application number
RU2022108929U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Сергеевна Тихонова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" (СПбГИКиТ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" (СПбГИКиТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" (СПбГИКиТ)
Application granted granted Critical
Publication of RU214156U1 publication Critical patent/RU214156U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и предназначена для выявления и оценки различных видов нелинейных искажений электрического сигнала, вносимых звукотехнической аппаратурой, в частности предварительными усилителями и усилителями мощности. На входе блока дифференцирования вводится форсирующе-инерционное звено, состоящее из параллельно соединенных пятого резистора и четвертого конденсатора, перестраиваемого одновременно с другими конденсаторами блока. Полезная модель позволяет повысить помехоустойчивость устройства. Технический результат заключается в сужении частотного диапазона относительного усиления помех в блоке дифференцирования. 1 ил., 1 табл.

Figure 00000007
The utility model relates to the field of instrumentation and is designed to identify and evaluate various types of non-linear distortions of an electrical signal introduced by audio equipment, in particular, preamplifiers and power amplifiers. At the input of the differentiation block, a forcing-inertial link is introduced, consisting of the fifth resistor connected in parallel and the fourth capacitor, which is tunable simultaneously with the other capacitors of the block. The utility model improves the noise immunity of the device. The technical result consists in narrowing the frequency range of the relative noise amplification in the differentiation block. 1 ill., 1 tab.
Figure 00000007

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной технике и предназначена для выявления и оценки различных видов нелинейных искажений сигнала, вносимых звукотехнической аппаратурой, в частности предварительными усилителями и усилителями мощности сигналов звуковой частоты.The utility model relates to the field of instrumentation and is designed to identify and evaluate various types of non-linear signal distortions introduced by audio equipment, in particular, preamplifiers and power amplifiers for audio signals.

Цель полезной модели - повышение помехоустойчивости устройства.The purpose of the utility model is to improve the noise immunity of the device.

Это достигается путем сужения частотного диапазона относительного усиления помех в блоке дифференцирования, что обеспечивается введением в блок дифференцирования, содержащего три звена запаздывания, дополнительного звена, для чего на входе блока дифференцирования вводится форсирующе-инерционное звено, состоящее из параллельно соединенных пятого резистора и четвертого конденсатора, перестраиваемого одновременно с другими конденсаторами блока.This is achieved by narrowing the frequency range of the relative amplification of interference in the differentiation block, which is ensured by introducing an additional link into the differentiation block containing three delay links, for which a forcing-inertial link is introduced at the input of the differentiation block, consisting of a fifth resistor and a fourth capacitor connected in parallel, tunable simultaneously with other block capacitors.

Описание аналоговDescription of analogues

Известно устройство для измерения нелинейных искажений электрического сигнала [1].A device for measuring non-linear distortion of an electrical signal [1].

Устройство содержит последовательно соединенные генератор гармонических колебаний, объект измерения, блок выравнивания уровней сигнала, состоящий из последовательно соединенных аттенюатора и регулируемого измерительного усилителя, причем вход аттенюатора является входом блока выравнивания уровней сигналов, а выход регулируемого измерительного усилителя - его выходом, блок дифференцирования, содержащий два звена запаздывания, включающих в себя одновременно перестраиваемые конденсаторы, контрольно-измерительный блок, состоящий из осциллографа и измерительного блока, которые подключены к входу контрольно-измерительного блока, а так же идентичные первый и второй блоки индикации, состоящие из схемы сравнения, первый вход которой является входом блока индикации, генератора эталонного сигнала, соединенного со вторым входом схемы сравнения, индикатора, подключенного к выходу схемы сравнения, причем вход первого блока индикации соединен с выходом блока выравнивания уровней сигналов, а вход второго блока индикации соединен с выходом блока дифференцирования, входную и выходную клеммы для подключения объекта измерений.The device contains a generator of harmonic oscillations connected in series, a measurement object, a signal level equalization unit, consisting of an attenuator and an adjustable measuring amplifier connected in series, the attenuator input being the input of the signal level equalization unit, and the output of the adjustable measuring amplifier being its output, a differentiation unit containing two delay link, including simultaneously tunable capacitors, a control and measuring unit consisting of an oscilloscope and a measuring unit that are connected to the input of the control and measuring unit, as well as identical first and second display units, consisting of a comparison circuit, the first input of which is the input of the indication block, the reference signal generator connected to the second input of the comparison circuit, the indicator connected to the output of the comparison circuit, the input of the first indication block is connected to the output of the signal level equalization block, and the input of the second th indication block is connected to the output of the differentiation block, input and output terminals for connecting the measurement object.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится низкая точность измерений, обусловленная методическими погрешностями.The reasons hindering the achievement of the required technical result include low measurement accuracy due to methodological errors.

Описание прототипаDescription of the prototype

Наиболее близким решением того же назначения по совокупности признаков является устройство для измерения нелинейных искажений электрического сигнала с повышенной помехоустойчивостью [2].The closest solution for the same purpose in terms of a set of features is a device for measuring nonlinear distortions of an electrical signal with increased noise immunity [2].

Устройство содержит входную и выходную клеммы для подключения объекта измерения, генератор гармонических колебаний, выход которого подключен к входной клемме, к выходной клемме подключен блок выравнивания уровней сигнала, состоящий из последовательно соединенных аттенюатора и регулируемого измерительного усилителя, причем вход аттенюатора является входом блока выравнивания уровней сигналов, а выход регулируемого измерительного усилителя - его выходом, блок дифференцирования, содержащий три звена запаздывания, включающих в себя первый резистор, образующий вход блока дифференцирования и подключенный ко входу первого инвертирующего усилителя, параллельно соединенные между собой второй резистор и первый конденсатор, подключенные между входом и выходом первого инвертирующего усилителя и образующие цепь обратной связи, последовательно соединенные второй конденсатор и третий резистор, подключенные между выходом первого инвертирующего усилителя и входом второго инвертирующего усилителя, а также параллельно соединенные между собой четвертый резистор и третий конденсатор, подключенные между входом и выходом второго инвертирующего усилителя и образующие цепь обратной связи, при этом конденсаторы блока дифференцирования перестраиваются одновременно, к выходу второго инвертирующего усилителя, образующего выход блока дифференцирования, подключен контрольно-измерительный блок, состоящий из осциллографа и измерительного блока, которые своими входами подключены к входу контрольно-измерительного блока, кроме того в состав устройства входят идентичные первый и второй блоки индикации, состоящие из схемы сравнения, первый вход которой является входом блока индикации, генератора эталонного сигнала, соединенного со вторым входом схемы сравнения, индикатора, соединенного с выходом схемы сравнения, причем вход первого блока индикации подключен к выходу блока выравнивания уровней сигналов, а вход второго блока индикации подключен к выходу блока дифференцирования. Критика прототипаThe device contains input and output terminals for connecting a measurement object, a harmonic generator, the output of which is connected to the input terminal, a signal level equalization unit is connected to the output terminal, consisting of an attenuator and an adjustable measuring amplifier connected in series, and the attenuator input is the input of the signal level equalization unit , and the output of the adjustable measuring amplifier is its output, a differentiation block containing three delay links, including the first resistor forming the input of the differentiation block and connected to the input of the first inverting amplifier, the second resistor connected in parallel and the first capacitor connected between the input and output of the first inverting amplifier and forming a feedback circuit, a second capacitor and a third resistor connected in series, connected between the output of the first inverting amplifier and the input of the second inverting amplifier, and also i.e. the fourth resistor and the third capacitor connected in parallel to each other, connected between the input and output of the second inverting amplifier and forming a feedback circuit, while the capacitors of the differentiation unit are tuned simultaneously, a control and measuring unit is connected to the output of the second inverting amplifier, which forms the output of the differentiation unit, consisting of an oscilloscope and a measuring unit, which are connected with their inputs to the input of the control and measuring unit, in addition, the device includes identical first and second indication units, consisting of a comparison circuit, the first input of which is the input of the indication unit, a reference signal generator connected to the second input of the comparison circuit, an indicator connected to the output of the comparison circuit, wherein the input of the first indication block is connected to the output of the signal level equalization block, and the input of the second indication block is connected to the output of the differentiation block. Criticism of the prototype

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что устройство обладает относительно низкой помехоустойчивостью, обусловленной широким частотным диапазоном относительного усиления помех в продифференцированном сигнале, что снижает точность измерений нелинейных искажений электрического сигнала.The reasons hindering the achievement of the desired technical result when using the known device, adopted as a prototype, include the fact that the device has a relatively low noise immunity due to a wide frequency range of the relative noise gain in the differentiated signal, which reduces the measurement accuracy of the non-linear distortions of the electrical signal.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении помехоустойчивости устройства.The problem to be solved by the utility model is to increase the noise immunity of the device.

Указанная задача решается за счет достижения при осуществлении полезной модели технического результата, который достигается путем сужения частотного диапазона относительного усиления помех в блоке дифференцирования, что обеспечивается введением в блок дифференцирования, содержащего три звена запаздывания, дополнительного звена.This problem is solved by achieving a technical result in the implementation of the useful model, which is achieved by narrowing the frequency range of the relative amplification of interference in the differentiation block, which is ensured by introducing an additional link into the differentiation block containing three delay links.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что на входе блока дифференцирования вводится форсирующе-инерционное звено, состоящее из параллельно соединенных пятого резистора и четвертого конденсатора, перестраиваемого одновременно с другими конденсаторами блока.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that at the input of the differentiation block, a forcing-inertial link is introduced, consisting of a fifth resistor connected in parallel and a fourth capacitor, which is tunable simultaneously with other capacitors of the block.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.The analysis of the level of technology carried out by the applicant, including a search on patent and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed utility model, but the definition of a prototype from among the identified analogues as the closest in totality features, made it possible to determine the set of features essential in relation to the technical result in the declared object, set forth in the formula of the utility model.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна».Therefore, the claimed utility model meets the requirement of "novelty".

Перечень фигур чертежейList of drawing figures

На фигуре представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемую полезную модель, где 1 - генератор гармонических колебаний; 2 - входная клемма; 3 - объект измерения; 4 - выходная клемма; 5 - блок выравнивания уровней сигналов; 6 - аттенюатор; 7 - регулируемый измерительный усилитель; 8 - блок дифференцирования; 9 - первый резистор R1; 10 - второй резистор R2; 11 - переменный первый конденсатор С1; 12 - первый инвертирующий усилитель; 13 - переменный второй конденсатор С2; 14 - третий резистор R3; 15 - четвертый резистор R4; 16 - переменный третий конденсатор С3; 17 - второй инвертирующий усилитель; 18 - контрольно-измерительный блок; 19 - осциллограф; 20 - измерительный блок; 21 - первый блок индикации, 22 - первая схема сравнения; 23 - первый генератор эталонного сигнала; 24 - первый индикатор; 25 - второй блок индикации; 26 - вторая схема сравнения; 27 - второй генератор эталонного сигнала; 28 - второй индикатор; 29 - пятый резистор R5; 30 - переменный четвертый конденсатор С4. Конденсаторы блока дифференцирования перестраиваются одновременно.The figure shows a block diagram of a device that implements the proposed utility model, where 1 is a generator of harmonic oscillations; 2 - input terminal; 3 - measurement object; 4 - output terminal; 5 - signal level equalization block; 6 - attenuator; 7 - adjustable measuring amplifier; 8 - differentiation block; 9 - the first resistor R1; 10 - second resistor R2; 11 - variable first capacitor C1; 12 - the first inverting amplifier; 13 - variable second capacitor C2; 14 - third resistor R3; 15 - fourth resistor R4; 16 - variable third capacitor C3; 17 - second inverting amplifier; 18 - control and measuring unit; 19 - oscilloscope; 20 - measuring block; 21 - the first display unit, 22 - the first comparison circuit; 23 - the first generator of the reference signal; 24 - the first indicator; 25 - second display unit; 26 - second comparison circuit; 27 - the second generator of the reference signal; 28 - second indicator; 29 - fifth resistor R5; 30 - variable fourth capacitor C4. The capacitors of the differentiation block are rebuilt simultaneously.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной моделиInformation confirming the possibility of implementing the utility model

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением указанного технического результата, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of implementing the utility model with obtaining the specified technical result is as follows.

В состав устройства входят последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний, входная клемма 2 и выходная клемма 4 для подключения объекта 3 измерения, к выходной 4 клемме подключен блок 5 выравнивания уровней сигнала, состоящий из последовательно соединенных аттенюатора 6 и регулируемого измерительного усилителя 7, причем вход аттенюатора 6 является входом блока 5 выравнивания уровней сигналов, а выход регулируемого измерительного усилителя 7 - его выходом, к которому подключен блок 8 дифференцирования, содержащий первый резистор 9, образующий вход блока 8 дифференцирования и подключенный ко входу первого инвертирующего усилителя 12, параллельно соединенные между собой второй резистор 10 и первый конденсатор 11, подключенные между входом и выходом первого инвертирующего усилителя 12 и образующие цепь обратной связи, последовательно соединенные второй конденсатор 13 и третий резистор 14, подключенные между выходом первого инвертирующего усилителя 12 и входом второго инвертирующего усилителя 17, а также параллельно соединенные между собой четвертый резистор 15 и третий конденсатор 16, подключенные между входом и выходом второго инвертирующего усилителя 17 и образующие цепь обратной связи, при этом конденсаторы блока дифференцирования перестраиваются одновременно, к выходу второго инвертирующего усилителя 17, образующего выход блока 8 дифференцирования, подключен контрольно-измерительный блок 18, состоящий из осциллографа 19 и измерительного блока 20, которые подключены к входу контрольно-измерительного блока 18, кроме того к выходу блока 5 выравнивания уровней сигналов подключен первый блок 21 индикации, состоящий из первой схемы 22 сравнения, один из входов которой является входом блока 21 индикации, первого генератора 23 эталонного сигнала, соединенного с другим входом первой схемы 22 сравнения, первого индикатора 24, соединенного с выходом первой схемы 22 сравнения, к выходу блока 8 дифференцирования подключен второй блок 25 индикации, состоящие из второй схемы 26 сравнения, один из входов которой является входом второго блока 25 индикации, второго генератора 27 эталонного сигнала, соединенного с другим входом второй схемы 25 сравнения, второго индикатора 28, соединенного с выходом второй схемы 25 сравнения.The device includes series-connected generator 1 of harmonic oscillations, input terminal 2 and output terminal 4 for connecting the measurement object 3, a signal level equalization unit 5 is connected to the output terminal 4, consisting of a series-connected attenuator 6 and an adjustable measuring amplifier 7, and the attenuator input 6 is the input of the signal level equalization block 5, and the output of the adjustable measuring amplifier 7 is its output, to which the differentiation block 8 is connected, containing the first resistor 9, which forms the input of the differentiation block 8 and connected to the input of the first inverting amplifier 12, the second one connected in parallel resistor 10 and the first capacitor 11 connected between the input and output of the first inverting amplifier 12 and forming a feedback circuit, the second capacitor 13 and the third resistor 14 connected in series connected between the output of the first inverting amplifier 12 and the input of the second inverter 17, as well as the fourth resistor 15 and the third capacitor 16 connected in parallel to each other, connected between the input and output of the second inverting amplifier 17 and forming a feedback circuit, while the capacitors of the differentiation unit are tuned simultaneously, to the output of the second inverting amplifier 17, which forms the output differentiation block 8, connected to the control and measuring unit 18, consisting of an oscilloscope 19 and measuring unit 20, which are connected to the input of the control and measuring unit 18, in addition to the output of block 5 for equalizing signal levels, the first display unit 21 is connected, consisting of the first circuit 22 comparison, one of the inputs of which is the input of the indication block 21, the first reference signal generator 23 connected to another input of the first comparison circuit 22, the first indicator 24 connected to the output of the first comparison circuit 22, the second indication block 25 is connected to the output of the differentiation block 8, consisting of second circuit 26 comparison, one of the inputs of which is the input of the second block 25 display, the second generator 27 of the reference signal connected to another input of the second circuit 25 comparison, the second indicator 28 connected to the output of the second circuit 25 comparison.

Блок 8 дифференцирования устройства-прототипа представляет собой непосредственный активный дифференциатор с тремя звеньями запаздывания, имеющий один нуль и три полюса в передаточной функцииBlock 8 differentiation of the prototype device is a direct active differentiator with three links of delay, having one zero and three poles in the transfer function

Figure 00000001
Figure 00000001

где T=R4C2R2/R1; Т1=R3C2; Т2=R4C3 и T3=R2C1 при коэффициентах усиления напряжения первого и второго инвертирующих усилителей К1 и К2>>1.where T=R 4 C 2 R 2 /R 1 ; T 1 =R 3 C 2 ; T 2 =R 4 C 3 and T 3 =R 2 C 1 with the voltage gain of the first and second inverting amplifiers K1 and K2>>1.

Для уменьшения зоны относительного усиления помех устройства-прототипа постоянные времени запаздывание устанавливаются равными друг другу: Т123. В таком случае АЧХ и ФЧХ блока 8 дифференцирования имеют видTo reduce the zone of relative amplification of the noise of the prototype device time constants delay are set equal to each other: T 1 =T 2 =T 3 . In this case, the frequency response and phase response of the block 8 differentiation have the form

Figure 00000002
Figure 00000002

ϕ(ω)=(π/2)-3arctg ωT1=(π/2)-Δϕ(ω),ϕ(ω)=(π/2)-3arctg ωT 1 =(π/2)-Δϕ(ω),

где γ(ω)≈1.5ω2 T1 2 (при ωТ1<0,2); Δϕ(ω)=3arctg ωT1.where γ(ω)≈1.5ω 2 T 1 2 (when ωТ 1 <0.2); Δϕ(ω)=3arctg ωT 1 .

Присутствие в исследуемом сигнале помех и шумов активных приборов, входящих в схему блока 8 дифференцирования, отрицательным образом влияют на результаты измерений, обусловливая погрешность измерений, что заложено в самом способе дифференцирования, проводимого с помощью технического средства. Повысить помехоустойчивость дифференциатора, а значит и всего устройства, можно путем оптимизацией структуры и параметров схемы дифференциатора.The presence in the studied signal of interference and noise of active devices included in the differentiation block 8 circuit negatively affects the measurement results, causing measurement error, which is inherent in the very method of differentiation carried out using technical means. It is possible to increase the noise immunity of the differentiator, and hence the entire device, by optimizing the structure and parameters of the differentiator circuit.

В частности, эту задачу можно решить введением на входе блока 8 дифференцирования устройства-прототипа дополнительного форсирующе-инерционного звена, имеющего постоянную времени форсирования Тф, и состоящего из параллельно соединенных пятого резистора R5 (29) и переменного четвертого конденсатора С4 (30), перестраиваемого одновременно с другими конденсаторами блока 8 дифференцирования. Приближенное дифференцирование будет осуществляться путем вычитания запаздывающего сигнала из сигнала, опережающего по фазе исследуемый сигнал. При этом временной сдвиг или разность фаз между вычитаемыми сигналами могут быть относительно большими (в пределах десятых долей периода исследуемого сигнала), чем и обусловливается снижение относительного влияния помех на точностные характеристики блока 8 дифференцирования, а значит повысить помехоустойчивость его работы.In particular, this problem can be solved by introducing at the input of the differentiation block 8 of the prototype device an additional forcing-inertial link having a forcing time constant T f , and consisting of parallel-connected fifth resistor R5 (29) and a variable fourth capacitor C4 (30), tunable simultaneously with other capacitors block 8 differentiation. Approximate differentiation will be carried out by subtracting the lagging signal from the signal leading in phase to the signal under study. In this case, the time shift or phase difference between the subtracted signals can be relatively large (within tenths of the period of the signal under study), which causes a decrease in the relative influence of noise on the accuracy characteristics of the differentiation block 8, and therefore to increase the noise immunity of its operation.

Передаточная функция предлагаемого устройства будет включать один ноль, постоянную форсирования Тф и постоянные времени запаздывания Т14:The transfer function of the proposed device will include one zero, the boost constant T f and the delay time constants T 1 -T 4 :

Figure 00000003
Figure 00000003

где T=R4 С2; ТФ=R5 С4; T1=R3 С3; T2=R4 С3; T3=R5 R1C1/(R5+R1); T4=R2 С1; R2=R5+R1 (при К1 и К2>>1).where T=R 4 C 2 ; T F =R 5 C 4 ; T 1 =R 3 C 3 ; T 2 =R 4 C 3 ; T 3 =R 5 R 1 C 1 /(R 5 +R 1 ); T 4 =R 2 C 1 ; R 2 \u003d R 5 + R 1 (at K1 and K2>> 1).

Для повышения помехоустойчивости следует устанавливать значения Т12, и Т34. С учетом чего АЧХ и ФЧХ блока 8 дифференцирования будут иметь видTo improve the noise immunity should be set to T 1 =T 2 and T 3 =T 4 . Taking into account what the frequency response and phase response of the block 8 differentiation will have the form

Figure 00000004
Figure 00000004

ϕ(ω)=(π/2)+arctg ωТф-2arctg ωT1-2arctg ωТ3=(π/2)+Δϕ(ω),ϕ(ω)=(π/2)+arctg ωТ f -2arctg ωT 1 -2arctg ωТ 3 =(π/2)+Δϕ(ω),

где γ(ω)≈(ω2 Тф 2/2)-ω2T1 22 Т3 2 (при ωТф<0,4; ωТ1, ωТ3<0,2); Δϕ(ω)=arctg ωТф-2arctg ωT1-2arctg ωТ3.where γ(ω)≈(ω 2 T f 2 /2)-ω 2 T 1 22 T 3 2 (at ωT f <0.4; ωT 1 , ωT 3 <0.2); Δϕ(ω)=arctg ωТ f -2arctg ωT 1 -2arctg ωТ 3 .

В погрешности γ(ω) и Δϕ(ω) входят составляющие с разными знаками («+» и «-»), поэтому, выбирая соответствующие значения постоянных времени Тф, Т1 и Т3, можно получить как положительные, так и отрицательные значения погрешностей γ(ω) и Δϕ(ω) или же обеспечить минимальные значения этих погрешностей в широком диапазоне частот.The errors γ(ω) and Δϕ(ω) include components with different signs (“+” and “-”), therefore, by choosing the appropriate values of the time constants T f , T 1 and T 3 , you can get both positive and negative the values of errors γ(ω) and Δϕ(ω) or to ensure the minimum values of these errors in a wide frequency range.

Набольший выигрыш по точности и помехоустойчивости обеспечивается при выполнении неравенств:The greatest gain in accuracy and noise immunity is provided when the following inequalities are fulfilled:

Тф > (T13) - для минимизации амплитудной погрешности γ(ω),T f > (T 1 +T 3 ) - to minimize the amplitude error γ(ω),

Тф > 2(T13) - для минимизации фазовой погрешности Δϕ(ω).T f > 2(T 1 +T 3 ) - to minimize the phase error Δϕ(ω).

В этом случае дифференцирование сигнала на нижних частотах рабочего диапазона будет производиться с положительными значениями погрешностей γ(ω) или Δϕ(ω), а на верхних - с их отрицательными значениями. Конкретные значения постоянных времени Тф, T1 и Т3 должны рассчитываться по форме АЧХ или ФЧХ таким образом, чтобы амплитудная или фазовая погрешности не превышали по модулю допустимых пределов во всем диапазоне рабочих частот устройства.In this case, the differentiation of the signal at the lower frequencies of the operating range will be carried out with positive errors γ(ω) or Δϕ(ω), and at the upper frequencies - with their negative values. Specific values of the time constants T f , T 1 and T 3 must be calculated according to the form of the frequency response or phase response so that the amplitude or phase errors do not exceed the modulus of the allowable limits in the entire operating frequency range of the device.

В таблицу сведены результаты расчетов зависимостей ширины диапазона частот относительного усиления помех

Figure 00000005
от величины погрешности γ(ωв) дифференцирования на верхней частоте рабочего диапазона дифференцирования ωв для устройства-прототипа и заявляемого устройства. Зависимости получены при наиболее оптимальных соотношениях между значениями постоянными времени: Тф=2Т3 и T13.The table summarizes the results of calculations of the dependences of the width of the frequency range of the relative gain of interference
Figure 00000005
on the value of the error γ(ω in ) differentiation at the upper frequency of the operating range of differentiation ω in for the prototype device and the proposed device. The dependencies were obtained with the most optimal ratios between the values of the time constants: T f =2T 3 and T 1 <T 3 .

Figure 00000006
Figure 00000006

Данные таблицы показывают, что введение дополнительного форсирующе-инерционного звена в схему блока 8 дифференцирования позволяет резко сократить ширину диапазона частот относительного усиления помех, чем повысить помехоустойчивость устройства. В частности при γ(ωв)=0.05% диапазон частот

Figure 00000005
сужается в 19 раз. При увеличении погрешности выигрыш в помехоустойчивости снижается, однако даже при γ(ωв)=1% обеспечивается ослабление помех в 7.5 раз.The data in the table show that the introduction of an additional forcing-inertial link in the circuit block 8 differentiation allows you to drastically reduce the bandwidth of the relative amplification of noise than to increase the noise immunity of the device. In particular, at γ(ω in )=0.05% the frequency range
Figure 00000005
shrinks 19 times. With an increase in the error, the gain in noise immunity decreases, however, even at γ(ω in )=1%, interference is attenuated by a factor of 7.5.

Из вышеизложенного следует, что введение в блок 8 дифференцирования дополнительного форсирующе-инерционного звена с конденсатором, одновременно перестраиваемым вместе с другими конденсаторами блока, обеспечивает повышение помехоустойчивости блока дифференцирования, а значит и всего устройства, что обеспечивается за счет сужения частотного диапазона относительного усиления помех в исследуемом сигнале. From the foregoing, it follows that the introduction of an additional forcing-inertial link with a capacitor into the differentiation block 8, which is simultaneously tunable together with other capacitors of the block, provides an increase in the noise immunity of the differentiation block, and hence the entire device, which is ensured by narrowing the frequency range of the relative noise amplification in the studied signal.

Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих условий:Thus, the above information indicates that the following conditions are met when using the claimed utility model:

- устройство, воплощающие заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в контрольно-измерительной технике для выявления и оценки различных видов нелинейных искажений, вносимых звукотехнической аппаратурой, в частности предварительными усилителями и усилителями мощности.- a device that embodies the claimed utility model in its implementation, is intended for use in instrumentation to identify and evaluate various types of non-linear distortions introduced by audio equipment, in particular preamplifiers and power amplifiers.

- для заявленной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств;- for the claimed model in the form as it is characterized in the formula of the utility model, the possibility of its implementation using the means described above in the application or known before the priority date is confirmed;

- устройство, воплощающее заявленную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.- a device that embodies the claimed model in its implementation is capable of achieving the specified technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству. ЛитератураTherefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under the current legislation. Literature

1. SU 1318926 A1, G01R 23/20, опубл. 23.06.1987, бюл. №23.1. SU 1318926 A1, G01R 23/20, publ. 06/23/1987, bul. No. 23.

2. Патент на изобретение 2477492 (RU 2 477 492 С2). Российская Федерация, МПК G01R 23/20 (2006.01). Устройство для измерения нелинейных искажений электрического сигнала с повышенной помехоустойчивостью [Текст] / Тихонова Л.С.; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения. - Заявка №2010126710/28, 29.06.2010. Опубл.: 10.03.2013 Бюл. №7 (прототип).2. Patent for invention 2477492 (RU 2 477 492 C2). Russian Federation, IPC G01R 23/20 (2006.01). A device for measuring non-linear distortions of an electrical signal with increased noise immunity [Text] / Tikhonova L.S.; applicant and patent holder St. Petersburg State University of Cinema and Television. - Application No. 2010126710/28, 06/29/2010. Published: 03/10/2013 Bull. No. 7 (prototype).

Claims (1)

Устройство для измерения нелинейных искажений электрического сигнала с повышенной помехоустойчивостью, содержащее входную и выходную клеммы для подключения объекта измерения, генератор гармонических колебаний, выход которого подключен к входной клемме, к выходной клемме подключен блок выравнивания уровней сигнала, состоящий из последовательно соединенных аттенюатора и регулируемого измерительного усилителя, причем вход аттенюатора является входом блока выравнивания уровней сигналов, а выход регулируемого измерительного усилителя - его выходом, блок дифференцирования, содержащий три звена запаздывания, включающих в себя первый резистор, образующий вход блока дифференцирования и подключенный ко входу первого инвертирующего усилителя, параллельно соединенные между собой второй резистор и первый конденсатор, подключенные между входом и выходом первого инвертирующего усилителя и образующие цепь обратной связи, последовательно соединенные второй конденсатор и третий резистор, подключенные между выходом первого инвертирующего усилителя и входом второго инвертирующего усилителя, а также параллельно соединенные между собой четвертый резистор и третий конденсатор, подключенные между входом и выходом второго инвертирующего усилителя и образующие цепь обратной связи, при этом конденсаторы блока дифференцирования перестраиваются одновременно, к выходу второго инвертирующего усилителя, образующего выход блока дифференцирования, подключен контрольно-измерительный блок, состоящий из осциллографа и измерительного блока, которые подключены к входу контрольно-измерительного блока, кроме того, в состав устройства входят идентичные первый и второй блоки индикации, состоящие из схемы сравнения, первый вход которой является входом блока индикации, генератора эталонного сигнала, соединенного со вторым входом схемы сравнения, индикатора, соединенного с выходом схемы сравнения, причем вход первого блока индикации подключен к выходу блока выравнивания уровней сигналов, а вход второго блока индикации подключен к выходу блока дифференцирования, отличающееся тем, что на входе блока дифференцирования вводится форсирующе-инерционное звено, состоящее из параллельно соединенных пятого резистора и четвертого конденсатора, перестраиваемого одновременно с другими конденсаторами блока.A device for measuring non-linear distortions of an electrical signal with increased noise immunity, containing input and output terminals for connecting the measurement object, a harmonic oscillation generator, the output of which is connected to the input terminal, a signal level equalization unit is connected to the output terminal, consisting of an attenuator connected in series and an adjustable measuring amplifier , wherein the input of the attenuator is the input of the signal level equalization block, and the output of the adjustable measuring amplifier is its output, the differentiation block, containing three delay links, including the first resistor, which forms the input of the differentiation block and is connected to the input of the first inverting amplifier, connected in parallel a second resistor and a first capacitor connected between the input and output of the first inverting amplifier and forming a feedback circuit, a second capacitor and a third resistor connected in series, connected waiting for the output of the first inverting amplifier and the input of the second inverting amplifier, as well as the fourth resistor and the third capacitor connected in parallel to each other, connected between the input and output of the second inverting amplifier and forming a feedback circuit, while the capacitors of the differentiation unit are tuned simultaneously to the output of the second inverting amplifier , forming the output of the differentiation unit, a control and measuring unit is connected, consisting of an oscilloscope and a measuring unit, which are connected to the input of the control and measuring unit, in addition, the device includes identical first and second display units, consisting of a comparison circuit, the first input of which is the input of the indication block, the reference signal generator connected to the second input of the comparison circuit, the indicator connected to the output of the comparison circuit, and the input of the first indication block is connected to the output of the signal level equalization block, and the input of the second block dictation is connected to the output of the differentiation block, characterized in that at the input of the differentiation block, a forcing-inertial link is introduced, consisting of the fifth resistor connected in parallel and the fourth capacitor, which is tunable simultaneously with the other capacitors of the block.
RU2022108929U 2022-04-04 Device for measuring non-linear distortions of an electrical signal with increased noise immunity RU214156U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU214156U1 true RU214156U1 (en) 2022-10-13

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB635518A (en) * 1947-02-25 1950-04-12 Cie Ind Des Telephones Improvements in devices for measuring the harmonics produced in electrical equipment
SU1120253A1 (en) * 1983-03-02 1984-10-23 Предприятие П/Я Р-6947 Method of measuring non-linear distortions of electric signal and device for effecting same
EP1405089B1 (en) * 2001-06-25 2007-12-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Distortion detector
RU152842U1 (en) * 2014-11-27 2015-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения" DEVICE FOR MEASURING NONLINEAR DISTORTIONS OF ELECTRIC SIGNAL WITH HIGH NOISE RESISTANCE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB635518A (en) * 1947-02-25 1950-04-12 Cie Ind Des Telephones Improvements in devices for measuring the harmonics produced in electrical equipment
SU1120253A1 (en) * 1983-03-02 1984-10-23 Предприятие П/Я Р-6947 Method of measuring non-linear distortions of electric signal and device for effecting same
EP1405089B1 (en) * 2001-06-25 2007-12-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Distortion detector
RU152842U1 (en) * 2014-11-27 2015-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения" DEVICE FOR MEASURING NONLINEAR DISTORTIONS OF ELECTRIC SIGNAL WITH HIGH NOISE RESISTANCE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100109739A1 (en) Active guarding for reduction of resistive and capacitive signal loading with adjustable control of compensation level
CN104536339A (en) High-speed-digital-demodulation-based power control system and method of vector network analyzer
CN103777054A (en) Active shunt ammeter apparatus and method
Terman et al. Some applications of negative feedback with particular reference to laboratory equipment
CN112272036A (en) Temperature compensation device and method for radio frequency receiver and radio frequency receiver
RU214156U1 (en) Device for measuring non-linear distortions of an electrical signal with increased noise immunity
US7893746B1 (en) High speed intra-pair de-skew circuit
US11283458B1 (en) Determining and compensating respective harmonic distortions of digital to analog and analog to digital conversions
RU2531871C1 (en) Quartz oscillator
RU2456624C1 (en) Device for measuring harmonic distortions of electric signal and derivatives thereof
US7304509B2 (en) Impedance circuit, power supply device
RU2453988C1 (en) Frequency subtractor
RU152842U1 (en) DEVICE FOR MEASURING NONLINEAR DISTORTIONS OF ELECTRIC SIGNAL WITH HIGH NOISE RESISTANCE
RU2522827C2 (en) Device to meter harmonic distortions of electric signal and its derivatives at high noise immunity
US4163198A (en) Audio amplifier
RU2477492C2 (en) Measurement device of non-linear distortions of electric signal with increased interference resistance
RU2257665C1 (en) Harmonic frequency multiplier
Kinali A physical sine-to-square converter noise model
RU2014154420A (en) Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and device for its implementation
RU2429557C1 (en) Generator with automatic amplification adjustment
RU2565362C1 (en) Controllable quadrature signal generator
RU2542879C1 (en) Key power amplifier
RU2725311C1 (en) Generator
JP6110757B2 (en) Signal generator, signal generation method, test apparatus, and test method
RU2527202C1 (en) Broadband power amplifier