RU2255342C2 - Non-linear distortions estimation calculator - Google Patents
Non-linear distortions estimation calculator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2255342C2 RU2255342C2 RU2003130416/28A RU2003130416A RU2255342C2 RU 2255342 C2 RU2255342 C2 RU 2255342C2 RU 2003130416/28 A RU2003130416/28 A RU 2003130416/28A RU 2003130416 A RU2003130416 A RU 2003130416A RU 2255342 C2 RU2255342 C2 RU 2255342C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- calculator
- input
- division unit
- converter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и предназначено для оценки наличия и степени нелинейных искажений, возникающих в звукоусилительном тракте при прохождении через него как детерминированного моногармонического сигнала, так и реального случайного.The invention relates to the field of electro-radio measurements and is intended to assess the presence and degree of non-linear distortion arising in the sound amplification path when passing through it as a determinate monoharmonic signal, and a real random.
Прототипом заявляемого вычислителя 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].The prototype of the inventive calculator is a structure containing a test signal generator, a notch filter, two rms meters and a division unit, the output of which is the information output of the device, the test output of which is the output of the test signal generator, and the test input is the input of the notch filter, the output of which is connected to the input of the first rms meter, the output of which is connected to the first input of the division unit, the second input of which is connected to the output of orogo RMS meter having an input merged with the input of the notch filter [Meyzda F. Electronic Instrumentation and Measurement methods: Trans. from English - M.: Mir, 1990, p. 384, Fig. 14.14b].
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.The principle of operation of the prototype provides for the use of a special measuring signal, usually monoharmonic, according to the results of distortion of which they judge the presence and degree of non-linearity of the path. This feature does not allow the use of devices of this type to evaluate non-linear distortions arising in the process of the amplifier performing its regular functions - amplification of a useful signal, which in reality is random. Marked refers to a significant disadvantage of the prototype.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в обеспечении возможности выявления и оценки нелинейных искажений в процессе выполнения усилителем своих полезных функций - усиления случайных сигналов, без прерывания его работы и перевода в специальный измерительный режим.The technical result achieved by using the present invention is to enable the detection and evaluation of non-linear distortions in the process of the amplifier performing its useful functions - amplifying random signals, without interrupting its operation and transferring it to a special measuring mode.
Технический результат достигается тем, что в вычислитель оценки нелинейных искажений, содержащий блок деления, согласно изобретению введены преобразователь переменного напряжения в постоянное и фильтр нижних частот, выход которого является выходом вычислителя, первым и вторым тестовыми входами которого являются соответственно первый и второй входы блока деления, выход которого соединен по переменному току со входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот.The technical result is achieved by the fact that, in the non-linear distortion estimation calculator containing the division unit, according to the invention, an AC to DC converter and a low-pass filter are introduced, the output of which is the output of the transmitter, the first and second test inputs of which are the first and second inputs of the division unit, the output of which is connected by alternating current to the input of an AC / DC converter, the output of which is connected to the input of a low-pass filter.
Для повышения достоверности оценки в вычислитель могут быть дополнительно введены первый и второй полосовые фильтры, выходы которых подключены соответственно к первому и второму тестовым входам вычислителя, а входы первого и второго полосовых фильтров являются соответственно первым и вторым тестовыми входами вычислителя.To increase the reliability of the evaluation, the first and second bandpass filters can be added to the computer, the outputs of which are connected to the first and second test inputs of the computer, respectively, and the inputs of the first and second bandpass filters are the first and second test inputs of the computer, respectively.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг.1 представлена функциональная схема вычислителя с подключенным тестируемым усилителем. На фиг.2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу вычислителя на конкретном примере.The invention is illustrated graphic material. Figure 1 presents the functional diagram of the computer with the connected test amplifier. Figure 2 shows the timing diagrams illustrating the operation of the computer on a specific example.
Функциональная схема (фиг.1) содержит блок 1 деления, преобразователь 2 переменного напряжения в постоянное, фильтр 3 нижних частот (ФНЧ), полосовые фильтры (ПФ) 4, 5, а также тестируемый усилитель 6 с подключенной нагрузкой RL. Первый тестовый вход вычислителя, являющийся входом ПФ 4, объединен со входом х(t) тестируемого усилителя 6, выход y(t) которого соединен со вторым тестовым входом вычислителя, которым (входом) является вход ПФ 5, выходы ПФ 4 и 5 подключены соответственно к первому и второму входам блока 1 деления, выход которого соединен со входом преобразователя 2, выход которого соединен со входом ФНЧ 3, выход которого является выходом вычислителя. Первый вход блока 1 деления является входом операнда-делителя, а второй вход - входом операнда-делимого.Functional diagram (figure 1) contains a division unit 1, an AC / DC converter 2, a low-pass filter (LPF) 3, band-pass filters (PF) 4, 5, and also a
На фиг.2 показаны напряжения Uвып1, Uвып2 (фиг.2а) на выходе преобразователя 2 и напряжения Uвых1, Uвых2 (фиг.2б) на выходе ФНЧ 3.Figure 2 shows the voltage U vy1 , U vyp2 ( Fig.2a ) at the output of the Converter 2 and the voltage U o1 , U o2 (Fig.2b) at the output of the low-pass filter 3.
Принцип выявления нелинейных искажений и их количественная оценка состоят в следующем.The principle of detecting nonlinear distortions and their quantitative assessment are as follows.
Входной x(t) (делитель) и выходной y(t) (делимое) сигналы тестируемого усилителя 6 через фильтры 4, 5 поступают на входы блока 1 деления. Указанные сигналы могут быть как детерминированными моногармоническими, так и случайными с относительно широкой полосой частот - принцип действия вычислителя от этого существенно не меняется. При отсутствии нелинейных искажений и пренебрежимо малом времени группового запаздывания в тестируемом усилителе 6 связь между его выходом и входом однозначно описывается простым выражением y(t)=kx(t) (k - коэффициент пропорциональности, физически являющийся коэффициентом усиления на выбранном линейном участке). Если считать, что в течение выбранного нами интервала наблюдения за работой усилителя 6 его параметры не меняются, а значения входного сигнала x(t) находятся в пределах участка линейного усиления, то есть x1≤ x(t)≤ x2 ([x1; х2] - диапазон линейного усиления), то на выходе блока 1 деления будет присутствовать постоянное напряжение, равное величине k. Учитывая, что на вход преобразователя 2 подается только переменная составляющая сигнала с выхода блока 1 деления, то легко понять, что напряжение Uвых на выходе вычислителя будет равно нулю - случай отсутствия нелинейных искажений. При появлении нелинейных искажений, например по причине выхода сигнала x(t) за пределы диапазона линейного усиления, связь между выходным и входным сигналами будет нелинейной и выразится через функционал F(x(t)), зависящий от времениInput x (t) (divider) and output y (t) (divisible) signals of the tested
Следовательно, отношение сигналов y(t) и x(t) будет представлять собой переменную величину, а значит, и в выходном сигнале блока 1 деления появится переменная составляющая, которая после выпрямления в преобразователе 2 и текущего усреднения в ФНЧ 3 будет служить оценкой нелинейных искажений. То есть количественной оценкой искажений является средневыпрямленное значение переменной составляющей отношения выходного сигнала y(t) ко входному х(t) (строго говоря, при наличии полосовых фильтров на входы блока деления будут подаваться уже не сигналы y(t) и x(t), а результат их фильтрации, однако принятое нами упрощение в обозначениях сигналов непринципиально для описания принципа действия вычислителя, так как указанные фильтры выполняют всего лишь корректирующую роль и согласно п.1 формулы изобретения могут отсутствовать).Therefore, the ratio of the signals y (t) and x (t) will be a variable value, and hence the variable component will appear in the output signal of the division unit 1, which, after rectification in the converter 2 and the current averaging in the low-pass filter 3, will serve as an estimate of the nonlinear distortions . That is, a quantitative assessment of distortions is the average rectified value of the variable component of the ratio of the output signal y (t) to the input x (t) (strictly speaking, if there are bandpass filters, the signals y (t) and x (t) will no longer be fed to the inputs of the division unit, and the result of their filtering, however, the simplification we adopted in the notation of signals is unprincipled to describe the principle of operation of the calculator, since these filters perform only a corrective role and may not be available according to claim 1).
В качестве наглядного подтверждения зависимости напряжения Uвых на выходе ФНЧ 3 от нелинейных искажений в тестируемом усилителе на фиг.2 воспроизведена часть результатов, полученных при исследовании реального усилительного каскада, работающего в режиме класса А. Для удобства визуальной оценки в качестве измерительного (тестового) сигнала применялся моногармонический сигнал с частотой 1 кГц, амплитуда Uвхm которого в процессе измерений изменялась в диапазоне от 0,5 мВ до 10,5 мВ. С увеличением Uвхm в исследуемом усилителе росли и нелинейные искажения, уровень Кг которых контролировался известным способом разложения выходного сигнала в ряд Фурье. Коэффициент гармоник Кг менялся от 0,39% до 8,2% при изменении Uвхm в указанном выше диапазоне. На фиг.2а приведены графики выпрямленных напряжений Uвып1 и Uвып2 на выходе преобразователя 2 для двух значений входных сигналов Uвхm1=4,5 мВ (Uвып1) и Uвхm2=10,5 мВ (Uвып2) и соответственно для двух уровней нелинейных искажений Kг1=3,5%, К г2=8,2%. Из графиков Uвып1 и Uвып2 легко видеть, что большим нелинейным искажениям соответствует как больший размах выпрямленного сигнала, так и в целом большая амплитуда, что находится в полном согласии с физической сутью нелинейного усиления. Результаты визуальной оценки подтверждаются и значениями напряжений Uвых, измеренных на выходе ФНЧ 3, в котором происходит текущее усреднение средневыпрямленных значений. Учитывая, что фильтр нижних частот не является идеальным усредняющим устройством, напряжение на его выходе слегка колеблется возле некоторого среднего значения Uвых (это видно на фиг.2б). Коэффициенту гармоник Kг1=3,5% и Uвып1 соответствует напряжение Uвых1=164 мВ, а значению Кг2=8,2% отвечает выходное напряжение Uвых2=310 мВ. Как видим, с ростом нелинейных искажений растет и выходное напряжение Uвых ФНЧ 3. В качестве фильтра нижних частот использовалась RC цепочка с постоянной времени τ =50 мс. Измерения, как это видно на фиг.2, проводились после завершения всех переходных процессов в реактивных цепях вычислителя.As a visual confirmation of the dependence of the voltage U output at the output of the low-pass filter 3 from nonlinear distortions in the tested amplifier, Fig. 2 reproduces some of the results obtained by studying a real amplifier stage operating in class A mode. For the convenience of visual assessment as a measuring (test) signal a monoharmonic signal with a frequency of 1 kHz was used, the amplitude of U input of which during the measurement process varied in the range from 0.5 mV to 10.5 mV. With an increase in U input in the studied amplifier, nonlinear distortions also grew, the level of K g of which was controlled by a known method of expanding the output signal in a Fourier series. THD K g varied from 0.39% to 8.2% when changing U vhm in the above range. Figure 2a shows the graphs of the rectified voltages U OUT1 and U OUT2 at the output of the converter 2 for two values of the input signals U in1 = 4.5 mV (U out1 ) and U in2 = 10.5 mV (U out2 ) and, respectively, for two levels nonlinear distortion K g1 = 3.5%, K g2 = 8.2%. From the graphs Uyub1 and Uyy2 it is easy to see that large non-linear distortions correspond to both a larger amplitude of the rectified signal and a large amplitude in general, which is in complete agreement with the physical essence of non-linear amplification. The results of the visual assessment are also confirmed by the values of the voltages U o measured at the output of the low-pass filter 3, in which the current averaging of the average rectified values takes place. Given that the low-pass filter is not an ideal averaging device, the voltage at its output fluctuates slightly near a certain average value of U o (this can be seen in fig.2b). The harmonic coefficient K g1 = 3.5% and Uout1 corresponds to the voltage U o1 = 164 mV, and the value K g2 = 8.2% corresponds to the output voltage U o2 = 310 mV. As can be seen, with increasing harmonic distortion increases and the output voltage U O the LPF 3. In the RC chain used with a time constant τ = 50 ms as a lowpass filter. Measurements, as can be seen in figure 2, were carried out after completion of all transients in the reactive circuits of the computer.
Погрешности оценки в настоящем вычислителе в значительной степени будут зависеть от нахождения отношения y(t)/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 усилителя на выход. Разумеется, в реальности такого не бывает, и выходной сигнал всегда запаздывает по отношению к входному. Однако в малокаскадных низкочастотных усилителях время группового запаздывания настолько мало, что во многих задачах им можно пренебречь. В то же время теоретически учитывать наличие задержки полезно в каждом конкретном случае, также как и наличие шумов в выходном сигнале y(t).The estimation errors in this calculator will largely depend on finding the ratio y (t) / x (t), where the reaction y (t) at each moment of time must strictly correspond to the effect x (t) that caused it. Such a correspondence is possible only in the absence of any delay in the transmission of influence from the input of the amplifier to the output. Of course, this does not happen in reality, and the output signal is always late relative to the input. However, in low-cascade low-frequency amplifiers, the group delay time is so short that it can be neglected in many problems. At the same time, it is theoretically important to take into account the presence of delay in each particular case, as well as the presence of noise in the output signal y (t).
Поскольку в качестве измерительного сигнала настоящий вычислитель допускает применение реального случайного сигнала, то следует учитывать возможность неравномерного усиления всех частотных компонент, что, в свою очередь может повлиять на выходной результат. В таких случаях сигналы x(t) и y(t) на входы блока 1 деления целесообразно подавать в ограниченной полосе частот, в пределах которой неравномерностью частотной характеристики исследуемого усилителя можно пренебречь. На фиг.1 указанные функции выполняют полосовые фильтры 4 и 5 с одинаковыми параметрами и фильтрующими свойствами.Since this calculator allows the use of a real random signal as a measuring signal, the possibility of uneven amplification of all frequency components should be taken into account, which, in turn, can affect the output result. In such cases, the signals x (t) and y (t) to the inputs of the division unit 1 are expediently supplied in a limited frequency band, within which the non-uniformity of the frequency response of the studied amplifier can be neglected. In Fig. 1, these functions are performed by bandpass filters 4 and 5 with the same parameters and filtering properties.
Касаясь особенностей реализации вычислителя, отметим, что в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное может быть использован двухполупериодный выпрямитель, а связать по переменному току блок 1 деления с указанным преобразователем достаточно легко, соединяя выход блока деления со входом преобразователя 2 через разделительный конденсатор.Concerning the implementation features of the calculator, we note that a half-wave rectifier can be used as an AC / DC converter, and it is quite easy to couple the division unit 1 to the specified converter by alternating current, connecting the output of the division unit to the input of converter 2 through an isolation capacitor.
Представленный вычислитель оценки нелинейных искажений (фиг.1) имеет следующие преимущества перед известными аналогичными устройствами:The presented calculator estimates the nonlinear distortion (figure 1) has the following advantages over known similar devices:
- вычислитель достаточно прост в аппаратурном отношении и, следовательно, имеет высокую надежность и низкую стоимость;- the calculator is quite simple in hardware and, therefore, has high reliability and low cost;
- низкая стоимость и высокая надежность позволяют применять вычислитель в качестве встроенного устройства контроля в звукоусилительную аппаратуру;- low cost and high reliability make it possible to use the calculator as an integrated control device in sound amplifying equipment;
- в состав вычислителя не входит специальный тестовый генератор, являющийся неотъемлемой частью подобных устройств, и вычислитель может работать с различными тестовыми сигналами, включая случайные, что позволяет контролировать работу тестируемых устройств без перевода их в специальный тестовый режим и исследовать их (или контролировать) при прохождении через них случайных сигналов, несущих полезную информацию, не прерывая выполнение ими “штатных” функций.- the calculator does not include a special test generator, which is an integral part of such devices, and the calculator can work with various test signals, including random ones, which allows you to control the operation of the tested devices without putting them into a special test mode and examine them (or control) when passing through them random signals that carry useful information without interrupting the performance of their “regular” functions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003130416/28A RU2255342C2 (en) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | Non-linear distortions estimation calculator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003130416/28A RU2255342C2 (en) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | Non-linear distortions estimation calculator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003130416A RU2003130416A (en) | 2004-03-20 |
| RU2255342C2 true RU2255342C2 (en) | 2005-06-27 |
Family
ID=35836906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003130416/28A RU2255342C2 (en) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | Non-linear distortions estimation calculator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2255342C2 (en) |
-
2003
- 2003-10-16 RU RU2003130416/28A patent/RU2255342C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. - М.: Мир, 1990, с.383-388. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003130416A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6294896B1 (en) | Method and apparatus for measuring complex self-immitance of a general electrical element | |
| US8026728B2 (en) | Spectrum analyzers with dynamic range indicator and methods of use | |
| CN111398645A (en) | Signal parameter detection device and method | |
| EP1581816B1 (en) | Measuring method for deciding direction to a flickering source | |
| Nuccio et al. | Assessment of virtual instruments measurement uncertainty | |
| RU2255342C2 (en) | Non-linear distortions estimation calculator | |
| JPH0394178A (en) | Measuring device for high frequency signal | |
| US20080281537A1 (en) | Process for Measuring the Impedance of Electronic Circuits | |
| US10615435B2 (en) | Method for monitoring the operating state of fuel cells | |
| CN211123153U (en) | Simple triode amplifying circuit parameter and fault testing device | |
| CN1844940B (en) | Apparatus and method for testing ADSL line differential mode noise | |
| Muñoz et al. | Active power analog front-end based on a Wheatstone-type magnetoresistive sensor | |
| RU2247997C2 (en) | Random signals nonlinear distortion meter | |
| RU2321005C2 (en) | Device for statistical estimation of nonlinear distortions | |
| EP1635450A1 (en) | Signal demodulation circuit having operational amplifier with disable function | |
| RU2321004C2 (en) | Device for statistical estimation of nonlinear distortions | |
| RU2251118C2 (en) | Non-linear distortions evaluation calculator | |
| RU2315326C2 (en) | Method and device for measuring frequency distortions | |
| RU2247995C2 (en) | Harmonic distortion digital meter | |
| RU2244314C2 (en) | Method for statistical evaluation of nonlinear distortions and device for realization of said method | |
| CN217278623U (en) | Line load network detection and fault positioning device | |
| Met et al. | Precise phase-sensitive detector with switched two-terminal RC network | |
| RU2511607C1 (en) | Electric noise diagnostic method for high-voltage equipment | |
| TWI798893B (en) | Testing method and testing system | |
| Reynolds et al. | DC insulation analysis: A new and better method |