11 Изобретение относитс к электроиэмерительной технике и предназначено дл использовани при реализации образцовых вольтметров. Целью изобретени . вл етс новышение точности измерени за счет исключени вли ни нестабильности шага считывани и амплитуды стробимпульсов , а также за счет оценки уровней сигналов с помощью вольтмет р nocTOHHkoro тока, и расширение частотного диапазона сверху путем осуществлени стробировани в точках минимальной крутизны сигналов. На чертеже представлена функциональна схема устройства дл измере ни уровней высокочастотных и сверх высокочастотных гармонических сигналов . Устройство содержит строб-преобразователь 1, блок 2 пам ти, буферный узел 3, вольтметр 4 посто нного тока, интегратор 5, формирователь 6 строб-импульсов, управл емый фазовращатель 7, фильтр 8 нижних частот фазовращатель 9 на 90, импульснофазовый детектор 10, строб-преобраз ватель 11, усилитель-ограничитель 12, полосовой фильтр 13, фазовращатель 14 на 90 , фазовый детектор 15, опорный генератор 16, форми . рователь 17 строб-импульсов, подстраиваемый генератор 18,. блок 19 управлени , усилитель 20 посто нног тока, генератор 21 поиска и частотн фазовый детектор 22, Первый вход строб-преобразовател 1 соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные усилител ограничитель 12, полосовой фильтр 1 и фазовращатель 9 на с одним из входов фазового детектора 15. Выход опорного генератора 16 подклю чен к другому входу фазового детект ра 15 и одному из входов частотнофазового детектора 22, соединенного другим входом с выходом усилител ограничител 12. Входы усилител 20 посто нного тока и генератора 21 по иска подключены к вьпсодам соответственно фазового детектора 15 и час тотно-фазового детектора 22-, а выходы - к входам блока 19 управлени . Вход подстраиваемого генератора 18 соединен с выходом блока 19 управлени . Вход формировател 6 строб-импульсов подключен к выходу подстраиваемого генератора 18, 3 а выход - к второму входу строб-преобразовател 1, Первый вход стробпреобразовател 11 соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные блок 2 пам ти и буферный узел 3-е вольтметром 4 посто нного тока. Вход фильтра 8 нижних частот подключен к выходу усилител -ограничител 12, а выход через фазовращатель 14 на 90 - к первому входу импульсно-фазового детектора 10 и через управл емьш фазовращатель 7 к входу формировател 17 строб-импульсов. Управл ющий вход управл емого фазовращател 7 соединен с выходом интегратора 5. Выход . формировател 17 строб-импульсов подключен к второму входу строб-преобразовател 11, первому входу интегратора 5 и второму входу импульсно-фазового детектора 10. Выход последнего соединен с вторым входом интегратора 5. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал (в диапазоне частот 1 (МГц-3 ГГц) преобразуетс в строб-преобразователе 1 в сигнал промежуточной частоты 20 кГц, который в дальнейшем используетс дл регулировани частоты следовани строб-импульсов и работы системы автоматической подстройки фазы на 90 (АПФ 90 ), в которую вход т блоки 5, 7, 8, 14 и 10. Поэтому ошибка переноса информации об уровне входного сигнала на промежуточную частоту не вли ет на точность устройства. Характер выходного сигнала строб-преобразовател 1 - сигнал Переменного тока. Поэтому он снимаетс с выхода строб-преобразовател Г через разделительный конденсатор. Строб-преобразователи 1 и 11 - строб-преобразователи с обратной св зью (с кольцевыми смесител ми). Дл обеспечени работы системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) в амплитудном динамическом диапазоне 80 дБ сигнал промежуточной частоты поступает на фазовый детектор 15 через усилитель-ограничитель 12, полосовой фильтр 13 и фазовращатель 9 на 90 . Усилитель-ограничитель 12 имеет динамику 100 дБ, а полосовой фильтр 13 характеризуетс нижней частотой среза 2 кГц и верхней частотой среза 22 кГц. Данный фильтр, име полосу пропускани 2-22 кГц, позвол ет осуществить работу системы АПЧ в режиме поиска и захвата, а затем в режиме удержани при промежуточной частоте 20 кГц. Опорный генератор 16 также.работает с частотой $ 20 кГц.11 The invention relates to electrical measuring equipment and is intended for use in the implementation of exemplary voltmeters. The purpose of the invention. There is an increase in measurement accuracy by eliminating the influence of instability of the read step and the amplitude of the strobe pulses, as well as by estimating the levels of the signals with a voltmeter nocTOHHkoro current, and extending the frequency range from the top by gating the points at the minimum slope of the signals. The drawing shows the functional diagram of the device for measuring the levels of high-frequency and ultra-high-frequency harmonic signals. The device contains a strobe converter 1, a memory block 2, a buffer node 3, a DC voltmeter 4, an integrator 5, a strobe pulse shaper 6, a controlled phase shifter 7, a low pass filter 8, a phase shifter 9 on 90, a pulse-phase detector 10, a strobe -converter 11, amplifier-limiter 12, band-pass filter 13, phase shifter 14 on 90, phase detector 15, reference oscillator 16, form. Robe 17 strobe pulses, adjustable generator 18 ,. control unit 19, constant current amplifier 20, search generator 21 and frequency phase detector 22, the first input of the strobe converter 1 is connected to the device input, and the output through a series-connected amplifier limiter 12, band pass filter 1 and phase shifter 9 with one of the inputs phase detector 15. The output of the reference oscillator 16 is connected to another input of the phase detector 15 and one of the inputs of the frequency phase detector 22 connected to the other input with the output of the limiter amplifier 12. The inputs of the 20 DC amplifier and generator 2 1 according to the claim are connected to the presses of the phase detector 15 and the frequency phase detector 22, respectively, and the outputs are connected to the inputs of the control unit 19. The input of the adjustable generator 18 is connected to the output of the control unit 19. The input of the gate 6 generator 6 is connected to the output of the adjustable generator 18, 3 and the output is connected to the second input of the gate converter 1, the first input of the gate converter 11 is connected to the input of the device, and the output is connected via the sequentially connected memory block 2 and the buffer node of the 3rd voltmeter 4 direct current. The input of the low-pass filter 8 is connected to the output of the amplifier-limiter 12, and the output through the phase shifter 14 is 90 to the first input of the pulse-phase detector 10 and through the control of the phase shifter 7 to the input of the gate 17 pulse shaper. The control input of the controlled phase shifter 7 is connected to the output of the integrator 5. The output. the strobe pulse generator 17 is connected to the second input of the strobe converter 11, the first input of the integrator 5 and the second input of the pulse-phase detector 10. The output of the latter is connected to the second input of the integrator 5. The device operates as follows. The input signal (in the frequency range 1 (MHz-3 GHz) is converted in the strobe converter 1 to an intermediate frequency signal of 20 kHz, which is further used to control the strobe frequency and the automatic phase adjustment system by 90 (ACF 90), which includes blocks 5, 7, 8, 14 and 10. Therefore, the error in transferring information about the input signal level to the intermediate frequency does not affect the accuracy of the device. The output signal of the strobe converter 1 is an AC signal. Therefore, it is removed from the output page G converter through dividing capacitor. Strobe converters 1 and 11 are closed-loop strobe converters (with ring mixers). To ensure the automatic frequency control (AFC) system operates in an amplitude dynamic range of 80 dB, the intermediate frequency signal is fed to phase detector 15 through limiting amplifier 12, band-pass filter 13 and phase shifter 9 by 90. Limiting amplifier 12 has a dynamics of 100 dB, and band-pass filter 13 is characterized by a lower cut-off frequency of 2 kHz and an upper cut-off frequency of 22 Hz. This filter, having a bandwidth of 2–22 kHz, allows the AF system to operate in the search and capture mode and then in the hold mode at an intermediate frequency of 20 kHz. The reference generator 16 also. Works with a frequency of $ 20 kHz.
Выходное напр жение фазового детектора 15 поступает на усилитель 20 посто нного тока. На один из входов частотно-фазового детекто- 10 ра 22 подаетс импульсный сигнал от усилител -ограничител 12, а на другой вход - от опорного генератора 16. Дл того, чтобы сигнал промежуточной частоты имел ту же частоту t5 и фазу, что и входной сигнал, предусматриваетс действие кольца АПЧ. Генератор 21 поиска вырабатывает пилообразное напр жение, мен ющее частоту подстраиваемого генерато- 20 ра 18 до тех пор, пока частота промежуточного сигнала не окажетс равной 20 кГц, т.е. идентичной с частотой опорного генератора 16. Далее качание прекращаетс . Система 25 АПЧ вводитс в синхронизм на нуж- ной боковой частоте. Работа устройства на одной и той же боковой частоте позвол ет повысить стабильность измерений . Синусоидальный сигнал от под- зо страиваемого генератора 18 подаетс на формирователь 6 строб-импульсов, который при переходе входным сигналом нулевого зфовн с положительной производной формирует короткий стробимпульс длительностью 60-80 пс, используемый в строб-преобразователе 1 дл стробировани входного сигнала. Входной сигнал устройства поступает .также на первый вход строб-преобразовател 11, на второй вход которого подаютс строб-импульсы, сдвинутые на 90 относительно указанных переходов через нуль входного сигнала от формировател 17 строб-импульсов. Выходной сигнал строб-преобразовател 11 представл ет собой напр жение посто нного тока, что определ етс когерентностью и фазовыми соотношени ми частот сигнала и стробировани . Он снимаетс с выхода строб-преобразо вател 11 непосредственно, без разделительного конденсатора. Фазовый сдвиг между входным сигналов и стробимпульсами , равный.90°, автоматически поддерживаетс системой АПФ 90°. При. этом сигнал с выхода усилител -огра- . ничител 12 через фильтр 8 нижнихThe output voltage of the phase detector 15 is supplied to the DC amplifier 20. A pulse signal from limiting amplifier 12 is supplied to one of the inputs of frequency-phase detector 10, and to the other input from reference oscillator 16. In order for the intermediate frequency signal to have the same frequency t5 and phase as the input signal The effect of the AFC ring is foreseen. The search generator 21 produces a sawtooth voltage, which changes the frequency of the adjustable oscillator 20 until the frequency of the intermediate signal is 20 kHz, i.e. identical to the frequency of the reference oscillator 16. Next, the oscillation stops. The system 25 of the frequency control system is entered into synchronism at the desired side frequency. Operation of the device at the same side frequency allows for improved measurement stability. A sinusoidal signal from the paged generator 18 is fed to a gate pulse shaper 6, which, when the input signal goes zero from a positive derivative, generates a short pulse of 60-80 ps duration used in gate converter 1 to gate the input signal. The input signal of the device is also fed to the first input of the strobe converter 11, the second input of which is supplied with strobe pulses shifted by 90 relative to the indicated zero crossings of the input signal from the strobe pulse generator 17. The output signal of the strobe converter 11 is the DC voltage, which is determined by the coherence and phase relations of the signal and gating frequencies. It is removed from the output of the strobe converter 11 directly, without a coupling capacitor. The 90 ° phase shift between the input signals and the strobe pulses is automatically maintained by the 90 ° ACE system. At. This is the signal from the output of the amplifier-limit-. Nichitel 12 through the filter 8 bottom
частот поступает через управл емый фазовращатель 7 на формирователь 17 строб-импульсов. Фильтр 8 нижних частот представл ет собой фильтр Чебышева , выдел ющий из выходного сигнала усилител -ограничител 12 (подаваемого на вход фильтра) первую гармонику частотой 20 кГц (равную частоте промежуточного сигнала). Фаза стробимпульсов с выхода формировател 17 строб-импульсов относительно перехода входного сигнала через нуль с положительной производной равной 90°и поддерживаетс неизменной импульс но-фазовым детектором 10. В данном случае обрабатываетс информаци о разности фаз между строб-импульсами и сигналом на входе строб-преобразователе 11.Frequency enters through the controlled phase shifter 7 to the strobe pulse generator 17. Low-pass filter 8 is a Chebyshev filter, which extracts from the output signal of limiting amplifier 12 (supplied to the filter input) the first harmonic with a frequency of 20 kHz (equal to the frequency of the intermediate signal). The strobe pulse output from the strobe pulse generator 17 with respect to the input signal zero crossing with a positive derivative of 90 ° and kept constant by the phase detector 10. In this case, the information on the phase difference between the strobe pulses and the input signal of the strobe converter is processed. eleven.
Интегратор 5 представл ет собой усилитель посто нного тока, имеющий возможность усиливать сигнал переменного тока до частот 30 кГц. Сигналы более высокой частоты не усиливаютс . Это позвол ет системе АПФ 90° автоматически в режиме поддержани разности фаз 90°между сигналами отрабатывать быстрые отклонени разности фаз от 90. Если управл ющее напр жение на фазовращателе 7 положительное , разность фаз уменьшаетс , если отрицательное - увеличиваетс (с учетом знака). Дл более четкого захвата фазы можно подстройкой фазовращател 14, имеющего ручную подстройку, установить максимальный уровень на вольтметре А. При изменении частоты входного сигнала происходит , следовательно, отработка фазового сдвига управл ем 1 м фазовращателем 7 и этот процесс повтор етс через период стробировани . При уровн х входного сигнала устройства 0,1 мВ - 1,5 В строб-преобразователь 11 работает на линейном участке амплитудной характеристики, малое паразитное прохождение стробимпульсов на его выход несущественно так как их длительность мала. Сигнал на выходе строб-преобразовател 11 представл ет собой посто нное напр жение , равное амплитудному значению сигнала на входе устройства. На период стробировани это напр жение запоминаетс блоком 2 пам ти и подаетс через согласующий буферньй узел 3 на вольтметр 4, который дает информа511777536Integrator 5 is a DC amplifier capable of amplifying an AC signal to frequencies of 30 kHz. Higher frequency signals are not amplified. This enables the 90 ° ACC system to automatically maintain 90 ° phase difference between signals to work out quick deviations of the phase difference from 90. If the control voltage on the phase shifter 7 is positive, the phase difference decreases, and if negative, it increases (taking into account the sign). For a clearer phase capture, you can fine-tune the phase shifter 14, which has a manual trim, to set the maximum level on the voltmeter A. When the input signal frequency changes, the phase shift is controlled by 1 m phase shifter 7 and this process is repeated after the gating period. When the input signal level of the device is 0.1 mV - 1.5 V, the strobe converter 11 operates on the linear portion of the amplitude characteristic, the small parasitic passage of strobe pulses to its output is not essential since their duration is small. The signal at the output of the strobe converter 11 is a constant voltage equal to the amplitude value of the signal at the input of the device. For the period of gating, this voltage is memorized by memory block 2 and fed through matching buffer node 3 to voltmeter 4, which provides information 511777536
цию об амплитудном значении сигнала, циональными возможност ми строб-преобна входе устройства. Нижн граница разовател 11 и имеет величину 0,1 входного напр жени определ етс функ- 0,5 мВ. the amplitude value of the signal, the national capabilities of the strobe-dominated device input. The lower limit of the rammer 11 and has a value of 0.1 input voltage is determined by the function of 0.5 mV.