SU1287044A1 - Устройство дл измерени коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсников - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Может быть использовано при измерени х амплитудных и фазочастотных характеристик четьфех- полюсников в технике св зи и телевидени . Цель изобретени  - повьше- ние точности измерений. Устройство содержит аналоговый ключ 2, преобразователь 4 периода в ток разр да, исследуеьвлй объект - четырехполюсник 3, конденсаторы 5 и 11, преобразователь 10 временного сдвига. Дл  достижени  поставленной цели в устройство введены блок 1 выделени  периода входного сигнала, амплитудные детекторы 6 и 7 со сбросом, элемент И 9, элемент 8 антисовпадений , компаратор 12, формирователь 13 управл кмцих сигналов, счетчих 14 с индикацией фазового сдвига, счетчик 19 с индикацией коэффициента передачи , генератор 15 кодовой частоты, преобразователи 16 и 17 напр жение- частота, блок 18 выделени  периода, образованы новые функциональные св зи . Устройство измер ет фазовый угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью ±0,1%. 7 ил.

Description

20

25

Изобретение относитс  к измери- тельной технике и может быть использовано при измерени х амплитудных и фазочастотных характеристик четырехполюсников в технике св зи и телеви- j дении.

Цель изобретени  - повьшение точности измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные /О диаграммы, по сн ющие работу устройства; на фиг. 3 - блок выделени  периода входного сигнала; на фиг. 4 - преобразователь периода в ток разр да; на фиг. 5 - формирователь управ- 5 л ющих сигналов; на фиг. 6 - преобразователь временного сдвига; на фиг. 7 - блок вьзделени  периода.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 вьщелени  периода входного сигнаа , аналоговый ключ 2, исследуемый объект - четырехполюсник 3, преобразователь 4 периода в ток разр да, ервый накопительный конденсатор 5, ервый и второй амплитудные детектоы 6 и 7 со сбросом, элемент 8 антисовпадений , элемент И 9, преобразователь 10 временного сдвига, второй накопительный конденсатор 11, компаратор 12, формирователь 13 управл ю- 30 щих сигналов, счетчик 14 с индикацией фазового сдвига, генератор 15 кодовой частоты, первьй преобразователь

16напр жение - частота,второй преобразователь 17 напр жение - частота, 35 блок 18 вьщёлени  периода, счетчик

19 с индикацией коэффициента передачи , перва  и втора  клеммы 20 и 21 устройства дп  подключени  исследуемого четырехполюсника, причем выход 40 блока 1 выделени  периода входного сигнала соединен с входами преобразовател  4 и формировател  13, выход аналогового ключа 2 через последовательно соединенные исследуемый 45 объект 3, второй амплитудный детектор 7 со сбросом, второй преобразователь

17напр жение - частота соединен со счетчиком 19, а также через последовательно соединенные первый амплитуд- 50 ный детектор 6, первый преобразователь 16 напр жение - частота и блок

18- с другим входом счетчика 19.

Блок 1 вьщелени  периода входного 5 сигнала (фиг. 3) содержит компаратор 22 напр жени , первый и второй D-триг- геры 23 и 24. В исходном состо нии триггеры 23 и 24 сброшены в О.

триггер 24 заблокирован по R-входу потенциалом с (-выхода триггера 23.

При подаче на вход компаратора 22 гармонического сигнала U на его выходе формируютс  сигналы пр моугольной формы. Логический сигнал, поданный на вход запуска, устанавливает в 1 триггер 23. В результате этого снимаетс  блокировка по R-входу триггера 24. Триггер 24, работающий в счетном режиме, вырабатывает на выходе логический сигнал, равный одному периоду входного напр жени . По спаду сигнала триггер 23 с Q-выхода триггера 24 возвращаетс  в исходное состо ние , блокиру  тем самым триггер 24.

Преобразователь 4 периода в ток разр да (фиг. 4) состоит из ключей 25 и 26, источника 27 тока, преобразовател  28 напр жени  в ток разр да. В исходном состо нии ключ 23 замкнут, а ключ 26 разомкнут, конденсатор 5 разр жен. В течение Т,, ключ 26 замыкаетс , ключ 25 размыкаетс  на врем  Iизмерени . В результате конденсатор 3 подключаетс  к источнику 27 тока

Напр жение на конден- преобразуетс  в ток раз1 элеменр да IP преобразователем 28.

Формирователь 13 управл ющих сигналов (фиг. 3) содержит элемент ИЛИ 29, три D-триггера 30, 31 и 32, схему выделени  спада 33 и 34 и конденсатор 33.

Формирователь управл етс  логическими сигналами от блока та 8 и компаратора 12. В исходном состо нии триггеры 30, 31 и 32 сброшены в О. Фронтами сигналов с выходов блока 1 и элемента 8 триггеры 30 и 32 устанавливаютс  в 1, триггер 31 устанавливаетс  в 1 с выхода элемента ИЛИ 29 спадом одного из сигналов, поступающих на его входы.

В исходное состо ние все триггеры возвращаютс  от блока 12 через схему 33 и 34 вьщелени  спада, конденсатор 33.

Преобразователь 10 временного сдвига (фиг. 6) состоит из трех ключей 36, 37 и 38 и источника 39 тока. В исходном состо нии ключ 36 замкнут а ключи 37 и 38 разомкнуты, конденсатор 11 разр жен. Ключ 36 размыкаетс  на врем  измерени , 36 замыкаетс  на врем  Т , в результате чего источник 39 тока подключаетс  к конденсатору 11. Затем включаетс  ключ

38, осуществл   стадию разр да конденсатора 11 током, пропорциональным напр жению на выходе преобразовател  4.

м

1287044- 4

равные амплитудам Ц и Ыг . В момент времени, когда конденсаторы детекто-, ров зар дились до амплитуд U и Uj , детекторы 6 и 7 вырабатьшают логичес

Блок 18 вьщелени  периода (фиг.7) 5 сигналы (фиг. 2, вых. 2 детектосодержит два D-триггера 40 и 41 и два блока вьщелени  фронта, первый из которых содержит два элемента 42 и 43 совпадени  и конденсатор 44,

ров 6 и 7), поступающие на входы элементов 8 и 9. Элемент 8 формирует сигнал (фиг. 2, вых. элемента 8), равный временному сдвигу. По фронту

а второй - два элемента ,45 и 46 сов- Ю сигнала формирователь 13 (фиг. 5) выпадени  и конденсатор 47.

В исходном состо нии D-триггеры

40и 41 установлены в О. Триггер

41блокирован по R-входу потендиа- лом, снимаемым с Q-выхода триггера , 40. Блок вьщелени  фронта (элементы

42и 43 совпадени  и конденсатор 44) формирует импульс, который устанавливает в 1 триггер 40, в результате чего потенциал блокировки с

R-входа триггера 41 снимаетс .

Измеритель работает следующим образом.

В исходном состо нии аналоговый

рабатывает на выходе сигнал разрешени  работы преобразовател  10 (фиг.2, вых. 2 формировател  13), который размыкает ключ 36 (фиг. 6). Конденса15 тор 11 током I l в течение (фиг. 2, вых. преобразовател  10) зар жаетс  через ключ 37 (фиг. 6), замыкаемым по сигналу с элемента 8,. до напр жени  U-f I f-t/Cii , где Сц - емкость

20 -конденсатора 11. По спаду сигнала

Т(, или , пришедшего по времени поссчетчика 14 поступают импульсы с генератора 15 кодовой частоты. Когда конденсатор 11 разр дитс  до напр ледним , формирователь 13 открывает счетный вход счетч11ка 14 и разрешает преобразователю 10 осуществл ть раз- ключ 2 закрыт, накопительные конден- р д конденсатора 11 током 1р с выхо- саторы 5 и 11 разр жены, амгшитуд- да преобразовател  4. На второй вход ные детекторы 6 и 7 установлены в - ноль, формирователь 13 управл ющих .сигналов находитс  в нулевом состо нии , входы счетчиков 14 и 19 закрыты. 30 жени  срабатывани  компаратора 12, ;сигнал с выхода компаратора 12

При поступлении извне импульса за- (фиг. 2, вых. компаратора 12) возвра- пуска на вход (фиг. 1 и 2) блок 1 щает формирователь 13 в нулевое формирует из входного сигнала U, . состо ние), в результате чего проис- поступающего на вход устройства 35 ходит разр д конденсаторов 5 и 11

до исходного состо ни . На выходе формировател  13 вьфабатываетс  сигнал tp (фиг. 2, вых. 3 формировател  13), равный времени разр да кон (фиг. 1 и 2), логический сигнал „ (фиг. 2), равный периоду сигнала Uj . Сигнал Тр открывает ключ 2, которьй пропускает на входы первого детектора 6 и четырехполюсника 3 один пери- 40 денсатора 11. од сигнала V (фиг. 2) и замыкает ключ 26 преобразовател  t (фиг. 4). По фронту сигнала Т„ формирователь 13 (фиг. 5) вьфабатьшает сигнал разрешени  работы преобразовател  4 (фиг. 2, вых. 1 формировател  13)j которьй размыкает ключ 27 (фиг. 4). Конденсатор 5 током 1 в течение времени Т (фиг. 2 и 4) зар жаетс 

Элемент 9 формирует сигнал запуска (фиг. 2, вых. элемента 9) блока 18 (фиг. 7), В это врем  на выходах 45 преобразователей 16 и 17 вырабатываютс  установившиес  значени  частот f и f2 (фиг. 2, вых. преобразователей 16 и 17), пропорциональные амплитуды сигналов Uj и Uj. С выхода бло- до напр жени  U In Tn/C5s где Cj- 50 ка 18 сигнал Т (фиг. 2, вых. 1 бло- емкость конденсатора 5. Сигнал U2. с ка 18), равный периоду частоты fj ,

открывает счетный вход счетчика 19, на второй вход которого поступают импульсы частоты с преобразовате- 55 л  17. По спаду импульса TI блок 18 формирует сигнал (фиг. 2, вых. 2 блока 18), сбрасывающий детекторы 6 и 7 в исходное состо ние. На этом цикл измерени  заканчиваетс . В счетвыхода четырехполюсника 3 (фиг. 2, вых. объекта 3) поступает на вход второго детектора 7. Сигналы И и И- зар жают конденсаторы детекторов

6 и 7 до амплитудного значени , в результате на их выходах формируютс  квазипосто нные потенциалы Uq,j и U (фиг. 2, вых. 1 детекторов 6 и 7),

ров 6 и 7), поступающие на входы элементов 8 и 9. Элемент 8 формирует сигнал (фиг. 2, вых. элемента 8), равный временному сдвигу. По фронту

рабатывает на выходе сигнал разрешени  работы преобразовател  10 (фиг.2, вых. 2 формировател  13), который размыкает ключ 36 (фиг. 6). Конденсатор 11 током I l в течение (фиг. 2, вых. преобразовател  10) зар жаетс  через ключ 37 (фиг. 6), замыкаемым по сигналу с элемента 8,. до напр жени  U-f I f-t/Cii , где Сц - емкость

конденсатора 11. По спаду сигнала

Т(, или , пришедшего по времени поссчетчика 14 поступают импульсы с генератора 15 кодовой частоты. Когда конденсатор 11 разр дитс  до напр ледним , формирователь 13 открывает счетный вход счетч11ка 14 и разрешает преобразователю 10 осуществл ть раз- р д конденсатора 11 током 1р с выхо- да преобразовател  4. На второй вход жени  срабатывани  компаратора 12, сигнал с выхода компаратора 12

40 денсатора 11.

Элемент 9 формирует сигнал запуска (фиг. 2, вых. элемента 9) блока 18 (фиг. 7), В это врем  на выходах 45 преобразователей 16 и 17 вырабатываютс  установившиес  значени  частот f и f2 (фиг. 2, вых. преобразователей 16 и 17), пропорциональные ампличиках 14 и 19 регистрируютс  фазовый сдвиг ц и коэффициент передачи К Ug/U. исследуемого четырехполюсника соответственно, С помощью математических выражений по сним изменение фазового сдвига коэффициента передачи . Так, ток разр да конденсатора 11 определ етс  выражением

(1)

где R - эквивалентное сопротивление, на котором происходит преобразование и в 1р.

Врем  разр да tр конденсаторов 11 и 5 определ етс  выражением

Подставл   вместо U значение, равное , а вместо 1р выражение (1), получим отношение /Тр в виде

In

IT C5R,

Выбира  соотношение tp

In

равное

1/2Jr, получим-- Учитыва , что 1р /Ji

Ч 2ТГ с /Тп соответствует фазовому сдвигу в градусах и подставив вместо /Тп выражение tp/2 ir, окончательно получим tp непосредственно в градусах.

Количество импульсов, поступивших на вход счетчика 14 в течение tp. с

выхода генератора 15, пропорциональ- Q мент антисовпадений, компаратор, форно фазовому сдвигу vf за один период. Дл  представлени  з в градусах и ми- 4нутах устройство калибруют при Т, выбира  частоту f 1/Т генератора 15 так, чтобы за врем  tp . счетчик 14 регистрировал 360 х 60 21600 импульсов, Дп  представлени  Ч в радианах устанавливают частоту

генератора 15 такой, чтобы за врем 

мирователь управл ющих сигналов, счетчик с индикацией фазового сдвига,счетчик с индикацией коэффициента передачи , генератор кодовой частоты, два 45 преобразовател  напр жение-частота и блок выделени  периода, причем выход ;блока выделени  периода входного сигнала соединен с управл ющим входом

аналогового ключа, первым управл юtp , пpи L Т счетчик 14 индицировал Q щим входом преобразовател  периода

в ток разр да и первым входом формировател  управл ющих сигналов, вход аналогового ключа соединен с первым входом блока выделени  периода

число 628 или 6282 в зависимости от требуемой точности. При определении коэффициента передачи отметим, что периоды частот, формируемые преобразовател ми 16 и 17, равны соответст- входного сигнала и  вл етс  входом венно 1/Т f и I/T устройства, вход запуска которого о(2и2,где , - коэффициенты соединен с вторым входом блока вы- пропорциональности преобразователей. делени  периода входного сигнала. Подставив напр жени  V н в выра- выход аналогового ключа соединен с

жение дл  коэффициента передачи, получим , что К Uj/Ui 1 Г,/с1,гТ2 f , Величина N 1 /Tg характеризует количество импульсов частоты f /получаемых за период частоты fj , Выбира  соотношение 10 дл  К 1, т.е. при Ui Uj, необходимо чтобы в интервале Т, укладыва

лось 1000 импульсов частоты f,. При N 103 величина К 1, при N 10 К г 1. Соотношение V . определ ет точность вычислени  коэффипд5ента

передачи К. I Предлагаемое устройство измер ет

фазовьй угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью +0,1%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсников , содержащее аналоговьш ключ, преобразователь периода в ток разр да, первым выходом соединенный с первым выводом первого накопительного конденсатора, втор.ой вывод которого соединен с общей шиной устройства , преобразователь временного сдвига , выходом соединенный с первым выводом второго накопительного конденсатора , второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности измерений, в него введены блок выделени  периода входного сигнала, два амплитудных детектора со сбросом, элемент И, эле

   мирователь управл ющих сигналов, счетчик с индикацией фазового сдвига,счетчик с индикацией коэффициента передачи , генератор кодовой частоты, два 45 преобразовател  напр жение-частота и блок выделени  периода, причем выход ;блока выделени  периода входного сигнала соединен с управл ющим входом

   первой клеммой устройства дл  подключени  исследуемого четырехполюсника и с входом первого амплитудного детектора со сбросом, выход которого через последовательно соединенные первый преобразователь напр жение-частота и блок вьщелени  периода подключен к первому входу счетчика с индикацией коэффициента передачи , второй вход последнего через последовательно соединенные второй амплитудный детектор со сбросом и второй преобразователь напр жение- частота подключен к второй клемме устройства дп  подключени  исследуемого че тырехполюсника, управл ющие входы амплитудных детекторов со сбросом соединены с вторым выходом блока вьщелени  периода, управл ющий вход которого соединен с выходом элемента И, входы которого соединены с соответствующими вторыми выходами амплитудных детекторов со сбросом и входами элемента антисовпадеfK .tan. In

   ний, выход которого подключен к второму входу формировз.тел  управл ющих сигналов непосредственно и через последовательно соединенные преобразователь временного сдвига и компаратор - с третьим входом формировател  управл ющих сигналов, первый выход которого соединен с.вторым управл ющим входом преобразовател 

   периода в ток разр да, второй выход формировател  управл ющих сигналов соединен с вторым входом преобразовател  временного сдвига, третий выход формировател  управл ющих сигналов подключен к третьему входу преобразовател  временного сдвига и к первому входу счетчика с индикацией фазового сдвига, второй вход которого соединен с выходом генератора

   кодовой частоты, второй выход

   преобразовател  периода в ток разр да соединен с четвертым входом преобразовател  временного сдвига.

   фиг.З

   (J3U9.tf

   OmJ 0Лог .loom 8 th«

   Л08.10 (

   30

   t

   -0

   ffn,i

   31

   /f;(,/«

   -

   .r

   33

   IJ5

   J«

   Q 32

   «/a -0

   .J

   (pt/e.5

   о V:

   C9 IC

   -4h

   ite I О i

   IC9

   CO I g

   LlL

   HH

   L:

   93

   a

   Is.

   io

   ito

   :э &