SU1365059A1 - Широкополосна многозначна мера переменного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к образцовой аппаратуре дл  воспроизведени  переменного напр жени  в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной дл  поверки средств измерений переменного напр жени . Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напр жени . Цель достигаетс  введением дополнительных двух генераторов 6 и 15 фиксированных частот, трех преобразователей 3,16.и 17 частоты , а также избирательного усилител  9 и синхронного детектора 14, работающих на фиксированной промежуточной частоте. Устройство работает в три такта, в течение которых выполн етс  коррекци  погрешности пр мого тракта аттенюатора 5 на рабочей частоте, погрешности установки требуемого затухани  аттенюатора 5, третий такт  вл етс  рабочим, при этом стабилизаци  выполн етс  на выходе усилител  4 мощности. 1 ил. (Л

Description

со

О) ел

О

ел

со

Изобретение относитс  к электронике , в частности к образцовой аппаратуре дл  воспроизведени  переменного напр жени  в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной дл  поверки средств измерений переменного напр жени , которые широко используютс  в проводной св зи, радиосв зи и радиолокации.

Цепью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напр жени .

На чертеже приведена структурна  схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий синтезирующий генератор 1, регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель 4 мощности, аттенюатор 5, подключенный к второму входу преобразовател  3 частоты, первый генератор 6 фиксированной частоты, первый преобразователь 7 переменного напр жени  в посто нное, подключенный к выходу усилител  4 мощности, последовательно включенные второй преоб- разователь 8 переменного напр жени  в посто нное, подключенный к выходу аттенюатора 5, первый дифференциальный усилитель 9, к второму входу которого подключен источник 10 опорного напр жени , последовательно включенные первый преобразователь 11 частоты , избирательный усилитель 12, образцовый делитель 13, синхронный детектор 14, второй генератор 15 фиксированной частоты, подключенный к первым входам третьего 16 и четвертого 17 преобразователей частоты, вторые входы которого подключены соответственно к первому генератору 6 фиксированной частоты и задающему синтезирующему генератору 1, четыре переключател  18-21 на три положени , второй 22 и третий 23 дифференциальные усилители, первый 24 и второй 25 блоки пам ти. При этом выход первого преобразовател  7 переменного напр жени  соединен с общим контактом первого переключател  18, первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилител  22, выход которого соединен с первым контактом второго переключател  19, контакты которого соединены: общий - с регулирующим злемеНтом 2, второй и третий - с выходами третьего 23 и первого 9 дифференциальных усилителей 23, третий дифференциальный усили- тель 23 входами подключен к второму и третьему контактам третьего переключател  20, второй и третий контакты четвертого переключател  21 подключень к выходу четвертого пре- образовател  17 частоты, а его общий контакт соединен с вторым входом первого преобразовател  11 частоты , а блоки 24 и 25 пам ти подключены соответственно к второму контакту первого переключател  18 и третьему контакту третьего переключател  20.

Частота выходного сигнала калибратора определ етс  разностью час- тот первого генератора 6 фиксированной частоты н задающего синтезирующего генератора 1, который формирует сигнал переменной частоты и может быть выполнен на основе синтезатора частоты, использующего пр мой или непр мой методы синтеза, при этом диапазон относительного изменени  частоты выходного сигнала задающего синтезирующего генератора 1 может быть менее двух. Первый 6 и второй 15 генераторы фиксированных частот построены так, что разность их выходных частот равна частоте генератора опорного напр жени . Дл  обес35

печени  высокой стабильности они

также могут быть выполнены по принципу синтеза частоты, причем второй генератор 15 фиксированной частоты имеет вход подстройки частоты. Преобразователь .3 частоты выдел ет сиг- нал разностной частоты генераторов фиксированной частоты 6 и задающего синтезирующего генератора 1,  вл ющийс  выходным сигналом, Преобразо- ватель 17 частоты формирует сигнал, частота которого смещена относительно частоты выходного сигнала на заданную величину, в преобразователь 16 частоты выдел ет разностную час- тоту генераторов 6 и 15 фиксированных частот, котора  используетс  в качестве опорной дл  синхронного детектора 14, Первый 11 преобразователь частоты с помощью избирательно- го усилител  12 выдел ет сигнал указанной разностной частоты, В качестве преобразователей частоты 3,11,16 и 17 могут быть применены балансные диодные смесители, работающие в

ключевом режиме и обеспечивающие большой динамический диапазон по линейным (до 70 дБ) и по интермодул ционным искажени м (до 80 дБ), что позвол ет достичь линейности преобрзовани  первого преобразовател  11 частоты совместно с избирательным усилителем 12 более 90 дБ,

Регулирующий элемент 2 расположе в канале высокой промежуточной частоты задающего синтезирующего генератора 1 и может быть вь полнен на pin-диодах, позвол ющих достичь малых нелинейных искажений, большого диапазона регулировани  и высокого быстродействи .

Первый 7 и второй 8 преобразователи служат дл  преобразовани  переменного напр жени  в посто нное, он работают в малом диапазоне изменени входных сигналов, поэтому к ним не предъ вл ютс  высокие требовани  по линейности характеристики преобразовани  и они могут быть выполнены на основе преобразователей амплитудных , средних или среднеквадратичес- ких значений по любой известной схеме . Блоки 24 и 25 пам ти могут быть выполнены на основе запоминающей емкости, но при этом необходимо обеспечить высокое входное сопротивление соответствующих входов дифференциальных усилителей 22 и 23. При использовании в приборе микропроцессора блоки пам ти могут быть реализованы с помощью цифроаналоговых и анлого-цифровых преобразователей.

Образцовый делитель 13 работает на фиксированной частоте и может быть выполнен точным и стабильным (например, на индуктивном делителе напр жени ), делитель 13 управл етс синхронно с аттенюатором 5 и обеспечивает компенсирующее затухание так, чтобы поддерживать совместно избирательным усилителем 12 на входе синхронного детектора 14 номиналное напр жение. Синхронный детектор 14 работает на фиксированной частот причем сигнал коммутации  вл етс внешним и формируетс  третьим преобразователем 16 частоты, что позвол ет достичь большого динамического диапазона входных преобразуемых сигналов (до 100 дБ) и св занных с ним высокой точности и чувствительности , которые могут составл ть сот доли процента и единицы микровольт.

0 в

5

0

5

Широкополосна  многозначна  мера переменного напр жени  работает в три такта.

Точное значение напр жени  на выходе устройства получаетс  в третьем такте,  вл ющемс  рабочим. Номера запоминаемых контактов переключателей соответствуют номеру такта, течение первых двух тактов производитс  коррекци  погрешности аттенюатора 5 дл  конкретных параметров нагрузки по сигналу на выходе устройства . В рабочем режиме напр жение выходной частоты образуетс  методом биений между сигналами задающего синтезирующего генератора I и первого генератора 6 фиксированной частоты . Изменение выходного сигнала широкополосной многозначной меры переменного напр жени  производитс  дискретно аттенюатором 5 и непрерывно системой автоматической регулировки уровн , включающей блоки пам ти цепи: регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель А мощности, блоки обратной цепи включают преобразователи 7 и 8 переменного напр жени  в посто нное или .синхронный детектор 14 с блоками II и 12 преобразовани  частоты, дифференциальные усилители 9,22 и 23, включенные в зависимости от такта работы.

В первом такте нормируетс  напр жение исходного уровн  на заданной частоте на выходе аттенюатора, при этом сигнал обратной св зи с второго преобразовател  8 переменного напр жени  в посто нное поступает на вход первого дифференциального усилител  9, на другой вход которого поступает сигнал от источника 12 опорного напр жени . Возникающий 5 сигнал компенсации подаетс  на регулирующий элемент 2 и измен ет его коэффициент передачи таким образом, что на выходе многозначной меры устанавливаетс  напр жение, уровень ко- Q торого соответствует напр жению источника 10 опорного напр жени  в посто нное. Одновременно сигнал с выхода устройства через первый преобразователь 11 частоты, выдел ющий е посто нную разностную частоту между выходным сигналом устройства и сигналом гетеродинной частоты первого преобразовател  11 частоты, избирательный усилитель 12, настроенный

0

5

0

на эту разностную частоту, образцовый делитель 13, в котором установлено максимальное затухание, и синхронный детектор 14 поступает во

второй блок 25 пам ти, где после

окончани  первого такта запоминаетс  и используетс  в качестве опорного сигнала в последующем такте.

Благодар  фиксированной расстрой- ке генераторов 16 и 15 фиксированных частот обеспечиваетс  посто нна  расстройка частот сигналов многозначной меры и гетеродинного первого преобразовател  11 частоты. Разностна  частота на выходе последнего выдел етс  узкополосным избирательным усилителем 12. Частота коммутации синхронного детектора 14 фиксируетс  третьим преобразователем 16 частоты, выдел ющим разностную частоту генераторов 6 и 15, фиксированных частот и, следовательно, совпадает с частотой входного сигнала синхронного детектора 14, что позвол ет достичь высокой точности и линейности преобразовани .

Во втором такте нормируетс  требуемый уровень переменного напр жени  на выходе устройства и формируетс  опорный сигнал дл  последующего рабочего тЭкта, который запоминаетс  в блоке 21 пам ти. В аттенюатор 5 устанавливаетс  требуемое затухание, а в образцовом делителе - такое же уменьшение затухани , компенсирующее уменьшение петлевого усилени  второго контура, регулировани  с преобразованием частоты, в состав которого вход т блоки обратной цепи: первый преобразователь 1I частоты, избирательный усилитель 12, образцовый делитель 13, синхронный детектор 14, третий дифференциальный усилитель 23, в качестве опорного сигнала используетс  сигнал с второго блока 25 пам ти. В установившемс  режиме достигаетс  равенство сигналов на входах третьего дифференциального усилител  23. Следовательно, на выходе многозначной меры устанавливаетс  уровень переменного напр жени , меньший исходного уровн , установившегос  в первом такте, на величину затухани  образцового делител  13, и обеспечиваетс  коррекци  исходной погрешност аттенюатора 5 и вли ни  нагрузки. Одновременно выходное напр жение усилител  и мощности преоб

5

0

0

разуетс  парным пpe()бpaэoвaтeJгe 7 переменного напр жени  в посто нное и после окончани  второго такта запоминаетс  первым блоком 24 ггам ти. Погрешность выходного напр жени  после второго такта определ етс  погрешностью установки исходного уровн  в первом такте, погрешностью образцового делител  13 и погрешностью линейности избирательного усилител  12 и первого преобразовател  11 частоты. При этом возможен пролаз сигнала гетеродинной частоты на выход устройства, обусловленный недостаточной изол цией входов преобразовател  частоты. Наличие мешающих сигналов в выходном сигнале может сделать невозможным использование предлагаемого устройства дл  работы с аппаратурой св зи и с другими избирательными устройствами.

В третьем такте отключаетс  сигнал гетеродинной частоть; от гетеро5 динного входа первого преобразовател  11 частоты, а управл ющий вход регулирующего элемента 2 подключаетс  к выходу второго дифференциального усилител  22, на один вход которого поступает опорный сигнал от первого блока 24 пам ти, а на второй вход - сигнал обратной св зи с выхода первого преобразовател  7 переменного напр жени  в посто нное. Таким образом поддерживаетс  равенство напр жений на выходе усилител  4 мощности , подключенном к входу аттенюатора 5, во втором и в третьем тактах работы устройства.

Погрешность установки выходного напр жени  в диапазоне изменени  уровней не зависит от параметров широкополосного атте)1юатора и нагрузки , а в основном определ етс  погреш ,1 ностыо образцового делител . Погрешность установки исходного уровн  в диапазоне частот зависит от неравномерности амплитудно-частотной характеристики второго преобразовател  8 переменного напр жени  п посто нное, котора  может быть достигнута лучше 0,2% в диапазоне до 100 МГц и, кроме того, прокалибрована при аттестации или поверке прибора с точгюстью не хуже 0,05%, в то врем  как дл  большинства современных радиоэлектронных приборов и аппаратуры св зи

нормируетс  отклонение входного сопротивлени  до +4% и реактивность до

5

0

0

55

2 пФ, что приводит к погрешности от вли ни  нагрузки до 10% в диапазоне частот до 100 МГц, коррекци  которой и выполн етс  в предлагаемом устройстве .

Наименьшее напр жение, воспроизводимое многозначной мерой, ограничиваетс  шумами избирательного усилител  12 и чувствительностью синхронного детектора 14, которые могут составл ть единицы микровольт. Отличительной особенностью предлагаемой широкополосной многозначной меры переменного напр жени   вл етс  простота ее метрологического обеспечени  и процесса коррекции погрешностей. В силу высокой линейности первого преобразовател  11 частоты и применени  синхронного детектора 14, выдел ющего первую гармонику сигнала промежуточной частоты, во всем частотном диапазоне достаточно раздельно пронормировать частотные погрешности второго преобразовател  8 переменного напр жени  в посто нное и погрешности установки затухани  образцового делител  на посто нной частоте, которые могут составл ть 0,2-0,4%

и менее 0,01% (например, при исполь- ЗС но к второму контакту первого перенапр жени  в посто нное, подключенные соответственно к входу и выходу аттенюатора, причем второй преобразователь выходом подключен к первому входу первого дифференциального усилител , второй вход которого подключен к источнику опорного напр жени , образцовый делитель, а также

четыре переключател  на три положени , второй и третий дифференциальные усилители, два блока пам ти, при этом выход первого преобразовател  переменного напр жени  в посто нное

соединен с общим контактом первого переключател , первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилител , выход которого соединен с первым

контактом второго переключател , третий контакт которого соединен с выходом первого дифференциального усилител , а общий контакт подключен к входу управлени  регулирующего эле-

мента, третий дифференциальный усилитель , входами подключенный к второму и третьему контактам третьего переключател , причем первый и второй блоки пам ти подключены соответствен

зовании индуктивных делителей на частотах до 100 кГц).

Применение быстродействующего регулирующего злемента 2 в канале фиксированной частоты позвол ет построить быстродействующую систему автоматической регулировки уровн , котора  характеризуетс  низким уровнем амплитудных флуктуации выходного сигнала (т.е. высокой кратковременной стабильностью), что позволит использовать предлагаемый генератор- калибратор дл  метрологического обеспечени  и даже построени  систем передачи информации. Выполнение регулирующего элемента на основе pin- диодов позвол ет расширить диапазон регулировани  до 540 дБ, что позволит корректировать погрешности выходного тракта прибора до 10 дБ.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Широкополосна  многозначна  мера переменного напр жени , содержаща  задающий синтезирующий генератор, подключенный к регулирующему элементу , аттенюатор, выход которого подключен к выходному выводу, первый и второй преобразователи переменного

   ключател  и третьему контакту третьего переключател , преобразователь частоты, своими входами подключенный к выходному выводу и общему кон-

   такту четвертого переключател , о т отличающа с  тем, что, с целью повьшени  быстродействи  и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напр жени , в

   него введены последовательно соединенные первый генератор фиксированной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель мощности, выходом подключенный к входу аттенюатора ., при этом второй вход второго преобразовател  частоты соединен с выходом регулирующего элемента, последовательно включенные второй генератор фиксированной частоты, третий преобразователь частоты, синхронный детектор, выходом подключенный к общему контакту третьего переключател , а входом - к образцовому делителю, при этом второй вход третьего преобразовател  частоты подключен к первому генератору фиксированной частоты, четвертый преобразователь частоты, выход которого соединен с вторым и третьим кон9136505910

   тактами четвертого переклкгчател , тель, включенный между выходом пер- а входы соединены с задающим синте- вого преобразовател  частоты и об- зирующим генератором и вторым ге резцовым делителем, причем между нератором фиксированной частоты со- собой соединены первый и второй ге- ответственно, избирательный усили- нераторы фиксированных частот.