SU1404979A1 - Устройство дл определени относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерений. Устройство дл  определени  относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсни- ков (ЧП) содержит генератор 1, переменный аттенюатор 2, направленный от- ветвитель 4, согласованную нагрузку 5, квадратичный детектор 6, аналого- цифровой преобразователь (АЦП) .9, двухпозиционные аттенюаторы 7, 8, вычислительный блок 10. Устройство имеет повышенную точность определени  малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик исследуемого ЧП 3 без повышени  разр дности используемого АЦП. 1 табл ., 1 ил.

Description

4

со

s|

Изобретение относитс  к технике измерений и может быть использовано дл  определени  малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников.

Цель изобретени  - повышение точности определени  малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников без повышени  разр дности используемого аналого-цифрового преобразовател .

На чертеже приведена структурна  схема устройства.

Устройство содержит генератор 1, переменньм аттенюатор 2, исследуемый четырехполюсник 3, направленный от- ветвитель 4, согласованную нагрузку 5, квадратичный детектор 6, два двух- позидаонных аттенюатора 7 и 8, аналого-цифровой преобразователь 9, вычислительный блок 10, первую 11 и вторую 12 клеммы устройства дл  подключени  исследуемого четырехполюсника .

Выход генератора 1 через последовательно соединенные переменный аттенюатор 2, первый двухпозиционный аттенюатор 7, первую клемму 11 устройства , четырехполюсник 3, вторую клемму 12 устройства, второй двухпозиционный аттенюатор 8, ответвитель 4 с согласованной нагрузкой 5j детектор 6 и преобразователь 9 подключен к входу вычислительного блока 10.

Устройство работает следующим образом .

Исследуемый четырехполюсник 3 устанавливаетс  между клеммами 11 и 12. Его амплитудна  характеристика может быть представлена в виде суммы линейной и нелинейной зависимости, котора  имеет следующий вид

792

На выходе четырехполюсника 3 установлен направленный ответвитель 4, ориентированный на отбор проход щей мощности. В одном из его плеч выдел етс  высокочастотный сигнал, пропорциональный выходному высокочастотному сигналу четырехполюсника. Детектор 6 преобразует высокочастотный сигнал на выходе четырехполюсника 3 в пропорциональное посто нное напр 

жение, которое аналого-цифровым преобразователем 9 преобразуетс  в цифровой код. Градуировочна  характеристика последовательно соединенных ответвител  4, детектора 6 и преобразовател  9 имеет следующий вид:

у (z) ,

(2)

где Z - значение цифрового кода на

выходе преобразовател  9; Ъ - крутизна последовательно соединенных ответвител  4, детектора 6 и преобразовател  8; F(z) - относительна  нелинейность

преобразовани  выходного напр жени  четырехполюсника 3 в цифровой код на выходе преобразовател  9.

Из-за нелинейности преобразовани  переменного напр жени  в посто нное напр жение, представленное цифровым кодом, измерение малых значений нелинейности амплитудной характеристики исследуемого четырехполюсника 3 имеет значительные погрешности.

Учитыва  (1) и (2), можно получить соотношение, устанавливающее зависимость между входным высокочастотным напр жением исследуемого четьфехпо- люсника 3 и выходным цифровым кодом преобразовател  9, в виде

X (y) ,

(1)

где X - амплитуда входного высокочастотного сигнала; у -- амплитуда выходного высокочастотного сигнала а - крутизна исследуемого четыре

полюсника 3;

f(y) - относительна  нелинейность амплитудной характеристики исследуемого четырехполюсника 3.

Аттенюаторы 7 и 8 устанавливаютс  в положение, при котором их коэффициент передачи равен единице.

45

X P(z) ,

(3)

где Ф(z) - относительна  нелинейность преобразовани  входного напр жени  четырехполюсника 3 в посто нное напр жение. Исход  Из соотношений (1) и (2),

получают соотношение (3)в виде

X (z)+f bz+bzF(z) + + F(z)f bz+bzF(z)j .

(4)

Из соотношени  (4) относительна  нелинейность преобразовани  входного

1404979

напр жени  четырехполюсника 3 в цифровой код имеет вид

((z)F(z)+f bz+bzF(z) + + F(z)f bz+bzF(z) .

Затем аттенюатор 7 переводитс  в положение 2, в котором его коэффиПренебрега  произведением относительных нелинейностей F(z) и f(bz),. ,,,

,„/ч , ..г iT /Nimциент передачи равен 1/М, а аттенюа- а также bzF(z) в функции frbz+bzF(z)L О о

/ел- тор о имеет коэффициент передачи,

получают соотношение (5) в виде„ „ г ,

равный единице. На входе аттенюатора

ФС 1 FC ) + f fЬ t (ft) устанавливают вновь значени  высокочастотного сигнала X, ,Х, . , . , Х .

„ff. IE; На ВХОД исследуемого четьгоехполюсниПолученное соотношение (6) опреде-

,ка 3 эти сигналы поступают уменьгаенл ет св зь между функци ми относительной нелинейности f(z), F(z), (z). Представим функции относительной нелинейности в виде полиномов степени р:

р20

ные в М раз. С помощью ответвител  4 детектора 6 п значений выходного сигнала четьфехполюсника 3 преобразуют в посто нное напр жение, которые с помощью преобразовател  9 преобразуютс  в цифровой код z , ,z,. .. ,.3Ha чени  цифрового кода ввод тс  в пам ть вычислительного блока 10. Исход  25 из соотношений (3) и (9), получают п уравнений вида

Z:c;z ; 1 1

i p

i

dj Zl .

Подставл   соотношени  (7)-(9) в формулу (6)j получают выражение дл  определени  коэффициентов искомой относительной нелинейности амплитуд- 30 ной характеристики исследуемого че- тьфехполюсника 3 через коэффициенты относительной нелинейности преобразовани  выходного напр жени  исследуемого четьфехполюсника 3 в посто нное 35 напр жение и далее в цифровой код и коэффициенты относительной нелинейности преобразовани  входного напр - жени  четьфехполюсника 3 в цифровой код:

 Ь,-5

4- d,z;+.

J(12)

X

М

abzn + d,z + .-. . H-dpZ,

Поделив уравнени  системы (11) на соответствующие уравнени  системы (12), получают систему из п нелинейных уравнений с р+1 неизвестными М, d,, .. ., dp :

40

С, (d, - T,)/b;

Р

(dp - Tp)/b

z, Mz , 4-d/(Mzf -z) + ...-fdp(Mir-z ; )l

i M|; d,(Mkr-zU...-bdp(MzrV: ).J

(13)

Реша  систему нелинейных уравне/ g кий (13), вычислительньй блок 10 определ ет .коэффициенты d, ,.. , ,dp степенного р да, аппроксимирующего функцию

С помощью аттенюатора 2 последовательно устанавливаютс  на входе четырехполюсника 3 п неградуированных. стабильных значений высокочастотного напр женнн четырехполюсника 3 в пос- сигнала X., X,,.,., Х„. Исход  из ,то нное напр жение и далее в цифровой соотношени  (3). учитЫва  формулу (9), Хран щиес  в пам ти вычислитель- получают систему из п уравнений вида: ° значени  цифровых кодов

z,,z,.t., z, исход  из соотношений (2) и (8), св заны с соответствующими значени ми выходного высокочастотно . rnjl J /J,cl, C4llli- ui4k-n.rai ii i jjnc:± « tjyrLi

, относительной нелинейности (z) .

Затем определ етс  относительна  нелинейность преобразовани  выходного

x,abz, l+d,z, + ... +dpzf ; n abzjud,... -bdpz }

(11)

gc„

ГО сигнала четырехполюсника 3 следующими уравнени ми:

где z, ,z,j, . ,. ,z - значени  цифровых

кодов на выходе преобразовател  9,

соответствующие высокочастотным сигналам.

Эти п значений цифровых кодов z,..., г„ ввод тс  в пам ть вычислительного блока 10.

Затем аттенюатор 7 переводитс  в положение 2, в котором его коэффи . ,,,

.

20

ные в М раз. С помощью ответвител  4, детектора 6 п значений выходного сигнала четьфехполюсника 3 преобразуют в посто нное напр жение, которые с помощью преобразовател  9 преобразуютс  в цифровой код z , ,z,. .. ,.3Ha- чени  цифрового кода ввод тс  в пам ть вычислительного блока 10. Исход  25 из соотношений (3) и (9), получают п уравнений вида

 Ь,-5

4- d,z;+.

J(12)

X

М

abzn + d,z + .-. . H-dpZ,

Поделив уравнени  системы (11) на соответствующие уравнени  системы (12), получают систему из п нелинейных уравнений с р+1 неизвестными М, d,, .. ., dp :

z, Mz , 4-d/(Mzf -z) + ...-fdp(Mir-z ;

30 35

40

кий (13), вычислительньй блок 10 определ ет .коэффициенты d, ,.. , ,dp степенного р да, аппроксимирующего функцию

. напр женнн четырехполюсника 3 в пос- ,то нное напр жение и далее в цифровой Хран щиес  в пам ти вычислитель- ° значени  цифровых кодов

. rnjl J /J,cl, C4llli- ui4k-n.rai ii i jjnc:± « tjyrLi

относительной нелинейности (z) .

Затем определ етс  относительна  нелинейность преобразовани  выходного

z, исход  из соотношений св заны с соответствующими выходного высокочастотно„

четырехполюсника 3 следующими уравнени ми:

у, в bz, И-Т, Z,+... +Тр2 ;

V izJlVT,,+ ...4Tpz|; .

(14)

После чего аттенюатор 7 переводитс  снова в положение 1, при котором его коэффициент передачи равен единице , а атенюатор 8 переводитс  в положение 2, при кот орЪм его коэффициент передачи равен 1/К, При этом на входе исследуемого четьфехполюсника 3 устанавливаютс  первоначальные уровни высокочастотного сигнала. Аттенюатор 8 уменьшает уровни сигнала на выходе четьфехполюсника 3 в К раз. Измененные значени  высокочастотного сигнала через ответвитель 4 поступают на детектор 6. Преобразователь 9 преобразует соответствующие значени  посто нного напр жени  в цифровой код zj,.,,,z, которые ввод тс  в пам ть вычислительного блока 10. Исход  из уравнений (2) и (8), получаетс  п уравнений вида:

У - fi+T 7 + +т 7 П-1 - - bz i+i,z, .. .-t-ipZ J ,|

I ,z...-Hpz; .

(15)

Поделив уравнени  системы (14) на соответствующие уравнени  системы (15), получают систему из п нелинейных уравнений с р+1 неизвестными К,

Т ,... ,Т

Р

Z, Kz; +т, (Kz7y,)+.. .

z Kz; +Т, ( ) +.. .Т(

Реша  систему нелинейных уравнений (16), вычислительньш блок 10 определ ет коэффициенты Т,,...,„ степенного р да, аппроксимирующего нелинейную функцию F(z). Использу  соотношени  (10) и найденные коэффициенты dj и Т; , вычислительный блок 10 определ ет искомые коэффициенты с относительной нелинейности исследуемого четьфехполгосника 3. Найденна  нелинейность амплитудной характеристики четьфехполюсника 3 не содержит нелинейность.преобразовани  переменного напр жени  в посто нное, в результате чего и повьшаетс  точность измерений. Коэффициент b характери- зует крутизну последовательно соединенных ответвител  4, детектора 6 и преобразовател  9, Значение данного коэффициента может быть легко определено .

Приведем пример практической реализации измерени  нелинейности амплитудной характеристики четырехполюсника . В качестве двухпозиционных аттенюаторов 7 и 8 используютс  аттенюаторы с вносимым затуханием S 2 дБ. Аттенюатор 2 и генератор 1 обеспечивают подачу на вход четьфехполюсника

3 высокочастотной мощности от О до 100 мВт. В качестве преобразовател  9 использовалс  вольтметр, а в качестве нагрузки 5 - ваттметр поглощаемой мощности. Дл  определени  крутизны преобразовани  последовательно соединенных ответвител  4, детектора 6 и преобразовател  9 одновременно снимались показани  ваттметра и вольтметра , которые имели значение соответственно: Р 43, 21 мВт, И

36,95 мВт. Крутизна в определ лась, как в 1,169. Представл   амплитудную градуировочную характеристику преобразовани  входного и выходного

напр жений четырехполюсника 3 квадратичной зависимостью, получают соотношени  (1) и (3) в виде

30

X ау(1 + с,у); X abz(1 + d,z),

(17)

Тогда система уравнений (13) дл  определени  d и М имеет еледуюш 1й вид:

.- (г

л- 1

Мг + d,(Mz, - z,);

(18)

,-1

z Mz + d,(Mzj - Zj).

Система уравнений (16) дл  опреде- 0 лени  имеет с учетом уравнений (3) следующий вид: ..-(

5

Кг; + Т,(Кг - z); Kzl + T(Kz f- zl).

(19)

0

2. - xivtj 2

С помощью аттенюаторов 2,7 и 8,а также генератора 1 определ ютс  показани  вольтметра z 49,78 мВ; z, 31,81 мВ; zj. 36,95мВ; z 23,25мВ; .

5

z; 34,08 мВ; z 25,24 мВ.

Подставл   полученные результаты измерений в системы уравнений (18) и (19), получают М 1,585; d,7,139 К 1,472; Т, 5,008 10 .Таким образом определилась нелинейность преобразовани  входной мощности четырехполюсника 3 в посто нное напр жение , котора  включает в себ  нелинейность исследуемого четырехполюсника

3 и нелинейность преобразовани  выходной мощности в посто нное напр жение, а также нелинейность преобразовани  выходного сигнала четырехполюсника 3 в посто нное напр жение. Затем определ етс  относительна  нелинейность амплитудной характеристики четырехполюсника 3 по формуле

с, (d, - T,)/b 1,823-10

-4

в таблице приведены значени  входной мощности четырехполюсника 3,соответствующие значени  относительной нелинейности преобразовани  входной мощности в посто нное напр жение, выходной мощности в посто нное напр жение , амплитудной характеристики четырехполюсника 3, которые рассчитаны , использу  найденные коэффициенты с,, Т, и d (.

Как следует из табли11 1, максимальное значение относительной нелинейности исследуемого четырехполюсника 3 составл ет 0,9%, а максиальное значение относительной нелинейности

0

g

0

5

0

5

0

преобразовани  выходного напр жени  четырехполюсника 3 в посто нное напр жение составл ет 2,3%. Таким образом , использу  неточный квадратичный детектор 6, обеспечиваетс  определение малых значений относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников с приемлемой погрешностью без повьщ ени  разр дности аналого-цифрового преобразовател  измер емого сигнала.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  относительной нелинейности амплитудных характеристик четырехполюсников, содержащее генератор, выход которого соединен с входом переменного аттенюатора , направленный ответвитель,один из выходов которого соединен с входом согласованной нагрузки, а другой выход подключен к входу квадратичного детектора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности определени  малых значений сигнала без повышени  разр дности используемого аналого-цифрового преобразовател , в него введены аналого-цифровой преобразователь, два двухпозици- онных аттенюатора и вычислительный блок, при этом выход, переменного аттенюатора через первый двухио- зиционный аттенюатор соединен с первой клеммой устройства дл  подключени  исследуемого четырехполюсника, втора  клемма которого через входной двухпозиционный аттенюатор соединена с входом направленного ответвител , выход квадратичного детектора через аналого-цифровой преобразоватепь соединен с входом вычислительного блока