SU221785A1 - Цифровой анализатор частотных характеристик линейного четырехполюсника - Google Patents

Description

Известны цифровые анализаторы частотных Характеристик линейных четырехполюсников, представл ющие собой решающие устройства, определ ющие решение дифференциальных уравнений колебаний четырехполюсника.

Предложенное устройство отличаетс  от известных тем, что оно позвол ет автоматизировать процесс исследовани  характеристик, упростить аппаратуру и учесть вли ние посто нной составл ющей напр жени . Дл  этого в этом устройстве выход делител  с пе .ременным коэффициентом делени  через вентили подключен к выходному счетчику моментов перехода и электронному ключу реверсивного счетчика. К его второй группе входов через триггер реверса подключен выход преобразовател  код-аналог, одновременно подсоединенный через схему «ИЛИ к триггеру управлени  измерител  разности фаз. Выход согласующего устройства подключен одновременно к двухполупериодному выпр мителю измерител  амплитуды, соединенного с генератором линейно падающего напр жени , и нуль-органам схемы выделени  моментов перехода . Выход схемы выделени  моментов перехода параллельными св з ми подсоединен ко второму входу триггера управлени  измерител  разности фаз, генератору линейно падающего напр жени , шаговым искател м делител  частоты и элементам задержки

блока управлени . Выход преобразовател  код-аналог и вход согласующего устройства подключены соответственно ко входу и выходу исследуемого четырехполюсника.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого анализатора частотных характеристик; на фиг. 2 - блок-схема данного анализатора с развернутой блок-схемой узлов выделени  моментов перехода исследуемого напр жени  через максимумы, измерители фазы , амплитуды и блока управлени ; на фиг. 3 - временные диаграммы работы анализатора . Описываемый анализатор содержит генератор 1 входных сигналов инфранизких частот , объект 2 исследовани  (четырехполюсник ), входное устройство 3, двухполупериодный выпр митель 4, схему 5 определени  моментов перехода исследуемого сигнала через

максимальные значени , измеритель фазы, в состав которого вход т преобразователь 6 сдвига фаз во временной интервал и регистрирующее устройство 7, измеритель амплитуды , содержащий преобразователь 8 амплитуды во временной интервал и регистрирующее устройство 9, и блок управлени  10.

Напр жение с выхода генератора / инфранизких частот поступает на исследуемый объект 2, а с его выхода через входное устройстни  моментов перехода через максимальные значени , а с другой стороны через двухполупериодный выпр митель 4 - на нреобразователь 8 амплитуды во Временной интервал. Преобразователь 6 сдвига фаз во временной интервал через один вход соединен с триггером знака преобразовател  код-аналог генератора , а через другой вход - со схемой 5 выделени  моментов максимумов исследуемого напр жени . После нажати  кнопки «пуск начинаетс  процесс преобразовани  разности фаз и амплитуды в пачки импульсов, которые затем поступают на регистрирующие устройства фазы 7 и амплитуды 9 соответственно . (

По окончании первого цикла измерений происходит в зависимости от выбранного режима работы прибора ручна  или автоматическа  перестройка частоты генератора, сброс иПри автоматическом режиме измерений автоматический запуск прибора по истечении времени, необходимого дл  окончани  переходных процессов в исследуемом объекте.

Генератор инфранизких частот содержит кварцевый генератор 11, делитель 12 частоты с переменным коэффициентом делени , делитель 13 частоты с посто нным коэффициентом делени  и преобразователь .код-аналог 14.

В устройстве имеетс  входное согласующее устройство 15, служащее дл  разв зки исследуемого объекта и измерительных цепей и дл  выбора коэффициента делени  входного напр жени .

Схема выделени  моментов перехода исследуемого напр жени  через максимальные значени  содержит нуль-органы 16 и 17 схемы перехода исследуемого сигнала через нуль, триггер пуска 18, триггеры управлени  19- 21, вентили 22-24, делитель 25 частоты на два (триггер), схему «ИЛИ 26 и выходной счетчик 27.

В состав измерител  разности фаз вход т триггер пуска 28, вентиль 29, триггер управлени  30, электронный ключ 31, реверсивный счетчик 32 с триггером реверса 33, регистрирующее устройство 34 и схема «ИЛИ 85.

Измеритель амплитуды содержит двухполупериодный выпр митель 36, генератор 37 линейно падающего напр жени  фантастроиного типа, электронный ключ 38, счетчик 39 импульсов и регистрирующее устройство 40.

Блок управлени  состоит из кнопок «Пуск 41 и «Сброс 42, переключател  «Режим работы 43, элементов задержки 44, 45 и схем «ИЛИ 46, 47.

Предлагаемый анализатор работает следующим образом.

С кварцевого генератора 11 импульсы поступают на делитель частоты 12 с переменным коэффициентом делени  и дальще через делитель частоты 13 с посто нным коэффициентом делени  на вход преобразовател  код-аналог 14. Выходной сигнал генератора подаетс  на вход исследуемого объекта.

С его выхода непрерывный периодический сигнал поступает на входное устройство 15, с выхода которого сигнал подаетс  на схему выделени  моментов нерехода сигнала через максимумы и измерители фазы и амплитуды. Измерение разности фаз между выходным и входным напр жени ми исследуемого объекта 2 Основано на принципе ее преобразовани  во временной интервал, а затем в число-импульсный код. Дл  устранени  вли ни  посто нной составл ющей на результат измерени  разность фаз измер етс  между максимальными значени ми входного и выходного напр жений объекта. Кроме того, такое построение измерител  фазы значительно упрощает его схему, так как моменты, соответствующие максимальным значени м входного напр жени , непосредственно получаютс  от преобразовател  код-аналог 14 в -моменты переключени  триггера знака.

Чтобы обеспечить посто нную дискретность импульсов получаемого кода во всем диапазоне измер емых частот, заполнение временного интервала производитс  выходными импульсами делител  12 с переменным коэффициентом делени , т. е. производитс  подсчет количества калиброванных меток за выделенный временной интервал. Следовательно, количество меток пропорционально сдвигу фаз в градусах. Дл  получени  дискретности калиброванных меток Аф° необходимо иметь их чис360 ,,

ло на период формируемого синусоиД 9

дального напр жени  (при Аф 0,5° ). Если число ступенек на период формируемой синусоиды равно Р, то необходимо иметь дополнительный делитель частоты 13, включенный на входе преобразовател  код-аналог 14, с посто нным коэффициентом делени ,

равным (при /7 90, 8). Тогда частота следовани  импульсов f с делител  12 пропорциональна выходной частоте синусоидального сигнала генератора с коэффициентом пропорциональности п

/« /ж

т. е. на период формируемой синусоиды Тj. приходитс  п импульсов с выхода делител  12 во всем диапазоне работы генератора.

Рассмотрим процесс выделени  моментов перехода исследуемого сигнала через максимумы . Пусть напр жение U с посто нной составл ющей f/оИ амплитудой U „ иа выходе исследуемого объекта 2 имеет вид, показанный на фиг. 3, а (f/i и 1/2-максимальные значени  положительной и отрицательной полуволн выходного напр жени  объекта относительно нулевой линии). На фиг. 3, б изображены калиброванные импульсы с выхода делител  12. Если с момента времени ti (см. фиг. 3, а) подавать калиброванные импульсы через делитель частоты с коэффициентом делени  два (триггер 25) до момента tz, а затем без делени , то к моменту положительного максимума исследуемого сигнала на счетчик 27 поступит - импульсов. Это обсто тельство и используетс  дл  нахождени  моментов перехода через положительный и отрицательный максимумы напр жени , поступающего с исследуемого объекта. Сигнал с объекта через входное устройство /5 поступает на нуль-органы 16 и П. На выходе нульоргана 16 возникает импульс в момент перехода сигнала из положительной области в отрицательную (см. фиг. 3, в), на выходе нульоргана 77 - при переходе сигнала из отрицательной облаСти в положительную (см. фиг. 3, г). В исходном состо нии вентили 22-24 закрыты, и Импульсы не поступают на счетчик 27. При подаче импульса пуска (см. фиг. 3, (3) от кнопки «Пуск 41 на триггер 18 вентиль 22 открываетс , и в момент по влени  импульса на выходе нуль-органа 16 срабатывает триггер 19, открыва  вентиль 25. Калиброванные импульсы с частотой f д. поступают через делитель 25 и схему «ИЛИ 25 на счетчик 27 (см. фиг. 3,е). При срабатывании нульоргана 17 триггер 19 возвращаетс  в исходное состо ние, перебрасыва  триггеры 18 и W (первый закрывает вентиль 22, а второй открывает вентиль 24}. Теперь калиброванные импульсы f д. поступают на счетчик 27 через схему «ИЛИ 26 непосредственно. Если (при п 720) на счетчике 27 предварительно записывать число 512-360 152 (счетчик дев тиразр дный), то от 360-го импульса счетчик переполнитс  и на его выходе по витс  испульс (см. фиг. 3, ж), соответствующий моменту перехода исследуемого сигнала через положительный максимум. От того же импульса в счетчик 27 вновь вводитс  число /52 и срабатывает триггер 21. При поступлении следующих 360 и-мпульсов через вентиль 24 на счетчик 27 на его выходе по вл етс  второй импульс, соответствующий моменту перехода Сигнала через отрицательный максил1ум. Этим импульсом триггер 21 возвращаетс  в исходное состо ние, перебрасыва  триггер 20, запирающий вентиль 24. Схема выделени  моментов перехода исследуемого напр жени  через максимумы приходит в исходное состо ние и не работает до прихода очередного импульса пуска.

Исходное состо ние измерител  фазы таково , что вентиль 29 заперт потенциалом триггера пуска 28, при этом триггер 5(9 обеспечивает закрытое состо ние электронного ключа 31, и калиброванные импульсы не поступают на вход счетчика 52. От импульса пуска срабатывает триггер 28 и открывает вентиль 29. Первый же импульс с выхода счетчика 27 проходит через вентиль 29 и перебрасывает триггер ВО, открыва  электронный ключ 31, через который калиброванные импульсы поступают на счетчик 52 (см. фиг. 3, ы). После прихода импульса с преобразовател  код-аналог 14 (см. фиг, 3, з), соответствующего моменту перехода через положительный или отрицательный максимум формируемой синусоиды, через схему «ИЛИ 55 триггер 30 возвращаетс  в исходное состо ние, закрыва  электронный ключ 31 и вентиль 29 через триггер 28. Но режим работы -счетчика 52 различен в зависимости от знака фазового сдвига. Счетчик 52 выполнен реверсивным и управл етс  через триггер реверса 55 триггером знака преобразовател  код-аналог 14.

Если с последнего приходит Импульс, соответствующий положительному максимуму формируемой синусоиды, то счетчик 52 работает на суммирование и в нем записываетс  число (см. фиг. 3, «), пропорциональное отрицательному сдвигу фаз ф1 (). Если же импульс, приход щий с преобразовател  код- аналог 14, соответствует отрицательному максимуму формируемой синусоиды, то в счетчик 52 предварительно вводитс  число импульсов , соответствующее 180°, и он работает на вычитание. В результате в счетчике фиксируетс  число импульсов yV.i (см. фиг. 3, к), пропорциональное положительному сдвигу фаз

Л2 180 -/ф1/ ф2.

Таким образом, данный прибор позвол ет измер ть сдвиг фаз в пределах 360° (от4-180° до-180°).

Измерение амплитуды основано на принципе измерени  среднеарифметического значени  величин Ol--L -|-t/o и , что дает в результате амплитуду исследуемого напр жени 

Ui + U тг 2

Дл  осуществлени  данного принципа измерени  амплитуды напр жение с выхода исследуемого объекта 2 (см. фиг. 3, а) через входное устройство 15 и двухполупериодный выпр митель 55 (см. фиг. 3, л подаетс  на генератор 57 линейно падающего напр жени  фантастронного типа. Так как разр д фантастройного генератора происходит от мгновенного значени  напр жени  на нем, а запуск его производитс  в моменты максимумов исследуемого напр жени  (см. фиг. 3, ж от счетчика 27, то временные интервалы, выдел емые генератором, пропорциональны значени м напр жений Hi и С/а. В эти промежутки времени через электронный ключ 38 от кварцевого генератора // эталонной частоты проход т пачки импульсов и . На счетчике 39 будет зафиксировано число.

ДГ . 3 + ЛГ4

Результаты, записанные в счетчиках фазы 52 и амплитуды 39, выдаютс  на регистрирующие устройства 34 и 40 соответственно, в качестве которых может использоватьс  светова  индикаци  и цифропечатающее устройство . ,

Прибор имеет два режима работы, устанавливаемых с помощью переключател  43 «Режим работы : одиночный и автоматический. В первом случае после измерени  амплитуды и фазы на одной частоте измерени  прекращаютс  до прихода следующего импульса пуска от кнопки 41 «Пуск в блоке управлени  или от внешнего устройства. Во втором случае после нажати  кнопки 41 «Пуск происходит непрерывный автоматический замер параметров выходного напр жени  объекта. В обоих перестройка частоты может осуществл тьс  вручную с помощью переключателей или автоматически щаговыми искател ми в определенной последовательности либо от блока управлени , либо от внешнего программного устройства. В режиме одиночных измерений сброс схемы производитс  вручную кнопкой 42 «Сброс. В автоматическом режиме после по влени  второго импульса на выходе счетчика 27 от триггера 21 поступает импульс на щаговые искатели дл  перестройки частоты, затем через врем , необходимое дл  измерени  значени  напр жени  Uz и его регистрации , с элемента задержки 44 выдаетс  импульс через схему «ИЛИ 47 на сброс схемы прибора и, наконец, через врем , необходимое дл  окончани  переходных процессов в исследуемом объекте, с элемента задержки 45 через схему «ИЛИ 46 поступает импульс пуска на триггеры 18 и 28. В дальнейшем процесс измерени  фазы и амплитуды напр жени  с выхода объекта повтор етс .

Предмет изобретени 

Цифровой анализатор частотных характеристик линейного четырехполюсника, содержащий кварцевый генератор, соединенный с делителем частоты с переменным коэффициентом делени , снабженный шаговыми искател ми , делитель частоты с посто нным коэффициентом делени , преобразователь код-аналог , согласующее устройство, схему выделени  -момента перехода исследуемого сигнала через максимум с нуль-органами, измеритель разности фаз с триггером управлени , триггером реверса, реверсивным счетчиком с регистрирующим устройством и электронным ключом , измеритель амплитуды с двухполупериодным выпр мителем, генератором линейно

падающего напр жени  и электронны-м ключом , и блок управлени  с элементами задержки , отличающийс  тем, что, с целью автоматического определени  с высокой точностью и в широком диапазоне инфранизких частот амплитудных и фазовых частотных характеристик четырехполюсника и исключени  вли ни  на результаты измерени  посто нной составл ющей исследуемого напр жени , в нем выход делител  с переменным коэффициентом

делени  через вентили подключен к выходному счетчику моментов перехода и электронному ключу реверсивного счетчика, ко второй группе входов которого через триггер реверса подключен выход преобразовател  код-

аналог, одновременно подсоединенный через схему «ИЛИ к триггеру управлени  измерител  разности фаз, и выход согласующего устройства подключен одновременно к двухполупериодному выпр мителю измерител  амплитуды , соединенного с генератором линейно падающего напр жени , и нуль-органам схемы выделени  моментов перехода, а выход схемы выделени  моментов перехода параллельными св з ми подсоединен ко второму

входу триггера управлени  измерител  разности фаз, генератору линейно падающего напр жени , шаговым искател м делител  частоты и элементам задержки блока управлени , причем выход преобразовател  код-аналог и вход согласующего устройства подключены соответственно ко входу и выходу исследуемого четырехполюсника.

аг. 1

- м

.З