SU896579A1

SU896579A1 - Двухканальный измеритель флуктуаций частоты колебаний

Info

Publication number: SU896579A1
Application number: SU802901603A
Authority: SU
Inventors: Александр Владимирович Мулеванов; Виктор Гаврилович Осипенко; Владимир Петрович Кузнецов
Original assignee: Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова
Priority date: 1980-04-03
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1982-01-07

Description

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано при исследовании и измерении флуктуаций частоты (фазы) колебаний генераторов.

- Известно устройство для измерения флуктуаций частоты колебаний генераторов, содержащее последовательно соединенные блок дифференцирования (дискриминатор), амплитудный детектор с фильтром, анализатор спектра и индикатор [1]. ¹⁰

Однако это устройство обладает малой • чувствительностью при измерении низкочастотных флуктуаций частоты колебаний, которая ограничена собственным низкочастотным (фликерным) шумом амплитудного детектора. Кроме того, точность измерения низкочастотных флуктуаций частоты . колебаний этим устройством нибка ввиду того, что его выходной сигнал пропорционален не величине отклонения частоты от среднего значения, а величине мгновенного значения частоты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухканальный (корреляционный) измеритель флуктуаций частоты колебаний, содержащий разветвитель, подключенный своим входом ко входу устройства, а выходами через соответствующие последовательно соединенные блок дифференцирования, амплитудный детектор и малошумящий усилитель ко входам блоков суммирования’ и вычитания, выходы которых поочередно подключаются к последовательно соединенным анализатору спектра, квадратичному детектору и индикатору с фильтром нижних частот £2 ].

Однако, эго устройство имеет низкую точность при измерении низкочастотных флуктуаций частоты колебаний, обусловленную тем, что его выходной сигнал содержит как переменную составляющую, пропорциональную флуктуациям частоты исследуемого сигнала, так и постоянную составляющую, пропорциональную среднему значению частоты сигнала.

Цель изобретения - повышение точности измерения низкочастотных флуктуаций частоты колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный измеритоть флуктуа- 5 ций частоты колебаний, содержащий последовательно соединенные основной блок дифференцирования, основной разветвитель, первый основной амплитудный детектор, первый основной усилитель и основной сум- 10 \iarop, последовательно соединенные второй основной амплитудный детектор, второй основной усилитель, и основной блок вычитания, второй вход которого подключен к первому входу основного суммато- 15 ра, второй вход последнего соединен с выходом второго основного усилителя, второй выход основного разветвителя подключен к входу второго основного амплитудного детектора, основной ингегра- ₂0 тор и индикатор, введены первый блок возведения в квадрат, последовательно соединенные второй блок возведения в квадрат, первый дополнительный интегратор, первый дополнительный блок вычитания и второй .дополнительный блок вычитания, последовательно соединенные блок стабилизации амплитуды, дополнительный блок дифференцирования с инвертированием, дополнитель-. Йый разветвитель, первый дополнительный амплитудный детектор, первый дополни- ³⁰тельный усилитель, дополнительный сумматор, третий блок возведения в квадрат, второй дополнительный интегратор и третий дополнительный блок вычитания, по- . следовательно соединенные второй допол— 35 нительный амплитудный детектор, второй дополнительный усилитель, четвертый дополнительный блок вычитания, четвертый блок возведения в квадрат и третий дополнительный интегратор, выход которо- 40 го подключен к второму входу, третьего дополнительного блока вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к входу 45 ттегратора, при этом вход блока дифференцирования соединен с выходом блока стабилизации амплитуды, второй выход дополнительного разветвителя подключен к входу второго дополнительного 50 амплитудного детектора, выход первого дополнительного усилителя соединен с вторым входом четвертого дополнительного блока вычитания, первый вход которого подключен к второму входу до— 55 полнительного сумматора, вход первого блока возведения в квадрат подключен к выходу основного сумматора, выход первого блока возведения в квадрат соединен с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого дополнительного блока вычитания, а выход основного блока вычитания подключен к входу второго блока возведения в квадрат.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Двухканальный измеритель флуктуаций частоты колебаний содержит блок 1 стабилизации амплитуды, вход которого является входом устройства, блоки 2 дифференцирования, разветвители 3, амплитудные детекторы 4, усилители 5, блоки 6 суммирования, блоки 7 вычитания, блоки 8 возведения в квадрат, интеграторы 9 и индикатор 10..

Блок I стабилизации амплитуды служит для устранения паразитных амплитудных флуктуаций входного исследуемого сигнала и содержит, например, делитель напряжения и несколько последовательно соединенных резонансных усилителей - ограничителей, амплитуда выходного напряжения которых постоянна во 'времени.

Блоки 2 дифференцирования служат для переобразования входного частотно-моду— лированного сигнала постоянной амплитуды в амплитудно-частотно—модулированный сигнал, при этом знаки у переменных составляющих выходных амплитудно-частотно-модулированных сигналов блоков 2 должны быть противоположными. В качестве блоков 2 дифференцирования используют например, часготозависимые линейные активные или пассивные четырехполюсники, у которых середины линейных участков амплитудночастотных характеристик совпадают со значением средней частоты исследуемого сигнала, причем, если у одного частотнозависимого четырехполюсника блока 2 дифференцирования наклон этого линейного участка амплитудно-частотной характеристики является положительным (или отрицательным)., то у частотнозависимого четырехполюсника второго блока 2 дифференцирования должен быть обязательно противоположным, т.е. отрицательным (или положительным).

Разветвители 3 служат для предотвращения паразитной связи между измерительными каналами. В качестве разветвителей используют, например, буферные усилители с одним входом и двумя выходами, а на достаточно высоких частотах используют мостовые разветвители.

Амплитудные детекторы 4 выполнены в виде двухполупериодных выпрямителей с фильтрами нижних частот или в виде двухтактных преобразователей огибающей высокочастотного колебания в ступенча- 5 тую функцию.

Усилители 5 представляют собой усилители постоянного тока или усилители йизкой частоты с малым дрейфом нуля и Малым уровнем собственных шумов. ¹⁰

Блоки 6 суммирования представляют собой двухкодовые сумматоры-усилители с двумя входами и общей нагрузкой.

Блоки 7 вычитания представляют собой дифференциальные усилители, нагруз- 15 кой которых является, например, фильтр нижних частот.

Блоки 8 возведения в квадрат представляет собой, например, линейные перемножители колебаний, на оба входа кото- 20 рых подается один и тот же сигнал.

В качестве интеграторов 9 используют, например, интегрирующие RC цепочки.

Интегратор 10 содержит, например, вольтметр для измерения амплитудного и 25 эффективного значений напряжения, дискретно-аналоговое или цифровое устройство для вычисления коэффициентов Фурье в тригонометрическом базисе, их модулей, аргументов или квадратов модулей зо .и регистрирующий узел.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал

A(t)sin]w_o-t +φ(ί)] as через вход устройства поступает в блок стабилизации амплитуды, где устраняются паразитные амплитудные флуктуации так, что его выходной сигнал принимает . ₄₀вид £ ₂ Ю -- А_о Sih [w_ot + Ш) 1, который одновременно поступает в блоки дифференцирования.

Выходной продифференцированный сигнал первого блока 2 вида £^. (£) - A₀[uJ₀+Auu(t)]coG^ot (где Ms) (£)=άψ|(Η-мгновенное (текущее) значение отклонения частоты от номинального значения UP о через основной разветвитель 3 поступает на два первых параллельных измерительных тракта, каждый из которых содержит амплитудный детектор и усилитель . Поэтому напряже ние на выходе первого основного усилителя 5 имеет вид £дН)А 4 !>о+М» Ю ] + U (Ъ), а напряжение на выходе второго основного усилителя 5 имеет вид £_ε(ί) - (t)] +U Ct), где%,(!) иЦ^ (-£) - составляющие, обусловленные шумами измерительных трактов (в том числе основного разветвителя 3, основных детекторов 4 и основных усилителей (5). Следует отметить, что взаимно некоррелированно так как они вызываются независимыми источниками шумов.

Напряжение £д(4) и ίς(£) измерительных трактов поступают далее одновременно на входы основного блока 6 суммирования и на входы основного блока 7 вычитания, выходные напряжения которых имеют вид:

+ ) '^4 (£)¹ б W А _А Е^о+ЛбУ Ct) ] ⁺ iy 4(.£)-{₅Ct) Образованные таким образом сигналы пропускают через блоки 8 возведения в квадрат и интеграторы 9 так, что на одном входе первого дополнительного блока 7 вычитания образуется напряжение £g С£)-4 ίυθ + δА^δφ (-0+ + 4 A* AW^Ct) + (J (.t) + Ct) а на другом входе первого дополнительного блока 7 вычитания образуется напряжение

Вследствие этого выходной сигнал с первого дополнительного блока 7 вычиТа—, ния принимает вид £₄₀(t) --£₁(t)-£_Q(t)=4A>o^· (ΟΜΑ^δΛ .

Во втором канапе измерителя процессы протекают аналогично.

Выходной сигнал блока 2 дифференцирования с инвертированием знака переменной составляющей. продифференцированного сигнала принимает вид £'зCt) *Α_ο[ω_ο-Δίί)(·υ] CO5[W₀t ⁺ Ф(-Ь)] .

, 7 896579 8

Который через дополнительный разветви-’ тель 3 поступает на два других параллельных измерительных тракта. Поэтому напряжение на выходе первого дополнительного усилителя 5 имеет вид который несет информацию с флуктуации частоты исследуемого сигнала.

Таким образом, введение новых элементов, установление новых связей вы5 годно отличает предлагаемое устройство £4 Ct) = А^ I>₀ -AW (1)] +Т!тъ(-Ь), а напряжение на выходе второго дополни-, тельного усилителя 5 имеет вид ζΐϋо“Att)

Напряжения f^Ct) и ί₅(Ή измеритель-J5 пых трактов поступают далее одновременно на входы дополнительного блока 6 суммирования и на входы четвертого дополнительного блока 7 вычитания, выходные напряжения которых принимают вид 20 £'_6W(£)- (Ί)-2^[υυ₀-Δα;(υ>

от известного, так как позволило повысить точность измерения низкочастотных й чрезвычайно низкочастотных флуктуаций частоты колебаний за счет исключения в выходном сигнале, поступающим в блок регистрации, постоянной составляющей, пропорциональной номинальному значению частоты исследуемого сигнала, за счет введения новой операции стабилизации во времени амплитуды входного сигнала и за счет замены нелинейной операции квадратичного детектирования операций литейного перемножения.

В итоге_; повысится достоверность результатов измерения, расширится область применения таких измерителей флуктуаций частоты колебаний и улучшатся технико-экономические показатели этих измерителей.

~ Uy^t)-0^4(1)-

Claims

1.Малахов А. Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М., Наука , 1968, с. 586, рис. 14.1.

2.Корнилов С . А., Савминский В. А., Уман С. Д. Шумы клистронных генераторов малой мощноста;. М., Сов, радио ,, 1972, с. 120-124, фиг. 2.20 и фиг. 2.21.

ф у

.