SU999155A1 - Устройство дл измерени амплитуды высокочастотных сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области радиоизмерителБной техники, а точнее к устройствам дл  измерени  амплитуды переменного напр жени  в диапазоне , частот, и может быТь использовано в качестве цифрового управл ем го преобразовател  в составе автоматизированного измерительного комплекса .

Известен преобразователь измерени  амппитуща, содержащий элемент сравнени  , усилитель посто нного тока, амплитудный детектор, буферный усили тель , и цепь опорного кангша t

В устройстве происходит сравнение . гшплитуд входных сигналов с кo в1eнcaционным напр жением, по величине ko-. торого определ етс  измер емое вхсдиое напр жение. В тех случа х, когда входное переменное напр жениесодержит посто нную составл юори, например, за счет наводки во входных цеп х, то ее амплитуда определ етс  с учете величины ЭТОЙ наводки. Таким образом, точность измерени  в известных устройствах значительно снижаетс  при нешичии посто нной составл}ао1цей напр жени  на входе, при этом ограничиваетс  применимость подобных устг; г ройств.

Наиболее близким по технической . сущности к изобретению  вл етс  компенсационный вольтметр, состо щий

с из регулируемого источника посто нного напр жени  диода, двух резисторов , конденсатора и компаратора (магнитоэлектрического гальванометра), причем анод диода присоединен к пер4Q вой входной шине, а катод через конденсатор подключен к второй входной шине к одному выводу первого резистора , параллельно которс лу подключен источник напр жени  посто нного тока, а между катодом диода и шиной источ5 ника напр жени  подключен компаратор 2j.:

В известном вольтметре после проведени  начальной калибровки производ т измерение амплитуды входного сиг20 нала путем регулировани  компенсациг онного напр жени  до момента срабатывани  компаратора (отсутстви  тока в гальванометре) и по значению величины ксжпенсационного напр жени  в мо25 мент срабатывани  определ ют значение амплитуды измер емого сигнала. звест ный компенсационный вольтМетр работает по схеме последователь

ного детектировани  (вольтметр с от30 крыты4 входом). При этом на входе вольтметра отсутствует разделительный конденсатор и ток детектировани  протекает через цепь измер емого напр жени , что ограничивает применимость вольтметров, так как их нельз  использовать дл  измерений напр жени  nepei eHHoro тока в цеп х с посто нной составл ющей. При измерени х , производимых при наличии посто нной составл ющей(напримерг наводки на входных цеп х7, точность определени  амплитуды переменного сигнала значительно снижаетс , так как измеренное значение соответствует максимальному значению суммарного напр жени  на входе. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  измерени  амплитуды высокочастотных сигналов, содержащее регулируемый источник посто нного напр жени , первый компаратор и первый конденсатор, один вы вод которого подключен к катоду первого диода, анод которого присоединен к первой входной шине, втора  входна  шина подключена к первому выводу первого резистора, введены |блок сложени , два регистра ..три резистора . вторые компаратор идиод, конденсатор, первый вывод которого подключен к аноду второго диода, ка тод которого присоединен к первой входной шине, втора  входна  шина через второй резистор, по величине равный первому, подключена к второму выводу второго 1 Ьнденсатора и пе вому выводу второго дроссел , а вто рой вывод первого резистора присоединен к второму выводу первого кон денсатора и первому выводу первого дроссел , а выводы первого и второго конденсаторов подключены соответ венно к входам первого и второго ком параторов, параллельно которым подкл чены третий и четвертый резисторы,в ход первого компаратора подключен к разрешающему входу первого регистора , выход второго компаратора подкл чен к разрешающему входу второго ре гистра, информационные входы оди.наковых разр дов первого и второго ре гистров подключены к соответствующим выходным разр дным шинам регули руемого источника посто нного напр  жени , перва  и втора  выходные шин которого подключены к вторым выводам первого и второго дросселей, а тактовые выходы присоединены к стро бирующим входам компараторов,.-ВЫходные разр дные шины первого и вто рого регистров подключены к разр дн входам блока сложени . Причем, регулируемый источник по сто нного напр жени  включает счетик импульсов, выходные разр дные шины которого соответственно подключены к выходным разр дным шинам регуируемого источника посто нного нар жени , входам первого элемента И и управл кицим входам цифро-аналогового преобразовател , выход которого подключен к выходным шинам регулируемого источника посто нного напр жени , счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу второго элемента К и тактовым выходам регулируемого источника посто нного напр жени , первый вход второго элемента И присоединен к выходу генератора тактовых импульсов, а второй вход подключен к пр мому выходу триггера, инверсный выход которого присоединен к установочному входу счетчика импульсов, при этом пр мой вход триггера подключен к шине установочного входа триггера, а инверсный вход подключен к выходу первого элемента И. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства дл  измерени  амплитуды высокочастотных сигналов . Устройство содержит конденсатор 1, диод 2, первую входную шину 3, вторую входную шину 4, резистор 5, дроссель б, конденсатор 7, диод 8 резистор 9, дроссель 10, компаратор 11 и 12, резисторы 5гЗ и 14, регистры 15 и 16, информационные входы 17 регистров, регулируемый источник 18 посто нного напр жени , блок 19 сложени , счетчик 20 импульсов, элемент 21 И, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 22, элемент 23 И, генератор 24 тактовых импульсов, триггер 25, шину 26 установочного входа триггера. Устройство дл  измерени  амплитуды высокочастотныхсигналов работает следующим образом. При подаче пускового импульса на шину 26 .установочного входа триггера на выходнь.ш шинах регулируемого источника 18 посто нного напр жени  по вл етс  напр жение, возрастающее во времени по линейно-ступенчатому закону, причем каждый скачок напр жени  соответствует определенному шагу квантовани . Одновременно с этим на выходных разр дных шинах регулируемого источника 18 посто нного напр жени  по вл етс  двоичный цифровой код, причем в каждый момент времени величина напр жени  на выходных .. клеммах регулируемого источника 18 в четыре раза больше значени , которое определ етс  цифровым кодом на выходных разр дных шинах, т.е. (xt,-, (Я где . цифровое значение напр жени , определ емое кодом в момент времени ti, , и - - величина напр жени  на ВЫн выходных клеммах в момен времени ц, К - посто нный коэффициент преобразовани . Измер емое входное напр жение Ux приложенное к входным клеммам 3 и 4 складываетс  с линейно-ступенчатыми напр жени ми на резисторах 5 и9,ра 1 1 ными соответственно 5 и,-.Резуль jTHpywome напр жени  Up, и Up-j прикладываютс  соответственно между катодом второго диода 2 и выводом конде сатора 7, и между анодом первого ди да 2 и выводом конденсатора 1, кото рые образуют два амплитудных детектора . Пол рность диодов 2 и 8 выбра на таким образом, что напр жение на первом конденсаторе 1 и равно поло жительной амплитуде результирующего напр жени  Up, а напр жение на конденсаторе 7 DC равно отрицательной амплитуде результирующего напр жени  Up. В процессе увеличени  напр жеьи  на входе регулирунвдего линейно ступенчатого источника 18 напр жени  продетектированные напр жени  и DC - на конденсаторах 1 и 7 уменьшаютс . К моменту tj величина Ц оказываетс  равной нулю (-U;,+Uo) --О (2) При этом выключаетс  компаратор 12 и в регистре 16 фиксируетс  цифровой код N N i Y..U. К моменту t величина U оказываетс  равной нулю УС р wi . Ж О или UN Z{u;- -Uo). При этом выключаетс  компаратор 11 и в регистре 15 фиксируетс  W I хим,Результирующий код на выходе блока 19 сложени  N 1.. Н. соответству ет значению NwiM--:5: o)a(u«,-uo), . Из последнего выражени  видно, что в бор величины напр жени  на выходе ре гулируемого источника в 4 раза больш значени , определ емого кодом на его . входах, обеспечивает получение резул тата измерени  Мц,, непосредствен но равного усредненной аг-шлитуде входного сигнала с учетом лишь коэффициента преобразовани  (т.е.без дополнительного масштабного множител ). Напр жение на выходных клеьшах и величина цифрового кода увеличиваютс  до максимальных значений, после чего скачкообразно уменьшаютс  до ну левых значений, и регули емый источ ник 18 посто нного напр жени  возвращаетс  в исходное состо ние. Указанный режим работы осуществл етс - следующим образом. Пусковой импульс поступает на шину 26, триггер 25 опрокидываетс  и своим сигналом с пр мого вьхода разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 24 тактовых импульfOB через второйэлемент И на счетный вход счетчика 20 мпyльc6в и стробирующие входы компараторов 11 и 12. На выходе счетчика 20 по вл етс  цифровой код, возрастает по мере поступлени  тактовых импульсов. Цифровой код с выхода счетчика 20 поступает на выходные разр дные шины , подключенные к информационным входам регистров 15 и 16, и на управл кнцие входы цифро-аналогового преобразовател ,22, на выходе которого по вл етс  соответствующее напр жение , величина которого св зана соотношением (1) с цифровым кодст на его входах. При заполнении счетчика 20 на выходе первого элемента 21 И по вл етс  сигнал, который воз вращает триггер 26 в исходное состо ние , при этом прекращаетс  поступление тактовых импульсов на счетный вход счетчика 20 и стробирующие входы компараторов 11 и 12, а сигнал с инверсного выхода триггера 25 производит сброс счетчика 20 в нулевое состо ние. Измерение входного напр жени  происходит следующим образом. На входные шины 3 и 4 поступает измер емое напр жение, имеющее в общем посто нную составл ющую Ox-Um wiiut + Uo, где Uy - напр жение на входных шишинах 3 и 4, и - амплитуда измер емого напр хсени ; Up - посто нна  составл юща  напр жени . Входные цепи, образованные из первого диода 2 и первого конденсатора 1, второго диода 8 и второго конденсатора 7, представл ют собой два.амплитудных детектора с открытым входом. Поэтому входное напр жение Ux через первый диод 2 поступает в цепь зар да первого конденсатора 1, который зар жаетс  до максимального значени , приблизительно равного ( +Uo ) . ричем на одном выводе первого конденсатора 1, подключенном к аноду диода 2, присутствует положительна потенциал,. Аналогичным образом через диод 8 происходит зар д второго конденсатора 7, причем на одном выводе конденсатора 7, подключенном к аноду диода 8, рисутствует отрицательный потенциал риблизительно равный (U,7,-Uo) .

Выводы компараторов 11 и 12 подключены к конденсаторам 1 и 7 таким образом, что напр жени  на этих конденсаторах указанной пол рности вызывают их срабатывание, однако разрехаающий сигнал на выходах компараторов 11 и 12 не по вл етс , так как на их стробирующие входы не подаютс  тактовые импульсы. Поскольку входное сопротивление компараторов 11 и 12 велико, (соизмеримо с обратным сопротивлением диодов 2 и 8), то дл  обеспечени  нормальной работы рассмотренных амплитудных детекторов параллельно входам компараторов 11 и 12 подключаютс  резисторы 13 и 14, значени  которых выбраны из известных соотношений дл  амплитудных де;гекторов .

,

(5; 20

где и R - пр мое и обратное

сопротивлени  диодов 2 и 8, Ом,

гR

- величина сопротивлеЧ .н ни  резисторов 13 и 14, Ом. . .

Из неравенства (3) также следует, что включение резисторов 5 и 9, имеющих небольшое сопротивление{соизмеримое с пр мым сопротивлением диодов 2 и 8), не вли ет на процесс амплитудного выпр млени .

Непосредственно процесс измерени  начинаетс  подачей пускового импульса на шину 26, после чего линейноступенчатое напр исение с выходных шин регулируемого источника 18 переменного напр жени  через обмотки дросселей б и 10 оказываетс  приложенным к двум, последовательно включенным и равным по величине резисторам 5 и 9, между которыми напр йсение делитс  по ровну. Эти напр жени  на резисторах 5 и 9.с учетом их знака складываютс  с напр жением U на входных клеммах 3 и 4 таким образе , что к аноду первого диода 2 и другому выводу конденсатора 1 оказываетс  приложенным.результирующее напр жение с амплитудой и положительной пол рности Up, равной

uHuS,)-f, ,„

где и - положительна  амплитуда ре зультирунмцего напр жени , В и . - напр жение на выходных нах Ь егулируемого источника 18 в момент времени t,,- , и - амплитуда измер емого напр жени  положительной пол рности , В.

К аноду второго диода 8 и другому выводу конденсатора 7 в этот же момент времени t. приложено результиру щее напр жение с амплитудой отрицательной пол рности Up, равной

), (5)

где и - амплитуда измер емого напр  жени  отрицательной пол рности , В,

По мере поступлени  тактовых импульсов на вход счетчика 20, значение выходного напр жени  U и цифрового кода на выходах регулируемого источника 18 возрастает, соответственно возрастает и падение напр же (jjj . ни  -J- на резисторах 5 и 9 что, в

свою очередь, вызывает уменьшение амплитуды положительной пол рности напр жени  U и уменьшение амплитуды отрицательйой пол рности Up. Соответственно уменьшаетс  и В1лпр мленно напр жение на конденсаторах 1 и 7 равное этим амплитудам.

Так как компараторы 11 тл 1.2 наход тс  во включенном состо нии, то поступление тактовых импульсов на их стробирующиевходы вызывает по влениена их выходах разрешанлдих сигналов, которые поступают. на разрешающие входы регистров 15 и 16 и обеспечивают занесение в регистры 15 и 16 текущих значений цифрового кода с выходных разр дных шин регулируемого источника 18.

В момент времени t, когда напр жение на конденсаторе 7 становитс  равным нулю, величина напр жени  UN на выходе регулируемого источника 18 равна

м, 2(и;„-ио),

(6).

При этом выключаетс  компаратор 12, с его выхода прекращаетс  поступление разрешающих сигналов, в регистре 16 фиксируетс  занесенный цифровой код N,1, который поступает в момент времени ty

(7)

k -K-u,,

N.

2 ().

(8)

где Нц - цифровое значение напр жени , определ емое кодом в момент t U.J - напр жение на выходе источ ника 18 в момент t,. В момент времени t, когда напр жение на конденсаторе 1 становитс  равным нулю, величина, напр жени  i/ti на выходе регулируемого источника 18 равна:

NV, 2(и;4-и-«,).

(9)

а цифровой код Nyj в этот же момент времени с учетом выражений (l)() и (9) равен

Claims (1)

1.Март шин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров

дл  систем контрол  и измерени . М., Энерги , 1976, с. 139, рис. 3.7.

2,Федоров A.M. Диодные компенсационные вольтметры. М., Стандарты, 1976, с. 12.