ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2018 года по МПК G01R13/30 G01R23/16 

Предлагаемое изобретение относиться к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке высокоточных быстродействующих осциллографических измерителей наносекундного и субнаносекундного диапазонов и тестеров для проверки быстродействующих интегральных микросхем.

По основному авторскому свидетельству №599217 кл. G01R 13/30, заявл. 03.12.76 г., известен осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов (измеритель), содержащий осциллограф, первый вход которого подключен к первой входной клемме, первый выход - к первому входу блока формирования уровней зон, второй выход - к первому входу генератора импульсов зон, выход которого соединен с входом подсвета осциллографа и вторым входом блока формирования уровней зон, а второй вход - с третьим выходом блока управления, первый выход которого связан с третьим входом блока формирования уровней зон, второй выход - с входом управления второго переключателя, а четвертый выход - с входом управления первого переключателя, выход которого подключен к первому выводу конденсатора связи и второму входу осциллографа, а первый и второй входы - к первым выходам первого и второго источников опорного напряжения, вторые выходы которых соединены с входами измерителя разностей напряжений, а входы - со второй входной клеммой и вторым выводом конденсатора связи, причем входы первой и второй плавно регулируемых линий задержки связаны с входом синхронизации измерителя, а выходы - с первым и вторым входами второго переключателя, выход которого подключен к входу синхронизации осциллографа, а первый и второй выходы блока формирования уровней зон соединены с входами индикатора равенства напряжений [2].

Недостатком измерителя является появление ошибок амплитудных измерений вследствие:

- зависимости погрешности амплитудных измерений от величины активной составляющей в выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов (Rx);

Данный недостаток обусловлен тем, что при изменяющейся величине Rx и соизмеримости величин Rx и входного сопротивления измерителя (Rвх) коэффициент деления делителя, образующегося на входе измерителя, является переменной величиной, что приводит к дополнительным погрешностям при проведении амплитудных измерений.

Таким образом, применение данной схемы измерителя может быть эффективным либо при известной и постоянной величине Rx, либо при Rx<<Rвх.

- невозможности измерения величины Rx компенсационным способом при однокаскадной схеме измерителя (в состав одного каскада входят два регулируемых источника опорных напряжений, измеритель разности напряжений, переключатель и RC элементы связи);

- влияния источников опорных напряжений на источник исследуемых сигналов;

Данный недостаток обусловлен тем, что источники опорных напряжений подключаются последовательно с источником исследуемых сигналов и при соизмеримости величин Rx и Rвх падения напряжений на Rx могут быть соизмеримы с величинами опорных напряжений, что может приводить к нарушениям в работе исследуемого устройства.

- невозможности расчета энергетических характеристик исследуемых сигналов, так как для данных расчетов наряду с информацией об амплитуде исследуемых сигналов необходима информация о величине Rx.

С целью повышения точности амплитудных измерений путем уменьшения указанных ошибок и устранения указанных недостатков осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов по дополнительному изобретению авт. св. №815641 заявл. 22.09.79 г. снабжен третьим и четвертым источниками опорного напряжения, дополнительным измерителем разности напряжений, третьим переключателем, двумя резисторами связи и дополнительным конденсатором связи, первый вывод которого соединен со вторым входом осциллографа, первым выводом второго резистора связи и выходом третьего переключателя, а второй вывод - с выходом первого переключателя, первым выводом первого резистора связи, и входами третьего и четвертого источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами дополнительного измерителя разности напряжений, а первые выходы с первым и вторым входами третьего переключателя, вход управления которого подключен к пятому выходу блока управления, причем вторые выводы резисторов связи соединены с первым входом осциллографа [3].

Данный измеритель обеспечивает:

- проведение измерений величины Rx на выбранном участке исследуемого периодического цифрового сигнала компенсационным способом, вследствие неидентичности условий во входных цепях измерителя для каждой из пар источников опорных напряжений;

- уменьшение влияния изменений величины Rx на погрешность амплитудных измерений, вследствие учета данных изменений при проведении вычислений по выведенным соотношениям;

- возможность расчета энергетических характеристик исследуемых сигналов на основании данных амплитудных измерений и измерений величины Rx.

Недостатком данного измерителя является появление ошибок амплитудных измерений вследствие влияния источников опорных напряжений на источник исследуемых сигналов при измерениях величины Rx, что приводит к снижению точности и достоверности результатов измерений величины Rx.

Данное влияние обусловлено тем, что двухкаскадная схема измерителя может обеспечить только одностороннюю компенсацию воздействий разностей падений напряжений двух пар источников опорных напряжений.

При проведении измерений величины Rx компенсация производится на входе осциллографа, а на входные клеммы измерителя (и, следовательно, на выход исследуемого устройства) воздействуют различные по величине разности падений напряжений двух пар источников опорных напряжений.

Воздействие источников опорных напряжений на источник исследуемых сигналов при проведении амплитудных измерений может нарушать работу источника исследуемых сигналов, искажать форму исследуемых сигналов и, соответственно, снижать точность и достоверность результатов измерений.

С целью повышения точности амплитудных измерений путем устранения влияния источников опорных напряжений на источник исследуемых сигналов при измерениях величины Rx осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов по патенту №2531338 кл. G01R 13/30, заявл. 30.03.2012, снабжен пятым и шестым источниками опорного напряжения, третьим измерителем разности напряжений, четвертым переключателем, третьим резистором связи, третьим конденсатором связи, седьмым и восьмым источниками опорного напряжения, четвертым измерителем разности напряжений, пятым переключателем, четвертым резистором связи, четвертым конденсатором связи, при этом первый вывод четвертого конденсатора связи соединен со вторым выводом третьего конденсатора связи, первым выводом четвертого резистора связи, выходом пятого переключателя и входами пятого и шестого источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами третьего измерителя разности напряжений, а первые выходы - с первым и вторым входами четвертого переключателя, вход управления которого подключен к шестому выходу блока управления, причем вторые выводы третьего и четвертого резисторов связи соединены с первым входом осциллографа, а первый вывод третьего резистора связи соединен с первым выводом третьего конденсатора связи, вторым выводом первого конденсатора связи и выходом четвертого переключателя, наряду с этим второй вывод четвертого конденсатора связи соединен со второй клеммой измерителя и входами седьмого и восьмого источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами четвертого измерителя разности напряжений, а первые выходы с первым и вторым входами пятого переключателя, вход управления которого подключен к седьмому выходу блока управления [5].

Данный измеритель обеспечивает:

- проведение измерений величины Rx на выбранном участке исследуемого периодического (повторяющегося) цифрового сигнала при полном устранении нежелательных воздействий источников опорных напряжений на выход исследуемого устройства;

- возможность раздельной, независимой регулировки режимов измерения и эмулирования воздействий на исследуемое устройство, при совмещении этих режимов в реальном времени.

Недостатком данного измерителя является появление ошибок амплитудных измерений вследствие наличия в контуре прохождения исследуемого сигнала Ux на вход осциллографа цепочки из четырех последовательно соединенных источников опорных напряжений, что приводит к увеличению паразитных емкостей и индуктивностей входных цепей измерителя и, соответственно, снижает точность и достоверность амплитудных измерений.

С целью повышения точности и достоверности амплитудных измерений осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов по патенту №2557340 кл. G01R 13/30, заявл. 03.03.2014, снабжен пятым и шестым резисторами связи, при этом второй вывод первого конденсатора связи присоединен к первому выводу шестого резистора связи, второй вывод которого соединен с первым входом осциллографа и первым выводом пятого резистора связи, второй вывод которого соединен с первой входной клеммой измерителя и вторыми выводами третьего и четвертого резисторов связи, а второй вход осциллографа соединен со второй входной клеммой измерителя.

Данный измеритель обеспечивает повышение точности и достоверности амплитудных измерений вследствие исключения из контура прохождения исследуемого сигнала Ux на вход осциллографа последовательно включенных цепей источников опорных напряжений и, соответственно, уменьшении паразитных емкостей и индуктивностей входных цепей измерителя. Наряду с этим, при использовании в составе измерителя стандартных средств измерения (ССИ), отпадает необходимость в наличии у них изолированных или дифференциальных входов, что существенно расширяет перечень стандартных широкополосных осциллографов, которые могут быть использованы в составе измерителя.

Недостатком данного измерителя является зависимость погрешности амплитудных измерений исследуемых периодических (повторяющихся) цифровых сигналов от переходных процессов возникающих при скачкообразных изменениях напряжения исследуемых сигналов.

Данный недостаток обусловлен наличием в реальных цепях реактивных элементов, в результате амплитуда исследуемых сигналов будет отличаться от установившихся значений.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности амплитудных измерений, вследствие определения характера и характеристик переходных процессов, при этом также обеспечивается возможность комплексной оценки характеристик источника исследуемых сигналов как на постоянном, так и на переменном токе.

Поставленная цель достигается тем, что осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов, содержащий осциллограф, первый выход которого подключен - к первому входу блока формирования уровней зон, второй выход - к первому входу генератора импульсов зон, выход которого соединен с входом подсвета осциллографа и вторым входом блока формирования уровней зон, а второй вход генератора импульсов зон соединен с третьим выходом блока управления, первый выход которого связан с третьим входом формирователя уровней зон, второй выход - с входом управления второго переключателя, а четвертый выход - с входом управления первого переключателя, выход которого подключен к первому выводу конденсатора связи, а первый и второй входы - к первым выходам первого и второго источников опорного напряжения, вторые выходы которых соединены с входами измерителя разности напряжений, а входы -со вторым выводом конденсатора связи, причем входы первой и второй плавно регулируемых линий задержки связаны с входом синхронизации измерителя, а выходы - с первым и вторым входами второго переключателя, выход которого подключен к входу синхронизации осциллографа, а первый и второй выходы блока формирования уровней зон соединены с входами индикатора равенства напряжений, при этом первый вывод дополнительного конденсатора связи соединен со вторым входом осциллографа, первым выводом второго резистора связи и выходом третьего переключателя, а второй вывод - с выходом первого переключателя, первым выводом первого резистора связи, и входами третьего и четвертого источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами дополнительного измерителя разности напряжений, а первые выходы с первым и вторым входами третьего переключателя, вход управления которого подключен к пятому выходу блока управления, причем вторые выводы резисторов связи, соединены с первым входом осциллографа, при этом первый вывод четвертого конденсатора связи соединен со вторым выводом третьего конденсатора связи, первым выводом четвертого резистора связи, выходом пятого переключателя и входами пятого и шестого источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами третьего измерителя разности напряжений, а первые выходы с первым и вторым входами четвертого переключателя, вход управления которого подключен к шестому выходу блока управления, причем первый вывод третьего резистора связи соединен с первым выводом третьего конденсатора связи и выходом четвертого переключателя, при этом второй вывод четвертого конденсатора связи соединен со второй входной клеммой измерителя и входами седьмого и восьмого источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами четвертого измерителя разности напряжений, а первые выходы с первым и вторым входами пятого переключателя, вход управления которого подключен к седьмому выходу блока управления, при этом второй вывод первого конденсатора связи присоединен к первому выводу шестого резистора связи, второй вывод которого соединен с первым входом осциллографа и первым выводом пятого резистора связи, второй вывод которого соединен с первой входной клеммой измерителя и вторыми выводами третьего и четвертого резисторов связи, а второй вход осциллографа соединен со второй входной клеммой измерителя снабжен первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым, восьмым источниками опорных напряжений обеспечивающими формирование как постоянных напряжений, так и синхронных гармонических сигналов, при этом восьмой выход блока управления соединен со вторыми входами первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого источников опорных напряжений, а девятый выход блока управления соединен с третьим входом первого источника опорного напряжения, при чем десятый выход блока управления соединен с третьим входом второго источника опорного напряжения, при этом одиннадцатый выход блока управления соединен с третьим входом третьего источника опорного напряжения, а двенадцатый выход блока управления соединен с третьим входом четвертого источника опорного напряжения, при этом тринадцатый выход блока управления соединен с третьим входом пятого источника опорного напряжения, а также четырнадцатый выход блока управления соединен с третьим входом шестого источника опорного напряжения, при этом пятнадцатый выход блока управления соединен с третьим входом седьмого источника опорного напряжения, а шестнадцатый выход блока управления соединен с третьим входом восьмого источника опорного напряжения.

Техническая сущность предлагаемого решения.

Амплитудные измерения проводятся в два этапа, на первом этапе производится выбор рабочих точек, между которыми проводятся амплитудные измерения, с учетом переходных процессов в цепях исследуемого устройства связанных с реакцией на скачкообразные изменения напряжения исследуемого сигнала. При этом источники опорных напряжений формируют синфазные и противофазные гармонические сигналы с изменяемой амплитудой (см. Фиг. 3, Фиг. 4). На вход осциллографа одновременно поступают исследуемый сигнал Ux и гармонические сигналы, при этом синхронизация осциллографа производится исследуемым сигналом. Изменение амплитуд гармонических сигналов производится до взаимной компенсации мгновенных значений на экране осциллографа в выбранных рабочих точках, при этом также обеспечивается взаимная компенсация гармонических сигналов на входных клеммах измерителя, с целью исключения нежелательного влияния источников опорных напряжений на работу исследуемого устройства.

Визуально компенсация воспринимается оператором как устранение «расфокусировки» по вертикальной оси исследуемого сигнала на экране осциллографа в выбранной рабочей точке, при этом исследуемый периодический сигнал и формируемые источниками опорных напряжений гармонические сигналы должны быть асинхронны.

При проведении амплитудных измерений схема исследуемого устройства, состоящая из реальных электронных компонентов, рассматривается в малосигнальном приближении. Эквивалентные схемы исследуемого устройства, соответствующие выбранным рабочим точкам, рассматриваются как линейные со сосредоточенными параметрами.

Для определения параметров эквивалентных схем - полного сопротивления - Zx(ω) (импеданса), индуктивности (Lx), емкости (Сх) и активного сопротивления на переменном токе (Rx~) в выбранных рабочих точках вышеописанная процедура компенсации повторяется на нескольких частотах гармонических сигналов, а затем, в соответствии с выведенными соотношениями, вычисляются значения Zx (ω), Lx, Сх, Rx~.

Рассчитанные значения Zx(ω), Lx, Сх, Rx~ позволяют определить характер и характеристики переходных процессов.

При расчетах цепей принимается, что с изменением частоты гармонических сигналов, формируемых источниками опорных напряжений, значения Lx, Сх, Rx~ остаются постоянными в выбранных рабочих точках.

Выбор рабочих точек, между которыми проводятся амплитудные измерения, производится с учетом затухания колебаний вызванных скачкообразными изменениями исследуемого сигнала.

На втором этапе амплитудных измерений источники опорных напряжений по сигналам устройства управления формируют постоянные напряжения, что обеспечивает проведение амплитудных измерений, а также проведение измерений активного сопротивления Rx в выбранных рабочих точках на постоянном токе.

Положительный эффект у предлагаемого устройства возникает вследствие возможности определения характера и характеристик переходных процессов в цепях исследуемого устройства, что обеспечивает повышение точности амплитудных измерений, наряду с этим возможность измерения параметров эквивалентных схем исследуемого устройства обеспечивает возможность комплексной оценки источника исследуемых сигналов как на постоянном так и на переменном токе, то есть возникают новые «сверхсуммарные» свойства, помимо обусловленных известными свойствами прототипа.

Предложенная совокупность признаков не обнаружена в известной литературе, поэтому удовлетворяет критериям «новизны».

Совпадение данной совокупности признаков, а также свойств, проявляемых этими признаками в заявленном устройстве, что выражается его принципом действия, с признаками и свойствами технических решений, известных в науке и технике, не установлено.

Принцип действия измерителя поясняется Фиг. 1…8, где изображены:

-на Фиг. 1 - блок-схема устройства;

-на Фиг. 2, 5 - эквивалентные схемы цепей на входе измерителя;

-на Фиг. 3, 4, 6…8 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из осциллографа 1, первого и второго источников 2, 3 опорного напряжения, первого переключателя 4, измерителя 5 разности напряжений, первой и второй плавно регулируемых линий 6 и 7 задержки, второго переключателя 8, блока 9 формирования уровней зон, генератора 10 импульсов зон, индикатора 11 равенства напряжений, блока 12 управления, первого конденсатора 13 связи, третьего и четвертого источников 14 и 15 опорного напряжения, третьего переключателя 16, дополнительного измерителя 17 разности напряжений, дополнительного конденсатора 18 связи, первого и второго резисторов 19 и 20 связи, пятого и шестого источников 21 и 22 опорного напряжения, четвертого переключателя 23, третьего измерителя 24 разности напряжений, третьего конденсатора 25 связи, третьего резистора 26 связи, седьмого и восьмого источников 27 и 28 опорного напряжения, пятого переключателя 29, четвертого измерителя 30 разности напряжений, четвертого конденсатора 31 связи, четвертого резистора 32 связи, пятого резистора связи 33 и шестого резистора связи 34.

Устройство работает следующим образом (Фиг. 1). Исследуемый периодический (повторяющийся) цифровой сигнал Ux поступает на вход осциллографа 1 (в дальнейшем рассматриваются цифровые системы передачи информации). Источники опорных напряжений 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 обеспечивают поочередное формирование как гармонических синфазных и противофазных сигналов с изменяемой амплитудой, так и постоянных напряжений. Предполагается, что внутренние сопротивления источников опорных напряжений 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 много меньше сопротивлений 19, 20, 26, 32, 33, 34. Величины сопротивлений 19, 20, 26, 32, 33, 34 в диапазоне изменений уровней исследуемых сигналов Ux считаются постоянными. Использование в качестве сопротивлений 19, 20, 26, 32, 33, 34 малогабаритных высокочастотных плоских ЧИП резисторов для поверхностного монтажа с применением специальных «импульсных» и «меандровых» топологий позволяет не учитывать паразитные реактивности сопротивлений на частотах до 20 ГГц. Активное сопротивление резисторов принимается равным омическому.

Выбор величин конденсаторов связи 13, 18, 25, 31 производится из условий неискаженной передачи формы исследуемого сигнала Ux на вход осциллографа 1.

В случае если входная часть измерителя реализована в виде выносного пробника, то в конструкцию пробника из указанных элементов могут входить лишь резисторы 19, 20, 26, 32, 33, 34, малогабаритные конденсаторы (конструктивные емкости), устройство преобразования входного сигнала (например, смеситель стробоскопического осциллографа).

Эквивалентное входное сопротивление измерителя (активная составляющая) равно:

Коэффициент деления напряжения исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа:

Определение параметров эквивалентных схем источника исследуемых сигналов в выбранных рабочих точках производится следующим образом.

Контролируемый сигнал выводится органами управления осциллографа 1 на экран (Фиг. 3). Метка зоны с помощью блока управления 12 устанавливается на контролируемый участок сигнала (рабочую точку). По сигналам блока управления 12 источники опорных напряжений 2, 3; 14, 15; 21, 22; 27, 28 переводятся в режим формирования синфазных и противофазных гармонических сигналов (Фиг. 3, 4), при этом производится синхронная коммутация источников опорных напряжений. Одновременно производится изменение амплитуд гармонических сигналов таким образом, чтобы взаимно компенсировать мгновенные значения. Визуально компенсация воспринимается оператором как устранение «расфокусировки» по вертикальной оси исследуемого сигнала и, соответственно, меток зон на экране осциллографа в выбранной рабочей точке. Частота гармонических сигналов формируемая источниками опорных напряжений должна быть асинхронна частоте исследуемого сигнала.

После совмещения меток зон на исследуемом участке сигнала, при определенных значениях амплитуд гармонических сигналов формируемых источниками опорных напряжений (Е1~, Е2~, Е3~, Е4~), производится вычисление величины импеданса Zx(ω), на установленной частоте.

Для определения соответствующих выбранной рабочей точке значений параметров эквивалентной схемы исследуемого устройства, - индуктивности (Lx), емкости (Сх) и активного сопротивления на переменном токе (Rx~), процедура компенсации повторяется на нескольких частотах гармонических сигналов, а затем, в соответствии с выведенными соотношениями, вычисляются значения Lx, Сх, Rx~.

При проведении амплитудных измерений рассчитанные значения Lx, Сх, Rx~ позволяют определить характер и характеристики переходных процессов и, соответственно, выбрать положения рабочих точек на исследуемом сигнале с учетом требуемого уровня затухания переходных процессов. Расчеты приведены для варианта последовательных эквивалентных схем исследуемого устройства.

Измерение величины Zx (ω) производиться при использовании четырех каскадов в различных сочетаниях.

Четыре источника опорных напряжений разделенные на два сегмента, в каждый из которых входит по два последовательно соединенных источника опорных напряжений и которые подключены, соответственно, к первой (сигнальной) клемме измерителя и первому (сигнальному) входу осциллографа и взаимодействуют через резистор связи, включенный в разрыв линии связи между первой входной клеммой измерителя и первым входом осциллографа, обеспечивают возможность измерения величины Zx, при этом попарно используются каскады из разных сегментов. Использование двух двухкаскадных измерителей, взаимодействующих в режимах взаимной компенсации нежелательных воздействий источников опорных напряжений на входных клеммах измерителя (на выходе исследуемого устройства) обеспечивает выполнение условий малосигнальности для выбранных рабочих точек.

Выведены соотношения обеспечивающие выполнение условий взаимной компенсации.

Ниже приведены выведенные соотношения для ряда различных сочетаний используемых каскадов.

Выведенное соотношение для расчета Zx (ω), при Е1~, Е3~≠0; Е2~, Е4~=0:

Выведенное соотношение для расчета Zx (ω), при Е2~, Е4~≠0; Е1~, Е3~=0:

Выведенное соотношение для расчета Zx (ω), при Е2~, Е3~≠0; Е1~, Е4~=0:

Выведенное соотношение для расчета Zx (ω), при Е1~, Е4~≠0; Е2~, Е3~=0:

Величина Zx(ω), - полное сопротивление (импеданс) измеряемое в выбранной рабочей точке на установленной частоте гармонического сигнала.

При определении Zx(ω), величины E1~, Е2~, Е3~, Е4~ измеряются измерителями разностей напряжений 5, 17, 24, 30, а величины R19, R20, R26, R32, R33, R34 известны.

Для вывода основных зависимостей рассмотрим упрощенные эквивалентные схемы цепей на входе измерителя (Фиг. 2).

Соответственно можно записать соотношения:

где: Uo1~, Uo2~, Uo3~, Uo4~ - амплитуды гармонических сигналов на резисторе связи R20 (на входе осциллографа 1);

Ux1~, Ux2~, Ux3~, Ux4~ - амплитуды гармонических сигналов на выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов (на входных клеммах измерителя);

U_R331~, U_R332~, U_R333~, U_R334~ - амплитуды гармонических сигналов на резисторе связи R33.

Так как исследуемый сигнал и гармонические сигналы асинхронны, а синхронизация осциллографа производится исследуемым сигналом, то воздействие гармонических сигналов воспринимается оператором как «расфокусировка» исследуемого сигнала по оси амплитуд. Поскольку при измерениях величины Zx (ω) производится взаимная компенсация смещений исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, происходящих от опорных источников напряжения 2,3; 14,15; 21,22; 27,28, то из соотношений (7) следует:

Uo1~+Uo2~+Uo3~+Uo4~=0;

и, соответственно:

Определим величины Ux1~, Ux2~, Ux3~, Ux4~ через известные величины резисторов связи R19, R20, R26, R32, R33, R34, измеряемые величины амплитуд гармонических сигналов источников опорных напряжений Е1~, Е2~, Е3~, Е4~ и величину Zx (ω) (см. эквивалентные схемы цепей на входе измерителя (Фиг. 2):

- где коэффициент N~ соответственно равен:

Так как коммутация источников опорного напряжения 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 производится синхронно, то результирующее воздействие амплитуд гармонических сигналов на Zx (ω) соответственно равно:

Из рассмотрения схем цепей на входе измерителя (Фиг. 2) определим амплитуды гармонических сигналов на резисторе связи R20 (на входе осциллографа) Uo1~, Uo2~, Uo3~, Uo4~ через известные величины резисторов связи R19, R20, R26, R32, R33, R34, измеряемые величины амплитуд гармонических сигналов источников опорных напряжений Е1~, Е2~, Е3~, Е4~ и величину Zx (ω):

Результирующее воздействие амплитуд гармонических сигналов на Uo1~, Uo2~, Uo3~, Uo4~, на входе осциллографа 1 и, соответственно, величина смещения исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд на экране осциллографа, равно:

Рассмотрим возможные варианты работы четырехкаскадной схемы измерителя при измерениях величины Zx (ω), когда используются два каскада:

- вариант, когда используется первый и третий каскады, соответственно Е2~ и Е4~ равны нулю:

Подставляя соотношения (15), (17) в уравнение (20) и решая его относительно Zx (ω), получаем соотношение (3);

- вариант, когда используются второй и четвертый каскады, соответственно Е1~ и Е3~ равны нулю:

Подставляя соотношения (16), (18) в уравнение (21) и решая его относительно Zx (ω), получаем соотношение (4);

- вариант, когда используются второй и третий каскады, соответственно Е1~ и Е4~ равны нулю:

Подставляя соотношения (16), (17) в уравнение (22) и решая его относительно Zx (ω), получаем соотношение (5);

- вариант, когда используются первый и четвертый каскады, соответственно Е2~ и Е3~ равны нулю:

Подставляя соотношения (15), (18) в уравнение (23) и решая его относительно Zx (ω), получаем соотношение (6).

Расчет величин Zx13 (ω), Zx24 (ω), Zx23 (ω), Zx14 (ω) производится в соответствии с соотношениями (3)…(6). При определении величин Zx13 (ω), Zx24 (ω), Zx23 (ω), Zx14(ω), величины Uo13~, Uo24~, Uo23~, Uo14~ устанавливаются равными 0 визуально по экрану осциллографа 1 или по совпадению меток импульсов зон с помощью индикатора равенства напряжений 11, при этом исследуемое устройство находится под результирующим воздействием амплитуд гармонических сигналов Ux~ (Ux13~, Ux24~, Ux23~, Ux14~), что может нарушать работу исследуемого устройства и снижать достоверность и точность измерений. С целью минимизации данных нежелательных воздействий увеличение формируемых источниками опорных напряжений амплитуд гармонических сигналов (Е1~, Е2~, Е3~, Е4~) производится поэтапно.

Рассмотрим два варианта работы измерителя в режиме измерений величины Zx (ω), когда используются четыре каскада.

При работе измерителя в четырехкаскадном варианте, при измерениях величины Zx (ω), имеем синхронную работу двух двухкаскадных измерителей, работающих в противофазе (с точки зрения воздействия на исследуемое устройства), с целью исключения нежелательного результирующего воздействия амплитуд гармонических сигналов Ux1~, Ux2~, Ux3~, Ux4~ на исследуемое устройство

Рассмотрим первый вариант работы измерителя в четырехкаскадном варианте, соответственно можно записать соотношения:

Подставляя соотношения (9), (10), (11), (12) в уравнение (24) и проведя преобразования, получаем соотношение (25):

Соотношения и определяются в процессе измерения величин Zx13 и Zx24 [см. соотношения (3) и (4)], поэтому, после проведения вычислений в соответствии с соотношением (25), возможно определить значение соотношения .

Устанавливая в процессе проведения измерений абсолютное значение одной из величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~ возможно, при соблюдении установленных соотношений , , , установить абсолютные значения остальных величин.

При необходимости производится несколько итераций по уточнению величины Zx (ω), и, соответственно, уточнению соотношений величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~.

Постепенное увеличение абсолютных значений величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~ обеспечивает минимизацию возможных нежелательных результирующих воздействий амплитуд гармонических сигналов Ux1~, Ux2~, Ux3~, Ux4~ на исследуемое устройство на этапе уточнения величины Zx (ω).

Определим связь между соотношениями , , при проведении измерений величины Zx (ω), в четырехкаскадном варианте.

При синхронной работе двух двухкаскадных измерителей производится определение величин Zx13 и Zx24 на контролируемом участке исследуемого сигнала в соответствии с соотношениями (3) и (4). Результаты измерений каждого из двухкаскадных измерителей должны быть равны - Zx13=Zx24. Соответственно после преобразований соотношений (3) и (4) получаем выражение определяющее взаимосвязь соотношений и , вне зависимости от величины Zx (ω):

При установке абсолютных значений величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~, при проведении измерений величины Zx(ω), взаимосвязь соотношений и должна соответствовать выражению (26).

В табл. 1, 2 в качестве примера приведены результаты расчетов при проведении измерений величин Zx(ω) при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм на четырех частотах гармонических сигналов асинхронных исследуемому сигналу.

Рассмотрим второй вариант работы измерителя в четырехкаскадном варианте, соответственно можно записать соотношения:

Подставляя соотношения (9), (10), (11), (12) в уравнение (27) и проведя преобразования, получаем соотношение (28):

Соотношения и определяются в процессе измерения величин Zx14 и Zx23 [см. соотношения (5) и (6)], поэтому, после проведения вычислений в соответствии с соотношением (28), возможно определить значение .

Устанавливая в процессе проведения измерений абсолютное значение одной из величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~ возможно, при соблюдении установленных соотношений , , , установить абсолютные значения остальных величин.

При необходимости производится несколько итераций по уточнению величины Zx (ω) и, соответственно, уточнению соотношений величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~.

Постепенное увеличение абсолютных значений величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~ обеспечивает минимизацию возможных нежелательных результирующих воздействий амплитуд гармонических сигналов Ux1~, Ux2~, Ux3~, Ux4~ на исследуемое устройство на этапе уточнения величины Zx (ω).

Определим связь между соотношениями и при проведении измерений величины Zx (ω) в четырехкаскадном варианте.

При синхронной работе двух двухкаскадных измерителей производится определение величин Zx14 и Zx23 на контролируемом участке исследуемого сигнала в соответствии с соотношениями (5) и (6). Результаты измерений каждого из двухкаскадных измерителей должны быть равны - Zx14=Zx23. Соответственно после преобразований соотношений (5) и (6) получаем выражение определяющее взаимосвязь соотношений и , вне зависимости от величины Zx (ω):

При установке абсолютных значений величин Е1~, Е2~, Е3~, Е4~, при проведении измерений величины Zx (ω), взаимосвязь соотношений и должна соответствовать выражению (29).

В табл. 3, 4 в качестве примера приведены результаты расчетов при проведении измерений величин Zx (ω) при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Перед проведением амплитудных измерений уточняется положение выбранных рабочих точек на исследуемом сигнале с учетом уровня затухания переходных процессов в цепях исследуемого устройства, связанных с реакцией на скачкообразные изменения напряжения исследуемого сигнала.

Для определения характера и характеристик переходных процессов определяются параметры эквивалентных схем исследуемого устройства в предварительно выбранных рабочих точках.

Вышеописанная процедура измерения величины Zx (ω) повторяется на нескольких частотах гармонических сигналов (ω₁, ω₂, ω₃, ω₄), а затем, в соответствии с выведенными соотношениями, вычисляются значения Lx, Сх, Rx~.

Рассчитанные значения Zx (ω), Lx, Сх, Rx~ позволяют определить характер и характеристики переходных процессов и, соответственно, уточнить положение рабочих точек.

При расчетах цепей принимается, что с изменением частоты гармонических сигналов, формируемых источниками опорных напряжений, значения Lx, Сх, Rx~ остаются постоянными в выбранных рабочих точках.

Рассмотрим вариант эквивалентной схемы исследуемого устройства с последовательным соединением элементов цепи (Lx, Сх, Rx~).

С учетом пропорциональности значений Lx, Сх, Rx~ напряжениям на их выводах импеданс Zx (ω) равен:

где: X - общее реактивное сопротивление;

X_L=ωL=2πƒL; - реактивное сопротивление индуктивности;

Хс=1/(ωС)=1/2πƒС); - реактивное сопротивление емкости;

Rx ~ - активное сопротивление на переменном токе.

Соответственно для частот (ω₁, ω₂, ω₃, ω₄) гармонических сигналов получим:

Для активных сопротивлений на переменном токе Rx ~ измеренным на нескольких частотах гармонических сигналов (ω₁, ω₂, ω₃, ω₄) имеем:

С учетом равенства активных сопротивлений на переменном токе Rx ~ измеренным на нескольких частотах гармонических сигналов (ω₁, ω₂, ω₃, ω₄) получим:

Выразим реактивные составляющие сопротивления через Lx, Сх:

Проведя преобразования соотношений (34) определяем Lx, Сх, Rx~:

Подставляя в выражения (35)…(40) измеренные значения Zx1…Zx4 и известные значения частот гармонических сигналов (ω₁, ω₂, ω₃, ω₄) определяем в выбранных рабочих точках значения Lx, Сх, Rx~.

Характер переходного процесса может носить апериодический или колебательный характер [1]:

- условие существования апериодического процесса в контуре:

где:

ρ - характеристическое сопротивление;

- условие существования колебательного процесса:

- резонансная частота:

- коэффициент затухания:

- постоянная времени затухания:

После переключения источника исследуемых сигналов (см. Фиг. 3) по истечении времени t=τ амплитуда колебаний уменьшается в е (≈2,7) раз, при t=3τ амплитуда колебаний уменьшается примерно в 20 раз (≈2,7³), т.е. процесс колебаний практически затухает.

При выборе данного участка исследуемого сигнала в качестве рабочей точки погрешность амплитудных измерений минимизируется.

Аналогично, при проведении амплитудных измерений, выбирается второй участок исследуемого сигнала.

В табл. 5 в качестве примера приведены результаты расчетов при выборе рабочих точек при проведении амплитудных измерений

Выбор рабочих точек на исследуемом сигнале с учетом характера и характеристик переходных процессов завершает первый этап амплитудных измерений.

Второй этап амплитудных измерений проводится на постоянном токе, при этом источники опорных напряжений формируют постоянные напряжения с изменяемыми амплитудами и полярностями.

В выбранных рабочих точках производится определение активных составляющих в выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов на постоянном токе - Rx₌.

По сигналам блока управления 12 производится синхронная коммутация источников опорных напряжений 2, 3; 14, 15; 21, 22; 27, 28. Одновременно производится изменение напряжений опорных источников 2, 3; 14, 15; 21, 22; 27, 28 таким образом, чтобы разности напряжений опорных источников имели противоположные знаки (например:

Е1-Е2=+Е1', Е3-Е4=-Е2', Е5- Е6= -Е3', Е7-Е8= +Е4'). Происходящее при этом смещение исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд воспринимается оператором как раздвоение изображения сигнала и метки зоны. Изменение величин разностей напряжений опорных источников 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 производится таким образом, чтобы взаимно компенсировать смещения исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, происходящее от каждой из пар опорных источников 2,3; 14,15; 21,22; 27,28. Контроль совмещения производится визуально по экрану или по совпадению меток импульсов зон с помощью индикатора равенства напряжений 11. Осциллограф 1 при этом должен иметь связи по постоянному току.

После совпадения меток зон на исследуемом участке сигнала Ux, при определенных значениях разностей напряжений опорных источников 2, 3; 14, 15; 21, 22, 27, 28, производится вычисление величины активной составляющей Rх₌ в выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов Ux в выбранной рабочей точке.

Измерение величины Rx₌. может проводиться при использовании двух, трех или четырех каскадов в различных сочетаниях.

Ниже приведены выведенные соотношения для ряда различных сочетаний используемых каскадов.

Выведенное соотношение для расчета Rx₌ при Е1', Е3'≠0; Е2', Е4'=0:

Выведенное соотношение для расчета Rx₌ при Е2', Е4'≠0; Е1', Е3'=0:

Выведенное соотношение для расчета Rx₌, при Е2', Е3'≠0; Е1', Е4'=0:

Выведенное соотношение для расчета Rx₌, при Е1', Е4'≠0; Е2', Е3'=0:

Величина Rx₌ является частью активного выходного сопротивления источника исследуемых сигналов - Rист., измеряемого на постоянном токе. На установившихся участках исследуемого сигнала Rx₌-->Rист.

При определении Rx₌ величины Е1', Е2', Е3', Е4' измеряются измерителями разностей напряжений 5, 17, 24, 30, а величины R19, R20, R26, R32, R33, R34 известны.

Аналогично производится определение величины Rх₌ в выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов Ux в любой момент времени, в соответствии с участком выбранным на изображении сигнала Ux, см. (Фиг. 6).

Измеренные значения величины Rx₌ (Rx₌13, Rx₌24, Rх₌14, Rx₌23), при различных сочетаниях используемых каскадов, должны быть идентичны и могут отличаться в случае зависимости величины Rx₌ от воздействий различных по величине разностей падений напряжений на входных клеммах измерителя (Ux').

Детально процедура измерения величины Rx₌ и требования к соотношению величин Е1', Е2', Е3', Е4' будут рассмотрены ниже.

Для вывода основных зависимостей рассмотрим упрощенные эквивалентные схемы цепей на входе измерителя (Фиг. 5).

Соответственно можно записать соотношения:

где: Uo1', Uo2', Uo3', Uo4' - разности падений напряжений на резисторе связи R20 (на входе осциллографа 1);

Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' - разности падений напряжений на выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов (на входных клеммах измерителя);

U_R331', U_R332', U_R333', U_R334' - разности падений напряжений на резисторе связи R33.

Изображение исследуемого сигнала на экране осциллографа 1 смещается по оси амплитуд пропорционально величинам разностей падений напряжений Uo1', Uo2', Uo3', Uo4'.

Так как при измерении величины Rx₌ производится взаимная компенсация смещений исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, происходящих от каждой из пар опорных источников напряжения 2,3; 14,15; 21,22; 27,28, то из соотношений (50) следует:

Uo1'+Uo2'+Uo3'+Uo4'=0;

и, соответственно:

Определим величины Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' через известные величины резисторов связи R19, R20, R26, R32, R33, R34, измеряемые величины разностей напряжений опорных источников Е1', Е2', Е3', Е4' и величину Rx₌ (см. эквивалентные схемы цепей на входе измерителя (Фиг. 5)):

где коэффициент N соответственно равен:

Так как коммутация источников опорных напряжений 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 производится синхронно, то результирующее воздействие разностей падений напряжений на Rx₌ соответственно равно:

Из рассмотрения схем цепей на входе измерителя (Фиг. 5) определим разности падений напряжений Uo1', Uo2', Uo3', Uo4' на входе осциллографа через известные величины резисторов связи R19, R20, R26, R32, R33, R34, измеряемые величины разностей напряжений опорных источников Е1', Е2', Е3', Е4' и величину Rx₌:

Результирующее воздействие разностей падений напряжений Uo1', Uo2', Uo3', Uo4', на входе осциллографа 1 и, соответственно, величина смещения исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд на экране осциллографа, равно:

Рассмотрим возможные варианты работы четырехкаскадной схемы измерителя при измерениях величины Rх₌, когда используются два каскада:

- вариант, когда используется первый и третий каскады, соответственно Е2' и Е4' равны нулю:

Подставляя соотношения (58), (60) в уравнение (63) и решая его относительно Rx₌, получаем соотношение (46);

- вариант, когда используются второй и четвертый каскады, соответственно Е1' и Е3' равны нулю:

Подставляя соотношения (59), (61) в уравнение (64) и решая его относительно Rх₌, получаем соотношение (47);

- вариант, когда используются второй и третий каскады, соответственно Е1' и Е4' равны нулю:

Подставляя соотношения (59), (60) в уравнение (65) и решая его относительно Rx₌, получаем соотношение (48);

- вариант, когда используются первый и четвертый каскады, соответственно Е2' и Е3' равны нулю:

Подставляя соотношения (58), (61) в уравнение (66) и решая его относительно Rx₌, получаем соотношение (49).

При работе измерителя в двухкаскадном варианте, при измерениях величины Rx₌, поочередно используются первый, третий; второй, четвертый; второй, третий; первый, четвертый каскады.

Расчет величин Rx₌13, Rx₌24, Rх₌23, Rx₌14 производится в соответствии с соотношениями (46)…(49). При определении величин Rx₌13, Rx₌24, Rx₌23, Rx₌14 величины Uo13', Uo24', Uo23', Uo14' устанавливаются равными 0 визуально по экрану осциллографа 1 или по совпадению меток импульсов зон с помощью индикатора равенства напряжений 11.

В п. 1…8 табл. 6 в качестве примеров приведены результаты расчетов при измерениях величины Rx₌ при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Из рассмотрения результатов измерений следует, что исследуемое устройство находится под результирующим воздействием разностей падений напряжений Ux' (Ux13', Ux24', Ux23', Ux14'), что может нарушать работу исследуемого устройства и снижать достоверность и точность измерений.

Рассмотрим два варианта работы измерителя в режиме измерений величины Rx₌ когда используются четыре каскада.

При работе измерителя в четырехкаскадном варианте, при измерениях величины Rx₌, имеем синхронную работу двух двухкаскадных измерителей, работающих в противофазе (с точки зрения воздействия на исследуемое устройства), с целью исключения нежелательного результирующего воздействия разностей падений напряжений Ux1', Ux2', Ux3', Ux4', на исследуемое устройство. Так как общие выводы измерителя и осциллографа соединены, то цепь прохождения исследуемого сигнала Ux на вход осциллографа (Фиг. 2) имеет минимальные паразитные параметры (Lпар., Спар.), а также появляется возможность использовать в составе измерителя стандартные быстродействующие осциллографы, не имеющие изолированных или дифференциальных входов.

Рассмотрим первый вариант работы измерителя в четырехкаскадном варианте, соответственно можно записать соотношения:

Подставляя соотношения (52), (53), (54), (55) в уравнение (67) и проведя преобразования получаем соотношение (68):

Соотношения и определяются в процессе измерения величин Rx₌13 и Rх₌24 [см. соотношения (46) и (47)], поэтому, после проведения вычислений в соответствии с соотношением (68), возможно определить значение соотношения .

Устанавливая в процессе проведения измерений абсолютное значение одной из величин Е1', Е2', Е3', Е4' возможно, при соблюдении установленных соотношений , , , установить абсолютные значения остальных величин.

При необходимости производится несколько итераций по уточнению величины Rx₌ и, соответственно, уточнению соотношений величин Е1', Е2', Е3', Е4'.

Постепенное увеличение абсолютных значений величин Е1', Е2', Е3', Е4' обеспечивает минимизацию возможных нежелательных результирующих воздействий разностей падений напряжений Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' на исследуемое устройство на этапе уточнения величины Rx₌.

Определим связь между соотношениями , , при проведении измерений величины Rx₌ в четырехкаскадном варианте.

При синхронной работе двух двухкаскадных измерителей производится определение величин Rx₌13 и Rx₌24 на контролируемом участке исследуемого сигнала в соответствии с соотношениями (46) и (47). Результаты измерений каждого из двухкаскадных измерителей должны быть равны - Rx₌13=Rx₌24. Соответственно после преобразований соотношений (46) и (47) получаем выражение, определяющее взаимосвязь соотношений и , вне зависимости от величины Rx₌:

При установке абсолютных значений величин Е1', Е2', Е3', Е4', при проведении измерений величины Rx₌, взаимосвязь соотношений и должна соответствовать выражению (69).

В п. 9, 10 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при проведении измерений величин Rx₌ при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Рассмотрим второй вариант работы измерителя в четырехкаскадном варианте, соответственно можно записать соотношения:

Подставляя соотношения (52), (53), (54), (55) в уравнение (70) и проведя преобразования получаем соотношение (71):

Соотношения и определяются в процессе измерения величин Rx₌14 и Rx₌23 [см. соотношения (48) и (49)], поэтому, после проведения вычислений в соответствии с соотношением (71), возможно определить значение .

Устанавливая в процессе проведения измерений абсолютное значение одной из величин Е1', Е2', Е3', Е4' возможно, при соблюдении установленных соотношений , , , установить абсолютные значения остальных величин.

При необходимости производится несколько итераций по уточнению величины Rx₌ и, соответственно, уточнению соотношений величин Е1', Е2', Е3', Е4'.

Постепенное увеличение абсолютных значений величин Е1', Е2', Е3', Е4' обеспечивает минимизацию возможных нежелательных результирующих воздействий разностей падений напряжений Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' на исследуемое устройство на этапе уточнения величины Rx₌.

Определим связь между соотношениями и при проведении измерений величины Rx₌ в четырехкаскадном варианте.

При синхронной работе двух двухкаскадных измерителей производится определение величин Rx₌14 и Rх₌23 на контролируемом участке исследуемого сигнала в соответствии с соотношениями (48) и (49). Результаты измерений каждого из двухкаскадных измерителей должны быть равны - Rx₌14-Rx₌23. Соответственно после преобразований соотношений (48) и (49) получаем выражение, определяющее взаимосвязь соотношений и , вне зависимости от величины Rx₌:

При установке абсолютных значений величин Е1', Е2', Е3', Е4', при проведении измерений величины Rx₌, взаимосвязь соотношений и должна соответствовать выражению (72).

В п. 11, 12 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при проведении измерений величин Rx₌ при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Амплитудные измерения исследуемых сигналов проводятся следующим образом. Исследуемый сигнал с помощью органов управления осциллографа I выводится на экран (Фиг. 7).

Метки зон устанавливаются на участки исследуемого сигнала Ux, между которыми проводятся амплитудные измерения с учетом завершения переходных процессов в цепях исследуемого устройства связанных с реакцией на скачкообразные изменения напряжения исследуемого сигнала.

По сигналам блока управления 12 производится синхронная коммутация источников опорного напряжения 2, 3; 14, 15; 21, 22; 27, 28, а также плавно регулируемых линий задержки 6, 7. Одновременно производится изменение напряжений опорных источников 2, 3; 14, 15; 21, 22; 27, 28 и величин задержек линий задержки 6,7 до совмещения меток зон на исследуемом сигнале (Фиг. 7). Совмещение меток зон может производиться при высокой чувствительности осциллографа 1 и на "быстрых" развертках.

Рассмотрим ряд вариантов амплитудных измерений.

Первый вариант амплитудных измерений - примем что Е2'=0, Е4'=0; соответственно Uo2', Uo4' и Ux2', Uo4' также равны нулю.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (73), (74) выражений (52), (54); (58), (60) и преобразований получаем:

Таким образом, изменение разностей напряжений Е1', Е3', при проведении амплитудных измерений, производится до совмещения меток зон на контролируемых участках исследуемого сигнала Ux (Фиг. 7) с соблюдением соотношения (76). После совмещения меток зон производится определение амплитуды исследуемого сигнала Ux в соответствии с соотношением (76), с учетом коэффициента деления напряжения исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Uх=Кдел.Uо' (см. соотношение 2), при этом исключается влияние источников опорного напряжения на исследуемое устройство (Ux'=0).

В соотношениях (75), (76) величины R19, R20, R26, R33, R34 известны, а величины Е1', Е3' измеряются измерителями разностей напряжений 5, 24.

В п. 13, 14 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуды исследуемого сигнала Ux=3B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (75), (76) для двух значений Rx₌- 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Если при проведении амплитудных измерений требуется установить определенное значение величины Uo', при исключении воздействия разностей напряжений опорных источников Е1', Е3' на исследуемое устройство (Ux'=0), установка величин Е1', Е3' производится в соответствии с преобразованными соотношениями (75), (76):

Данный вариант амплитудных измерений может использоваться для установки граничных значений, при исследовании сигналов с изменяющейся амплитудой, а также для калибровки амплитудной шкалы осциллографа.

Задаваясь величиной Uo' определяем, в соответствии с соотношениями (77), (78), величины Е1', Е3'.

После установки расчетных значений величин Е1', Е3' смещение исследуемого сигнала на экране осциллографа 1 по оси амплитуд соответствует заданной величине Uo', вне зависимости от величины Rx₌ и при Ux'=0. Используя получаемое смещение исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, в сочетании со смещением исследуемого сигнала Ux по оси времени, при коммутации линий задержек 6 и 7, возможно проводить амплитудные измерения (Фиг. 7).

В п. 15, 16 табл. 6 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях при Uo'=3.5 B. Расчеты произведены с учетом соотношений (77), (78) для двух значений Rx₌ - 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Второй вариант амплитудных измерений - примем что Е1'=0, Е3'=0; соответственно Uo1', Uo3' и Ux1', Uo3' также равны нулю.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (79), (80) выражений (53), (55); (59), (61) и преобразований получаем:

Таким образом, изменение разностей напряжений Е2', Е4', при проведении амплитудных измерений, производится до совмещения меток зон на контролируемых участках исследуемого сигнала Ux (Фиг. 7) с соблюдением соотношения (81). После совмещения меток зон производится определение амплитуды исследуемого сигнала Ux в соответствии с соотношением (82), с учетом коэффициента деления напряжения исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Uх=Кдел.Uо' (см. соотношение 2), при этом исключается влияние источников опорного напряжения на исследуемое устройство (Ux'=0).

В соотношениях (81), (82) величины R19, R20, R26, R32, R33, R34 известны, а величины Е2', Е4' измеряются измерителями разностей напряжений 17, 30.

В п. 17, 18 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуды исследуемого сигнала Ux=6B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (81), (82) для двух значений Rx₌ - 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Если при проведении амплитудных измерений требуется установить определенное значение величины Uo', при исключении воздействия разностей напряжений опорных источников Е2', Е4' на исследуемое устройство (Ux'=0), установка величин Е2', Е4' производится в соответствии с преобразованными соотношениями (81), (82):

Данный вариант амплитудных измерений может использоваться для установки граничных значений, при исследовании сигналов с изменяющейся амплитудой, а также для калибровки амплитудной шкалы осциллографа.

Задаваясь величиной Uo' определяем, в соответствии с соотношениями (83), (84), величины Е2', Е4'.

После установки расчетных значений величин Е2', Е4' смещение исследуемого сигнала на экране осциллографа 1 по оси амплитуд соответствует заданной величине Uo', вне зависимости от величины Rх₌ и при Ux'=0. Используя получаемое смещение исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, в сочетании со смещением исследуемого сигнала Ux по оси времени, при коммутации линий задержек 6 и 7, возможно проводить амплитудные измерения (Фиг. 7).

В п. 19, 20 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях при Uo'=3.5 В. Расчеты произведены с учетом соотношений (83), (84) для двух значений Rx₌- 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Третий вариант амплитудных измерений - примем что Е1'=0, Е4'=0; соответственно Uo1', Uo4' и Ux1', Uo4' также равны нулю.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (85), (86) выражений (53), (54); (59), (60) и преобразований получаем:

Таким образом, изменение разностей напряжений Е2', Е4', при проведении амплитудных измерений, производится до совмещения меток зон на контролируемых участках исследуемого сигнала Ux (Фиг. 7) с соблюдением соотношения (87). После совмещения меток зон производится определение амплитуды исследуемого сигнала Ux в соответствии с соотношением (88), с учетом коэффициента деления напряжения исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Uх=Кдел.Uо' (см. соотношение 2), при этом исключается влияние источников опорного напряжения на исследуемое устройство (Ux'=0).

В соотношениях (87), (88) величины R19, R20, R26, R33, R34 известны, а величины Е2', Е4' измеряются измерителями разностей напряжений 17, 24.

В п. 21, 22 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуды исследуемого сигнала Ux=6B (Uх=Кдел.Uо') Расчеты произведены с учетом соотношений (87), (88) для двух значений Rx₌ - 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Если при проведении амплитудных измерений требуется установить определенное значение величины Uo', при исключении воздействия разностей напряжений опорных источников Е2', Е3' на исследуемое устройство (Ux'=0), установка величин Е2', Е3' производится в соответствии с преобразованными соотношениями (44), (45):

Данный вариант амплитудных измерений может использоваться для установки граничных значений, при исследовании сигналов с изменяющейся амплитудой, а также для калибровки амплитудной шкалы осциллографа.

Задаваясь величиной Uo' определяем, в соответствии с соотношениями (46), (47), величины Е2', Е3'.

После установки расчетных значений величин Е2', Е3' смещение исследуемого сигнала на экране осциллографа 1 по оси амплитуд соответствует заданной величине Uo', вне зависимости от величины Rx₌ и при Ux'=0. Используя получаемое смещение исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, в сочетании со смещением исследуемого сигнала Ux по оси времени, при коммутации линий задержек 6 и 7, возможно проводить амплитудные измерения (Фиг. 7).

В п. 23, 24 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях при Uo'=3.5 В. Расчеты произведены с учетом соотношений (89), (90) для двух значений Rх₌ - 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Четвертый вариант амплитудных измерений - примем что Е2'=0, Е3'=0; соответственно Uo2', Uo3' и Ux2', Uo3' также равны нулю.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (91), (92) выражений (52), (55); (58), (61) и преобразований получаем:

Таким образом, изменение разностей напряжений Е1', Е4', при проведении амплитудных измерений, производится до совмещения меток зон на контролируемых участках исследуемого сигнала Ux (Фиг. 7) с соблюдением соотношения (93). После совмещения меток зон производится определение амплитуды исследуемого сигнала Ux в соответствии с соотношением (94), с учетом коэффициента деления напряжения исследуемого сигнала на входе осциллографа Uх=Кдел.Uо' (см. соотношение 2), при этом исключается влияние источников опорного напряжения на исследуемое устройство (Ux'=0).

В соотношениях (93), (94) величины R19, R20, R26, R32, R33, R34 известны, а величины Е1', Е4' измеряются измерителями разностей напряжений 5, 30.

В п. 25, 26 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуды исследуемого сигнала Ux=3B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (93), (94) для двух значений Rx₌ - 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Если при проведении амплитудных измерений требуется установить определенное значение величины Uo', при исключении воздействия разностей напряжений опорных источников Е1', Е4' на исследуемое устройство (Ux'=0), установка величин Е1', Е4' производится в соответствии с преобразованными соотношениями (93), (94):

Данный вариант амплитудных измерений может использоваться для установки граничных значений, при исследовании сигналов с изменяющейся амплитудой, а также для калибровки амплитудной шкалы осциллографа.

Задаваясь величиной Uo' определяем, в соответствии с соотношениями (95), (96), величины Е1', Е4'.

После установки расчетных значений величин Е1', Е4' смещение исследуемого сигнала на экране осциллографа 1 по оси амплитуд соответствует заданной величине Uo', вне зависимости от величины Rx₌ и при Ux'=0. Используя получаемое смещение исследуемого сигнала Ux по оси амплитуд, в сочетании со смещением исследуемого сигнала Ux по оси времени, при коммутации линий задержек 6 и 7, возможно проводить амплитудные измерения (Фиг. 7).

В п. 27, 28 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях при Uo'=3.5 B. Расчеты произведены с учетом соотношений (95), (96) для двух значений Rx₌ - 20 кОм и 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кOм.

Рассмотрим ряд вариантов амплитудных измерений, когда результирующее воздействие разностей падений напряжений Ux' используется как средство эмулирования воздействий на исследуемое устройство, при этом два каскада во входной цепи измерителя используются для проведения амплитудных измерений и работают в режимах исключающих их влияние на исследуемое устройство, а два других каскада используются для эмулирования воздействий на исследуемое устройство и работают в режимах исключающих их влияние на вход осциллографа, при этом предварительно измеренная величина Rx₌ на исследуемых участках сигнала Ux является постоянной.

Первый вариант амплитудных измерений - примем, что первый и третий каскады используются для проведения амплитудных измерений и работают в соответствии с выше описанными процедурами (см. соотношения (73)…(78)), при этом второй и четвертый каскады используются для эмулирования воздействий на исследуемое устройство.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (97), (98) выражений (59), (61); (53), (55) и преобразований получаем:

Задаваясь величиной Ux' определяем, в соответствии с соотношениями (99), (100), величины Е2' и Е4', при этом исключается воздействие разностей напряжений опорных источников Е2', Е4' на вход осциллографа (Uo'=0).

В соотношениях (99), (100) величины R19, R26, R32, R33, R34 известны, величина Ux' задается, величина Rx₌ на контролируемом участке исследуемого сигнала Ux, определяется предварительно, в соответствии с ранее выведенными соотношениями (67)…(69) или (70)…(72), а величины Е2', Е4' измеряются измерителями разностей напряжений 17, 30.

В п. 29, 30 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуд исследуемых сигналов Ux=12B и Ux=6B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (73)…(78), (97)…(100) при Ux'=2B, Rx₌=100 кОм,

R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коэффициент деления исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Кдел.=4 (см. соотношение (2)).

Второй вариант амплитудных измерений - примем, что второй и четвертый каскады используются для проведения амплитудных измерений и работают в соответствии с выше описанными процедурами (см. соотношения (79)…(84)), при этом первый и третий каскады используются для эмулирования воздействий на исследуемое устройство.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (101), (102) выражений (58), (60); (52), (54) и преобразований получаем:

Задаваясь величиной Ux' определяем, в соответствии с соотношениями (103), (104), величины Е1' и Е3', при этом исключается воздействие разностей напряжений опорных источников Е1', Е3' на вход осциллографа (Uo'=0).

В соотношениях (103), (104) величины R26, R32, R33, R34 известны, величина Ux' задается, величина Rx₌, на контролируемом участке исследуемого сигнала Ux, определяется предварительно, в соответствии с ранее выведенными соотношениями (67)…(69) или (70)…(72), а величины Е1', Е3' измеряются измерителями разностей напряжений 5, 24.

В п. 31, 32 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуд исследуемых сигналов Ux=12В и Ux=6B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (79)…(84), (101)…(104) при Ux'=2B, Rx=100 кOм,

R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коэффициент деления исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Кдел.=4 (см. соотношение (2)).

Третий вариант амплитудных измерений - примем, что второй и третий каскады используются для проведения амплитудных измерений и работают в соответствии с выше описанными процедурами (см. соотношения (85)…(90)), при этом первый и четвертый каскады используются для эмулирования воздействий на исследуемое устройство.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (105), (106) выражений (58), (61); (52), (55) и преобразований получаем:

Задаваясь величиной Ux' определяем, в соответствии с соотношениями (107), (108), величины Е1' и Е4', при этом исключается воздействие разностей напряжений опорных источников Е1', Е4' на вход осциллографа (Uo'=0).

В соотношениях (107), (108) величины R26, R32, R33, R34 известны, величина Ux' задается, величина Rx₌, на контролируемом участке исследуемого сигнала Ux, определяется предварительно, в соответствии с ранее выведенными соотношениями (67)…(69) или (70)…(72), а величины Е1', Е4' измеряются измерителями разностей напряжений 5, 30.

В п. 33, 34 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуд исследуемых сигналов Ux=12B и Ux=6B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (85)…(90), (105)…(108) при Ux'=2B, Rx=100 кOм, R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коэффициент деления исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Кдел.=4 (см. соотношение (2)).

Четвертый вариант амплитудных измерений - примем, что первый и четвертый каскады используются для проведения амплитудных измерений и работают в соответствии с выше описанными процедурами (см. соотношения (91)…(96)), при этом второй и третий каскады используются для эмулирования воздействий на исследуемое устройство.

Из рассмотрения эквивалентных схем на входе измерителя (Фиг. 5) следует:

После подстановки в соотношения (109), (110) выражений (59), (60); (53), (54) и преобразований получаем:

Задаваясь величиной Ux' определяем, в соответствии с соотношениями (111), (112), величины Е2' и Е3', при этом исключается воздействие разностей напряжений опорных источников Е2', Е3' на вход осциллографа (Uo'=0).

В соотношениях (111), (112) величины R19, R26, R32, R33, R34 известны, величина Ux' задается, величина Rx₌, на контролируемом участке исследуемого сигнала Ux, определяется предварительно, в соответствии с ранее выведенными соотношениями (67)…(69) или (70)…(72), а величины Е2', Е3' измеряются измерителями разностей напряжений 17, 24.

В п. 35, 36 табл. 1 в качестве примера приведены результаты расчетов при измерениях амплитуд исследуемых сигналов Ux=12B и Ux=6B (Uх=Кдел.Uо'). Расчеты произведены с учетом соотношений (91)…(96), (109)…(112) при Ux'=2B, Rx=100 кOм, R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коэффициент деления исследуемого сигнала Ux на входе осциллографа Кдел.=4 (см. соотношение (2)).

При проведении амплитудных измерений, когда результирующее воздействие разностей напряжений Ux' используется как средство эмулирования воздействий на исследуемое устройство и величина Rx₌ является переменной, следует иметь ввиду, что если для участка исследуемого сигнала Ux с сопротивлением Rx₌1 установить режим изменения величин Е1'…Е4' в соответствии с одним из вышерассмотренных четырех вариантов (см. соотношения (99), (100); (103), (104); (107), (108); (111), (112)), т.е. при заданном значении величины Ux', то для участка сигнала с сопротивлением Rx₌ значения величин Ux' и Uo' будут изменяться в соответствии с соотношениями (57), (62) и, соответственно, величина эмулирующего воздействия Ux' на исследуемое устройство будет отличаться от заданного на участке сигнала с сопротивлением Rx₌1 (предполагается, что Rx₌ не зависит от Ux').

Частота и скважность коммутации опорных источников 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 и, соответственно, частота и скважность эмулирующих воздействий на исследуемое устройство могут изменяться по сигналам от блока управления 12.

Наряду с эмулирующим воздействием на исследуемое устройство величины Ux', на исследуемое устройство может оказывать воздействие также постоянная составляющая падений напряжений опорных источников 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 на входных клеммах измерителя -Ux0. Определение значений величин постоянных составляющих падений напряжений на входных клеммах измерителя Ux0 и на входе осциллографа Uo0 производится в соответствии с соотношениями (57), (62) при замене значений приращений Е1'…Е3' на значения соответствующих постоянных составляющих напряжений опорных источников 2, 3; 14, 15; 21, 22; 27, 28. Полярности постоянных составляющих определяют обычно относительно общего вывода измерителя. Наличие постоянной составляющей -Ux0, формируемой источниками опорных напряжений, может быть использовано при непосредственном исследовании сигналов малого уровня имеющих значительную по величине постоянную составляющую.

При наличии постоянной составляющей напряжений опорных источников 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 - Е0 и при параметрически изменяющейся величине Rx₌ (т.е. при отсутствии источника сигналов Ux) на экране осциллографа 1 будет отображаться зависимость Rx₌=F(t). Определение величины Rx₌ в выбранных точках при этом производится в соответствии с выведенными соотношениями.

После измерения амплитуды исследуемого сигнала Ux и активной составляющей в выходном сопротивлении источника исследуемых сигналов Rx₌ возможно вычисление полной амплитуды исследуемого сигнала:

активной составляющей тока Iх=Ux/Rx и активной составляющей мощности исследуемого сигнала Px=IxUx (текущих значений в выбранные моменты времени), а также построение совмещенных во времени зависимостей Ux(t), Rx(t), Ix(t), Px(t), что обеспечивает возможность комплексной оценки источника исследуемых сигналов.

При проведении временных измерений (Фиг. 8) метки зон устанавливаются на контролируемые участки исследуемого сигнала Ux, между которыми проводятся измерения. Задание уровней отсчета временных параметров производится аналогично процедурам, используемым при амплитудных измерениях. По сигналам блока управления 12 производится синхронная коммутация источников опорных напряжений 2, 3; 14, 15; 21, 22, 27,28, а также плавно регулируемых линий задержки 6, 7. Одновременно производится изменение величин задержек линий задержки 6, 7 до совмещения меток зон на исходном и смещенном изображениях исследуемого сигнала Ux. Совмещение меток зон может производиться при высокой чувствительности осциллографа 1 и на "быстрых" развертках. Величина разности задержек, предварительно откалиброванных линий задержек 6, 7 [4], соответствует величине измеряемого временного параметра.

Измеритель может быть реализован в виде автономного, функционально законченного устройства или в виде модульного измерительного комплекса, включающего типовой компьютер, стандартный быстродействующий осциллограф, дополнительные устройства, подключаемые к измерительному входу осциллографа, входу синхронизации осциллографа, входу канала формирования меток и к одному из стандартных интерфейсов компьютера, например USB, а также прикладного программного обеспечения. Реализация измерителя в виде модульного измерительного комплекса позволяет минимизировать затраты на аппаратные средства. Для обеспечения логики работы измерителя, синхронизации всех блоков и подключения к стандартным интерфейсам компьютера представляется целесообразным использование в составе блока управления микросхем программируемой логики или типовых микроконтроллеров.

В качестве источников опорного напряжения целесообразно использование DDS-синтезаторов, обеспечивающих формирование как гармонических сигналов с изменяемой частотой, амплитудой и смещением, так и постоянных напряжений.

Входную часть измерителя целесообразно реализовать в виде специализированной заказной БИС.

Средства измерения для исследования быстропротекающих процессов, типа стробоскопических осциллографов, являются необходимым инструментом при разработке, отладке, серийном выпуске высоконадежной радиоэлектронной аппаратуры. На рынке в настоящее время представлено большое количество такого рода изделий от ведущих производителей, реализованных в виде законченных устройств с соответствующим аппаратным и программным обеспечением. В тоже время цена данных изделий весьма высока, что ограничивает возможность их широкого применения.

Альтернативой использованию дорогостоящих автономных измерительных устройств может быть создание комплектов, включающих относительно недорогие дополнительные устройства, стандартные средства измерения, типовые компьютеры с базовым программным обеспечением и прикладное программное обеспечение.

По предлагаемому изобретению был разработан макет измерителя.

Величины резисторов связи R19, R20, R26, R32, R33, R34 выбирались равными 1000 кОм. Погрешность совмещения сигналов на экране осциллографа составила 3 мВ и определялась чувствительностью осциллографа 1, шумами и нестабильностью изображений исследуемых сигналов. Частота коммутации источников опорного напряжения и линий задержки изменялась от единиц герц до 1 кГц. Диапазон перестройки разностей задержки плавно регулируемых линий задержки 6, 7 составил 0-1 мкс, погрешность калибровки линий задержки составила: ±10^-5 Tх+10nс, где Тх - величина разности задержек регулируемых линий задержки 6, 7.

Макет использовался при испытаниях быстродействующих интегральных микросхем.

Предлагаемое изобретение может быть использовано:

- при создании агрегатированных измерительных комплексов с расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью, включающих стандартные средства измерения, специализированные аппаратные и программные модули, типовые ПЭВМ.

В качестве ССИ могут быть использованы различные типы осциллографов, стробвольтметров, в том числе с высоким быстродействием.

Агрегатированные измерительные комплексы необходимы при исследованиях и испытаниях быстродействующих радиоэлектронных изделий различных классов. Использование в составе комплексов ССИ и типовых ПЭВМ позволяет минимизировать затраты на их создание;

- при создании быстродействующих тестеров для параметрического контроля и испытаний СБИС, ССИС и функциональных узлов бортовых вычислительных комплексов. Решение проблемы параметрического контроля элементной базы вычислительных комплексов позволяет повысить надежность радиотехнических систем телеуправления, УВД, навигации и посадки;

- при создании параметрических анализаторов-эмуляторов системных магистралей бортовых вычислительных комплексов.

Широкое использование магистрально-модульного принципа построения бортовых вычислительных комплексов делает актуальной проблему параметрического контроля шин системных магистралей при создании высоконадежных радиотехнических систем;

- в медицине, в рефлексотерапии;

- в энергетике;

- для идентификации несанкционированных подключений к устройствам связи.

Наиболее эффективно использование предлагаемого изобретения при создании высокоинтегрированных быстродействующих бортовых вычислительных комплексов систем УВД, навигации и посадки. Возрастающие требования к надежности бортовых радиоэлектронных систем приводят к необходимости повышения точностных характеристик используемых средств измерения, расширения их функциональных возможностей при проведении комплексных исследований, а также при включении средств измерения в различные информационно-измерительные системы, комплексы полунатурного моделирования, автоматизированные станции проектирования.

Актуальность данной проблемы обусловлена взаимосвязью параметрических и функциональных идентификаций БИС бортовых ЭВМ и системных магистралей радиотехнических систем (РТС).

Данная взаимосвязь позволяет прогнозировать возникновение функциональных отказов РТС, при неблагоприятных сочетаниях технологических, климатических и эксплуатационных факторов, а также предусматривать меры по уменьшению вероятностей параметрических и функциональных отказов и, соответственно, повышению надежности РТС.

Положительный эффект от использования изобретения возникает:

- в результате повышения точности амплитудных измерений и, как следствие этого, в повышении достоверности результатов исследований, повышении надежности радиоэлектронных систем или увеличении выхода годных испытываемых радиоэлектронных устройств, при использовании предлагаемого устройства в промышленности;

- в результате расширения функциональных возможностей осциллографических измерителей при комплексных исследованиях и испытаниях различных радиоэлектронных устройств;

- в результате возможностей автоматизации процесса проведения измерений.

Источники информации

1. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. «Энергия», 1972.

2. Авторское свидетельство СССР №599217, кл. GOIR 13/30, заявл. 03.12.76 г.

3. Авторское свидетельство СССР №815641, кл. GOIR 13/30, заявл. 22.06.79 г.

4. Авторское свидетельство СССР №575618, кл. G04F 10/04, заявл. 07.06.76 г.

5. Патент на изобретение РФ №2531338 кл. G01R 13/30, заявл. 30.03.2012 г.

6. Патент на изобретение РФ №2557340 кл. G01R 13/30, заявл. 03.03.2014 г.

Предлагаемое изобретение может быть использовано при создании агрегатированных измерительных комплексов с расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью, включающих стандартные средства измерения (ССИ), специализированные аппаратные и программные модули, типовые ПЭВМ. В качестве ССИ могут быть использованы различные типы осциллографов, стробвольтметров, в том числе с высоким быстродействием. Агрегатированные измерительные комплексы необходимы при исследованиях и испытаниях быстродействующих радиоэлектронных изделий различных классов. Использование в составе комплексов ССИ и типовых ПЭВМ позволяет минимизировать затраты на их создание; при создании быстродействующих тестеров для параметрического контроля и испытаний СБИС, ССИС и функциональных узлов бортовых вычислительных комплексов. Решение проблемы входного параметрического контроля элементной базы вычислительных комплексов позволяет повысить надежность радиотехнических систем телеуправления, УВД, навигации и посадки; при создании параметрических анализаторов-эмуляторов системных магистралей бортовых вычислительных комплексов. Широкое использование магистрально-модульного принципа построения бортовых вычислительных комплексов делает актуальной проблему параметрического контроля шин системных магистралей при создании высоконадежных радиотехнических систем в энергетике; в медицине, в рефлексотерапии; для идентификации несанкционированных подключений к устройствам связи. Наиболее эффективно использование предлагаемого изобретения при создании высокоинтегрированных быстродействующих бортовых вычислительных комплексов систем УВД, навигации и посадки. Возрастающие требования к надежности бортовых радиоэлектронных систем приводят к необходимости повышения точностных характеристик используемых средств измерения, расширения их функциональных возможностей при проведении комплексных исследований, а также при включении средств измерения в различные информационно-измерительные системы, комплексы полунатурного моделирования, автоматизированные станции проектирования. Актуальность данной проблемы обусловлена взаимосвязью параметрических и функциональных идентификаций БИС бортовых ЭВМ и системных магистралей радиотехнических систем (РТС). Данная взаимосвязь позволяет прогнозировать возникновение функциональных отказов РТС, при неблагоприятных сочетаниях технологических, климатических и эксплуатационных факторов, а также предусматривать меры по уменьшению вероятностей параметрических и функциональных отказов и, соответственно, повышению надежности РТС. Рассматриваемые технические решения обеспечивают повышение точности и достоверности амплитудных измерений вследствие возможности определения характера и характеристик переходных процессов в цепях исследуемого устройства, наряду с этим возможность измерения параметров эквивалентных схем исследуемого устройства обеспечивает возможность комплексной оценки источника исследуемых сигналов как на постоянном, так и на переменном токе; совмещение процессов измерения и калибровки в одном канале, при исключении влияния сигналов калибровки на исследуемое устройство; совмещение процессов измерения и эмулирования воздействий на исследуемое устройство в одном канале с независимой установкой режимов эмулирования воздействий и измерения. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности и достоверности амплитудных измерений. 8 ил., 6 табл.

Осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов, содержащий осциллограф (1), первый выход которого подключен к первому входу блока формирования уровней зон (9), второй выход - к первому входу генератора импульсов зон (10), выход которого соединен с входом подсвета осциллографа (1) и вторым входом блока формирования уровней зон (9), а второй вход генератора импульсов зон (10) соединен с третьим выходом блока управления (12), первый выход которого связан с третьим входом формирователя уровней зон (9), второй выход - с входом управления второго переключателя (8), а четвертый выход - с входом управления первого переключателя (4), выход которого подключен к первому выводу конденсатора связи (13), а первый и второй входы - к первым выходам первого (2) и второго (3) источников опорного напряжения, вторые выходы которых соединены с входами измерителя разности напряжений (5), а входы - со вторым выводом конденсатора связи (13), причем входы первой (6) и второй (7) плавно регулируемых линий задержки связаны с входом синхронизации измерителя, а выходы - с первым и вторым входами второго переключателя (8), выход которого подключен к входу синхронизации осциллографа (1), а первый и второй выходы блока формирования уровней зон (9) соединены с входами индикатора равенства напряжений (11), при этом первый вывод дополнительного конденсатора связи (18) соединен со вторым входом осциллографа (1), первым выводом второго резистора связи (20) и выходом третьего переключателя (16), а второй вывод - с выходом первого переключателя (4), первым выводом первого резистора связи (19), и входами третьего (14) и четвертого (15) источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами дополнительного измерителя разности напряжений (17), а первые выходы - с первым и вторым входами третьего переключателя (16), вход управления которого подключен к пятому выходу блока управления (12), причем вторые выводы резисторов связи (19), (20) соединены с первым входом осциллографа (1), при этом первый вывод четвертого конденсатора связи (31) соединен со вторым выводом третьего конденсатора связи (25), первым выводом четвертого резистора связи (32), выходом пятого переключателя (29) и входами пятого (21) и шестого (22) источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами третьего измерителя разности напряжений (24), а первые выходы - с первым и вторым входами четвертого переключателя (23), вход управления которого подключен к шестому выходу блока управления (12), причем первый вывод третьего резистора связи (26) соединен с первым выводом третьего конденсатора связи (25) и выходом четвертого переключателя (23), при этом второй вывод четвертого конденсатора связи (31) соединен со второй входной клеммой измерителя и входами седьмого (27) и восьмого (28) источников опорного напряжения, вторые выходы которых связаны с входами четвертого измерителя разности напряжений (30), а первые выходы - с первым и вторым входами пятого переключателя (29), вход управления которого подключен к седьмому выходу блока управления (12), при этом второй вывод первого конденсатора связи (13) присоединен к первому выводу шестого резистора связи (34), второй вывод которого соединен с первым входом осциллографа (1) и первым выводом пятого резистора связи (33), второй вывод которого соединен с первой входной клеммой измерителя и вторыми выводами третьего (26) и четвертого (32) резисторов связи, а второй вход осциллографа (1) соединен со второй входной клеммой измерителя,

отличающийся тем, что с целью повышения точности он снабжен первым (2), вторым (3), третьим (14), четвертым (15), пятым (21), шестым (22), седьмым (27) и восьмым (28) источниками опорных напряжений, обеспечивающими формирование как постоянных напряжений, так и синхронных гармонических сигналов, при этом восьмой выход блока управления (12) соединен со вторыми входами первого (2), второго (3), третьего (14), четвертого (15), пятого (21), шестого (22), седьмого (27), восьмого (28) источников опорных напряжений, а девятый выход блока управления (12) соединен с третьим входом первого (2) источника опорного напряжения, причем десятый выход блока управления (12) соединен с третьим входом второго (3) источника опорного напряжения, при этом одиннадцатый выход блока управления (12) соединен с третьим входом третьего (14) источника опорного напряжения, а двенадцатый выход блока управления (12) соединен с третьим входом четвертого (15) источника опорного напряжения, при этом тринадцатый выход блока управления (12) соединен с третьим входом пятого (21) источника опорного напряжения, а также четырнадцатый выход блока управления (12) соединен с третьим входом шестого (22) источника опорного напряжения, при этом пятнадцатый выход блока управления (12) соединен с третьим входом седьмого (27) источника опорного напряжения, а шестнадцатый выход блока управления (12) соединен с третьим входом восьмого (28) источника опорного напряжения.