Устройство для измерения переходных интермодуляционных искажений электрического сигнала Российский патент 2023 года по МПК G01R23/20 

Область техники

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для выявления и оценки переходных интермодуляционных искажений, вносимых усилителями сигналов звуковой частоты, в частности предварительными усилителями и усилителями мощности, выполненными как в дискретном, так и в интегральном исполнениях, и по смешанной технологии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается путем конкретизации и усложнения структуры коммутируемого фазоинвертора для введения таких его возможностей, как регулирование уровня и изменение частоты фазоинверсии измерительного сигнала, подаваемого на вход испытуемого устройства, для чего коммутацию фазоинвертора осуществляет введенный электронный коммутатор, в состав которого входят два управляемых электронных ключа и регулируемый сумматор, первый электронный ключ подключен к выходу фазоинвертора, а второй - к выходу введенного на входе фазоинвертора первого блока согласования, сигналы с выходов электронных ключей подаются на соответствующие входы регулируемого сумматора, выход которого образует выход электронного коммутатора и выход всего коммутируемого фазоинвертора, управление работой электронных ключей осуществляет введенный блок формирования сигналов управления, содержащий последовательно соединенные второй блок согласования, подключенный к выходу фазоинвертора, D-триггер, третий блок согласования и перестраиваемый программируемый счетчик, выходной сигнал счетчика непосредственно управляет работой первого электронного ключа коммутатора, в то время как управление работой второго электронного ключа осуществляет выходной сигнал логического инвертора, подключенного к выходу счетчика.

Описание аналогов

Близким решением того же назначения является устройство, реализующее способ измерения динамических интермодуляционных искажений электрического сигнала [1, п. 4.6.4, черт. 14]. Устройство содержит сумматор, первый вход которого через первый переключатель соединен с генератором сигналов синусоидальной формы, второй вход сумматора соединен с выходом фильтра нижних частот, вход фильтра нижних частот через второй переключатель подключен к генератору сигналов прямоугольной формы, к выходу сумматора подключен вход измеряемого усилителя и первый вольтметр, к выходу измеряемого усилителя подключены второй вольтметр, анализатор спектра и эквивалент нагрузки.

Наличие в суперпозиции входного сигнала измеряемого усилителя сигнала прямоугольной формы, обладающего резкими положительными и отрицательными перепадами, а значит имеющего широкий спектр, позволяет исследовать частотную зависимость амплитудной нелинейности объекта измерений, т.к. вызывает появление продуктов взаимной модуляции в спектре искаженного сигнала, интенсивность которых подвергается измерению с помощью анализатора спектра и дальнейшему расчету коэффициентов искажений.

Критика аналога

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата известного устройства, относится, во-первых, использование измерительного сигнала сложной формы, содержащего сумму двух не связанных между собой компонент, во-вторых, необходимость проведения косвенной и трудоемкой измерительной процедуры, а также сложность вычислений для получения количественной оценки искажений.

Описание прототипа

Наиболее близким решением того же назначения по совокупности признаков является устройство, воплощающее способ измерения переходных интермодуляционных искажений с использованием пилообразного сигнала частотой 30 кГц, фаза которого инвертируется с низкой частотой.

Устройство для осуществления указанного способа содержит последовательно соединенные генератор сигнала пилообразной формы, коммутируемый фазоинвертор, фильтр верхних частот, зашунтированный первым переключателем, испытуемое устройство, фильтр нижних частот, зашунтированный вторым переключателем, и калиброванный осциллограф [2 - прототип].

Устройство в качестве измерительного сигнала используется однокомпонентный сигнал, а процедура получения количественной оценки искажений относительно проста и осуществляется с помощью калиброванного осциллографа.

Критика прототипа

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что, несмотря на простоту измерительной процедуры и вычислений критерия искажений, устройство не обеспечивает возможность изменения уровня измерительного сигнала, подаваемого на вход испытуемого устройства, что важно при проведении испытаний устройств, имеющих различные номинальные входные уровни. Также известное устройство не позволяется изменять частоту фазоинверсии пилообразного сигнала, что может потребоваться при практическом выполнении измерительной процедуры по отношению к конкретному испытуемому устройству.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей устройства.

Указанная задача решается за счет достижения при осуществлении изобретения технического результата, который заключается в конкретизации и усложнении структуры коммутируемого фазоинвертора для введения таких его возможностей, как регулирование уровня и изменение частоты фазоинверсии измерительного сигнала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что коммутацию фазоинвертора осуществляет введенный электронный коммутатор, в состав которого входят два управляемых электронных ключа и регулируемый сумматор, первый электронный ключ подключен к выходу фазоинвертора, а второй - к выходу введенного на входе фазоинвертора первого блока согласования, сигналы с выходов электронных ключей подаются на соответствующие входы регулируемого сумматора, выход которого образует выход электронного коммутатора и выход всего коммутируемого фазоинвертора, управление работой электронных ключей осуществляет введенный блок формирования сигналов управления, содержащий последовательно соединенные второй блок согласования, подключенный к выходу фазоинвертора, D-триггер, третий блок согласования и перестраиваемый программируемый счетчик, выходной сигнал счетчика непосредственно управляет работой первого электронного ключа коммутатора, в то время как управление работой второго электронного ключа осуществляет выходной сигнал логического инвертора, подключенного к выходу счетчика.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном устройстве, изложенном в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» действующего законодательства.

Перечень фигур чертежей

На фиг. 1 представлен формируемый измерительный сигнал.

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемое устройство, где 1 - генератор сигнала пилообразной формы; 2 - коммутируемый фазоинвертор; 3 - фильтр верхних частот; 4 - первый переключатель; 5 - испытуемое устройство; 6 - фильтр нижних частот; 7 -второй переключатель; 8 - калиброванный осциллограф; 9 - первый блок согласования; 10 - электронный коммутатор; 11 - первый управляемый электронный ключ; 12 - второй управляемый электронный ключ; 13 - регулируемый сумматор; 14 - блок формирования сигналов управления; 15 - второй блок согласования; 16 - D-триггер; 17 - третий блок согласования; 18 - перестраиваемый программируемый счетчик; 19 - логический инвертор; 20 - усложненный коммутируемый фазоинвертор.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного технического результата, заключаются в следующем.

Сигнал, создаваемый генератором (1) сигнала пилообразной формы, имеет высокую частоты следования - 30 кГц, при этом сигнал имеет малое время спада (порядка 30 нс). Коммутируемый фазоинвертор (2) осуществляет инверсию фазы сигнала с частотой в сотни раз меньшей - порядка 100 Гц (30 кГц/256). Форма измерительного сигнала представлена на фиг. 1. Сигнал имеет широкий спектр, занимающий весь звуковой диапазон. Фильтр (3) верхних частот, имеющий возможность исключаться из схемы с помощью первого переключателя (4), отсекает из полосы измерительного сигнала низкочастотную часть в диапазоне 0-2 кГц, чем исключает из спектра сигнала низкочастотные и постоянную составляющие.

Возбуждение переходных интермодуляционных искажений в испытуемом устройстве (5) обусловлено присутствием «быстрой» грани в форме пилообразного сигнала, которая несколько сотен периодов следования сигнала является положительным перепадом, а после его инверсии - отрицательным. На выходе испытуемого устройства (5) с помощью фильтра (6) нижних частот, имеющего возможность исключаться из схемы с помощью второго переключателя (7) выделяется измерительная информация в диапазоне частот 0-2 кГц.

Процедура получения количественной оценки искажений относительно проста и сводится к нахождению отношения двух величин, определяемых с помощью калиброванного осциллографа (8), одна из величин определяется при отключенных фильтрах 3 и 6, вторая - с подключенными фильтрами 3 и 6.

Введение в структуру устройства первого согласующего блока (9) исключает взаимное влияние выходной цепи генератора (1) и входной цепи коммутируемого фазоинвертора (2), что особенно существенно в моменты осуществления инверсии фазы сигнала пилообразной формы. Фазоинверсия сигнала происходит за счет периодического подключения и отключения фазоинвертора (2) из измерительного тракта с помощью введенного электронного коммутатора (10), при этом переключение его управляемых первого (11) и второго (12) электронных ключей осуществляет введенный блок (14) формирования сигналов управления.

Сигнал управления работой ключей формируется из выходного сигнала фазоинвертора (2), к выходу которого подключен второй блок (15) согласования, служащий для согласования аналоговой и логической частей блока (14). D-триггер (16) реагирует на положительные перепады сигнала, формируя на своем выходе тактовые импульсы прямоугольной формы с частотой следования 30 кГц. Далее импульсы через третий блок (17) согласования подаются на вход перестраиваемого программируемого счетчик (18), коэффициент пересчета которого может меняться в пределах от 1 до 256.

Выходной низкочастотный сигнал прямоугольной формы с выхода счетчика (18) подается на первый управляемый электронный ключ (11). Для формирования сигнала управления вторым электронным ключом (12), работающим в противофазе с первым, сигнал счетчика (18) подаются на логический инвертор (19).

Регулируемый сумматор (13) формирует окончательный вид измерительного сигнал, при этом позволяя изменять его уровень перед подачей либо на вход фильтра (3) верхних частот, либо на вход испытуемого устройства (5), как того требует измерительная процедура.

Введенные блоки образуют структуру усложненного коммутируемого фазоинвертора (20).

При наличии в выходном сигнале испытуемого устройства (5) переходных интермодуляционных искажений на выходе фильтра (6) нижних частот появится низкочастотный сигнал прямоугольной формы. Размах прямоугольного сигнала, зафиксированный по шкале осциллографа, будет пропорционален величине вносимых искажений. Для получения относительной количественной оценки вносимых испытуемым устройством искажений размах прямоугольного сигнала следует сравнить с размахом сигнала на выходе испытуемого устройства (5) при отключенных фильтрах (3) и (6), принимаемого за 100%.

Предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности, позволяющие изменять параметры измерительного сигнала в соответствии с характеристиками конкретного испытуемого устройства, чем обеспечивать его работу в номинальных условиях измерений. Так возможность регулирования уровня сигнала, подаваемого на вход испытуемого устройства, позволит добиться появления искажений в его выходном сигнале, а введенная возможность изменения частоты фазоинверсии пилообразного сигнала при формировании измерительного сигнала позволит учесть и устранить такие особенности испытуемого устройства, как вероятность появления колебательного процесса на фронтах прямоугольного сигнала на выходе фильтра нижних частот, что связано с особенностями формы частотной характеристики испытуемого устройства, склонного к самовозбуждению. Увеличение частоты фазоинверсии измерительного сигнала позволит нивелировать осциллограмму и упроститься получение результатов измерений.

Конкретизация структуры такого важного блока устройства, как коммутируемый фазоинвертор, с введением возможности регулирования параметров измерительного сигнала делает устройство в целом более многофункциональным в практическом применении.

Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующих условий:

- устройство, воплощающие заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в области контрольно-измерительной технике и предназначено для выявления и оценки переходных интермодуляционных искажений, вносимых усилителями сигналов звуковой частоты, в частности предварительными усилителями и усилителями мощности, выполненными как в дискретном, так и в интегральном исполнениях, и по смешенной технологии;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств;

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Литература

1. ГОСТ 23849-87. АППАРАТУРА РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ БЫТОВАЯ. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты. - М.: Изд. стандартов, 1990 (переизд. с изменениями), п. 4.6.4, черт. 14.

2. Fildmann L. Measuring TIM Distortion. Radio-Electronics, June, 1979 - прототип.

Устройство для измерения переходных интермодуляционных искажений электрического сигнала относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для выявления и оценки переходных интермодуляционных искажений, вносимых усилителями сигналов звуковой частоты, в частности предварительными усилителями и усилителями мощности, выполненными как в дискретном, так и в интегральном исполнениях, и по смешанной технологии. Коммутацию фазоинвертора осуществляет введенный электронный коммутатор, в состав которого входят два управляемых электронных ключа и регулируемый сумматор, первый электронный ключ подключен к выходу фазоинвертора, а второй - к выходу введенного на входе фазоинвертора первого блока согласования, сигналы с выходов электронных ключей подаются на соответствующие входы регулируемого сумматора, выход которого образует выход электронного коммутатора и выход всего коммутируемого фазоинвертора, управление работой электронных ключей осуществляет введенный блок формирования сигналов управления, содержащий последовательно соединенные второй блок согласования, подключенный к выходу фазоинвертора, D-триггер, третий блок согласования и перестраиваемый программируемый счетчик, выходной сигнал счетчика непосредственно управляет работой первого электронного ключа, в то время как управление работой второго электронного ключа осуществляет выходной сигнал логического инвертора, подключенного к выходу счетчика. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства. 2 ил.

Устройство для измерения переходных интермодуляционных искажений электрического сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала пилообразной формы, коммутируемый фазоинвертор, фильтр верхних частот, зашунтированный первым переключателем, испытуемое устройство, фильтр нижних частот, зашунтированный вторым переключателем, и калиброванный осциллограф, отличающееся тем, что коммутацию фазоинвертора осуществляет введенный электронный коммутатор, в состав которого входят два управляемых электронных ключа и регулируемый сумматор, первый электронный ключ подключен к выходу фазоинвертора, а второй - к выходу введенного на входе фазоинвертора первого блока согласования, сигналы с выходов электронных ключей подаются на соответствующие входы регулируемого сумматора, выход которого образует выход электронного коммутатора и выход всего коммутируемого фазоинвертора, управление работой электронных ключей осуществляет введенный блок формирования сигналов управления, содержащий последовательно соединенные второй блок согласования, подключенный к выходу фазоинвертора, D-триггер, третий блок согласования и перестраиваемый программируемый счетчик, выходной сигнал счетчика непосредственно управляет работой первого электронного ключа коммутатора, в то время как управление работой второго электронного ключа осуществляет выходной сигнал логического инвертора, подключенного к выходу счетчика.