Устройство для измерений коэффициента гармоник сквозного канала магнитофона Советский патент 1983 года по МПК G01R23/20 

I Изобретение относится к измерите ной технике, в частности к измерителям коэффициента нелинейных искажений, и может применяться при наст ройке и контроле магнитофонов. Известно устройство для измерени нелинейных иск ажений, содержащее Согласующий блок,, входной аттенюато входной усилитель, усилитель с режекторным фильтром, вольтметр, преобразователь среднего квадратическо го значения напряжения, калибратор и блок питания, в котором настройка рекекторного фильтра и нормировк сигнала осуществляются автоматически 1. Недостатком устройства является инерпиопность системы, вследствие чего она не отслеживает девиацию частоты, вызванную детонацией, глубина поднвления падает, и результаты измерений оказываются завешенными. Другим недостатком является нeвoЗJvIoжнocть измерения нелинейных искажений на высоких частотах, близ ких к верхней границе полосы пропус кания магнитофона. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения, содержащее генератор, связанный через магнитофон с фильтром высокой частоты, последовательно соединенные детектор и фильтр низкой частоты. Преимуществом устройства являетс простота и возможность определения величины нелинейньгх искажений на любой частоте сигнала, находящейся в полосе пропусклния магнитофона 2 Недостатком устройства является необходимость проведения большого количества замеров, т.е. снятие амплитудной характеристики с последую щим расчетом, что приводит к большим затратам времени и низкой точности. Цел 1« изобретения - повьпиение точ ности измерения коэффициента гармоник. Поставленная цель достигается те что в устройство для измерения коэф фициента гармоник сквозного канала магнитофона, содержащее генератор, связанный через магнитофон с фильтром высокой частоты, последовательно соединенные детектор и фильтр низкой частоты, дополнительно введе ны управляемый усилитель, аналоговы ключ, аналого-цифровой преобразова8тель, усилитель-ограничитель, счетчик, блок фазировки м последователы но соединенные синхронный фильтр, фазовый детектор, блок коррекции, при этом управляемый усилитель включен между выходом фильтра высокой частоты и входом детектора, вход синхронного фильтра соединен с выходом фильтра низкой частоты, выход блока коррекции подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, аналоговый выход которо го соединен с вторым входом управляемого усилителя, а аналоговый вход через аналоговый ключ - с выходом фильтра высокой частоты и с входом усилителя-ограничителя, выход которого подключен к управляющим входам синхронного фильтра, блока фазировки и счетчика, первый выход которого соёдииен с управляющим входом аналогового ключа, а второй выход - с управляющим входом фазового детектора и управляемого усилителя, выход которого через блок фазировки соединен с другим входом счетчика. Генератор содержит источник синусоидального Напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом управляемого усилителя непосредственно, ас управ ляюшгим входом - через последовательно соединенные усилитель-ограничитель и счетчик. Управляемый усилитель содержит аналоговый ключ, усилитель и четыре масштабных резистора, причем первый сигнальный вход управляемого усилителя через первый масштабный резистор связан с инвертирующим входом усилителя, а через последовательно соединенные второй масштабный резистор и аналоговый ключ - с третьим масштабным резистором, второй конец которого подключен к второму сигнальному входу, и с неинвертирующим входом усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого включен четвертый масштабный резистор. На чертеже показана функциональная схема устройства. Устройство для измерения коэффициента гармоиик сквозного канала магнитофона содержит последовательно соединенные функциональный генератор 1, магнитофон 2, фильтр 3 высокой частоты, управляемый усилитель 4, детектор 5, фильтр 6 низкой частоты, синхронный фильтр 7, фазовый детектор 8, блок 9 коррекции, выход которого подк;лючен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 10, аналоговый выход кото рого связан со вторым входом управляемого усилителя 4, а аналоговый вход - с выходом аналогового ключа 11, выход которого Одновременно соединен с выходом фильтра 3 высокой частоты и со входом усилителя-ограничителя 12, выход которого подключен к управляющим входам синхронного фильтра 7, блока . 13 фазировки, счетчика 14, первый выход которого связан с управлякдцим входом аналогового ключа П, а второй выход - с управляющим входом фазового детектора 8 и управляемого усилителя 4, выход которого через блок 13 фазировки соединен с другим входом счетчика 14 Генератор 1 содержит истрчник 15 синусоидального напряжения, выход которого связан с входами управляемого усилителя 16, с сигнальным входом непосредственно, а с управляющим входом через последовательно соединенные усилитель-ограничитель 17 и счетчик 18. Управляемые усилители 4 и 16 содержат аналоговый ключ 19, усилитель 2D, масштабные резисторы 21-24. Первый сигнальный вход управляемого уси лителя через первый масштабный резис тор 21 связан с инвертирующим входом усилителя 20, а через последовательно соединенные второй масштабный резистор 22 и аналоговый ключ 19 - с третьим масштабным резистором 23, вт рой конец которого подключен.ко второму сигнальному входу, и с неинвертирующим входом усилителя 20, в цепи отрицательной обратной связи которого включен четвертый масштабный резистор 24. Устройство для измерения коэффици ента гармоник сквозного канала магни тофона работает следующим образом. С выхода источника 15 синусоидального напряжения на вход управляемого усилителя 16 и на вход усилителя-ограничителя 17 подается синусо идальное напряжение амплитудой UQ. С выхода усилителя-огранчителя 17 сигнал прямоугольной формы в виде меанд ра поступает на .счетчик 18, на выходе которого появляе;тся последов а- тельность логических нулей и единиц с частотой F Х fg, где fg - частота синусоидального напряжения с выхода, источника 15. Сиглал с вн хода счетчика 18 поступает на уп15авляющий вход усилителя 16 и изменяет его коэффициент передачи так, что логическому нулю соответствует максимальный коэффициент К«, а логической единице - минимальный Kj, при этом К аК. Таким образом, на вы ходе генератора 1 присутствует модулированное по амплитуде напряжение, при этом огибающая несущего колебания f имеет форму меандра и изменяется с частотой F. Амплитуда сигнала на выходе генератора 1 в соответствукшще моменты времени принимает два значения. и/ aKoU и 2, KoUo Этот измерительный сигнал записывается на магнитофон и воспроизводится, Отклонение амплитудной характерисТ1ПШ сквозного канала магнитофона при больших уровнях записи от; линейной приводит к то-п,, что сигнал на выходе магпитоЛоиа равен и а (KO -л К) (3) и,- К., К о () где М( - величина, на которую уменьшается Kg магнитофона при больших уровнях записи. Этот измерительный сигнал через ф1шьтр 3 высокой частоты, который отфильтровывает низкочастотные и сетевые помехи, поступает на первый. 1сигнальный вход управляемого усилителя 4 и на вход усилителя-ограничителя 12. Пкклу измерения предшествует ш«сл фазирования, в течение которого на выходах счетчика 14 присутствуют логические О, при этом аналоговые ключи 11 и 19 находятся в закрытом состоянии, а коэффициент передачи аналого-цифрового преобразователя 10 и выходное напряжение на его аналоговом выходе равны нулю. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) может быть выполнен в виде АЦП с подразрядным уравновешиванием. В цикле фазировки амплитудно-модулированный измерительный сигнал, усиленный уп- равляемым усилителем 4, подается на , вход блока 13 фазировки, на управляющий вход которого поступают прямоугольные и myльcы в виде меандра с усилителя-ограничителя 12. Блок 13 фазировки может быть выполнен в Виде стробируемого амплитудного.ДФтектора с логическим выходом. В мо«г.

мемт перехода измерительного сигнала от низкого уровня к высокому блок 13 фаэировки вырабатывает управляющий импульс для счетчика 14, который переходит в режим счета и на его втором выходе появляется уровень логической 1, который поступает на аналоговый ключ 9 и открыает его. С этого момента времени начинается режим измерения.

Таким образом, в момент появления на первом входе управляемого усилителя измерительного сигнала с ВЫСОКИМ уровнем открьгоается ананоговый ключ 19 и коэффициент передачи управляемого усилителя 4 будет равен

V .4 4 S

-U

R., 1 R,i

коэффициенты пере1деЬ„(.4 1 дачи усилителя 20

RjRi по неинвертирующеf-ty и инвертирующем входу соответственно ;

rS%

сопротивления г засчштабных реэис горов 21-24 соответствен ио. Выбрав для определеипости

i R

получим к(j -,

и на усилителя 4 получим

сигнал U-j, равный

1Ц KI, -aK UolKfj хК) После прихода на счетный вход

счетчика 14 такого количества

сов П . чтобы выполнялось условие л-т,1и

первом выходе счетгдечика 14 появляется.логическая 1 и на втором выходе логический О, при этом аналоговый ключ 11 открывается, а ключ 19 закрывается. Этот момент соответствует переходу измер тельног й сигнапа с высокого уровня на низкий, т.е. на выходе магнитофона действует напряжение Уд, .

Это напряжение через масптабный р(гзистор 2 подается на инвертирующий вход усилителя 20 и через посл(гдовательно соединенные аналоговый ключ 11, аналого-цифровой преобразователь, масштабный резистор 23 на неинвертирутщий вход усилителя 20. Так как коэффициент преобразования аналого-цифрового преобразователя в начале цикла измерения равен

нулю, то напряжение на его аналоговом выходе будет отсутствовать,. Тог да на8 1жение У/

j на выходе усилителя 4 равно

Через время Т 2р происходит смена логических уравнений на выходах счетчика 14 и ключ 11 закрывается, а ключ J9 открывается. Таким образом в цикле измерения периодически с частотой F происходит противофазная коммутация ключей 1 и 19 и на выходе усилителя 4 с той же частотой F появляются напряжения U Эти напряжения детектируются латёктсфом 5 и на фильтре 6 низкой частоты выдел.яется огибающая 13меригельиого сигнала з виде ме.ан.цра;. изменя™ (ощаяся с частотой F -н равная

. uU IJ4 - Ucz а К,,йК Ug (8)

Это напряжение поступает на синхронный фильтр

который выделяет первую гармонику сигнала AU , и с его вьпхода поступает на фазовый де ектор 8, Б. результате на выходе фазового детектсра появлявтся напряжение которое поступает на блок коррекции У, который 3 зависимости сг поляр ттостм -:анря;1-:ения па выходе фазогого f,e-i::Ki ooa 8 выдае- на управляюпще , входы аналого-цифрового преобразо.ва теля 0, такт-оЕые импульсы прямого шш Обратного преобразовакия. Блок 9 киррек;ции 1.;сжет быть выполнен з виде генератора импульсов, с двумя кокмупгруеъъпш Еьзходаг-Ш,, импульсы которого появляются на одном из выхо дов в соответствии с полярностью ПЗ-пряжения с выхода фазового дете.к1ора

Тактовые импульсы, приходяЕ ие с выхода блока 9 коррекпд и на управля ощие входы аналого-и.нфрового преобразоват€ ля 10, изменяют его коэффициент пер€;дачи таким образом, что напряжение fi,U, вьщеляемое на фильтЕ е 6 низкой частоты, и соответствующая ей первая гармоника этого напряжения вьщеляемая синхр зкным фильтром,- 7 уменьшаются, Это происходит вследствие того, что напряжен:ие IJy, появляющееся на аналоговом выходе аналого-цифрового преобразсве.теля Ш в моменты времени, когде аналоговый ключ I открыт, равное

(8)

К л

К,

где Кц - Коэффшшент передачи аналого-цифрового преобразователя, пеступая через масштабный резистор 23 на неинвертирующий вход усилнтеяя 20, суммируется с напряжением Цд , поступающим на инвертирующий вход того же усилителя 20. В результате напряжение Ui на выходе усилителя 4 рринимает новое значение, равное

U4--4UoV:oto-knU oi i, (°

т,е, уменьшается на величину

U6 - К2 UQ КоКп(14а) : (П)

Процесс изменения коэффициента передачи аналого-цифрового преобразователя 10 происходит до тех пор, пока амплитудные значения напряжени ib,; и и не будут равны друг другу и соответственно напряжение на выходе фазового детектора 8 равно нулю.

Таким образом в установившемся режиме должно вьшолняться условие

uU-Ub-a.jUo-u C 2UoVCniAtabo

откуда „

К„ . П2)

(В) Решая совместно (1) , 8) и

(13) , получим

V - V ЗО

п- J VTToT

Таким образом, коэффициент передачи аналого-цифрового преобразователя 10 и цифровой код на его цифровом выходе в установившемся режиме пропорциональны коэффициенту третьей гармоники.

Предлагаемое устройство .по сравнении с известным имеет более высокое быстродействие и позволяет измерять нелинейные искажения на частотах, близких к верхней границе полосы пропускания магнитофона,а также имеет существенно меньшую;стоимость. .

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГАРМОНИК СКВОЗНОГО КАНАЛА МАГНИТОФОНА, содержащее генератор, связанный через магнитофон с фильтром высокой частоты, последовательно соединенные детектор и фильтр низкой частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности дополнительно введены управляемый усилитель, аналоговый ключ, аналого-цифровой преобразователь, усилитель-ограничитель, счетчик, блок фазировки и последовательно соединенные синхронный фильтр, фазовьй детектор, блок коррекций, при этом управляемый усилитель включен между выходом фильтра высокой частоты и входом детектора, вход синхронного фильтра соединен с выходом фильтра низкой частоты, выход блока коррекции подключен к управляющему входу , аналого-цифрового преобразователя, аналоговый выход которого соединен с вторым входом управляемого усилителя, а аналоговый вход через аналоговый ключ - с выходом фильтра вы- сокой частоты и с входом усилителяограничителя, выход которого подключен к управляющим входам синхронного фильтра, блока фазировки и счетчика, первый выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа, а второй выход - с управляющим входом фазового детектора и управляемого усилителя, выход которого через блок фазировки соединен с другим входом счетчика. 2. Устройство по п.I, о т л и чающееся тем, что генератор содержит источник синусоидального напряжения, выход которого соединен (Л :С сигнальным входом управляемого усилителя непосредственно, а с управляющим входом - через последовательно соединенные усилитель-ограниуитель и счетчик. 3. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что управляет .мый усилитель содержит аналоговый У1 ключ, усилитель и четыре масштабных резистора, причем первый сигнальный вход управляемого усилителя через первый масштабный резистор связан с 4 инвертирующим входом усилителя, а эо через последовательно соединенные второй масштабный резистор и анало говый ключ - с третьим масштабным резистором, второй конец которого подключен к второму сигнальному входу, и с неинвертирующим входом усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого включен четвертый масштабный резистор.

J:D

7V