Измерительный узкополосный усилитель Советский патент 1984 года по МПК H03G3/20 

Изобретение относится к радиотех нике и может быть использовано для предварительного усиления слабых сигналов переменного тока, подлежащих дальнейшей измерительно-информационной обработке и регистрации. Известен узкополосный усилитель со стабилизацией как модуля, так и .аргумента к&эффиц ента передачи, со держащий ,последовательно соединенны управляемый делитель напряжения, избирательный усилитель на основе перестраиваемой колебательной систе мы, фазосдвигающую цепь, перемножитель и фильтр нижних частот, а также избирательный усилительно-выпрямительный канал, интегратор, управи тель, выход которого соединен с перестраиваемой колебательной системой избирательного усилителя, выход которого подключен к входу калиброванного делителя напряжения, и широкополосный усилитель, выход которого соединен с вторым входом перемножителя 1,. Поскольку узкополосный усилитель предназначен для работы в широком, диапазоне входных сигналов, то на работу фазовой системы подстройки контура избирательного усилителя в эТом случае значительное влияние ок зывают изменения амплитуды входного сигнала. Использование д)я устранения этого влияния амплитудных огра,ничителей неизбежно приводит к появлению амплитудно-фазовой погрешности в системе подстройки. Кроме того, на точность подстройки из.бира тельного усилителя оказывают влияние дрейф нуля фазового дискриминатора (перемножитель и фильтр нижних частот) и погрешность фазосдвигающей цепочки., Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому является измерительный узкополосный усилител содержащий последовательно соединен ные входной управляемый делитель напряжени-я и первый избирательный усилитель, к выходу которого подключены последовательно соеди.ненные калиброванный делитель напряжения, первый переключатель, другой вход которого соединен с входом входного управляемогоделителя напряжения, второй избирательный усилитель, линейный выпрямитель, инвертор, второ переключатель, другой вход которого подключен кВЫХОДУ инвертора, интег ратор и элемент сравнения с опорным напряжением, .а также последовательно соединенные вентиль, к входу которого подключен генератор импуль.сов, реверсивный счетчик и первый регистр памяти, выход которого подключен к входу управления входного управляемого делителя напряжения, при этом управляющие входы.первого. и второго переключателей и реверсивного счетчика подключены к первому, переключающему выходу блока управления, управляющие входы интегратора и вентиля подключены к управляюще му выходу блока управления, другой выход реверсивного счетчика подключен к первому хронирующему входу блока управления 2j, Однако известный усилитель имеет невысокую точность подстройки, обусловленную нестабильностью параметров элементов колебательного контура. - . Цель изобретения - повышение точности подстройки. Поставленная цель достигается тем, что в измерительном узкополос.ном усилителе, содержащем последовательно соединенные входиой управляемый делитель напряжения и первый избирательный усилитель, к выходу которого подключены последовательно соединенные калиброванный делитель напряжения, первьай переключатель, другой вход которого соединен с входом входного управляемого дели теля напряжения, второй избирательный усилитель, линейный выпрямитель, инвертор, второй переключатель, другой вход которого подключен к выходу инвертора, интегратор и элемент сравнения с опорным напряжением, а также последовательно соединенные вентиль, к входу которого подключен генератор импульсов, реверсивный счетчик и первый регистр памяти, . выход которого подключен к входу управления входного управляемого дели теля напряжения, при этом управляющие входы первого и второго переключателей и реверсивного счетчика подключены к первому переключающему ВЫХОДУ: блока управления, управляющие входы интегратора и вентиля подключены к управляющему выходу блока управления, другой выход реверсивного счетчика подключен к первому хронирующему входу блока управления, выход линейного ВЕлпрямителя подключен к входу инвертора через первый введенный переключатель, выход вентиля подключен к входу реверсивного счетчика-через второй введенный переключатель, между другим выходом которого и входом перестройки частоты первого избирательного усилителя введены последовательно соединенные дополнительный реверсивный счетчик, другой вход которого подключен к первому переключающему входу блока управления, дополнительный регистр памяти и регулирующий элемент, между выходом первого избирательного усилителя и вторым входом первого введенного переключателя введены последовательно соединенные фазовращатель, перемножитель и фильтр нижних частот, между выходом пер.вого переключателя, и другим входом перемножитёля включен широкополосный усилитель, выход генератора импульсов подключен к тактирующему входу блока управления, управляющие входы введенных переключателей объединены и подключены к второму переключающему выходу блока управле ния, выход элемента сравнения с опо ным напряжением подключен к логичес кому входу блока управления, при этом управляющие входы регистров памяти подключены к выходу переноса информации блока управления, а другой выход дополнительного реверсивного счетчика подключен к второму хронирующему входу блока управления На фиг, 1 представлена структурная электрическая схемаизмерительного узкополосного усилителя/ на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управления, вхо дящего в состав измерительного узкополосного усилителя. Измерительный узкополосный.усили тель содержит входной управляемый делитель 1 напряжения, первый избирательный усилитель 2, фазовращател 3, перемножйтель 4, фильтр 5 нижних частот, калиброванный делитель б напряжения, первый переключатель 7, второй избирательный усилитель 8, линейньай выпрямитель 9, первый введенный переключатель 10, инвертор 11, второй переключатель 12, интегратор 13, элемент 14 сравнения.с Опорным Напряжением, генератор 15 импульсов,;вентиль 16, второй введенный переключатель 17, реверсивный счетчик 18, регистр 19 памяти, дополнительный реверсивный счетчик 20, дополнительный регистр 21 памяти, регулирующий элемент.22, широко полосный усилитель 23, блок 24 управления, первый переключающий выход 25, второй переключающий выход 26/ управляющий выход 27,,первый хронирующий вход 28, второй хронирующий вход 29, тактирующий вход 30, логический вход 31 и выход 32 переноса информации. Измерительный узкополосный усй.литель работает следующим образом. Усиливаемое напряжение и .поступает на вход первого избирательного усилителя 2 через входной управляемый делитель 1 напряжения. Напряжение на в.ыходе первого избирательног усилителя 2 U2 .,( , где К,| коэффициент передачи входного управ ляемого делителя 1 напряжений, Kj коэффициент усиления первого избирательного усилителя 2. Коэффициент передачи устанавливается кодом регистра 19 памяти, К; C/N, где С - коэффициент преобразования кода N - начальное кодовое число, записанное в регистр 19 памяти и соответствующее номинальному коэффициенту передачи избирательного усилителя К( К|К2 по модулю. Кроме того, в дополнительный регистр 21 памяти записано кодрвое число.И, которым с помощью регулирующего элемента 22 колебательная система первого избирательного усилителя 2 первоначально настраивается на заданную частоту резонанса сОр . Подстройка первого избирательного усилителя 2 по модулю и аргументу коэффициента передачи осуществляется последовательно по командным сигналам, поступающим из блока 24 управления (фиг. 2). (Вначале осуществляется .подстройка первого избирательного усилителя 2 по модулю коэффициента передачи, причем формирование регулирующего воздействия для подстройки усилителя происходит в два такта. В первом такте на вход второго избирательного усилителя 8 уерез первый переключатель 7, управляемый сигналом с первого переключающего выхода 25 блока 24 управления (фиг. 2, диаграмма 6 ), подается входное напряжение и . Усиленный и выпрямленный сигнал через переключатели 10 и 12. воздействуют на вход интегратора 13, при этом постоянное напряжение на входе интегра.тора Uj KjU , где Kj - коэффициент преобразования второго избирательного усилителя 8 и линейного вьшрямителя 9. По сигналу с управляющего выхода 27 блока 24 (фиг. 2, диаграмма 8 ), интегратор 13 начинает интегрировать напряжение Ц. Одновременно с этим откгялвается вентиль 16 и импульсы с выхода генератора 15 (фиг. 2, диаграмма 1 ),. через вентиль 16 и второй введенный перек1лючатель 17 поступают на вход реверсивного счетчика 18, находящегося в режиме Сложение. До этого в регистр реверсивного счетчика 18, емкость которого равна. 2и импульсОв, первоначально записывается кодовое число Н, Через интервал времени.tf H/f, где f - частота импульсов генератора 15, реверсивный счетчик полностью заполняется и на его выходе возникает импульс напряжения, поступающий на первый хронирующий вход 28 блока 24 (фиг. 2, диаграмма 4 ). С помощью этого импульса в блоке 24 формируется сигнал (фиг. 2, диаграмма 6 ) , переключающий переключатели 7 и 12 в другое положение и переводящий счетчик 18 в режим Вычитание. Напряжение на выходе интегратора 13 в этот момент времени Цц.- U3ti/t . 1)3 N/Т f где Т - постоянная времени интегратора. После синхронного переключения переключателей 7 и 12 на вход второго избирательного усилителя 8 через первый переключатель 7 и калиброванный делитель 6, коэффициент передачи которого К 1/Кнг поступает напряжение Uj с выхода первого избирательного усилителя 2. Усиленный и выпрямленный сигнал через первьой введенный переключатель 10 : |И инвертор 11 воздействует на вход интегратора 13. Постоянное напряжение на входе интегратора Us r-KjK Ug Я® V коэффициент передачи калиброванного делителя б. При .. этом выходное напряжение интегратора 13 линейно уменьшается по зако ну (и - U5,t/tr . ) или(l зN/rf-U t/rj. Через t;j 2 выходное напряжение интегратора, поступающее на оди , из входов элемента 14 сравнения, достигнет значения опорного напряжения Uq, При этом элемент сравнения срабатывает и на его выходе воз никает импульс напряжения, поступаю щий на ло1ический вход 31 блока 24 (фиг. 2, диаграмма 3 ), с помощЬю которого в блоке 24 формируется сиг нал на управляющем выходе 27 (фиг.2 диаграмма 8), закрывающий вентиль 16 и устанавливающий интегратор 13 в исходное состояние. Число импульсов N, поступающее на вход реверсивного счетчика 18 при работе последнего в режиме вычитание, определяется из условия U3N/rf-UjN /r| Up и при U0 - о К и и. 3 .Ч, N. i yj-S fРезультиругавдееЧИСЛО импульсов 2 зафиксированное .в виде кода реверсивным счетчиком 18 за оба режима его работы, равно ) По сигналу с выхода 32 блока переноса информации блока 24 {фиг. 2, диаграмма 2 ) этот код переписывается в регистр 19 памяти и устанавливает такое значение коэффициента передачи входного управляемого делит еЛя 1, при котором произведение коэффициентов передач равно номинальному значению Кн. После подстройки модуля коэффициента передачи осуществляется цикл подстройки первого избирательного усилителя 2 по ард ументу коэффициента передачи. При этом переклю чатели 10 и 17 сигналом с второго переключающего выхода 26 блока 24 управления переводятся в другое- положение (фиг. 2,, диаграмма 7М, причем второй введенный переключатель 17 подключает теперь к выходу вентиля 16 вход дополнительного рё версивного счетчика 20, емкость которого равна 2-N импульсам и в регистр которого предварительно записывается число Н. Работа блоков (13, 14, 16 и 15), осуществляющих преобразование напряжения в число импульсов, пройсходит по аналогии с циклом подстройки модуля коэффициента передачи усилителА, При этом в первом такте rfa вход интегратора 13 через фильтр 5 и первый введенный переключатель 10 подается выходное напряжение перемножителя 4, на. один вход которого через первый переключатель 7 и широкополосный усилитель 23 подается напряжение и, на второй вход - выходное напряжение 1/2, сдвинутое по фазе с помощью фазовращателя 3. В результате постоянное напряжение на входе интегратора 13 и mU U2 os ) и Ргде щ - постоянный коэффициент/ Л - фазовый сдвиг, вносимый перBbjM избирательным усилителем 2 при расстройке/ Э - фазовый угол, вносимый.фазовращателем 3 (его значение выбирается в диапазоне 4560), . : . . Ugp.- дрейф нуля перемножителя 4 i Во втором такте после синхронного переключения переключателей 7 и 12, производимого импульсом с другого выхода счетчика 20 (фиг, 2у диаграмма 5 ) через блок 24 (фиг. 2, диаграмма 6), на вход интегратора 13 через фильтр 5, первый введенный переключатель 10, инвертор 11 и второй переключатель 12 подается выходное напряжение перемножителя 4, на первый вход которого поступает теперь приведенное к входу с помощью избирательного делителя 6 выходное напряжение первого избирательного усилителя 2 (Ug). Поэтому постоянное напряжение на выходе фильт-ра 5 во втором такте Uy cosp ± U. В результате двух тактов работы системы автоподстройки результирующее число импульсов, зафиксированное в виде кода дополнительным реверсивным счетчиком 20, () / Ц / г-К-ИЙ- 7/ Этот код переписывается в дополнительный регистр 21 памяти и через регулирующий элемент 22 воздействует на колебательный контур-первого избирательного усилителя 2, Процесс подстройки осуществляется таким образом, что отношение (4Vt)

cosptU p

стремится к единице-. Тогда с учётом того, что предварительно производится подстройка модуля коэффициента передачи избирательного усилителя, можно записать

mUY Uj. с о S (af + Э) ± и ор. m .± Ugp Из приведенного тождества следует, чтолт О, Tie. первый избира7

тельный усилитель 2 настроен на резонанс, причем на точность настройки по сравнению с прототипом-не оказывают влияния изменения амп-питуды входного сигнала усилителя. Дрейф нулевого уровня фазового дискриминатора и погрешйость фазосдвигающей цепочки.

Указанные особенности предлагаемого усилителя дают возможность ши0роко использовать его в фазовых измерительных системах различного назначения, например фазовых светодальномерах, в индукционных преобразовательных системах угол поворота 5фаза - код и др., а также в частотно-анализирующей аппаратуре.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УЗКОПОЛОСНЫЙ yCHJJHTEJIb, содержащий последовательно СЬедйненные входной управляемый делитель напряжения и первый избирательный усилитель к выходу которого подключены последовательно соединенные калиброванный делитель напряжения , первый переключатель, другой вход которого соединен с входом входного управляемого делителя напряжения, второй избирательный усилитель, лийейный выпрямитель, Hrisepтор, второй переключатель, другой вход которого подключен к выходу инвертора, интегратор и элемент сравнения с опорн1лм напряжением а также последовательно соединенные вентиль, к входу которого подключен генератор импульсов, реверсивный счетчик и первый регистр памяти, вБкод которого подключен к входу управления входного управляемого делителя напряжения, при этом управляющие входы первого и второго пере ключатёлей и реверсивного счетчики подключены к первому переключаю&( выходу блока .управления, управляющие входы интегратора и вентиля под: ключены к управляющему выходу блока управления, другой выход реверсивно го счетчика подключен к первому хронирующему входу блока управления, о .т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности подстройки, выход линейного выпрямителя подключен к входу инвертора через первый введенный переключатель, выход вентиля подключен к входу ревер сивного счетчика через второй введенный переключатель, между другим выходом которого и входом пе рестройки частоты первого избирательного усилителя введены последовательно соединенные дополнительный реверсив.ный счетчик, .др-угой вход которого S подключен к первому переключающему (f входу блока управления, дополнительный регистр памяти и регулирующий элемент, между выходом первого избирательного усилителя и вторым входом первого введенного переключате- В ля введены последовательно соединенные фазовращатель, перемнозштель и фильтр нижних частот, между выходом первого переключателя -и другим входом перемножителя/включен ширркопо(лрсный усилитель, выход генератора импульсов подключен к тактирующему входу блока управлен 1я, управляющие j .входы введенных переключателей :1 объединены и подключены к второму переклйчающему выходу блока управления, выход элемент-а сравнения с опорг ным напряжением подключен к логи- ; ческому входу блока управления, при этом управляющие входы регистров пагК1яти подключены к выхаду переноса .информации блока управления, а ДРУГОЙ выход дополнительного реверсивного счетчика подключен к второму хронирующему входу блока управления.