Измеритель коэффициента гармоник Советский патент 1984 года по МПК G01R23/20 

1 Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения коэффициента гармоник электрических сигналов, и может быть использовано для интегральной оценки нелинейных искажений, вносимых в сигналы радиоэлект ронными устройствами, каналами связи и др. Известно устройство для измерения коэффициента нелинейных искажений синусоидального сигнала, содержащее контур параметрической стабилизации среднеквадратического значения перво гармоники сигнала, состоящий из соединённых последовательно широкополосного, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, избирательного фильтра, настроенного на частоту первой, гармоники, блока сравнения среднеквадратических значений напряжений с подключенным к нему источником опорного напряжения и усилителя постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу широкополосного усилителя, а также после довательно соединенные с выходом широкополосного усилителя режекторный фильтр, настроенный на первую гармонику исследуемого сигнала, и вольтметр среднеквадратических значений Ci Недостатком этого устройства является сложность изготовления перестраиваемого по частоте избирательного фильтра с большим подавлением боковых частот (100-120 дБ), а также наличие ограничений, накладьшаемых на точность и диапазон измерения коэффициента гармоник шумами и нелинейностью амплитудных характеристик режекторного фильтра и вольтметра среднеквадратических значений. Наиболее близким к предлагаемому является измеритель нелинейных искажений, содержащий широкополосный уси литель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого является вхо дом измерителя, соединенные последовательно квадратичный преобразовател элемента сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напряжения, выход которого соединен с управлякнцим входом широко полосного усилителя, а также последо вательно соединенные режекторный : фильтр, линейный преобразователь среднеквад15атических значений напря6жения и цифровой вольтметр постоянного напряжения 2, Недостатком данного измерителя является низкая точность измерения коэффициента гармоник в заданном диапазоне измерений, обусловленная шумами и нелинейностью амплитудных характеристик режекторного фильтра и преобразователя среднеквадратических значений напряжения, а также наличием методической погрешности, вызванной отсутствием избирательного фильтра, настроенного на первую гармонику сигнала. Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента гармоник в большом диапазоне его значений. Поставленная цель достигается тем, что Б измерителе коэффициента гармоник, содержащем широкополосный усилитель .с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого является входом измерителя, соединенные последовательно первый квадратичный преобразователь, первый элемент сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом широкополосного усилителя, а также режекторный фильтр и цифровой вольтметр, введены последовательно соединенные аттенюатор с регулируемым коэффициентом деления, второй квадратичный преобразователь, второй элемент сравнения, второй усилитель постоянного напряжения и масштабный преобразователь, выход которого подключен к входу цифрового вольтметра,, при этом вход аттенюатора с регулируемым коэффи1щентом деления по.дключен к выходу широкополосного усилите ля с регулируемым коэффициентом усиления, выход второго усилителя постоянного напряжения подключен к управляющему входу аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления, а в.торой вход второго элемента сравнения подключен к источнику опорного напряжения. На чертеже представлена функциональная схема измерителя коэффициента гармоникс Измеритель содержит широкополосный усилитель. 1 с регулируемым коэффициентом усиления, сигнальный вход которого является входом измерителя, а между его выходом и управляющим 311 входом включены последовательно соединенные режекторный фильтр 2, квадратичный преобразователь 3, элемент 4 сравнения с подкладченным к его свободному входу источником 5 опорного напряжения и усилитель 6 постоянного напряжения, К выходу широкополосного усилителя 1 также подключен аттенюатор 7 с регулируемым коэффициентом деления, между выходом и управляющим входом которого включены последовательно соединенные второй квадратичный преобразователь 8, второй элемент 9 сравнения, свободный вид которого подключен к источнику опорного напряжения 5, и второй усилитель 10 постоянного напряжения, к выходу которого через масштабный преобразователь 11 подсоединен цифровой вольтметр 12. Измеритель коэффициента гармоник 1работает следуюшрям образом. Исследуемое входное напряжение U X поступает на вход широкополосного усилителя 1 и усиливается в К раз. Режекторный фильтр 2 подавляет первую гармонику в сигнале и„ , а оставшаяся сумма высших гармоник возводится в квадрат и усредняется квадратичным преобразователем 3. Вьщеленная постоянная составляющая преобразованного напряжения сравнивается на элементе 4 сравнения с постоянным напряжением U, воспроизводимым источником 5 опорного напряжения, разностное напряжение усиливается усилителем 6 постоянного напряжения и управляет коэффициентом усиления широкополосного усилителя 1 таким образом, чтобы уравнять значения напряжений на входах элемента 4 сравнения. Равновесному состоянию соответствует соотношение ()2Kj U const, (1) из которого следует , (2 где Kj, Kj - коэффициенты передачи блоков фильтра 2 и преобразователя 3 соответственно. С выхода широкополосного усилителя 1 полное входное напряжение поступает на аттенюатор 7 и делится в К раз, возводится в квадрат и усредняется квадратичным преобразов телем 8. Вьщеленная в результате постоянная составляющая преобразова ного напряжения сравнивается на эле менте 9 сравнения с постоянным напряжением Uf, воспроизводимым источником 5 опорного напряжения, разностное напряжение усиливается усилителем 10 постоянного напряжения и управляет коэффициентом деления аттенюатора 7 таким образом, чтобы уравнять значения напряжений на входах элемента 9 сравнения. Равновесному состоянию соответствует соотношение ()2Kg U const, (3) где Kg- коэффициент передачи преобразователя 8, из которого следует Ki VVKiYK V. () откуда с учетом соотношения (1) получимс учетом того, что ньшолняются условия , , а также, принимая во внимание, что z+Slu m .if,B S. де U и Ug - среднеквадратические значения соответственно первой и i-й гармонических составляющих напряжения; m - количество гармонических составляющих. олучим де « 11 21 и. /U истинное знаl i-2 чение коэффициента гармоник . Таким образом, в результате провеенных преобразований информация об змеряемой величине - коэффициенте армоник - оказалась заключенной значении коэффициента деления аттеюатора 7. С момента установления авновесия напряжений на входах элеентов 4 и 9 сравнения режекторный ильтр 2 и квадратичные преобразователи 3 и 8 работают практически в одной точке своей характеристики, благодаря чему исключено влияние на результат измерений среднего значения квадрата шумов (ввиду его постояв- ного значения относительно напряжения) и нелинейности амплитудно-частотных характеристик режекторного фш1ьтра 2 и квадратичных преобразо™ вателей 3 и 8. Однако результат измерений, представленный в форме выр жения (6), требует дополнительной операции корнеизвлечения исодержит методическую погрешность. Необходимым условием осуществле- НИН изобретения является установление функциональной зависимости между коэффициентом деления аттенюатора 7 и управляющим этим коэффициентом постоянным напряжением и„ вида К,1/(И-ехр К.,, и,,, ) (7) Решив это уравнение относительно и и заменив в нем К его значенй ем из (6) получим епк . ( После масштабирования инвертирую щим масштабным преобразователем 11 напряжения U,, в К, 1Ьк ,, ра : на цифровой вольтметр 12 поступит напряжение Og,«20 Jg К. Функциональная зависимость ви да (7) легко может быть реализована посредством использования в качеств аттенюатора с регулируемым коэффици (ентом деления управляемого постоянным напряжением делителя переменного тока на дифференциально включенной согласованной паре биполярных транзисторов. Теоретически высокая точность воспроизведения зависимости (7) таким аттенюатором подтверждена экспериментальными исследованиями интегрального дифференциального усилителя типа К 198УС1, которые показали, что относительное отклонение реальной зависимости коэффициен-°та деления аттенюатора от напряжения между базами транзисторов дифференциальной пары и диапазоне значений О - 60 Б и в частотной области от 20 Гц до 200 кГц не превьш1ает 0,5%. Этот результат лучше, чем у измерителя нелинейных искажений С6 8 по непрерывному диапазону - в 3 раза (у С6-8 - 20 g Б) и по точности более чем в 4 раза. Указанные достоинства позволяют расширить нижний предел измеряемых коэффициентов гармоник при одновременном увеличении быстродействия измерительного процесса и при его полной автоматизации. В измерителе благодаря использованию хорошо разработанных и дешевых устройств широкого применения удалось при относительно небольших аппаратурных затратах достичь высоких метрологических характеристик, Это позволяет исключить необходимость использования дорогостоящих измерительных систем и анализаторов гармоник для измерения малых коэффициентов гармоник в широком динами- ческом диапазоне.

ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ГАРМОНИК, Содержащий широкополосный усилитель с регулируемьм коэффициентом усиления, вход которого является входом измерителя, соединенные последовательно первьй квадратичньй . преобразователь, первый элемент сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, первый усилитель постоянного напря- жения, выход -которого соединен с управляющим входом широкополосного усилителя, а также режекторный фильтр и цифровой вольтметр, d т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные аттенюатор с регулируемым коэффициентом деления, второй квадратичный преобразователь, второй элемент сравнения, второй усилитель постоянного напряже.ния и масштабный преобразователь, выход которого подключен к вхрду цифрового вольтметра, при этом вход аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления подключен к выходу широкополосного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход второго усилителя постоянного напряжения подключен к управляющему входу аттенюатора с регулируемым коэффициентом деления, а второй вход второго элемента сравнения подключен к источнику опорного напряжения.