Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G01R29/02 

1

Р1зобретение относится к технике измерения параметров импульсных сигналов, предназначено для измерения интегрального (наибольшего) значения коэффициента нелинейности (КН) пилообразных напряжений в широком диапазоне изменения их амплитуд и длительностей и может быть применено в устройствах контроля параметров генераторов пилообразного напряжения различного назначения.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона контролируемых преобразователей напряжения путем исключения влияния операции дифференцирования исходного пилообразкого напряжения на динамический диапазон входных пилообразных напряжений.

На фиг,1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняю- ище его работу.

Устройство содержит дифференцирующий каскад 1, входом соединенный с измерительным входом устройства, генератор 2 импульсов регулируемой длительности, входом связанный с входом синхронизации устройства, генератор 3 ступенчатого напряжения, компаратор 4 элемент 5 запрета, счетчик 6 импульсов, блок 7 индикации, связанные между собой каскадно, причем управляющий вход генератора 3 ступенчатого напряжения подключен к входу синхронизации устройства и второй вход элемента 5 запрета подключен к выходу генератора 2 импульсов регулируемой длительности, а также амплитудный детектор 8 и блок 9 выделения вершины., один вход которого подключен к опор- ному входу генератора 3 ступенчатого . напряжения, ;а выход.подключен к зто рому входу компаратора 4 и через детектор 10 знака нелинейности к бло- fry 7 индикащ1И5 блок 11 деления, соединенный входом делимого с выходом дифференцирующего каскада 1,переключатели 12 и 13, формирователь 14 строб-импульса и источник 15 опорного напряжения, Выход переключателя 12 сос,ди.нен с входом делителя блока 11, один вход переключателя 12 св.язаи с источником 15 опорного напряжения, опорным входом генератора 3 ступенчатого напряжения и масштабным входом .блока 11 деления, Его выход подклкчен к входу переключателя 13, один вых;од которого связан с вторым входом бло263502

ка 9 выд« ления вершины, а второй выход переключателя 1.3 через амплитудный детектор соединен с вторым входом переключателя 12 Формирователь 14 5 строб-импульса входом подключен к входу синхронизации устройства, а выходом связан с управляющими входами переключателей 12 и 13, с установочным входом генератора 3 ступенчао того напряжения и с третьим входом элемента 5 запрета.

Устройство работает следуюпщм образом.

До поступления на его входы пило- 15 образного напряжения Uf, и синхроимпульсов U(; 5 задающих частоту повторения :гшлообразного напряжения, равны нулю выходные напряжения U, U и и соответственно генератора 2, 20 Счетчика б и формирователя 14, а переключатели 12 и 13 находятся в верхнем положении, благодаря чему на вход (Делителя блока 11 подводится напряжение Цф , равное напряжению II ,д источ- 25 ника 1.5, Также равен нулю ток I.Ct) на входе делимого блока 11, поэтому исходные значения напряжений Ug Ug - 0. Выходное напряжение Uj- бло- KSI 9 вьзделения в.ершины соответствует верхней границе его динаг-тческого диапазона (фиг,2), Компаратор 4 находится J5. состоянин 1, а элемент 5 за- :ггрета ориентирован в непропускное состояние нулевьп. уровнем напряжения и,,

30

45

35

Цикл измерения КН начинается с появления на входах устройства и туль- COS напряжений U, и „ и реализуется в два т акта, один из которых является подг отовительным, а другой измерительным. На первом (подготовительном) такте, длительность которого равна Tj (фиг,2), фронтом 0-1 первого синхроимпульса U приводятся в действие фop rapoвaтeль 14 строб-импульса, который формирует строб-импульс, передний фронт которого задержан на время Т, относительно фронта импульса синхронизации Ug блока. На выходе диф- ференци.ального каскада 1 появляются импульсы тока ), пропорциональные значениям производной пилообразного напряжения. Они преобразуются блоком 11 деления в импульсы -напря- 55 женин . прямоугольной формы (фиг,2), Амплитуда импульсов пропорциональна максимальной скорости нарастания (производной) пигсообразного напряже50

ния, а спад вершины соответствует вариации этой скорости, т.е. характеризует нелинейность пилообразного напряжения во время прямого хода. Импульсы поступают через переключатель 13 на вход амплитудного детектора 8. Из-за инерционности последнего, содержащего запоминающий конденсатор, появляется переходный процесс установкоэффициентом усиления Кц, ), На первый вход блока 9 выделения вершины поступает постоянное напряжение от источника 15, В результате их вычитания и последующего усиления на выходе блока 9 во время прямого хода пилообразного напряжения формируются импульсы вершины.

Их амплитуда пропорциональна инления напряжения U (фиг. 2). К момен-ю тегральному значению f КН, а коэфту окончания подготовительного .такта, т.е. спустя время Т,, переходный процесс амплитудного детектора 8 должен полностью завершиться, и на выходе детектора 8 должен установиться уровень постоянного напряжения, рав- ньй амплитудному значению сигнала U2 . Длительность второго (измерительного) такта задается временем действия Tj-T, строб-импульса U (фиг.2). В начале такта положительный перепад напряжения U строб-импульса ориентирует переключатели 12 и 13 в-нижнее положение, разблокирует генератор 3 ступенчатого напряжения и дает разрешение на переключение в пропускное состояние элемента 5 запрета.При этом выход амплитудного детектора 8 через переключатель 12 соединяется с входом делителя блока 11, в резуль- тате чего на этом входе устанавливается напряжение

4

IL и ток I

Дел

35

пропорциональный максимальной производной пилообразного напряжения, а на выходе блока 11 деления появляется импульсное напряжение U.

Параметры импульсов Uj во втором такте Не зависят от входных сопротивлений блока 11 деления, от параметров дифференцирующего каскада и их изменений, вызванных температурными и временными воздействиями. Это способствует повышению точности измерения КН. Кроме того, амплитуда импульсов и не зависит от скорости нарас- тания пилообразного напряжения и, следовательно, от амплитуды и длительности контролируемого пилообразного напряжения. При всех измерениях она остается равной напряжению источ-50 ника 15 (фиг.2).

Спад вершины импульсов U на выходе блока 11 деления соответствует величине КН пилообразного напряжения. Импульсное напряжение Л. через пере- 55 ключатель 13 поступает на второй вход блока 9 выделения вершины (разностный усилитель со ступенчато-регулируемым

263504

коэффициентом усиления Кц, ), На первый вход блока 9 выделения вершины поступает постоянное напряжение от источника 15, В результате их вычитания и последующего усиления на выходе блока 9 во время прямого хода пилообразного напряжения формируются импульсы вершины.

Их амплитуда пропорциональна инфициентом пропорциональности является постоянный множитель, значение которого задается стабильными величинами U , и Kyj .

Последняя выбирается из соотношения

К,

1/Г

маис

5 0 5 Q

5

0

где

, - максимальное значение измеряемой нелинейности в относительных единицах,

Так при максимальной нелинейности 0,1 величина К,.р 10, а 0,01, K - 100. Поскольку диапазон измеряемых значений КН разбивается в предлагаемом устройстве на несколько поддиапазонов, то и Км имеет несколько фиксированных значений. При этом переключение диапазона измеряемых нелинейностей пилообразного напряжения осуществляется путем ступенчатого изменения величины К .

Для уравновешивания амплитуды ,,,, импульсов вершины формируется вспомогательное ступенчатое напряжение U (фиг.2), каждая ступень которого вырабатывается синхронно с фронтом 0-1 импульсов Uf. Размер каждой ступени напряжения U не зависит от параметров контролируемого пилообразного напряжения, т.е. при всех измерениях остается величиной постоянной. Она равна 1% от величины стабильного напряжения и f(5 источника 15 (на фиг.2 размер ступени изображен в увеличенном масштабе).

С целью получения вспомогательного напряжения опорный вход генератора 3 ступенчатого напряжения подключается к источнику 15. Таким образом, исключается изменение напряжения на опорном входе генератора 3 ступенчатого напряжения, благодаря чему в предлагаемом устройстве снимаются ограничения , налагаемые генератором 3 ступенчатого напряжения на величину динамического диапазона пилообразного напряжения, которые лимитируют величину динамического диапазона контролируемых пилообразных напряжений до относительно малых значений (порядка 3,,., .А),

С выхода генератора 3 ступенчатог напряжения напряжение Ug поступает н один вход компаратора 4, где сравнивав гея с импульсами вершины U, поступающими на другой вход компаратора 4 с выхода блока 9. Пока выходное напряжение U компаратора 4 равно логическому нулю, а при логической единице. Перепады напряжения U-. J формируемые в моменты изменения знака разности , служат фронтами гголожительных импульсов сравнения компаратора 4. Они поступают ка первый вход элемента 5 запрета, который находится в непропускном состоянии. На второй вход элемента 5 запрета поступают выходные импульсы Ug с генератора 2 импульсов регулированной длительности. Срез 1-0 пер- вого после начала измерительного такта импульса Ug устанавливает элемент 5 запрета в пропускное состояние „ Пололштельный импульс сравнения первой ступени напряжения Ug с им- Uj-., формируемыми блоком 4, формирует на выходе элемента 5 запрета перепад 1-0 напряжения Ug (фиг,2)д регистрируется счетчиком 6 т-; далее блоком индикации 7

В дальнейшем компенсирующее напряжение Ug ступенчато возрастает, а счетчик 6 производит подсчет импуль- соз сравнения, приходящихся на- перио прямого хода .пилообразного напряже- HPIK „ Импульсы сравнения 5 приходящиеся на момент обратного хода пилообразного напряжения, не проходят на вход, счетчика 6, так как в это время элемент 5 запрета блокирован импульсом U,j с генератора 2, минимальная длительность лсоторого несколько превышает длительность обратного хода пилообразного напряжения. Поэтому, как только компенсирующее напряжение Ug станет больше амплитуды иу пульсоЕ вершины прекращается доступ импульсов сравнения на вход счетчика 6, Б его разрядах и в блоке 7 иядикадии оказывается зафиксирован- KiifM дБоичньй код числа N, для которого можно записать уравнение

и,,,, |,„ N, откуда

N lOO Ky.t

Таким образом, результат измерения, вырабатываемый на втором такте, представляет собой число N, равное интегральному (наибольшему) значению JCH у контролируемого пилообразного напряжения, выраженному непосредственно в процентах. Блок 7 индикации индицирует результат измерения в десятичном коде.

Для замера нелинейности на отдельно выбранном участке прямого хода пилообразного напряжения необходимо и:зменять длительность импульсов Ug J, что иллюстрируется на фиг.2 штриховыми линиями.

Детектор 10 знака дифференцирует и усиливает сигнал U с выхода блока 9 вьщеления вершины. На выходе детектора 10 устанавливается уровень логического нуля при положительном знаке КН и уровень логической единицы, когда знак КН отрицательный. Сигналы с выхода детектора 10 управляют работой соответствующего индикатора в блоке 7, например светодиода.

По срезу строб-импульса U завершается второй (измерительный) такт работы устройства, а также цикл изменения КН„ Перепад напряжения U до уровня логического нуля возвращает в верхнее положение переключатели 12 и 13 (фиг,1)5 блокирует по установочному входу генератор 3 ступенчатого напряжения (при этом напряжение Ug принимает нулевое значение), запрещает переключение элемента 5 запрета в пропускное состояние формирова- 14 и обнуляет разряды счетчика 6 с целью обеспечения нового цикла измерений. Первый после строб-им пульса и, сигнал U, запускает формирователь 14 строб-импульса, давая начало следующему циклу измерения Юi, в ходе которого процессы повторяются.

Формула изоб.ретения

Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержаш,ее дифференцирующий каскад, вход которого является измерительным о входом устройства, генератор импульсов регулируемой длительности, вход которого является входом синхронизации устройства, последовательно соединенные генератор ступенчатого напряжения

7.

компаратор, элемент запрета, счетчик импульсов и блок индикации, а также амплитудный детектор, детектор знака нелинейности и блок выделения вершины импульса, подключенный одним входом к опорному входу генератора ступенчатого напряжения, а выходом - к второму входу компаратора и через детектор знака нелинейности к блоку индикации, при этом управляющий вход генератора ступенчатого напряжения соединен с входом синхронизации устройства, а второй вход элемента запрета подключен к выходу генератора импульсов регулируемой длительности, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых напряжений, введены блок деления, два переключателя, источник опорного напряжения и формирователь строб-импульса, причем вход делимого блока деления подклюя в в я я пflоDLl

Г ЛЛЛЛАЛЛЛЛ

LJ -.

.,.П-Г1

Редактор Н.Яцола

Составитель Н.Михалев Техред Л. Олейник

Заказ 2126/43 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

508

чен к выходу дифференцирующего каскада, вход делителя соединен с выходом первого переключателя, первый вход которого и масштабный вход бло- ка деления соединены с источником опорного напряжения и опорным входом генератора ступенчатого напряжения, выход блока деления связан с входом второго переключателя, один выход которого соединен с вторым входом блока выделения вершины импульса, а другой выход второго переключателя через амплитудный детектор соединен с вторым входом первого переключате- ЛЯ, вход формирователя строб-импульса подключен к входу синхронизации устройства, а выход формирователя строб-импульса соединен с управляющими входами переключателей, устано- вечным входом -генератора ступенчатого напряжения,третьим входом элемента запрета и установочным входом счетчика.

.,.П-Г1

Lf

Корректор Г.Решетник

Изобретение относится к измерениям параметров импульсных сигналов и может использоваться для измерения наибольшего (интегрального) коэффициента нелинейности пилообразных напряжений в широком диапазоне изменения их амплитуд и длитeJ нocтeй.Цeль изобретения - расширение динамического диапазона контролируемых преобразователей напряжения путем исключения влияния операции дифференцирования исходного пилообразного напряжения на динамический диапазон входных пилообразных напряжений. Это достигается введением в устройство блока деления 11, переключателей 12 и 13, источника опорного напряжения 15 и формирователя стробимпульса 14. Устройство, кроме того, содержит дифференцирующий каскад 1, генератор 2 импульсов регулируемой длительности, генератор 3 ступенчатого напряжения, компаратор.4, элемент запрета 5, счетчик импульсов 6, блок индикации 7, амплитудный детектор 8, блок 9 вьще- ления вершиныи детектор Ю знака.2ил, Ою (Л Фиг.1