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

Изобретение относится к радноизмерительнЬй технике и может быть использовано для контроля нелинейности импульсов развертки в телевидении, а также пилообразного напряжения, применяемого в других областях радиоэлектроники. Цель изобретения - повышение точности измерения путем компенсации погрешности дифференцирования входного сигнала. На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммтз, поясняющие принцип его работы. Устройство содержит дифференцирующий каскад 1, первый вход которого образует вход устройства, гене ратор 2 ступенчатого напряжения, компараторы 3 и 4 напряжения, элемент 5 И, подключенный к объединенным выходам компараторов 3 и 4 напр жения, подключенный к входу стробирования компаратора 4 напряжения эл мент 6 И и подключенный к входу генератора 2 ступенчатого напряжения . элемент 7 И, подключенную к выходу элемента 5 И цепь из последовательно соединенных счетчика 8 и индикатора 9, а также генератор 10 импуль сов , выход которого подключен к об единенным второму и третьему входам элементов 5 и 7 И, блок i1 управления, инвертор 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и компаратор 14 длительности, состоящий и.з RS-триггеров 1.5 и 16, между которыми включ элемент 7 И, вьгкоды триггера 16 являются прямым и инверсным выходам компаратора 14 длительности, а Rвход триггера 16 образует установоч ный вход компаратора 14 длительности, R-вход триггера 5 образует пер вый вход компаратора 14 длительности, а S-вход триггера 15 соединен с вторым входом элемента 17 И, ооразу . ет второй вход компаратора 14 длительности и является входом синхронизации устройства, к которому через инвертор 12 подключен элемент 6 И, выходы компараторов 3 и напряжения подключены к первому входу элемента 7 И и первому входу компаратора 14 длительности, установоч ный вход которого объединен с установочными входами генератора 2 ступенчатого напряжения,. счетчика 8 и соединен с выходом блока 11 управления, прямой выход подключен к третьему входу элемента 5 И и второму входу элемента б И, а инверсный выход соединен с вторым входом элемента 7 И и с входом стробирования компаратора 3 напряжения, причем выход генератора-2 ступенчатого напряжения через резистор 18 соединен с вторым входом дифференцирующего каскада 1 и с входом оцорного напряжения цифроангшогового преобразователя 13, информационный вход которого подключен,;К выходу счетчика 8, а выход через резистор 19 соединен с вторым входом дифференцирующего каскада 1, выход которого подключен к объединенным неинвертирующему и инвертирующему входам компараторов 3 и 4. Дифференцирующий каскад 1 содержит конденсатор 20 и токовый повторитель на транзисторе 21, эмиттер которого через резистор 22 подключен к минусу источника питания, база соединена с общей шиной источника питания, а коллектор через резистор 23 подключен к плюсу источника питания и образует выход дифференцирующего каскада 1, первый вывод конденсатора 20 образует первый вход дифференцирующего каскада 1, а второй вывод соединен с эмиттером транзистора 21 и образует второй вход дифференцирующего каскада 1. На фиг.2 приведены следующие диаграммы напряжений: 24 - напряжение, поступающее на вход синхронизации устройства; 25 - входное пилообразное напряжение; 26- выходное напряжение блока П управления; 27 - выходное напряжение дифференцирующего каскада 1, 28 - выходное напряжение компараторов 3 и 4 напряжения; 29 напряжение на выходе элемента И 7; 30 - напряжение на выходе RS-триггера 15; 3-1 - напряжение на прямом выходе компаратора 14 длительности; 32 - напряжение на выходе элемента И 5. Генератор 2 ступенчатого напряжения и цифроаналоговый преобразователь выполнены на микросхемах 153, 155, 572 серий. Ko fflapaтopы 3 и 4 напряжения представляют собой микросхему 521 серии, элементы 5 - 7 И, счетчик 8, генератор 10 импульсов, блок 1 управления, инвертор 12 и компаратор 14 длительности могут 3 быть выполнены на микросхемах I55 серии. Принцип работы устройства основ на том, что информация об изменени скорости нарастания цилообразного напряжения содержится в вершине цр дифференцированного входного импул са, амплитуда которого несет инфор мацию о максимальной скорости нарастания. Ток через конденсатор 20 дифференцирующего каскада 1, определяемый как УВХ 1с С МОЖНО условно разделить на две составляющие: IIV, - ток, пропорционал ный максимальной скорости нарастания входного сигнала, и Д1 - ток, пропорциональный изменению .скорост нарастания входного напряжения. В соответствии с этим можно записать 1 1,„ - л1. Измерение коэффициента нелинейности производится в два этапа. На первом этапе с помощью генератора 2 ступенчатого напряжения производ ся компенсация составляющей тока конденсатора 1, а на втором этапе с помощью цифроаналогового. преобра зователя 13 компенсируется составляющая тока ДЕ. Устройство работает следующим о разом. В исходном состоянии генератор 2 ступенчатого напряжения, счетчик 8, цифроаналоговый преобразователь 13 и RS-триггер 16 находятся в нулевом состоянии, элементы 5 и 6 И заперты, компаратор 3 напряжения открыт логическим уровнем на его стробирующем входе, а компаратор 4 напряжения заперт. Напряжение 27 на выходе дифференцирующего каскада определяется величинами резис торов 18, 19, 22, 23 И конденсатора 20 и может быть рассчитано из выражения 21 E-I, - c.I.R, где о- коэффициент передачи по то ку транзистора 21; Е - напряж-ение источника питания;1., I-) - токи коллектора и эмиттера транзистора 21. В свою очередь 1 определяется формулой 28 Т JJ95: UM 9 R, Пг R, - напряжение эмиттер-база транзистора 21. Величины резисторов выбраны таким образом, что в исходном состоянииUj7 Uon, где UOP - напряжение источника опорного напряжения, подключен. ного к входам компараторов 3 и 4. При подаче на вход устройства пилообразного напряжения 25 через конденсатор 20 начинает протекать ток, под действием которого транзистор 21 запирается и на выходекомпаратора 3 появляется напряжение логической единицы, разрешающее прохождение импульсов от генератора 10 импульсов через элемент 7 И к генератору 2 ступенчатого напряжения, который, в свою очередь, начинает формировать отрицательное ступенчатое напряжение , создающее в цепи эмиттера ток, компенсирующий составляющую тока конденсатора Хщ, причем ступенчатое напряжение формируется только тогда, когда выходное напряжение 27 дифференцирующего каскада 1 больше, чем „„ , т.е. пока на выходе компаратора 3 есть импульсы. Формирование ступенчатого напряжения заканчивается, когда UrcH т Момент полной компенсации тока 1 определяется с помощью компаратора 14 длительности, который сравнивает длительность прямого хода пилообразного напряжения 25 (длительность паузы между импульсами синхронизации и) с длительностью пауз-на выходе компаратора 3 напряжения. Компаратор длительности работает следующим образом. На входы RS-триггера 15 поочередно поступают импульсы напряжения 28 и 24 с выхода компаратора 3 налряжения и с входа синхронизации устройства. Под действием этих сигналов триггер 15 меняет свое состояние (диаграмма напряжения 30). В момент полной компенсации тока 1, т.е. когда UOP Ujj на всем прямом ходе исследуемого напряжения, на S-вход RS-триггера 5 приходят подряд два импульса синхронизации, первый из которых устанавливает триппер 15 в единичное состояние, а второй через элемент 17 И устанавливает в единичное состояние RS-триггер. 16 (диаграмма напряжения 31), меняя тем самым состояние выходов компаратора 14 длительности на противоположное. При этом запирается элемент 7 И, отключается компаратор 3 напряжения и под- JQ Не ключается компаратор 4 напряжения, ля формирующий на выходе сигнал, разрешающий прохождение импульсов через элемент 5 И на счетчик 8 (диаграмма напряжения 32). Цифроаналоговый преобразователь 13 преобразует код счет чика 8 в напряжение ,, которое соз дает в цепи эмиттера транзистора 21 дополнительный ток -гУ Hit R, Импульсы напряжения 27 на выходе дифференцирующего каскада 1 начинают : смещаться вверх. Этот процесс продол жается до тех пор, пока ток полность не скомпенсирует составляющую тока конденсатора д, после чего на выходе компаратора 4 напряжения импульсы не формируются, так как в течение всего прямого хода выполняется услоа в момент обратного вие U;5K хода импульс синхронизации через инвертор и.элемент 6 И, поступая на вход стробирования компаратора 4 напряжения,запрещает сравнение входных сигналов, поддерживая выходное напряжение.и на уровне логического нуля. Окончание процесса компенсации д1 определяется условием с точностььэ до одного дискрета цифро аналогового преобразователя 13, а напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 13, с учетом того, что в качестве опорного на него подается напряжение определяется выражением Уш-. где п.- разрядность цифроаналогового преобразователя 13; N - код на выходе счетчика 8. Используя выражения (I), (2) и(3 можно получить 1270728 N - коэффициент пропорциональности;- коэффициент нелинейности исследуемого пилообразного напряжения. од N индицируется индикатором 9. ходимое время индикации опредеся блоком управления, который ормирует сигнал сброса, после котоого измерения повторяется. Формула изобретения 1. Устройство для измерения коэффициента нелинейности пилообразного напряжения, содержащее дифференцирующий каскад, первый вход которого образует вход устройства, генератор ступенчатого напряжения, последовательно соединенные первый компаратор напряжения, первый элемент И, счетчик и индикатор, а также генератор импульсов, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, и блок управления, выход которого соединен с установочными входами генератора ступенчатого напряжения и счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй резисторы, источник опорного напряжения, инвертор, второй и третий элементы И,, второй- компаратор напряжения, цифроаналоговый преобразователь и компаратор длительности, при этом к входу синхронизации устройства через инвертор подключен второй элемент И, выход которого соединен с входом стробирования второго компаратора напряжения, выход которого подключен к выходу первого компаратора напряжения-, к первому входу третьего элемента И и первому входу компаратора длительности, второй вход, которого подключен к входу синхронизаг-ции ус-тройства, установочный вход соединен с выходом блока управления, прямой выход подключен к третьему входу первого элемента И и второму входу второго элемента И, а инверсный выход соединен с вторым, входом третьего элемента И и с входом стробирования первого компаратора напряжения, -причем выход генератора сту