Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсников Советский патент 1987 года по МПК G01R27/28 

20

25

Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть использовано при измерениях амплитудных и фазочастотных характеристик четырехполюсников в технике связи и телеви- j дении.

Цель изобретения - повьшение точности измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные /О диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - блок выделения периода входного сигнала; на фиг. 4 - преобразователь периода в ток разряда; на фиг. 5 - формирователь управ- 5 ляющих сигналов; на фиг. 6 - преобразователь временного сдвига; на фиг. 7 - блок вьзделения периода.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 вьщеления периода входного сигнаа, аналоговый ключ 2, исследуемый объект - четырехполюсник 3, преобразователь 4 периода в ток разряда, ервый накопительный конденсатор 5, ервый и второй амплитудные детектоы 6 и 7 со сбросом, элемент 8 антисовпадений, элемент И 9, преобразователь 10 временного сдвига, второй накопительный конденсатор 11, компаратор 12, формирователь 13 управляю- 30 щих сигналов, счетчик 14 с индикацией фазового сдвига, генератор 15 кодовой частоты, первьй преобразователь

16напряжение - частота,второй преобразователь 17 напряжение - частота, 35 блок 18 вьщёления периода, счетчик

19 с индикацией коэффициента передачи, первая и вторая клеммы 20 и 21 устройства дпя подключения исследуемого четырехполюсника, причем выход 40 блока 1 выделения периода входного сигнала соединен с входами преобразователя 4 и формирователя 13, выход аналогового ключа 2 через последовательно соединенные исследуемый 45 объект 3, второй амплитудный детектор 7 со сбросом, второй преобразователь

17напряжение - частота соединен со счетчиком 19, а также через последовательно соединенные первый амплитуд- 50 ный детектор 6, первый преобразователь 16 напряжение - частота и блок

18- с другим входом счетчика 19.

Блок 1 вьщеления периода входного 5 сигнала (фиг. 3) содержит компаратор 22 напряжения, первый и второй D-триг- геры 23 и 24. В исходном состоянии триггеры 23 и 24 сброшены в О.

триггер 24 заблокирован по R-входу потенциалом с (-выхода триггера 23.

При подаче на вход компаратора 22 гармонического сигнала U на его выходе формируются сигналы прямоугольной формы. Логический сигнал, поданный на вход запуска, устанавливает в 1 триггер 23. В результате этого снимается блокировка по R-входу триггера 24. Триггер 24, работающий в счетном режиме, вырабатывает на выходе логический сигнал, равный одному периоду входного напряжения. По спаду сигнала триггер 23 с Q-выхода триггера 24 возвращается в исходное состояние, блокируя тем самым триггер 24.

Преобразователь 4 периода в ток разряда (фиг. 4) состоит из ключей 25 и 26, источника 27 тока, преобразователя 28 напряжения в ток разряда. В исходном состоянии ключ 23 замкнут, а ключ 26 разомкнут, конденсатор 5 разряжен. В течение Т,, ключ 26 замыкается, ключ 25 размыкается на время Iизмерения. В результате конденсатор 3 подключается к источнику 27 тока

Напряжение на конден- преобразуется в ток раз1 элеменряда IP преобразователем 28.

Формирователь 13 управляющих сигналов (фиг. 3) содержит элемент ИЛИ 29, три D-триггера 30, 31 и 32, схему выделения спада 33 и 34 и конденсатор 33.

Формирователь управляется логическими сигналами от блока та 8 и компаратора 12. В исходном состоянии триггеры 30, 31 и 32 сброшены в О. Фронтами сигналов с выходов блока 1 и элемента 8 триггеры 30 и 32 устанавливаются в 1, триггер 31 устанавливается в 1 с выхода элемента ИЛИ 29 спадом одного из сигналов, поступающих на его входы.

В исходное состояние все триггеры возвращаются от блока 12 через схему 33 и 34 вьщеления спада, конденсатор 33.

Преобразователь 10 временного сдвига (фиг. 6) состоит из трех ключей 36, 37 и 38 и источника 39 тока. В исходном состоянии ключ 36 замкнут а ключи 37 и 38 разомкнуты, конденсатор 11 разряжен. Ключ 36 размыкается на время измерения, 36 замыкается на время Т , в результате чего источник 39 тока подключается к конденсатору 11. Затем включается ключ

38, осуществляя стадию разряда конденсатора 11 током, пропорциональным напряжению на выходе преобразователя 4.

Блок 18 вьщеления периода (фиг.7) 5 сигналы (фиг. 2, вых. 2 детектосодержит два D-триггера 40 и 41 и два блока вьщеления фронта, первый из которых содержит два элемента 42 и 43 совпадения и конденсатор 44,

ров 6 и 7), поступающие на входы элементов 8 и 9. Элемент 8 формирует сигнал (фиг. 2, вых. элемента 8), равный временному сдвигу. По фронту

а второй - два элемента ,45 и 46 сов- Ю сигнала формирователь 13 (фиг. 5) выпадения и конденсатор 47.

В исходном состоянии D-триггеры

40и 41 установлены в О. Триггер

41блокирован по R-входу потендиа- лом, снимаемым с Q-выхода триггера , 40. Блок вьщеления фронта (элементы

42и 43 совпадения и конденсатор 44) формирует импульс, который устанавливает в 1 триггер 40, в результате чего потенциал блокировки с

R-входа триггера 41 снимается.

Измеритель работает следующим образом.

В исходном состоянии аналоговый

рабатывает на выходе сигнал разрешения работы преобразователя 10 (фиг.2, вых. 2 формирователя 13), который размыкает ключ 36 (фиг. 6). Конденса15 тор 11 током I l в течение (фиг. 2, вых. преобразователя 10) заряжается через ключ 37 (фиг. 6), замыкаемым по сигналу с элемента 8,. до напряжения U-f I f-t/Cii , где Сц - емкость

20 -конденсатора 11. По спаду сигнала

Т(, или , пришедшего по времени поссчетчика 14 поступают импульсы с генератора 15 кодовой частоты. Когда конденсатор 11 разрядится до напряледним, формирователь 13 открывает счетный вход счетч11ка 14 и разрешает преобразователю 10 осуществлять раз- ключ 2 закрыт, накопительные конден- ряд конденсатора 11 током 1р с выхо- саторы 5 и 11 разряжены, амгшитуд- да преобразователя 4. На второй вход ные детекторы 6 и 7 установлены в - ноль, формирователь 13 управляющих .сигналов находится в нулевом состоянии, входы счетчиков 14 и 19 закрыты. 30 жения срабатывания компаратора 12, ;сигнал с выхода компаратора 12

При поступлении извне импульса за- (фиг. 2, вых. компаратора 12) возвра- пуска на вход (фиг. 1 и 2) блок 1 щает формирователь 13 в нулевое формирует из входного сигнала U, . состояние), в результате чего проис- поступающего на вход устройства 35 ходит разряд конденсаторов 5 и 11

до исходного состояния. На выходе формирователя 13 вьфабатывается сигнал tp (фиг. 2, вых. 3 формирователя 13), равный времени разряда кон(фиг. 1 и 2), логический сигнал „ (фиг. 2), равный периоду сигнала Uj . Сигнал Тр открывает ключ 2, которьй пропускает на входы первого детектора 6 и четырехполюсника 3 один пери- 40 денсатора 11. од сигнала V (фиг. 2) и замыкает ключ 26 преобразователя t (фиг. 4). По фронту сигнала Т„ формирователь 13 (фиг. 5) вьфабатьшает сигнал разрешения работы преобразователя 4 (фиг. 2, вых. 1 формирователя 13)j которьй размыкает ключ 27 (фиг. 4). Конденсатор 5 током 1 в течение времени Т (фиг. 2 и 4) заряжается

Элемент 9 формирует сигнал запуска (фиг. 2, вых. элемента 9) блока 18 (фиг. 7), В это время на выходах 45 преобразователей 16 и 17 вырабатываются установившиеся значения частот f и f2 (фиг. 2, вых. преобразователей 16 и 17), пропорциональные амплитуды сигналов Uj и Uj. С выхода бло- до напряжения U In Tn/C5s где Cj- 50 ка 18 сигнал Т (фиг. 2, вых. 1 бло- емкость конденсатора 5. Сигнал U2. с ка 18), равный периоду частоты fj ,

открывает счетный вход счетчика 19, на второй вход которого поступают импульсы частоты с преобразовате- 55 ля 17. По спаду импульса TI блок 18 формирует сигнал (фиг. 2, вых. 2 блока 18), сбрасывающий детекторы 6 и 7 в исходное состояние. На этом цикл измерения заканчивается. В счетвыхода четырехполюсника 3 (фиг. 2, вых. объекта 3) поступает на вход второго детектора 7. Сигналы И и И- заряжают конденсаторы детекторов

6 и 7 до амплитудного значения, в результате на их выходах формируются квазипостоянные потенциалы Uq,j и U (фиг. 2, вых. 1 детекторов 6 и 7),

м

1287044- 4

равные амплитудам Ц и Ыг . В момент времени, когда конденсаторы детекто-, ров зарядились до амплитуд U и Uj , детекторы 6 и 7 вырабатьшают логичесров 6 и 7), поступающие на входы элементов 8 и 9. Элемент 8 формирует сигнал (фиг. 2, вых. элемента 8), равный временному сдвигу. По фронту

рабатывает на выходе сигнал разрешения работы преобразователя 10 (фиг.2, вых. 2 формирователя 13), который размыкает ключ 36 (фиг. 6). Конденсатор 11 током I l в течение (фиг. 2, вых. преобразователя 10) заряжается через ключ 37 (фиг. 6), замыкаемым по сигналу с элемента 8,. до напряжения U-f I f-t/Cii , где Сц - емкость

конденсатора 11. По спаду сигнала

Т(, или , пришедшего по времени поссчетчика 14 поступают импульсы с генератора 15 кодовой частоты. Когда конденсатор 11 разрядится до напряледним, формирователь 13 открывает счетный вход счетч11ка 14 и разрешает преобразователю 10 осуществлять раз- ряд конденсатора 11 током 1р с выхо- да преобразователя 4. На второй вход жения срабатывания компаратора 12, сигнал с выхода компаратора 12

40 денсатора 11.

Элемент 9 формирует сигнал запуска (фиг. 2, вых. элемента 9) блока 18 (фиг. 7), В это время на выходах 45 преобразователей 16 и 17 вырабатываются установившиеся значения частот f и f2 (фиг. 2, вых. преобразователей 16 и 17), пропорциональные ампличиках 14 и 19 регистрируются фазовый сдвиг ц и коэффициент передачи К Ug/U. исследуемого четырехполюсника соответственно, С помощью математических выражений поясним изменение фазового сдвига коэффициента передачи. Так, ток разряда конденсатора 11 определяется выражением

(1)

где R - эквивалентное сопротивление, на котором происходит преобразование и в 1р.

Время разряда tр конденсаторов 11 и 5 определяется выражением

Подставляя вместо U значение, равное , а вместо 1р выражение (1), получим отношение /Тр в виде

In

IT C5R,

Выбирая соотношение tp

In

равное

1/2Jr, получим-- Учитывая, что 1р /Ji

Ч 2ТГ с /Тп соответствует фазовому сдвигу в градусах и подставив вместо /Тп выражение tp/2 ir, окончательно получим tp непосредственно в градусах.

Количество импульсов, поступивших на вход счетчика 14 в течение tp. с

выхода генератора 15, пропорциональ- Q мент антисовпадений, компаратор, форно фазовому сдвигу vf за один период. Для представления з в градусах и ми- 4нутах устройство калибруют при Т, выбирая частоту f 1/Т генератора 15 так, чтобы за время tp . счетчик 14 регистрировал 360 х 60 21600 импульсов, Дпя представления Ч в радианах устанавливают частоту

генератора 15 такой, чтобы за время

мирователь управляющих сигналов, счетчик с индикацией фазового сдвига,счетчик с индикацией коэффициента передачи, генератор кодовой частоты, два 45 преобразователя напряжение-частота и блок выделения периода, причем выход ;блока выделения периода входного сигнала соединен с управляющим входом

аналогового ключа, первым управляюtp, пpи L Т счетчик 14 индицировал Q щим входом преобразователя периода

в ток разряда и первым входом формирователя управляющих сигналов, вход аналогового ключа соединен с первым входом блока выделения периода

число 628 или 6282 в зависимости от требуемой точности. При определении коэффициента передачи отметим, что периоды частот, формируемые преобразователями 16 и 17, равны соответст- входного сигнала и является входом венно 1/Т f и I/T устройства, вход запуска которого о(2и2,где , - коэффициенты соединен с вторым входом блока вы- пропорциональности преобразователей. деления периода входного сигнала. Подставив напряжения V н в выра- выход аналогового ключа соединен с

жение для коэффициента передачи, получим, что К Uj/Ui 1 Г,/с1,гТ2 f , Величина N 1 /Tg характеризует количество импульсов частоты f /получаемых за период частоты fj , Выбирая соотношение 10 для К 1, т.е. при Ui Uj, необходимо чтобы в интервале Т, укладыва

лось 1000 импульсов частоты f,. При N 103 величина К 1, при N 10 К г 1. Соотношение V . определяет точность вычисления коэффипд5ента

передачи К. I Предлагаемое устройство измеряет

фазовьй угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью +0,1%.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсников, содержащее аналоговьш ключ, преобразователь периода в ток разряда, первым выходом соединенный с первым выводом первого накопительного конденсатора, втор.ой вывод которого соединен с общей шиной устройства, преобразователь временного сдвига, выходом соединенный с первым выводом второго накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений, в него введены блок выделения периода входного сигнала, два амплитудных детектора со сбросом, элемент И, эле

мирователь управляющих сигналов, счетчик с индикацией фазового сдвига,счетчик с индикацией коэффициента передачи, генератор кодовой частоты, два 45 преобразователя напряжение-частота и блок выделения периода, причем выход ;блока выделения периода входного сигнала соединен с управляющим входом

первой клеммой устройства для подключения исследуемого четырехполюсника и с входом первого амплитудного детектора со сбросом, выход которого через последовательно соединенные первый преобразователь напряжение-частота и блок вьщеления периода подключен к первому входу счетчика с индикацией коэффициента передачи, второй вход последнего через последовательно соединенные второй амплитудный детектор со сбросом и второй преобразователь напряжение- частота подключен к второй клемме устройства дпя подключения исследуемого че тырехполюсника, управляющие входы амплитудных детекторов со сбросом соединены с вторым выходом блока вьщеления периода, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, входы которого соединены с соответствующими вторыми выходами амплитудных детекторов со сбросом и входами элемента антисовпадеfK.tan. In

ний, выход которого подключен к второму входу формировз.теля управляющих сигналов непосредственно и через последовательно соединенные преобразователь временного сдвига и компаратор - с третьим входом формирователя управляющих сигналов, первый выход которого соединен с.вторым управляющим входом преобразователя

периода в ток разряда, второй выход формирователя управляющих сигналов соединен с вторым входом преобразователя временного сдвига, третий выход формирователя управляющих сигналов подключен к третьему входу преобразователя временного сдвига и к первому входу счетчика с индикацией фазового сдвига, второй вход которого соединен с выходом генератора

кодовой частоты, второй выход

преобразователя периода в ток разряда соединен с четвертым входом преобразователя временного сдвига.

фиг.З

(J3U9.tf

OmJ 0Лог.lo

30

t

-0

ffn,i

31

/f;(,/«

-

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано при измерениях амплитудных и фазочастотных характеристик четьфех- полюсников в технике связи и телевидения. Цель изобретения - повьше- ние точности измерений. Устройство содержит аналоговый ключ 2, преобразователь 4 периода в ток разряда, исследуеьвлй объект - четырехполюсник 3, конденсаторы 5 и 11, преобразователь 10 временного сдвига. Для достижения поставленной цели в устройство введены блок 1 выделения периода входного сигнала, амплитудные детекторы 6 и 7 со сбросом, элемент И 9, элемент 8 антисовпадений, компаратор 12, формирователь 13 управлякмцих сигналов, счетчих 14 с индикацией фазового сдвига, счетчик 19 с индикацией коэффициента передачи, генератор 15 кодовой частоты, преобразователи 16 и 17 напряжение- частота, блок 18 выделения периода, образованы новые функциональные связи. Устройство измеряет фазовый угол с погрешностью 0,016 град, а коэффициент передачи в динамическом диапазоне 10 с точностью ±0,1%. 7 ил.

om 8 th«

Л08.10(

.r

33

IJ5

J«

Q 32

«/a -0

.J

(pt/e.5

о V:

Is.

io

C9 IC

-4h

ite I О i

IC9

CO I g

LlL

ito

:э &

HH

L:

93

a

Редактор М.Дылын

Составитель Л.Муранбв

Техред И.Ходанич Корректор О.Луговая

7710/47

Тираж 730Подписное

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