Устройство для измерения частотных характеристик четырехполюсников Советский патент 1987 года по МПК H04B3/46 

11

Изобретение относится к радиоиз- мерительной технике и может использоваться для измерения амплитудно- и фазочастот ных характеристик (АЧХ и ФЧХ) четырехполюсников.

Цель изобретения - повышение достоверности.

На фиг„ 1 представлена структурная электрическая схема предложение- го устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство для измерения частотных характеристик четырехполюсников содержит генератор 1 тактовых им- пульсов, генератор 2 линейно-частотно-модулированных колебаний, ждущий генератор 3 видеоимпульсов, электронный ключ 4, сумматор 5, ограничитель 6, селектор 7 сигналов, амплитудный детектор 8, фильтр 9 низких частот, первый квадратор 10, блок 11 вычитания, делитель 12 сигналов, второй квадратор 13, интегратор 14, перемножитель 15, дифференциатор 16, исследуемый четырехполюсник 17.

Устройство работает следующим образом.

Генератор тактовых импульсов вырабатывает пачку запускающих импульсов, равномерно распределенных в интервале времени Тр перестройки частоты генератора 2. Короткие запускающие импульсы (фиг. 2а) синхронизируют работу генератора 2 и запускают жДущий генератор 3, который генерирует последовательность прямоугольных импульсов определенной длительности с (фиг. 2б) . Число строб-импульсов в периоде Т перестройки ге- нератора 2 определяется соотношени

ем N Оптимальная длительность

строб-импульса определяется длитель- ностью переходного процесса исследуемого четырехполюсника 17. Для обеспечения наименьшей погрешности измерения частотных характеристик должно соблюдаться условие „ С к пер (где хпер длительность переходного процесса исследуемого четырехполюсника 17). Строб-импульсы и (фиг. 26) с выхода генератора 3 одновременно поступают на управляюш 1й вход злек- тронного ключа 4 и первый вход сумматора 5, на второй вход которого через электронный ключ 4 с выхода генератора 2 поступают выборки сигнала, меняющегося по частоте (фиг. 2, в,г), и t выхода сумматора 5 поступают на вход исследуемого четырехполюсника 17. Строб-импульсы Uj и выборки Uj, проходя через исследуемый четырехполюсник 17, приобретают соответствующие искажения, величина которьк однозначно связана с частотными характеристиками исследуемого четырехполюсника 17.

Комплексный коэффициент передачи линейной электрической цепи определяется выражением

°°4.

-pt

К(р) J h (t) е dt

(1)

IT

где h (t) - производная переходной характеристики цепи

20

35 40

- комплексная частота. На практике используют случай мнимой комплексной частоты, т.в; (5 О, и ограниченную длительность „ переходного процесса. Тогда выра- 25 жение (1) может быть записано в виде

k(ja) . (2)

Согласно известным тригонометрическим соотношениям выражение (2) 30 может быть записано в виде ,

-С , K(jco) h (t)(cosOt) dt+

6n °

+j h (tXsinat) dt .

(3)

Обозначим:

a (со)

tn

(tXcosu t) dt ;

Ь(сэ) J h (t)(sincot) dt (5)

получим коэффициент передачи

k(jw) d(u) + j b (о).

(6)

Из вьфажения (4) следует, что АЧК и ФЧХ исследуемого четырехполюсника 17:

л

а(оа) + b(w) J

arctg |{g

(7) (8)

Из выражения (6) следует, что b(Q) a(u) tgcf (w). (9)

и подставляя b(co), определяемое вьфа- жением (9) в (7), получим

313

А(со) a(o) Cf (со) . (10) Производя деление выражения (10)

)

на а (со), получим

м| .4ТП (,„

Возведя в квадрат выражение (11 получим:

Ш-Г- - «

Откуда

(13)

Выражение (13) дает связь между АЧХ и ФЧХ исследуемого четырехполюсника 17„ Значения А(а) Ug при текущей частоте извлекаются из пачек радиоимпульсов (различной частоты), вьщеляемых селектором 7 сигналов (фиг. 2д) посредством амплитудного детектора 8, на выходе которого получим ряд дискретных значений А(со), которые интегрируются фильтром 9 низких частот и подаются на амплитудно-частотный выход устройства. На втором выходе селектора 7 сигналов выделяются строб-импульсы (фиг. 2,е), по форме отображающие переходную характеристику h(t) исследуемого четырехполюсника 17, которые дифференцируются дифференциатором 16 (фиг. 2ж), причем отрицательные импульсы, получаемые при спаде дифференцируемых импульсов (и), ограничиваются амплитудным ограничителем 6, на выходе которого получает одно- полярные импульсы (фиг.2з), амплитуда которых во времени изменяется согласно производной h (t) (переходной характеристики h(t) исследуемого четьфехполюсника 17..

Сигналы и,о (пачки косинусоидаль- ных радиоимпульсов) и U, (импульсы, отображающие производную переходной характеристики исследуемого четырехполюсника) поступают на входы перемножителя 15, причем на его выходе вьщеляем сигнал:

и„ (t) cos wtj

(14)

где К - коэффициент передачи перемножителя 15.

Интегрируя этот сигнал интеграто- ром 14, получим

л- Uu

и„ - h Ct) COS (cot) dt,

U J

(15)

10

15

20

где K - коэффициент передачи интегратора 14;

ц - константа времени интегрирования .

Сравнивая вьфажение (4) и (15) видим, что сигнал на выходе интегратора 14 прямо пропорциональный вещественной части а(со) комплексного коэффициента передачи

K(ju) a(u) + j b(co)

т.е. можно записать

25 .

и ,2 К.-а(ОЭ).

(16)

Напряжение и,на выходе фильтра . 9 прямо пропорционально А(со), т.е. АЧХ исследуемого четырехполюсника 17

30

и,з КА

А(со)

(17)

0

(где Кд - коэффициент пропорциональности.

Напряже)1ие и Ujj в первом и 5 втором квадраторах 10 и 13 взводятся в квадраты, причем напряжения на выходах первого 10 и второго 13 квадратов могут быть записаны в виде

2,

и, и

15

К.А (со)) К -а (а)

(18) (19)

45

где К, - коэффициент передачи первого 10 и второго 13 квадраторов

Напряжения U ,j и U, поступают на блок 11 вычитания, напряжение на выходе которого прямо пропорционально 50 разности подводимых напряжений U

и и

(5

U,g (co)-a4cJ) , (20)

55 где К, - коэффициент передачи блока

11 вычитания.

В деЛи теле 12 сигналов напряжения U,g делится на напряжение U,j и на его выходе получим

и.

V U,t

N 7

K, . -Я к

{u)-a(u) а(аТ

621)

Г/ А((о) ч Л 5 Vb(-ar«r) j)

где К. - коэффициент передачи дели теля 12 сигналов, Сравнивая выражения (13) и (21), видим, что

УП Ч- С);

(22)

т.е. напряжение пропорционально квад- ,g рату ФЧХ исследуемого четырехполюсника 17.

Формула изобретения

Устройство для измерения частотных характеристик четырехполюсников, содержащее ждущий генератор видеоимпульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор линейно-частотно-модулированных колебаний, ограничитель, перемножитель, отличающееся тем, что, с цепью повышения достоверности, введены последовательно соединенные электронный ключ, первый вход которого соединен с выходом

к k и k k k k

Tp

J

:&

П П П П П П

Uf

3

U

i ж

Ufl

VV4W

к к N к к

й(г.г

вниипи

Заказ 6382/55 Тираж 636

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

0

,g

0

5

0

генератора линейно-частотно-модулированных колебаний, и сумматор, второй вход которого соединен с выходом ждущего генератора видеоимпульсов, а выход является входом исследуемого четырехполюсника, дифференциатор, выход которого подключен к входу ограничителя, вькод которого подключен к первому входу перемножителя, второй вход которого соединен с выходом электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом ждущего генератора видеоимпульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, последовательно соединенные селектор сигналов, вход которого является выходом исследуемого четырехполюсника, амплитудный детектор, фильтр низких частот, первый квадратор, блок вычитания и делитель сигналов, выход которого является первым выходом устройства, последовательно соединенные интегратор, вход которого соединен с выходом перемножителя, и второй квадратор, выход которого подключен к вторым входам блока вычитания и делителя сигналов, выход фильтра низких частот является вторым в.ыходом устройства, а второй выход селектора сигналов подключен к входу дифференциатора.

Подписное

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение достоверности измерения. Устр-во содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 линейно-частотно-модулированных колебаний, ждущий генератор 3 видеоимпульсов, электронный ключ 4, сумматор 5, ограничитель 6, селектор 7 сигналов, амплитудный детектор 8, фильтр 9 низких частот, квадраторы 10 к 13, блок вычитания 11, делитель 12, интегратор 14, перемножитель 15, дифференциатор 16 и исследуемый четырехполюсник (ИЧП) 17. Строб- импульсы с выхода генератора 3 и выборки меняющегося по частоте сигнала с выхода генератора 2, проходя через ИЧП 17, приобретают соответствующие искажения, величина которых однозначно связана с частотными х-ками ИЧП 17. После соответствующих преобразований сигналов с выхода ИЧП 17 на выходе фильтра 9 выделяется напряжение, прямо пропорциональное амплитудно-частотной х-ке ИЧП 17, а на выходе делителя 12 - напряжение, пропорциональное квадрату фазочас- тотной х-ки.ИЧП 17. 2 ил. (Л с САд 05 00 4 СО 00 Фиг. i