Широкополосная многозначная мера переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/44 

со

О) ел

О

ел

со

Изобретение относится к электронике, в частности к образцовой аппаратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измерений переменного напряжения, которые широко используются в проводной связи, радиосвязи и радиолокации.

Цепью изобретения является повышение быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий синтезирующий генератор 1, регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель 4 мощности, аттенюатор 5, подключенный к второму входу преобразователя 3 частоты, первый генератор 6 фиксированной частоты, первый преобразователь 7 переменного напряжения в постоянное, подключенный к выходу усилителя 4 мощности, последовательно включенные второй преоб- разователь 8 переменного напряжения в постоянное, подключенный к выходу аттенюатора 5, первый дифференциальный усилитель 9, к второму входу которого подключен источник 10 опорного напряжения, последовательно включенные первый преобразователь 11 частоты, избирательный усилитель 12, образцовый делитель 13, синхронный детектор 14, второй генератор 15 фиксированной частоты, подключенный к первым входам третьего 16 и четвертого 17 преобразователей частоты, вторые входы которого подключены соответственно к первому генератору 6 фиксированной частоты и задающему синтезирующему генератору 1, четыре переключателя 18-21 на три положения, второй 22 и третий 23 дифференциальные усилители, первый 24 и второй 25 блоки памяти. При этом выход первого преобразователя 7 переменного напряжения соединен с общим контактом первого переключателя 18, первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилителя 22, выход которого соединен с первым контактом второго переключателя 19, контакты которого соединены: общий - с регулирующим злемеНтом 2, второй и третий - с выходами третьего 23 и первого 9 дифференциальных усилителей 23, третий дифференциальный усили- тель 23 входами подключен к второму и третьему контактам третьего переключателя 20, второй и третий контакты четвертого переключателя 21 подключень к выходу четвертого пре- образователя 17 частоты, а его общий контакт соединен с вторым входом первого преобразователя 11 частоты, а блоки 24 и 25 памяти подключены соответственно к второму контакту первого переключателя 18 и третьему контакту третьего переключателя 20.

Частота выходного сигнала калибратора определяется разностью час- тот первого генератора 6 фиксированной частоты н задающего синтезирующего генератора 1, который формирует сигнал переменной частоты и может быть выполнен на основе синтезатора частоты, использующего прямой или непрямой методы синтеза, при этом диапазон относительного изменения частоты выходного сигнала задающего синтезирующего генератора 1 может быть менее двух. Первый 6 и второй 15 генераторы фиксированных частот построены так, что разность их выходных частот равна частоте генератора опорного напряжения. Для обес35

печения высокой стабильности они

также могут быть выполнены по принципу синтеза частоты, причем второй генератор 15 фиксированной частоты имеет вход подстройки частоты. Преобразователь.3 частоты выделяет сиг- нал разностной частоты генераторов фиксированной частоты 6 и задающего синтезирующего генератора 1, являющийся выходным сигналом, Преобразо- ватель 17 частоты формирует сигнал, частота которого смещена относительно частоты выходного сигнала на заданную величину, в преобразователь 16 частоты выделяет разностную час- тоту генераторов 6 и 15 фиксированных частот, которая используется в качестве опорной для синхронного детектора 14, Первый 11 преобразователь частоты с помощью избирательно- го усилителя 12 выделяет сигнал указанной разностной частоты, В качестве преобразователей частоты 3,11,16 и 17 могут быть применены балансные диодные смесители, работающие в

ключевом режиме и обеспечивающие большой динамический диапазон по линейным (до 70 дБ) и по интермодуляционным искажениям (до 80 дБ), что позволяет достичь линейности преобрзования первого преобразователя 11 частоты совместно с избирательным усилителем 12 более 90 дБ,

Регулирующий элемент 2 расположе в канале высокой промежуточной частоты задающего синтезирующего генератора 1 и может быть вь полнен на pin-диодах, позволяющих достичь малых нелинейных искажений, большого диапазона регулирования и высокого быстродействия.

Первый 7 и второй 8 преобразователи служат для преобразования переменного напряжения в постоянное, он работают в малом диапазоне изменени входных сигналов, поэтому к ним не предъявляются высокие требования по линейности характеристики преобразования и они могут быть выполнены на основе преобразователей амплитудных, средних или среднеквадратичес- ких значений по любой известной схеме. Блоки 24 и 25 памяти могут быть выполнены на основе запоминающей емкости, но при этом необходимо обеспечить высокое входное сопротивление соответствующих входов дифференциальных усилителей 22 и 23. При использовании в приборе микропроцессора блоки памяти могут быть реализованы с помощью цифроаналоговых и анлого-цифровых преобразователей.

Образцовый делитель 13 работает на фиксированной частоте и может быть выполнен точным и стабильным (например, на индуктивном делителе напряжения), делитель 13 управляетс синхронно с аттенюатором 5 и обеспечивает компенсирующее затухание так, чтобы поддерживать совместно избирательным усилителем 12 на входе синхронного детектора 14 номиналное напряжение. Синхронный детектор 14 работает на фиксированной частот причем сигнал коммутации являетс внешним и формируется третьим преобразователем 16 частоты, что позволяет достичь большого динамического диапазона входных преобразуемых сигналов (до 100 дБ) и связанных с ним высокой точности и чувствительности, которые могут составлять сот доли процента и единицы микровольт.

0 в

5

0

5

Широкополосная многозначная мера переменного напряжения работает в три такта.

Точное значение напряжения на выходе устройства получается в третьем такте, являющемся рабочим. Номера запоминаемых контактов переключателей соответствуют номеру такта, течение первых двух тактов производится коррекция погрешности аттенюатора 5 для конкретных параметров нагрузки по сигналу на выходе устройства. В рабочем режиме напряжение выходной частоты образуется методом биений между сигналами задающего синтезирующего генератора I и первого генератора 6 фиксированной частоты. Изменение выходного сигнала широкополосной многозначной меры переменного напряжения производится дискретно аттенюатором 5 и непрерывно системой автоматической регулировки уровня, включающей блоки памяти цепи: регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель А мощности, блоки обратной цепи включают преобразователи 7 и 8 переменного напряжения в постоянное или .синхронный детектор 14 с блоками II и 12 преобразования частоты, дифференциальные усилители 9,22 и 23, включенные в зависимости от такта работы.

В первом такте нормируется напряжение исходного уровня на заданной частоте на выходе аттенюатора, при этом сигнал обратной связи с второго преобразователя 8 переменного напряжения в постоянное поступает на вход первого дифференциального усилителя 9, на другой вход которого поступает сигнал от источника 12 опорного напряжения. Возникающий 5 сигнал компенсации подается на регулирующий элемент 2 и изменяет его коэффициент передачи таким образом, что на выходе многозначной меры устанавливается напряжение, уровень ко- Q торого соответствует напряжению источника 10 опорного напряжения в постоянное. Одновременно сигнал с выхода устройства через первый преобразователь 11 частоты, выделяющий е постоянную разностную частоту между выходным сигналом устройства и сигналом гетеродинной частоты первого преобразователя 11 частоты, избирательный усилитель 12, настроенный

0

5

0

на эту разностную частоту, образцовый делитель 13, в котором установлено максимальное затухание, и синхронный детектор 14 поступает во

второй блок 25 памяти, где после

окончания первого такта запоминается и используется в качестве опорного сигнала в последующем такте.

Благодаря фиксированной расстрой- ке генераторов 16 и 15 фиксированных частот обеспечивается постоянная расстройка частот сигналов многозначной меры и гетеродинного первого преобразователя 11 частоты. Разностная частота на выходе последнего выделяется узкополосным избирательным усилителем 12. Частота коммутации синхронного детектора 14 фиксируется третьим преобразователем 16 частоты, выделяющим разностную частоту генераторов 6 и 15, фиксированных частот и, следовательно, совпадает с частотой входного сигнала синхронного детектора 14, что позволяет достичь высокой точности и линейности преобразования.

Во втором такте нормируется требуемый уровень переменного напряжения на выходе устройства и формируется опорный сигнал для последующего рабочего тЭкта, который запоминается в блоке 21 памяти. В аттенюатор 5 устанавливается требуемое затухание, а в образцовом делителе - такое же уменьшение затухания, компенсирующее уменьшение петлевого усиления второго контура, регулирования с преобразованием частоты, в состав которого входят блоки обратной цепи: первый преобразователь 1I частоты, избирательный усилитель 12, образцовый делитель 13, синхронный детектор 14, третий дифференциальный усилитель 23, в качестве опорного сигнала используется сигнал с второго блока 25 памяти. В установившемся режиме достигается равенство сигналов на входах третьего дифференциального усилителя 23. Следовательно, на выходе многозначной меры устанавливается уровень переменного напряжения, меньший исходного уровня, установившегося в первом такте, на величину затухания образцового делителя 13, и обеспечивается коррекция исходной погрешност аттенюатора 5 и влияния нагрузки. Одновременно выходное напряжение усилителя и мощности преоб

5

0

0

разуется парным пpe()бpaэoвaтeJгe 7 переменного напряжения в постоянное и после окончания второго такта запоминается первым блоком 24 ггамяти. Погрешность выходного напряжения после второго такта определяется погрешностью установки исходного уровня в первом такте, погрешностью образцового делителя 13 и погрешностью линейности избирательного усилителя 12 и первого преобразователя 11 частоты. При этом возможен пролаз сигнала гетеродинной частоты на выход устройства, обусловленный недостаточной изоляцией входов преобразователя частоты. Наличие мешающих сигналов в выходном сигнале может сделать невозможным использование предлагаемого устройства для работы с аппаратурой связи и с другими избирательными устройствами.

В третьем такте отключается сигнал гетеродинной частоть; от гетеро5 динного входа первого преобразователя 11 частоты, а управляющий вход регулирующего элемента 2 подключается к выходу второго дифференциального усилителя 22, на один вход которого поступает опорный сигнал от первого блока 24 памяти, а на второй вход - сигнал обратной связи с выхода первого преобразователя 7 переменного напряжения в постоянное. Таким образом поддерживается равенство напряжений на выходе усилителя 4 мощности, подключенном к входу аттенюатора 5, во втором и в третьем тактах работы устройства.

Погрешность установки выходного напряжения в диапазоне изменения уровней не зависит от параметров широкополосного атте)1юатора и нагрузки, а в основном определяется погреш,1 ностыо образцового делителя. Погрешность установки исходного уровня в диапазоне частот зависит от неравномерности амплитудно-частотной характеристики второго преобразователя 8 переменного напряжения п постоянное, которая может быть достигнута лучше 0,2% в диапазоне до 100 МГц и, кроме того, прокалибрована при аттестации или поверке прибора с точгюстью не хуже 0,05%, в то время как для большинства современных радиоэлектронных приборов и аппаратуры связи

нормируется отклонение входного сопротивления до +4% и реактивность до

5

0

0

55

2 пФ, что приводит к погрешности от влияния нагрузки до 10% в диапазоне частот до 100 МГц, коррекция которой и выполняется в предлагаемом устройстве .

Наименьшее напряжение, воспроизводимое многозначной мерой, ограничивается шумами избирательного усилителя 12 и чувствительностью синхронного детектора 14, которые могут составлять единицы микровольт. Отличительной особенностью предлагаемой широкополосной многозначной меры переменного напряжения является простота ее метрологического обеспечения и процесса коррекции погрешностей. В силу высокой линейности первого преобразователя 11 частоты и применения синхронного детектора 14, выделяющего первую гармонику сигнала промежуточной частоты, во всем частотном диапазоне достаточно раздельно пронормировать частотные погрешности второго преобразователя 8 переменного напряжения в постоянное и погрешности установки затухания образцового делителя на постоянной частоте, которые могут составлять 0,2-0,4%

и менее 0,01% (например, при исполь- ЗС но к второму контакту первого перенапряжения в постоянное, подключенные соответственно к входу и выходу аттенюатора, причем второй преобразователь выходом подключен к первому входу первого дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, образцовый делитель, а также

четыре переключателя на три положения, второй и третий дифференциальные усилители, два блока памяти, при этом выход первого преобразователя переменного напряжения в постоянное

соединен с общим контактом первого переключателя, первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым

контактом второго переключателя, третий контакт которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а общий контакт подключен к входу управления регулирующего эле-

мента, третий дифференциальный усилитель, входами подключенный к второму и третьему контактам третьего переключателя, причем первый и второй блоки памяти подключены соответствен

Изобретение относится к образцовой аппаратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измерений переменного напряжения. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения. Цель достигается введением дополнительных двух генераторов 6 и 15 фиксированных частот, трех преобразователей 3,16.и 17 частоты, а также избирательного усилителя 9 и синхронного детектора 14, работающих на фиксированной промежуточной частоте. Устройство работает в три такта, в течение которых выполняется коррекция погрешности прямого тракта аттенюатора 5 на рабочей частоте, погрешности установки требуемого затухания аттенюатора 5, третий такт является рабочим, при этом стабилизация выполняется на выходе усилителя 4 мощности. 1 ил. (Л

зовании индуктивных делителей на частотах до 100 кГц).

Применение быстродействующего регулирующего злемента 2 в канале фиксированной частоты позволяет построить быстродействующую систему автоматической регулировки уровня, которая характеризуется низким уровнем амплитудных флуктуации выходного сигнала (т.е. высокой кратковременной стабильностью), что позволит использовать предлагаемый генератор- калибратор для метрологического обеспечения и даже построения систем передачи информации. Выполнение регулирующего элемента на основе pin- диодов позволяет расширить диапазон регулирования до 540 дБ, что позволит корректировать погрешности выходного тракта прибора до 10 дБ.

Формула изобретения

Широкополосная многозначная мера переменного напряжения, содержащая задающий синтезирующий генератор, подключенный к регулирующему элементу, аттенюатор, выход которого подключен к выходному выводу, первый и второй преобразователи переменного

ключателя и третьему контакту третьего переключателя, преобразователь частоты, своими входами подключенный к выходному выводу и общему кон-

такту четвертого переключателя, о т отличающаяся тем, что, с целью повьшения быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения, в

него введены последовательно соединенные первый генератор фиксированной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель мощности, выходом подключенный к входу аттенюатора., при этом второй вход второго преобразователя частоты соединен с выходом регулирующего элемента, последовательно включенные второй генератор фиксированной частоты, третий преобразователь частоты, синхронный детектор, выходом подключенный к общему контакту третьего переключателя, а входом - к образцовому делителю, при этом второй вход третьего преобразователя частоты подключен к первому генератору фиксированной частоты, четвертый преобразователь частоты, выход которого соединен с вторым и третьим кон9136505910

тактами четвертого переклкгчателя, тель, включенный между выходом пер- а входы соединены с задающим синте- вого преобразователя частоты и об- зирующим генератором и вторым ге резцовым делителем, причем между нератором фиксированной частоты со- собой соединены первый и второй ге- ответственно, избирательный усили- нераторы фиксированных частот.