Генератор-калибратор уровня Советский патент 1988 года по МПК G05F1/38 

(21)4067335/24-21

(22)13.05.86

(46) 23.03.88. Бюл. № 11

(71)Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции

(72)Ю. В. Демченко

(53)621.307(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 744511, кл. G 05 F 1/44, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 926634, кл. G 05 F 1/44, 1981.

(54)ГЕНЕРАТОР-КАЛИБРАТОР УРОВНЯ

(57)Изобретение относится, в частности, к образцовой аппаратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком

диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измерений переменного напряжения, например в радиосвязи. Генератор-калибратор уровня (ГКУ) содержит генераторы 1, 15 фиксированной частоты, регулирующий элемент 2, преобразователи 3, 16, 17 частоты, усилитель 4 мощности, аттенюатор 5, генератор 6 опорного напряжения, управляемый масштабный преобразователь 7, преобразователи 8, 11 переменного напряжения, сумматор 9, усилитель 10, образцовый делитель 12, дифференциальный указатель 13, блок 14 памяти, избирательный усилитель 18, генератор 19 перестраиваемой частоты, блок 20 управления. ГКУ имеет повышенные бь1стродействие и точность в широком диапазоне частот. 2 ил.

(@

00 (X

оо со

со

Фиг.1

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к образцовой аппаратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств измерений перём енного напряжения, которая широко используется в проводной связи, радиосвязи и радиолокации.

Цель изобретения - повышение бьютро- действия и точности в широком диапазоне частот.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок управления устройства.

Устройство содержит последовательно включенные генератор 1 фиксированной частоты, регулирующий элемент 2, первый 3 преобразователь частоты, усилитель 4 мощности, аттенюатор 5, последовательно включенные генератор 6 опорного напряжения, управляемый масштабный преобразователь

2

Преобразователь 3 частоты выделяет сигнал разностной частоты генератора 1 фиксированной частоты и генератора 19, являющийся выходным сигналом. Преобра- , зователь 16 частоты формирует сигнал, частота которого смещена относительно частоты выходного сигнала на заданную величину, равную частоте опорного генератора. Третий преобразователь 17 частоты с помощью избирательного усилителя 18 выде- 10 ляет сигнал указанной разностной частоты.

Регулирующий элемент 2 расположен в канале высокой фиксированной частоты первого генератора 1.

Первый 8 и второй 11 преобразователи служат для преобразования переменного напряжения в постоянное, они работают в малом диапазоне изменения входных сигналов, поэтому к ним не предъявляются высокие требования по линейности характеристики преобразования, и они могут быть

15

25

30

7, первый преобразователь 8 переменного 20 выполнены на основе преобразователей амп- напряжения, сумматор 9, усилитель 10, подключенный к входу управления регулирующего элемента 2, второй преобразователь 11 переменного напряжения, включенный между выходом усилителя 4 мощности и вторым входом сумматора 9, включенные последовательно образцовый делитель 12, дифференциальный указатель 13, блок 14 памяти, включенные последов ательно второй генератор 15 фиксированной частоты, второй 16 и третий 17 преобразователи частоты, избирательный усилитель 18, генератор 19 перестраиваемой частоты, подключенный к вторым входам первого 3 и второго 16 преобразователей частоты, блок 20 управления, соединенный с входами управления аттенюатора 5, управляемого масштабного преобразователя 7, образцового делителя 12, блока 14 памяти, генератора 15, кроме того, дифференциальный указатель 13 соединен с вторым генератором 15 фиксированной частоты, а второй вход третьего преобразователя 17 частоты соединен с выходом аттенюатора, который является выходом устройства.

Частота выходного сигнала калибратора определяется разностью частот первого генератора 1 фиксированной частоты и генератора 19, который формирует сигнал переменной частоты, при этом диапазон относительного изменения частоты выходного сигнала генератора 19 может быть менее двух..

35

литудных, средних или среднеквадратиче- ских значений по любой известной схеме. Образцовый делитель 12 создает образцовое затухание опорного сигнала системы автоматической регулировки уровня, поступающего с управляемого масштабного преобразователя 7, и переключается синхронно с аттенюатором 5.

На входы дифференциального указателя 13 подаются два сигнала: образцовый сигнал с выхода образцового делителя 12 и преобразованный сигнал с выхода устройства. Сигнал некомпенс ации на выходе дифференциального указателя 13 создает корректирующее воздействие на входе сумматора и может быть запомнен блоком 14 памяти.

Блок 14 памяти может быть выполнен на основе последовательно включенных ключа, запоминающего конденсатора, повторителя напряжения. При замыкании ключа выходной сигнал блока памяти повторяет входной, при размыкании ключа происходит запоминание входного сигнала.

Блок 20 управления выдает коды управления на аттенюатор 5, управляемый масштабный преобразователь 7 и образцовый делитель 12, а также формирует сигнал записи на блок 14 памяти и сигнал включения, подаваемый на второй генератор 15 фиксированной частоты во время проведения коррекции выходного сигнала устройства. Блок 20 (фиг. 2) содержит регистры кода аттенюатора 21 и кода управляемого масштабного преобразователя 22, коммутатор 23 кода образцового делителя, подключенный информационным входом к выходу регистра 21 кода аттенюатора, а также включенные последовательно реле 24 времени, элемент 55 И 25 и одновибратор 26.

40

45

Первый I и второй 15 генераторы фик- сированных частот настроены так, что разность их выходных частот равна частоте генератора опорного напряжения. Для обеспечения высокой стабильности они также могут быть выполнены по принципу синтеза частоты, причем второй генератор 15 фиксированной частоты имеет вход подстройки частоты.

83319

2

Преобразователь 3 частоты выделяет сигнал разностной частоты генератора 1 фиксированной частоты и генератора 19, являющийся выходным сигналом. Преобра- , зователь 16 частоты формирует сигнал, частота которого смещена относительно частоты выходного сигнала на заданную величину, равную частоте опорного генератора. Третий преобразователь 17 частоты с помощью избирательного усилителя 18 выде- 10 ляет сигнал указанной разностной частоты.

Регулирующий элемент 2 расположен в канале высокой фиксированной частоты первого генератора 1.

Первый 8 и второй 11 преобразователи служат для преобразования переменного напряжения в постоянное, они работают в малом диапазоне изменения входных сигналов, поэтому к ним не предъявляются высокие требования по линейности характеристики преобразования, и они могут быть

15

20 выполнены на основе преобразователей амп-

5

0

0 выполнены на основе преобразователей амп-

5

литудных, средних или среднеквадратиче- ских значений по любой известной схеме. Образцовый делитель 12 создает образцовое затухание опорного сигнала системы автоматической регулировки уровня, поступающего с управляемого масштабного преобразователя 7, и переключается синхронно с аттенюатором 5.

На входы дифференциального указателя 13 подаются два сигнала: образцовый сигнал с выхода образцового делителя 12 и преобразованный сигнал с выхода устройства. Сигнал некомпенс ации на выходе дифференциального указателя 13 создает корректирующее воздействие на входе сумматора и может быть запомнен блоком 14 памяти.

Блок 14 памяти может быть выполнен на основе последовательно включенных ключа, запоминающего конденсатора, повторителя напряжения. При замыкании ключа выходной сигнал блока памяти повторяет входной, при размыкании ключа происходит запоминание входного сигнала.

Блок 20 управления выдает коды управления на аттенюатор 5, управляемый масштабный преобразователь 7 и образцовый делитель 12, а также формирует сигнал записи на блок 14 памяти и сигнал включения, подаваемый на второй генератор 15 фиксированной частоты во время проведения коррекции выходного сигнала устройства. Блок 20 (фиг. 2) содержит регистры кода аттенюатора 21 и кода управляемого масштабного преобразователя 22, коммутатор 23 кода образцового делителя, подключенный информационным входом к выходу регистра 21 кода аттенюатора, а также включенные последовательно реле 24 времени, элемент 5 И 25 и одновибратор 26.

Код в регистры 21 к 22 записывается по сигналам записи ИЗдтт и ИЗумп и подается соответственно на управляющие входы ат0

5

тенюатора 5 и управляемого масштабного преобразователя 7. Коррекция выходного сигнала устройства производится периодически, по сигналам от реле 24 времени, или после изменения кода аттенюатора по сигналу записи ИЗдтт. Операция объединения указанных сигналов производится элементом И 25, выходной сигнал которого запускает одновибратор 26, выходной сигнал последнего поступает на вход управления коммутатора 23 кода, который подает код управления аттенюратора 5 на образцовый делитель 12, обеспечивая синхронную работу последних, а также является сигналом включения второго генератора 15 фиксированой частоты и сигналом записи блока 14 памяти. Длительность импульса одновибратора 26 выбирается достаточной для установления переходного процесса при проведении коррекции, в частности она должна быть гораздо больше постоянной времени дифференциального указателя 13.

Генератор-калибратор уровня работает следующим образом.

Напряжение выходной частоты образуется методом «биений между сигналами генератора 1 фиксированной частоты и генератора 19. Изменение выходного уровня генератора-калибратора производится дискретно аттенюатором 5 и непрерывно системой автоматической регулировки уровня, включающей регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель 4 мощности, первый 8 и второй 11 преобразователи, сумматор 9 И усилитель 10, при этом выходной уровень задается выходным сигналом управляемого масштабного преобразователя 7. Сигнал некомпенсации формируется сумматором 9, усиливается усилителем 10 и является сигналом управления регулирующим элементом 2, направленным на уменьшение рассогласования между выходным сигналом системы автоматической регулировки уровня и сигналом управляемого масштабного преобразователя 7, причем на дополнительный вход сумматора подается корректирующий сигнал с блока 14 памяти.

Корректирующий сигнал формируется в режиме коррекции погрешностей установки выходного уровня калибратора вследствие собственных погрешностей и нестабильнос- тей широкополосного тракта, а также влияния внешних факторов и нагрузки дополнительным контуром регулирования, образованным диффер.енциальным указателем 13, опорный сигнал которого формируется образцовым делителем 12, а сигнал обратной связи поступает с выхода устройства через третий преобразователь 17 частоты и избирательный усилитель 18, при этом затухание аттенюатора 5 и образцового делителя 12 устанавливаются равными. Сигнал гетеродинной частоты третьего преобразователя 17 частоты образуется из сигнала генератора 19, второго генератора 15 фиксированной частоты, который включается на время проведения коррекции и имеет постоянное смещение по частоте относительно выходного сигнала устройства. Синфазность входных напряжений дифференциального указателя достигается подачей корректирующего сигнала на вход управления фазой второго генератора 15. Корректирующий сигнал подается через блок 14 памяти в систему автоматической регулировки уровня и после дости0 жения равенства сигналов на входе дифференциального указателя 13 запоминается в блоке 14 памяти по сигналу с блока 20 управления. Благодаря высокой чувствительности дифференциального указателя точг ность коррекции в основном определяется неравномерностью амплитудно-частотной характеристики третьего преобразователя 17 частоты, стоящего в цепи обратной связи корректирующего контура, которая может быть достигнута менее 0,2% в диапазоне

0 частот до 100 МГц и, кроме того, прокалибрована при аттестации или поверке прибора с точностью 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 2 пФ, что приводит к погрешности от влияния нагрузки до 10% в диапазоне частот до 100 МГц, коррекция которой и выполняется в предлагаемом устройстве.

0 Для уменьшения помех в выходном тракте прибора и исключения перегрузки дифференциального указателя 13 в рабочем режиме второй генератор 15 фиксированной частоты выключается, а сигнал от образцового делителя 12 уменьшается до его макс симального затухания подачей соответствующего управляюшего кода или сигнала отключения блока.

Применение быстродействующего регулирующего элемента 2, расположенного в канале фиксированной частоты, позволяет

0 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 pZn-диодов позволяет расширить диапазон регулирования до 40 дБ, что позволит корректировать погрешности выходного тракта прибора до 10 дб.

Преимушества предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в том,, что введение дополнительных генераторов

5 задающего и фиксированной частоты, преобразователей частоты позволяет корректировать погрешности установки уровня выходного сигнала в широком диапазоне частот и уровней, а следовательно, расширить область его применения. Повышение быстродействия системы автоматической регулировки уровня позволяет ускорить процесс коррекции, а также получить положительный эффект при использовании прибора в составе систем измерения и контроля. Коррекция погрешностей установки выходного сигнала производится непосредственно при заданных уровне и частоте и конкретной нагрузке, остаточная погрешность, опреде- ляемая в основном погрешностями преобразователя частоты, может быть предварительно прокалибрована по образцовой аппаратуре и скомпенсирована аппаратурными или программным образом, причем дальнейшее повышение точности предлагаемого генератора-калибратора уровня связано с совершенствованием преобразователей частоты и дифференциальных указателей.

Формула изобретения

20

Генератор-калибратор уровня, содержа- ший генератор фиксированной частоты, подключенный к сигнальному входу регу- лируюшего элемента, усилитель мош,ности, выход которого подключен к аттенюатору, выход последнего является выходом устройства, последовательно включенные генератор опорного напряжения, управляемый масштабный преобразователь, первый преобразователь переменного напряжения, сум- матор, усилитель, выход которого подключен

к управляющему входу регулирующего элемента, второй преобразователь переменного напряжения, включенный между выходом усилителя мощности и сигнальным входом сумматора, включенные последовательно образцовый делитель, входом подключенный к выходу управляемого масштабного преобразователя, дифференциальный указатель и блок памяти, подключенный к управляющему входу сумматора, а также блок управления, выход которого соединен с входами управления аттенюатора, управляемого мас- щтабного преобразователя, образцового делителя и блока памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности в широком диапазоне частот, в него дополнительно введены первый преобразователь частоты, последовательно соединенные второй генератор фиксированной частоты, второй и третий преобразователи частоты, избирательный усилитель, подключенный к второму входу дифферециального указателя, генератор перестраиваемой частоты, подключенный к первому входу первого и второму входу второго преобразователей частоты, а второй вход третьего преобразователя частоты соединен с выходом устройства, причем второй генератор фиксированной частоты подключен к управляющему выходу блока управления и к входу дифференциального указателя, а выход регулирующего элемента соединен с вторым входом первого преобразователя частоты, выход которого подключен к входу усилителя мощности.