Способ измерения нелинейности передаточной характеристики амплитудного детектора Советский патент 1989 года по МПК G01R31/28 

t J|r

fj

- (Г

тъТ

5 -1

4

sj

00 05

to

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения передаточной характеристики амплитудных детекторов, имеющих применение как в высокочастотных вольтметрах, так и в других измерительных приборах, например измерителях диэлектрических характеристик, измерителях глубины амплитудной модуляции.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, комплексное сопро- тивление 2 связи, LC-контур, образованный параллельно соединенными катушкой 3 индуктивности, конденсатором 4 переменной емкости, модулирующими иарикапами 5, связанными с модулятором 6, контролируемый амплитудный детектор 7, детектор 8, огибающей усилитель 9 низкой частоты, низкочастотный прецизионный линейный детектор 10, и ключ И . LC-контур через ключ 11 связан с входами контролируемого амплитудного детектора 7 и детектора 8 огибающей, выход которого через усилитель 9 низкой частоты соединен с низкочастотным прецизионным линейным детектором 10.

Сущность способа заключается в следующем.

Амплитуда напряжения (U) на контуре определяется модулем коэффициента передачи (А), являющегося функцией параметров измерительной схемы.

ZK

V

«е

(1)

где Z-. - сопротивление связи, в общем случае комплексное,

се

г + jx,

г - активная составляющая сопротивления связи (внутреннее сопротивление генератора I )j

х - реактивная составляющая сопротивления связи,при емкостной связи I

хи

ZK - полное сопротивление LC-контура;

Е амплитуда напряжения генератора .

С учетом принятых обозначений можно получить следующее выражение для коэффициента передачи:

.

А.

(1 + rg)% x4g + +

+ Р

а г 4 х + г

ьWZL

QL

(2)

где 2 x I -CO LC;

L - индуктивность катушки З; С - полная емкость в контуре,

равная сумме емкостей кон- денсатора 4 переменной емкости и модулирующих варикапов 5,

g - проводимость, эквивалентная потерям в элементах парал- лелъного LC-контура (в основном в катушке индуктивности -gj,).

Первая производная модуля коэффи- циента передачи по емкости - крутизна резонансной характеристики - определяется выражением

Изобретение относится к области радиоэлектронных измерений и может быть использовано при контроле параметров амплитудных детекторов. Цель изобретения - повышение точности контроля нелинейности передаточной характеристики амплитудных детекторов. Способ контроля нелинейности передаточной характеристики амплитудного детектора реализован в устройстве. На вход контролируемого амплитудного детектора через комплексное сопротивление 2 связи поступает переменное напряжение от высокочастотного генератора 1. При помощи электронного ключа 11 подключается LC-контур, образованный катушкой 3 индуктивности, конденсатором 4 переменной емкости, модулирующими варикапами 5. Емкость последних изменяется модулятором 6. Амплитуда низкочастотной огибающей на LC-контуре измеряется при помощи детектора 8 огибающей, усилителя 9 низкой частоты и низкочастотного прецизионного линейного детектора 10. По измеренным значениям рассчитывается нелинейность передаточной характеристики амплитудного детектора 7 по формуле, приведенной в описании изобретения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

dA

AL

dC

Максимум напряжения на LC-контуре

dA

имеет место при -ттг 0, т.е. как сле- dC

дует из выражения (3), при

{fp l-CA)ZLCp - (xCDL)/(r2 + К),

2р-„ параметр при резонансной емкости Ся.55 Откуда следует выражение для резонансной емкости

Г j + х . (Ь)

СР W()W

(3)

Значение емкости контура, соответствующее симметричной его расстройке относительно резонанса, можно залипать как

С Ср ± ЛС,

где UC - отклонение емкости контура от резонансного значения.

После подстановки (4) в (5), а результирующего выражения в (2) и (3)по- лучим тг ,vo,5

(6)

где Q4 - добротность нагруженного параллельного LC-контура

( + gL)V

(7)

а коэффициент coL/ -Jr + 2 характеризует степень связи LC-контура с генератором,

И

+ СО UC(r2 + х2) А9.

(8)

dA dC

Модулятор 6 периодически изменяет емкость модулирующих варикапов 5 на величину См. Вследствие неравенства коэффициентов передачи при двух значениях емкости модулирующих варикапов 5, высокочастотное напряжение на LC-контуре модулируется по амплитуде. Если изменение емкости модулирующих варикапов удовлетворяет

то амплитуда

условию CM«Q- J

модуляции высокочастотного напряже- ния на контуре пропорциональна первой производной модуля коэффициента передачи

U

м

° 5Ef C

(9)

Из уравнений (9), (8) и (I) следует выражение, связывающее отклонение ДС емкости контура от резонансного значения с амплитудами высокочастотных напряжений на контуре (U) и выходе генератора (Е) и глубиной модуляции (UM) напряжения на LC-контуре

р

UC Ср - С рUME

Р

U

)

(Ю)

- коэффициент пропорциональности

2(ОгС„(г2 + х2)

(И)

Таким образом, при замкнутом плече 11 амплитудно-модулированное высокочастотное напряжение поступает на входы исследуемого амплитудного детектора 7 и детектора 8 огибающей. При этом на выходе амплитудного детектора 7 присутствует постоянное напряжение, уровень которого из-за нелинейности начального участка передаточной характеристики детектора отличается на величину &U от амплитуды высокочастотного напряжения на LC-контуре (на входе амплитудного детектора 7) . Детектор 8 огибающей выделяет огибающую амплитудно-моду- лированного высокочастотного напря

10

15

20

25

ження на LC-контуре, которая затем усиливается усилителем 9 низкой частоты и детектируется низкочастотным прецизионным линейным детектором 10.

Выпрямленные амплитудным детектором 7 и низкочастотным прецизионным линейным детектором 10 напряжения измеряются вольтметром постоянного тока. Далее ключ 11 размыкается и при отключенном контуре измеряется постоянное напряжение на выходе амплитудного детектора, отличающееся от амплитуды Е напряжения генератора на ту же величину uU, обусловленную нелинейностью начального участка передаточной характеристики амплитудного детектора 7 .

Затем напряжение на выходе генератора уменьшают (примерно в два раза) и повторяют ранее выполненные измерения соответственно при замкнутом и разомкнутом ключе 1.

В соответствии с формулой (I 0) вычисляют параметры:

для первого случая Eci UJMI

UC, р

ч

(12)

для второго случая

, ,, UNI АС, Р-ЦТгдеIV ни,

(13)

JM2

измеренные амплитуды огибающей при замкнутом ключе 11,

U, и - измеренные выпрямленные напряжения на вы . ходе контролируемого

амплитудного детек- i.тора 7 при замкнутом

ключе II и при разомкнутом ключе 11 соответственно .

Если амплитудный детектор 7 линейный, т.е. &U 0, то должное выполняться равенство

&С, UC2. .

Если UU 0 (характеристика амплитудного детектора нелинейна), то

АС,т ДС2 . Выразив значения выпрямленных напряжений через истинные значения амплитуд и абсолютную погрешность Д U амплитудного детектора 7 и разделив уравнение (12) на (13), получим

UCi (Е - AU У (KU - UU) I ПД)- ДС4 (U -UU ) (КЕ -A U)2 К А

где К

5U781

- отношение второго (уменьшенного) значения амплитуды напряжения генератора к исходному ,5

и U - исходные значения амплитуд напряжения на входе амплитудного детектора 7 соответственно при разомкнутом и замкнутом ключе 11. ю

иКи - уменьшенные значения амплитуд напряжения на входе детектора соответственно при разомкнутом и замкнутом ключе 1 1 .15

ДЦ

Е

ДЦ КЕ

1

) (Очевидно при Е « U произведение Ди

-Ґ«

-&

КЕ

1 -

1 - ди

и

КЕ .)«,

1

(16)

.С учетом (16) из (15) имеем

1 -UU 4r + ЙГ)1

) А у (1 + )

0 ЧСЕ U ,

и далее

&С« . Ли

Г I tK 1 - --

ACjU

T(3-2i

Из уравнения (20) имеем AU

(I -±Јl)- U V

JL

1-К

3-2

,и

При U Е уравнение (21) тождествен- 40 но (18).

(20)выразив в уравнении (2) параметры К, &С и ДСг через значения измеренных постоянных напряжений, получим расчетную формулу для определения погрешности амплитудного де(21)тектора, обусловленную нелинейностью начального участка его характеристики

45

Ди

.

Г-Si (bL)7. ( Ч2 ; (

Для того, чтобы минимизировать .составляющую погрешности, обуслов - ленную погрешностью измерения амплитуд UMa, перед началом измерений при замкнутом ключе 11 емкость

696

При делении уравнений (12) и (3) исчезают значения амплитуд огибающей

II

м«

и UM , так как благодаря отсутствию погрешности детектирования низкочастотным прецизионный линейным детектором 10 их отношение равно К.

I

Рассмотрим вначале частный случай

Е в U (это условие легко выполнить, используя емкостную связь генератора с контуром и установив соответствующую добротность контура шунтирующим резистором). Уравнение (14) перепишем в следующем виде

AU

ки

ди ки

ди и

ди

(15)

1 К

1 - К

ДС| лс,

(17)

и так как (1 - Д С4/&Сг)х-1 , то

ди

U

(1 - ДС,/ЛС2). (K/I-K). (18)

30

Теперь рассмотрим общий случай Е v U. Принимая во внимание, что , преобразуем выражение (15)

. Г, &Ј I1

L1 и с-.-1 )j (1

9)

1

С ) имг

(3 - 2ЬИ)

конденсатора 4 переменной емкости изменяют до установления максимума напряжения на выходе детектора 8 огибающей. LC-контур настраивают относительно частоты генератора так,

чтобы амплитуда огибающей высокочастотного напряжения на контуре была максимальной. Кроме этого значения постоянных напряжений на выходе амплитудного детектора при отключенном LC-контуре выбирают в соответствии с выражением

0,4Е,Ј ЕгЈ0,бЕ,.

Подача высокочастотного напряжения с выхода генератора на вход проверяемого амплитудного детектора через делитель, образованный последовательно включенными сопротивлением связи и параллельным параметрическим модулированным LC-контуром, расстроенным относительно частоты генератора, и измерение амплитуды огибающей напряжения на входе детектора позволили отказаться при испы- танли амплитудного детектора от образцового высокочастотного вольтметра что повысило точность контроля.

«-Г. -|йм|4 姫. }

L UMi Е2 U, J

де Е,

Е

м, . UM2

измеренные значения постоянных напряже- ,г ний при двух различных уровнях переменного напряжения на входе амплитудного детектора в отсутствие ампли-до тудной модуляции; амплитуды низкочастотных огибающих при двух различных уровнях переменного напряжения д при модуляции низко- / частотным сигналом;

Формула изобретения

O выходе амплитудного детектора при двух различных уровнях переменного напряжения, определяют величину нелинейности передаточной характеристики амплитудного детектора, о т 5 личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, осуществляют амплитудную модуляцию переменного напряжения низкочастотным сигналом, измеряют амплитуды

0 низкочастотной огибающей модулированного переменного напряжения на входе амплитудного детектора и по- стоянное напряжение на его выходе при двух уровнях переменного напря5 жения, величину нелинейности характеристики амплитудного детектора определяют по формуле

(и«,/иЖг-1)(3-2и4/Е,)

U, , U4 - измеренные значения постоянного напряжения при двух различных уровнях переменного напряжения при модуляции низкочастотным сигна-

b

лом.

0,4-Е4й Е4ёО,6Е,.