Прецизионный стробоскопический преобразователь Советский патент 1990 года по МПК G01R13/22 

Ри8Л

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровней напряжения сигналов, фазовых соотношеНИИ, формы и преобразования с заране заданными точностными параметрами временных масштабов входных сигналов нано- и пикосекундной длительности в промежуточный сигнал, в осцилографии, метрологии, системах контроля, а также в качестве преобразователя в информационно-измерительных системах

Целью изобретения является повышение точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига исследуемого сигнала путем устранения влияния Нелинейности амплитудной характеристики ключа 1 и неравномерности его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), уменьшения мощности широкополосной помехи за счет формирования строб-импульсов с регулируемыми параметрами,

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 строб-импульс при различных коэффициентах формы jc/; на фиГоЗ метод фомирования строб-импульса UjCt) из двух разнесенных на время 4t разнополярных параметров

Устройство содержит ключ 1, запоминающий блок 2, усилитель 3 обратной связи, аттенюатор 4 обратной свя зи, согласующий усилитель 5, первый и второй сумматоры 6 и 7, предварительный формирователь 8, первый формирователь 9 перепада, блок 10 регулируемой временной задержки, второй формирователь 11 перепада, третий сумматор 12s фазоинвертор 13о

Прецизионный стробоскопический пробразователь содержит ключ 1, который первым входом соединен со входом исследуемого сигнала, а выходом подключен к первому входу запоминающего блока 2, выход которого через усилитель 3 обратной связи подключен к выходу устройства, ко входу согласующего усилителя 5, ко входу аттенюатора 4 обратной связи, выход которого соединен со вторым входом запоминающего блока 2, а выход согласующего усилителя 5 соединен со вторыми входами первого сумматора 6 и второго сумматора 7, выход первого сумматра 6 подключен ко второму входу ключа 1 , а выход второго сумматора 7

подключен к третьему входу ключа 1, и первый вход первого сумматора 6 соединен с первым выходом фазоинвертора 13, а первый вход второго сумматора 7 соедд нан со вторым входом фазинвертор а 13, вход сигнала синхронизации через предварительнь)й формирователь 8 подключен ко входу первог формирователя 9 перепада и входу блока 10 регулируемой временной задержки, выход которого через второй формирователь 11 перепада соединен со вторым входом третьего сумматора 12, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя 9 перепада выход третьего сумматора 12 подключе ко входу фазоинвертора 13.

Устройство работает следуюухим образом

В отсутствии строб-импульсов на втором и третьем входах ключа 1 этот ключ заперт за счет напряжения на запоминающем блоке 2,-возникшем при

предыдущем стробировании и за счет напряжения отсечки нелинейных элементов ключа 1« В момент прихода строб-импульсов на ключ 1 он открывается и запоминающий блок 2 заряжается мгновенным значением исследуемого сигнала до величины 20-30% от его значения Запомненное напряжение усиливается усилителем 3 обратной связи и дозаряжает запоминающий блок 2-до значения исследуемого сигнала в точке считывания, что обеспечивается соответствующей установкой ослабления аттенюатора обратной связи 4, Такая обратная связь также поддерживает неизменным напряжение на запоминающем блоке 2 между моментами стробированияо Это же напряжение через согласующий усилитель 5 подается на первый сумматор 6 и второй сумматор 7, где образует подставку напряжения для положительного и отрицательного строб-мпульсов соответственно Это позволяет устранить асимметрию ключа 1 в следуюш й момент стробирования, возникающую из-за хранящегося в запоминающем блоке 2 напряжения Сигнал синхронизации, предварительно усиленный и сформированный в предварительном формирователе 8, поступает на первьй формирователь 9 перепада на диоде с накоплением заряда, который формирует положительный перепад с крутым фронтом. Кроме этого, сигнал после предварительного формирователя 8 подается че рез блок 10 регулируемой временной задержки на второй формирователь 1 1 перепада, который формирует отрицательный перепад с крутым фронтом,, Временное положение передних фронто положительного и отрицательного пере падов разнесено на время задержки dt с помощью блока регулируемой временной задержки, которое может выполнят ся как вручную , так и программным путем На выходе третьего сумматора 12 образуется короткий импульс с кру тыми передним и задним фронтом, длительность которого, как и коэффициен формы, может регулироваться временно задержкой в блоке 10, Из этого импульса с помощью фазоинвертора 13 по лучены короткие разнополярные импуль сы с крутыми фронтами, параметры кот рых могут регулироваться путем изменения задержки /3t.. Поступая на сумматоры 6 и 7, эти импульсы производя стробирование исследуемого сигнала, В устройстве уменьщена или может заранее корректироваться амплитудная погрещность строб-преобразователя в динамическом диапазоне из-за нелиней ности АХ, что достигается путем изменения коэффициента формы о( строб-и пульса на выходе третьего сумматора путем изменения задержки на 211 в бло ке временной .задержки. Форма стробимпульса приведена на , На фиг. показана форма строб-импульса на выходе третьего сумматора, Известно, что эта погрешность ста новится пренебрежительно малой (менее 0,1% при В) уже при Уменьшена или может заранее кор-ректироваться фазовая погрещность в динамическом диапазоне строб-преобразователя из-за нелинейности АХ, что достигается путем изменения коэф фициента формы di строб-импульса В диапазоне входных сигналов 500J мВ увеличение о от 1 до 3 снижает фазовую погрешность с 2 до 0,04, т,е. в 50 раз. Может быть скорректирована амплитудно-частотная погрешность из-за резонансных явлений на паразитных реактивностях ключа. Это достигается путем регулировки коэффициента передачи смесителя К. строб-преобразователя с помощью изменения длительности строб-импульсов Данная погрешность может быть уменьшена на 70% от своего значения, Может быть скорректирована амплитудно-частотная погрешность, связанная с конечной длительностью стробимпульсов, что достигается путем уменьшения длительности строб-импульса tc при увеличении частоты сигнала fg по известному закону. Она может быть уменьшена с 1,5% до 0,4% в диапазоне частот 1-1,5 ГГц, Уменьшена, примерно на порядок, мощность широкополосной помехи, возникающей в строб-преобразователе-прототипе из-за наличия в нем формирователя, создающего импульс с крутым фронтом и амплитудой 10-12 Б, что необходимо дпя обеспечения широкого частотного диапазона смесителя, В предлагаемом устройстве амплитуда формируемых импульсов лежит в пределах 1-2 В и отсутствуют запирающие напряжения, подаваемые на ключ, Высокие частотные параметры стробгпреобразователя, зависяпще от минимальной длительности строб-импульса, в предлагаемом устройстве обеспечены новым техническим решением формирования строб-импульса. Таким образом, положительный эффект состоит в уменьшении погрешности при переносе на промежуточный сигнал как амплитудной, так и фазовой информации в динамическом и частотном диапазонах входного сигнала. Погрешность устройства определяется .следующими факторами. Амплитудная и фазовая погрешность в динамическом диапазоне входного сигнала из-за нелинейности амплитудной характеристики смесителя: увеличение коэффициента формы строб-импульса в устройстве от 1 до 3 делает эту погрешность менее 0,05% по амплитуде и 0,04 по фазе. Амплитудно-частотная погрешность из-за конечной -длительности стробимпульса: путем коррекции с помощью изменения длительности строб-импульса 5 сводится, к значению не более 0,4% в диапазонеДО 1,5-3 ГГц, Амплитудно-частотная погрешность из-за резонанса на паразитных реактивностях элементов смесителя: путем коррекции с помощью изменения длительности строб-импульса 4 сводится к значению не более 0,5% в диапазоне до 3 ГГЦо 1 Погрешность из-за нестабильности временного положения переднего и зад него фронтов строб-импульса, обуслов ленной устройством регулируемой временной задержки и формирователями перепадов При величине нестабильнос ти до 1,4 ПС погрешность переноса амплитудной информации на сигнал про межуточной частоты достигает 0,6%J Амплитудная погрешность за счет паразитной широкополосной помехи: при величине входного сигнала 10 мВ она уменьшена от значения 0,4% у про тотипа до 0,01% у предлагаемого устройстваТаким образом, систематическая по грешность преобразования устройства не превьш1ает 1% по амплитуде и 0,6® по фазе при доверительной вероятноети 0,99 и случайная погрешность не более 0,6% по амплитуде и 0,3 по фазе в динамическом диапазоне до 3 ГГЦо Систематическая погрешность преоб разования у прототипа в тех же динамическом и частотном диапазонах достигает величины: по амплитуде 6-10, по фазе до 5 о Формула изобретения I Прецизионный стробоскопический преобразователь, содержащий ключ, первый вход которого соединен с вхо дом преобразователя, а выход соеданен с первым входом запоминающего 0 блока, выход которого через усилитель обратной связи соединен с выходом преобразователя, входом согласующего усилителя, входом аттенюатора обратной связи, выход которого соединен с вторым входом запоминающего блока, а выход согласующего усилителя соединен с вторым входом первого сумматора и вторым входом второго сумматора и выход первого сумматора соединен , с вторым входом ключа, а выход второго сумматора соединен с третьим входом ключа, вход сигнала синхронизации через предварительный формирователь соединен с входом первого формиро.вателя перепада, а первый выход фазоинвертора соединен с первым входом первого сумматора, второй выход фазоинвертора соединен с первым входом второго сумматора, о т л и ч а- ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига входного сигнала, в него дополнительно введены блок регулируемой временной задержки, второй формирователь перепада и третий сумматор, вход блока регулируемой временной задержки соединен с выходом предварительного формирователя, а выход через второй формирователь перепада соединен с вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя перепада, а выход третьего сумматора соединен с входом фазоинвертора. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровней напряжения и фазовых сдвигов. Цель изобретения - повышение точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига. С помощью ключа 1 и строб-импульсов, поступающих с сумматоров 6,7, стробируется входной сигнал и через запоминающий блок 2 и усилитель 3 обратной связи преобразованный в низкую частоту сигнал поступает на выход. Строб-импульсы с амплитудой 1-2 В формируются предварительным формирователем 8, формирователями 9, 11 перепада, блоком 10 регулируемой временной задержки, третьим сумматором 12, фазоинвертором 13. За счет формирования строб-импульсов с малой амплитудой и без отсечки вершины импульсов уменьшается мощность широкополосной помехи, воздействующей на выходной сигнал. При низких частотах входного сигнала форму строб-импульсов можно делать более прямоугольной с помощью блока 10 регулируемой временной задержки, что улучшает линейность амплитудно-частотной характеристики преобразователя. 3 ил.

toTTf/2

и

Us(t)

Uni(t)

Иш

Urns

Urn(t)

Фаг.з