Устройство для измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников Советский патент 1990 года по МПК G01R27/28 

ел

со

СХ) 4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования фазочастотных характеристик четырехполюсников.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем измерения начального сдвига фазы.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структура блока синхронизации; на фиг. 3 - схема умножителя частоты.

Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1 стандартных сигналов, выход которого подключен к входу первого усилителя-ограничителя и объекту 2 контроля, два усилителя-ограничителя 3 и 4, причем выход объекта контроля соединен с входом второго усилителя-ограничителя 4, выходы усилителей-ограничителей 3 и 4 соединены с входами первого 5 и второго 6 умножителей частот соответственно, выходы умножителей 5 и 6 подключены к частотному дискриминатору 7, реверсивный счетчик 8, входы которого подключены к выходам дискриминатора 7, а информационные входы связаны с информационными выходами блока 5, блок 9 синхронизации, выход которого подключен к входу записи счетчика 8, а первый, второй входы - к выходам умножителя 5 и усилителя-ограничителя 4 соответственно, цифровой индикатор 10, входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика 8, и блок 11 начальной установки, выход которого подключен к третьему входу блока 9.

Блок 9 синхронизации (фиг. 2) содержит первый 12, второй 13 и третий 14 D-триг- геры.

Умножитель 5 частоты (фиг. 3) содержит триггер 15, дискриминатор 16 периодов, первый 17 и второй 18 делители частоты, знаковый фазовый детектор 19, выход которого через блок 20 управления подключен к управляемому генератору 21, выход которого подключен к входу делителя 17 частоты, второй вход которого через дифференцирующую цепь 22 подключен к выходу триггера 15.

Устройство работает следующим образом.

При изменении частоты на входе объекта 2 контроля, имеющего комплексную передаточную функцию с действительной и мнимой частями, частота на выходе объекта отличается от входной на величину, определяемую фазочастотной характеристикой объекта

Л 1() 2яdt

Л L 2 U itldt+ i.(ll) 2л ; dt

п -- коэффициент умножения жителей частоты;

времени час- стандартных

1вк

f.;(t) - изменяющаяся во тота генератора сигналов;

х, fBi.ix2 - выходные частоты умножителей 1 и 2 соответственно. Положив фо О и зная, например, что д:(вых1 - fn)jx2), где fn - разностная частота, выделяемая частотным дискриминатором, можно записать

(t) Интегрируя последнее, получаем

(3) Дф

2л F5/

tt.

dt. Поскольку i vdt есть число

15

20

25

30

35

фазовых переходов разностной частоты, которое равно количеству импульсов N, при- щедщих с выхода логического частотного дискриминатора 7 и зафиксированных в реверсивном счетчике 8, запищем окончательно

.

Таким образом, устройство позволяет выделить разностную частоту и оценить фазовый набег в интервале изменения входной частоты.

Однако в этом случае контроль ФЧХ возможен только в динамическом режиме, т. е. при изменении входной частоты, и, следовательно, если на частоте wi, с которой начинаются измерения, имеет место фазовый сдвиг ф|, то устройство не сможет его зарегистрировать. Измеренным значением фазового набега окажется Аф ф2-ф1 в интервале частот Дсо со2-Ш|, в то время как фазовый сдвиг ф1 (как и ф2) устройством не регистрируется. Поэтому фазочастотная характеристика окажется смещенной на величину ф|. Устранить указанный недостаток .можно, если дополнительно измерить начальный фазовый сдвиг ф1, а результат в качестве начальных условий записать в реверсивный счетчик 8.

Существует больщое количество способов измерения сдвига фаз на частоте coi. Наиболее простым по реализации является

45 метод, использующий внутреннюю структуру первого умножителя 5 частоты фиг. 1. Сущность его состоит в том, что выделяют интервал времени т, соответствующий сдвигу фазы ф|, и заполняют его импульсами частоты nfi, где - частота генерато50 ра 1, п - коэффициент умножения умножителя. Можно записать T TtN|/n, где NI - число импульсов частоты nfi, зафиксированных в счетчике за время т, Ti - период следования частоты f|. Тогда фазовый сдвиг можно представить следующим соотноше55 нием ф1 2лЫ|/п. Сравнивая последнее выражение и выражение д,ля Дф, можно заметить, что они совпадают с точностью до знака.

40

Умножитель 5 частоты (см. фиг. 3) работает следующим образом.

Входная низкая частота fi поступает на триггер 1 15, который формирует импульс длительностью, равной периоду частоты f). Срез этого импульса через дифференцирующую цепь 22 устанавливает делитель 1 частоты в «О. Импульсы высокой частоты, поступающие на делитель 1, переводят его в последующие состояния и на его выходе формируется импульс длительностью т п/{выхь где п - коэффициент деления делителя частоты, ах. - частота управляемого генератора 21. Дискриминатор 16 периодов сравнивает частоты этих импульсов и, если fiiMxiT fi п, то (где ), и на выходах дискриминатора 16 появляются импульсы длительностью (т-Ti) (при - на одном выходе, а при - на другом). Эти импульсы воздействуют на интегратор блока 20 управления, осуществляющего подстройку управляемого генератора 21-так, чтобы оказалось . После того, как данное равенство выполняется с точностью, заданной при проектировании, дискриминатор 16 периода теряет чувствительность к разности IT-TI), и все управ пение завершается по фазовому каналу. Этот канал состоит из делителя 18 частоты с коэффициентом деления п/2 и знакового фазового детектора 19. На входы фазового детектора 19 поступают импульсы одинаковой (с заданной частотным каналом точностью) частотой: на один - входная, на другой - с выхода второго делителя 18 частоты. Знаковый фазовый детектор 19 определяет взаимное расположение фронтов импульсов, прищедщих на его входы, вырабатывая на своем выходе уровень логической «1 или «О. Последнее зависит от того опережает или отстает фронт импульса с делителя 18 частоты по сравнению с фронтом внешнего импульса частотой fi. Выходные импульсы знакового фазового детектора 19 управляют блоком 20, который воздействует на управляемый генератор 21, .так, чтобы на выходе фазового детектора 19 чередовались «О и «1. Такое состояние говорит о том, что колебания блоков 21 и 18 когерентны (синфазны) входному (с частотой fi).

Фронт импульса на выходе усилителя- ограничителя 4 формируется позже, чем на выходе усилителя-ограничителя 3 за счет запаздывания в объекте 2 контроля. За промежуток времени между этими фронтами в счетчике второго делителя 18 частоты умножителя 5 успеет накопиться некоторое количество импульсов, которое пропорционально фазовому сдвигу на заданной частоте измерения соь После прихода фронта импульса с усилителя-ограничителя 4 состояние счетчика второго делителя 18 частоты блока 5 по сигналу блока 11 начальной установки переносится в реверсивный счетчик 8. Синхронизация устройства осуществляется с помощью блока 9 синхронизации.

После включения устройства и установки начальной частоты измерения coi нажимают кнопку блока 11 начальной установки и третий триггер 14 блока 9 синхронизации (фиг. 2) переходит в состояние «1, подготавливая к переходу в «1 триггер 13 того же блока. В силу когерентности колебаний на выходе и входе умножителей с приходом фронта каждого импульса частоты fi второй делитель 18 частоты устанавливается в «О. К моменту формирования фронта с выхода усилителя-ограничителя 4 во втором дели- 5 теле 18 частоты записан код, пропорциональный начальному фазовому сдвигу. Фронт импульса с выхода усилителя-ограничителя 4 устанавливает триггер 13 в «1, триггер 14 - в «О (фиг. 2). При этом первый триггер 12 подготавливается к переходу в сос- 0 тояние «1, и фронтом очередного импульса частоты вых, умножителя 5 (это говорит о том,.что во втором делителе 18 частоты уже записан последний импульс, и счетчик находится в состоянии, когда возможен 5 съем информации). Триггер 12 устанавливается в «1 с одновременной записью в блок 8 кода, накопленного в этот момент во втором делителе 18 частоты умножителя 5. Любые последующие импульсы умножителя 5, усилителя-ограничителя 4 переведут схему син- 30 хронизации в исходное состояние.

Предлагаемое устройство позволяет измерять начальное значение фазового сдвига на частоте coi, с которой начинается измерение фазочастотной характеристики объекта контроля. Это улучшает свойства измерителя, 35 устраняя ошиб ку, связанную с неопределенностью начальной фазы.

Предел измерения начальной фазы лежит в диапазоне О-2я с точностью, определенной соотношением 2л./п, где п -- коэффициент умножения умножителя.

Формула изобретения

Устройство для измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержа45 щее перестраиваемый по частоте генератор стандартных сигналов, выход которого подключен к входу первого усилителя-ограничителя и первой клемме для подключения измеряемого четырехполюсника, вторая клемма для подк.пючения измеряемого четырех.50 полюсника подключена к входу второго усилителя-ограничителя, выходы усилителей- ограничителей подк-лючены к входам первого и второго умножителей частоты соответственно, выходы которых подключены к входам частотного дискриминатора, выходы ко55 торого подключены к счетным входам реверсивного счетчика, информационные выходы которого подключены к цифровому индикатору, а также блок начальной установки.

отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок синхронизации, выход которого подключен к входу начальной установки реверсивного счетчика, первый, второй и третий входы блока синхронизации подключены соответственно к выходам первого умножителя частоты, второго усилителя-ограничителя и блока начальной установки, а информационные входы реверсивного счетчика подключены к информационным выходам первого умножителя частоты.

Изобретение может быть использовано в устройствах для снятия фазочастотных характеристик четырехполюсников. Цель изобретения - повышение точности измерения. Цель достигается за счет обеспечения измерения начального сдвига фазы на начальной частоте. Для этого в устройство введен блок 9 синхронизации, позволяющий осуществлять запись кода внутреннего счетчика первого умножителя 5 частоты в реверсивный счетчик 8 в качестве начальных условий. При измерении сигнал с перестраиваемого генератора 1 стандартных сигналов подают на вход измеряемого четырехполюсника 2. Изменения фазы между его входом и выходом измеряется с помощью первого 3 и второго 4 усилителей-ограничителей, первого 5 и второго 6 умножителей частоты и частотного дискриминатора 7, усредняется реверсивным счетчиком 8 и индицируется блоком 10 индикации. Начальная установка осуществляется блоком 11 начальной установки. 3 ил.

Г

ж Л/г л /

Фиг.З

Составитель Н. Михал,ев

Техред А. КравчукКорректор Л. Патай

Тираж 555Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор С. Патрушева Заказ 3052

Фиг. 2