Устройство для определения фазочастотных погрешностей широкополосных делителей напряжения Советский патент 1991 года по МПК G01R27/28 

другой вход второго автоматического пере- ключателя через регулируемый фазовращатель 4 соединен с генератором 2 фиксированной частоты; выход первого автоматического переключателя 5 через контролируемый делитель 8 напряжения соединен с одним из входов второго балансного смесителя; другой вход балансного смесителя 9 непосредственно соединен с

выходом второго автоматического переключателя 6; выход второго балансного смесителя 9 через первые фильтр 10 нижних частот и усилитель 12 соединены с одним входом третьего балансного смесителя 14; другой вход третьего балансного смесителя 14 через второй фильтр 11 нижних частот соединен с выходом первого балансного смесителя 3. 1 ил.

Изобретение может быть использовано для определения фазочастотных погрешностей резистивных, индуктивных и емкостных делителей напряжения, предназначенных для работы в широком диапазоне частот. Цель изобретения - повышение точности определения фазочастотных погрешностей широкополосных делителей напряжения с большим коэффициентом деления в широком частотном диапазоне - достигается за счет исключения, фазоамп- литудных погрешностей в смесителе и более эффективного подавления помех за счет синхронного детектирования. Для этого-в устройство введены новые структурные связи: вход первого автоматического переключателя 5 соединен с выходом генератора 2 фиксированной частоты; другой вход автоматического переключателя соединен с противоположным входом-второго автоматического переключателя 6 и выходом генератора 1 перестраиваемой частоты; (Л С о XJ Ю 4 Ј

Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для определения фазочастотных погрешностей резистивных, индуктивных и емкостных делителей напряжения, предназначенных для работы в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - повышение точности определения фазочастотных погрешностей широкополосных делителей напряжения с большим коэффициентом деления в широком частотном диапазоне путем исключения фазоамплитудных погрешностей в смесителе и более эффективного подавления коммутационных помех за счет синхронного детектирования.

На чертеже представлена функциональная смеха устройства для определения фазочастотных погрешностей широкополосных делителей напряжения,

Устройство содержит генератор 1 перестраиваемой частоты, генератор 2 фиксированной частоты, первый балансный смеситель 3, первый регулируемый фазовращатель 4, автоматические переключатели 5 и 6, генератор 7 коммутационных импульсов, контролируемый делитель 8 напряжения, второй балансный смеситель 9, первый 10 и второй 11 фильтры нижних частот, первый усилитель 12, амплитудный ограничитель 13, третий балансный смеситель 14, второй усилитель 15, фазо- чувствительный выпрямитель 16 и индикатор 17,

Выходы генераторов 1 и 2 соединены с входами балансного смесителя 3, Один вход автоматического переключателя 5 соединен с выходом генератора 2, другой вход соединен с противоположным входом переключателя 6 и выходом генератора 1. Другой вход автоматического переключателя 6 через регулируемый фазовращатель 4 соединен с генератором 2. Выход автоматического переключателя 5 через контролируемый делитель 8 соединен с одним входом балансного смесителя

9, другой вход которого непосредственно соединен с выходом автоматического переключателя б. Выход балансного смесителя 9 через последовательно соединенные

фильтр 10 нижних частот, усилитель 12 и амплитудный ограничитель 13 соединен с одним из входов балансного смесителя 14, другой вход которого через фильтр 11 нижних частот соединен с выходом балансно0 го смесителя 3. Выход балансного смесителя 14 через второй усилитель 15 соединен с сигнальным входом фазочувст- вительного выпрямителя 16, управляющий вход которого соединен с управляющими

5 входами автоматических переключателей 5 и 6 и выходом генератора 7 коммутационных импульсов. К выходу фазочувстви- тельного выпрямителя 16 подключен индикатор 17.

0 Устройство работает следующим образом.

В исходном положении частоту испытательных колебаний ш генератора 1 устанавливают равной верхней границе Юв

5 рабочего диапазона частот контролируемого делителя 8 напряжения (а Gfe). Фиксированную частоту колебаний 0)2 генератора 2 выбирают близкой к верхней границе диапазона частот контролируе0 мого делителя 8 (ctfc WB)., При этом разность частот генераторов 1 и 2 должна быть в 10-20 раз больше частоты следования Q импульсов коммутации генератора 7, которую устанавливают в пределах (55 10) Гц.

Колебания Ui Umicos(wn + p) генератора 1-й колебания Da Um2 cos (ftfct генератора 2 через автоматический переключатель 5 поочередно воздействуют на вход контролируемого делителя 8. Пакеты ослабленных и сдвинутых по фазе делителей напряжения колебаний смешиваются в балансном смесителе 9 с пакетами неослабленных колебаний, которые Формируются автоматическим переключателем 6.

В одном положении переключателей 5 и 6 (указанном на чертеже) на выход делителя 8 проходят ослабленные колебания испытательной частоты

из (Umi/Ki)cos (соц + р - Apgi), (1)

где Ki r коэффициент деления делителя 8 на частоте (л

- фазовый сдвиг, вносимый делителем 8 на частоте а.

Ослабленные колебания Кз смешиваются с неослабленными колебаниями опорной частоты од, проходящими через регулируемый фазовращатель р

LU Um2 cos (ott + (pi + A po),

где - фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 4 на фиксированной частоте (01.

В результате смешивания колебаний Уз и U4 образуются колебания суммарной Ы1 +йЈ и разностной а)-ал частот. Фильтром 10 нижних частот выделяют колебания разностной частоты.

COS ()t +(pi - ф + Apgl + ДрС1 + АрФ1,(3)

где Um5 2-(Si/Ki)UmiUm2-амплитуда

результирующих колебаний;

Si - крутизна преобразователя смесителя 9;

- фазовый сдвиг, вносимый смесителем 9 и зависящий от отношения амплитуд (Umi/K и Um2) смешиваемых колебаний;

ДуФ1 фазовый сдвиг, вносимый фильтром 10 нижних частот на разностной частоте W2 .

В другом положении переключателей 5 и б через делитель 8 проходят колебания фиксированной частоты ftfc без дополни- тельного сдвига фазы фазовращателем 4

Ue- (U т2 / К2)со s (№2t + (pi + Д pgi), (4)

где Ка - коэффициент деления делителя 8 на частоте ai

- фазовый сдвиг, вносимый делителем 8 на частоте иц.

Ослабленные колебания Ue смешиваются с неослабленными колебаниями Ui частоты (о. Фильтром 10 нижних частот выделяются колебания разностной частоты

U Um cos (ftЈ - )t + (pi - Д W .(5)

где Um7-2 (Si/K2)UmiUm2 - амплитуда

результирующих колебаний;

- фазовый сдвиг, вносимый смесителем 9 при амплитудах Um2/K2 и Uml сме- Ю шиваемых колебаний.

Из выражений (3) и (5) видно, что в оба

полупериода коммутации Т фильтром

10выделяются колебания одной и той же 15 разностной частоты (oi - ш с практически

одинаковыми амплитудами (Ki K2), но с различными по знаку фазовыми сдвигами

И И , ВНОСИМЫМИ КОНТрОЛИрувмым делителем напряжений.

20 Так как амплитудно-частотные погрешности широкополосных делителей напряжения малы (Ki K2). то и соответствующие фазоамплитудные искажения, вносимые смесителем 9, практически одинаковы

25 ( ).Поэтому фазовая модуляция пакетов колебаний разностной частоты однозначно определяется только фазовыми сдвигами, вносимыми контролируемым делителем 8 и регулируемым фазовраща30 телем 4.

Колебания разностной частоты усиливаются усилителем 12, ограничиваются по амплитуде ограничителем 13 и подаются на один из входов балансного смесителя 14. На

35 другой вход этого смесителя через фильтр

11нижних частот поступает выходное напряжение разностной частоты балансного смесителя 3.

40U8 Um8COS(ft 2-ft;i)t +

. ,(6)

где Um8 2 82 UmiUm2 - амплитуда

45 результирующих колебаний;

S2 крутизна смешивания балансного смесителя 3;

фазовый сдвиг, вносимый фильтром 11 нижних частот на разностной частоте UJ2 Ш,

В результате амплитудного ограничения на один вход балансного смесителя 14 поочередно воздействуют пакеты колебаний Us и U разностной частоты (Oi - (Di одинаковой амплитуды, но с разными фазовыми сдвигами. На другой вход балансного смесителя 14 непрерывно воздействуют колебания Us той же разностной частоты с постоянным фазовым сдви50

55

гом. В результате смешивания образуется переменная составляющая частоты Q переключения, пропорциональная разности фаз пакетов колебаний Us и U

U9 Um9COS(Qt-fA0b + + Apg2)j7)

где Um9 2 5з UoUme - амплитуда результирующих колебаний;

5з - крутизна смешивания балансного смесителя 14;

Uo - уровень ограничения на выходе амплитудного ограничителя 13.

Переменное напряжение Ug частоты коммутации усиливается усилителем 15, выпрямляется фазочувствительным.выпрямителем 16 и регистрируется индикатором 17.

Регулировкой фазовращателя 4 добиваются нулевого показания индикатора 17, чему соответствует баланс фазовых сдвигов, вносимых контролируемым делителем 8 и фазовращателем 4

Дрд1 + Д0д2 - ,

где значение фазового сдвига, вносимого фазовращателем.

Учитывая, что испытательная частота У1 близка к опорной частоте ufc(ui - «2), получаем значение фазовой погрешности контролируемого делителя напряжения на верхней границе частотного диапазона

Дрд()

2

0)

Затем испытательную частоту ш- устанавливают равной нижней границе рабочего диапазона частот контролируемого делителя напряжения (ш ш) и регулируемым фазовращателем 4 добиваются вновь нулевого показания индикатора 17, Соотношение (8) принимает вид:

#

Apgi(wi) + A Vg2(ftfc) (ин) +

+ () Д002,(10)

откуда имеем

Дрд(ин) Д ро2 - Ара(Ув) или с учетом выражения (9) получаем

А Ы |21-Ау)о2,(11)

Увеличивая испытательную частоту до значения й)в, определяют соответствующие

фазовые погрешности контролируемого делителя на промежуточных частотах его рабочего диапазона частот

AftH- -Afta,

(12)

где - фазовый сдвиг фазовращателя 4 на промежуточной частоте ад.

10 Аналогичным образом определяют фа- зочастотные погрешности широкополосных делителей напряжения при других значениях коэффициента деления. При больших коэффициентах деления, как сле15 дует из выражений (3) и (5), произведение и отношение амплитуд смешиваемых коле- баний в оба полупериода коммутации практически одинаковы, что исключает фа- зоамплитудные погрешности в смесителе,

20 при этом отпадает необходимость установки нуля на каждой частоте испытательного сигнала. Режим симметричной коммутации, используемый в предлагаемом устройстве, позволяет использовать фазочувствитель25 ное выпрямление (синхронное детектирование), что способствует эффективному подавлению влияния коммутационных всплесков, следующих с двойной 2 Q частотой коммутации.

30

Формула изобретения Устройство для определения фазоча- стотных погрешностей широкополосных делителей напряжения, содержащее первый

35 генератор, второй генератор фиксированной частоты, первый балансный смеситель, входами соединенный с выходами обоих генераторов, два переключателя, генератор коммутационных импульсов, сое40 диненный с управляющими входами переключателей, контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеситель, два фильтра нижних частот, первый усилитель, регулируемый фазовраща45 тель, последовательно соединенные третий балансный смеситель, второй усилитель, фазочувствительный выпрямитель, управляющий вход которого соединен с выходом генератора коммутационных им50 пульсов, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, один вход первого переключателя соединен с выходом второго генератора, другой вход соединен с противоположным

55 входом второго переключателя и выходом, первого генератора, другой вход второго переключателя через регулируемый фазовращатель соединен с вторым генератором, выход первого переключателя через дели

тель напряжения соединен с одним вхо-нижних частот, первый усилитель и ограни- дом второго балансного смесителя, другойчитель амплитуды соединен с одним входом вход которого непосредственно соединентретьего балансного смесителя, другой вход с выходом второго переключателя, выход которого через второй фильтр нижних час- второго балансного смесителя через после- 5тот соединен с выходом первого балансного довательно соединенные первый фильтрсмесителя.