Устройство для контроля фазочастотных характеристик четырехполюсников Советский патент 1992 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проверки фазовых характеристик фильтров нижних частот.

Известны устройства для измерения фа- зочастотных характеристик, использующие преобразование разности фаз в интервал времени и измерение этого интервала путем подсчета числа периодов опорной (входной) частоты, умноженной на постоянный множитель.

Недостатки известных устройств состоят в том, что они не позволяют осуществить измерение набега фазы более 360°. сохраняя при этом точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения сдвига фаз, содержащее перестраиваемый по частоте генератор стандартных сигналов, выходом

соединенный с входом первого усилителя ограничителя и входом объекта контроля (ОК), выход которого подключен к входу второго усилителя-ограничителя, первый и второй когерентные умножители частоты, входами соединенные с выходами первого и второго усилителя-ограничителя соответственно, последовательно соединенные логический частотный дискриминатор, (ЛЧД), реверсивный счетчик, и цифровой индикатор, причем выходы первого и второго когерентных умножителей частоты подключены к первому и второму входам логического частотного дискриминатора соответственно, блок начальной установки, соединенный выходом с установочным входом реверсивного счетчика.

Гармонический сигнал с изменяющейся во времени частотой подсчета подается с

Ч

сл

00

о

генератора стандартных сигналов на объект контроля, имеющий комплексную передаточную функцию, благодаря которой мгновенное значение частоты на выходе обьекта контроля будет отличаться от мгновенной частоты на его входе. Когерентные умножители позволяют увеличить это различие. ЛЧД формирует два потока импульсов, частота следования которых пропорциональна разности частот на входах этого дискриминатора, а номер поточа соответствует знаку разности. Импульсы подсчитываются в реверсивном счетчике, состояние которого отображается на индикаторе.

Для снятия фазочастотных характеристик четырехполюсников необходимо иметь генератор стандартных сигналов, перестраиваемый в широком диапазоне частот. В случае, если диапазон изменения частоты генератора стандартных сигналов превышает диапазон допустимого плавного изменения частоты управляемого генератора любого из когерентных умножителей частоты, измерения невозможны, так как переход на другой поддиапазон в первом или втором когерентном умножителе частоты приводит к переходному процессу по частоте на его выходе. Последнее ведет к появлению ложной информации на выходе логического частотного дискриминатора, что в конечном итоге повлечет за собой накопление ошибки в реверсивном счетчике. Поэтому недостатком устройства является отсутствие защиты от ошибок при переходе от поддиапазона к поддиапазону когерентных умножителей частоты, что снижает частотную полосу контроля фазочастотных характеристик.

Целью изобретения является расширение частотной полосы контроля фазочастотных характеристик четырехполюсников при сохранении точности измерения.

Сущность изобретения состоит в защите внутренней памяти логического частотного дискриминатора от ложной входной информации, на все время действия переходного процесса в когерентных умножителях частоты. Для этого в устройство введены схема запрета, способная определять начало переходного процесса в любом когерентном умножителе частоты и формировать импульс запрета, защищающий память логического частотного дискриминатора от ошибок.

На фиг. 1 представлена электрическая структурГная схема устройства для комтро

ля фазочастотных характеристик четырехполюсников; на фиг. 2 - электрическая структурная схема одного когерентного умно жителя частоты (КУЧ); на фиг.

3 - электрическая структурная схема блока определения длительности переходного процесса (БОДПП); на фиг. 4 - электрическая функциональная схема запрета (СЗ); на фиг. 5 - электрическая функциональная схемаЛЧД.

Устройство для контроля функциональных характеристик четырехполюсников содержит генератор стандартных сигналов 1, объект контроля 2, два усилителя-ограничителя 3 и 4, два когерен- тных умножителя 5 и 6 г частот, логический частотный дискриминатор 7, реверсивный счетчик 8. цифровой индикатор 9, блок 10 начальной усгановки, схему 11 запрета.

Когерентный умножитель частоты на основе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) - фиг. 2, содержит управляемый генератор (УГ) 12, делитель 13 с переменным коэффициентом деления (ДПКД), делитель 14 частоты фазовый дискриминатор (ФД) 15, фильтр 16 нижних частот (ФНЧ), блок 17 определения длительности переходного процесса и реверсивный счетчик

(PC) 18.

БОДПП (фиг. 3) содержит две схемы компарирования СК1 (19) и СК2 (20) дифференцирующую цепь (ДЦ) 21, логический элемент ИЛИ-НЕ 22, два логических элемента

(И-НЕ) 23 и 24 и ждущий мультивибратор (ЖМ) 25 (фиг. 4).

Схема запрета (фиг. 4) содержит логический элемент Й-НЕ (26) и D триггер 27. Логический частотный дискриминатор

(фиг. 5) состоит из формирователя импульсов ХЭ1 и ХЭ2, построенного на элементах 28-33, формирователя импульсов ХВ1 и ХВ2, реализованного на элементах 35, формирователя ИМПУЛЬСОВ Xg1, Xg2, ХдЗ, рвЭЛИзованного блоками 36-40, формирователя . импульсов Хн1, Хн2, ХмЗ, построенного на элементах 41-45 и формирователя выходных импульсов ХЈ, содержащего блоки 46-53. Формирователь импульсов Х,, Хлявляется внутренней памятью ЛЧД.

Устройство для контроля фазочастотных характеристик четырехполюсников работает следующим образом. Предполагается, что известен начальный сдвиг фазы ОК

на частоте ftfe, начиная с которой осуществляется контроль ФЧХ. Значение этого сдвига фазы заносится в реверсивный счетчик 8 фиг. 1 с помощью блока начальной установки 10 фиг. 1.

Генератор стандартных сигналов 1 фиг. 1 выдает опорный сигнал с изменяющейся во времени частотой w, начиная cftfe (например за счет вращения лимба генератора). Так как обьект контроля 2 фиг. 1 имеет комплексную передаточную функцию, мгновенная частота выходного сигнала ОК будет отличаться от мгновенной частоты на его входе.

Усилители-ограничители 3 и 4 фиг. 1 осуществляют преобразование гармонических колебаний в прямоугольные без изменения их частоты. Когерентные умножители частоты 5 и 6 фиг. 1 осуществляют умножение частоты входного колебания на постоянный множитель. Умножение частоты реализовано на кольце ФАПЧ фиг, 2 по известной схеме.

Особенность КУЧ состоит в том, что для расширения полосы умножаемых частот используются ДПКД 13 и БОДПП 17.

Управляемый генератор фиг. 2 имеет ограниченный диапазон управления по частоте. Поэтому на концах этого диапазона при некоторых значениях частоты fci(i - соответствует номеру умножителя) на выходе фильтра 16 нижних частот образуется такое управляющее напряжение Uy. которое выходит за рабочую зону. Это реализуется схемой 19 компарирования или 20 (фиг. 3) в зависимости от того, какое значение примет Uy относительно пороговых (предельных) значений Uoi (нижний предел рабочей зоны) и Uo2 (верхний предел рабочей зоны), что приведет в свою очередь к формированию стандартного импульса Ui6{Ui, U2} схемой ждущего мультивибратора 25 фиг. 3. Импульс Ui поступает на D-вход триггера 27 через элемент 26 (фиг. 4) и по переднему фронту импульса, пришедшего с сигнального выхода умножителя 6 фиг. 1 (на фиг. 2, фиг. 4 этот вход обозначен как выход, с которого снимется поток импульсов с частотой fj f2). Триггер 27 переходит в 1 состояние, запЈеща я формирование импульсов Х91. X&i, Xg.3 (логические нули) логическими схемами 38-40 (фиг. 5) в ЛЧД. Одновременно, сигнал запрета Us поступает на БОДПП обоих КУЧ, что приведет к формированию через схемы И-НЕ 22, 24 фиг. 3 очередного импульса на входе реверсивного счетчика 18 (фиг. 2), управляющего работой ДПКД 13 (фиг. 2) того КУЧ, компаратор из СК1, СК2 (19, 20, фиг. 3) которого ранее сработал от Uy. ДПКД 13 (фиг. 2) изменит свой коэффициент деления в 2 раза, что приведет к возникновению переходного процесса, переводящего угравляющее напряжение Uy в зону регулирования УГ (12)

(фиг. 2), Длительность этого процесса определяется постоянной времени ФНЧ 16 фиг. 2 и известна заранее. Длительность импульса Ui соответствует длительности 5 переходного процесса. По окончании Ui ЛЧД 7 (фиг. 1) переходит в режим дискрп- минирования.

Логический частотный дискриминатор, функциональная схема которого представ0 лена на фиг. 5, имеет два сигнальных входа: П1 - для приема последовательности импульсов с частотой fi с сигнального выхода КУЧ 1 5 фиг. 1 и Па - для приема последовательности импульсов с частотой h с сигналь5 ного выхода КУЧ 2 6 фиг. 1.

Дискриминатор имеет харакюристику выраженную формулой:

fR ( Д fi - К Д fiz). где Л f 1 , Д h - отклонение частот fi, fa входных последова0 тельностей Пь Па от номинальных значений fio. f20, при fR О, К fio/f20 - кратность частот, определяемая рядом 2, , 8 (fR) - частота сигналов Х$. Xf ; (fR 0)X, (TR 0)Xy. Элементы 28-33 осуществляют

5 преобразование последовательности Пт в сигналы Хэ1, ХЭ2, смещенные друг относительно друга на 90°. Таким образом, на прямых входах триггеров 30 и 33 имеет место поток двоичных комбинаций ХЭ1, ХЭ2, соот0 ветствующий 00, 01, 10. 11. Стробирующий импульс Хн с элемента 42 схем формирования импульсов (в порядке ХН1, Хн2, Хнз) осуществляет начальную установку триггеров 36, 37, а импульс ХН2 реализует запись в эти

5 триггеры одной из указанной выше текущей двоичной комбинации в один такт. Дешифратор на элементах 38-40 осуществляет преобразование параллельного двоичного кода в код унитарный путем стробирования 0

0 логических элементов 38-40 импульсом Хнз. Элементы 46-53 представляют собой циф- pojou автомат, реализующий события Rj Ry Xg XgjXgi, где . Сигнал появляется на выходе элемента

5 52 в том и только том случае, если импульсы с элементов 38-40 пришли в последовательности Xcjj- -Xg Xg.j. Действительно, появление Х приводит к установке триггера 49 в 1 импульс Xgj установки в 1 триггер 46.

0 импульс Хддпосле инверсии окажется третьим положительным потенциалом на входе элемента 52, что приводит к появлению отрицательного импульса на его выходе. Реализация последовательности

5 Xg3 приввдет к появлению отрицательного импульса ХЈ на выходе элемента 53. Любые другие последовательности Хд,, Хдг, Хд3 Н6 ПрИВОДЯТ К ПОЯВЛ6НИЮ

выходных сигналов ХЈ, Ху.

Рассмотрим работу ЛЧД без защиты памяти по цепи Оз. Пусть до начала пере- . ходного процесса ре ализо алась последо- вател ьность Xg1 - Xg3 - Х92 Хд- - Хд3 , что соответствует импульсам Х. В пере- ходном процессе возможна смена направления изменения частоты и следовательно возможна комбинация Хдз х&1 Хдг хдз Xjj.1, что соответствует ложным импульсам ХЈ, которые будут зарегистрированы в счетчике 8 (фиг, 1).

Пусть теперь используется защита памяти по цепи Уз. Условия совпадают с пред- ыдующими. Пусть как и ранее сигнал о начале переходного процесса пришел после импульса X9i, это означает, что триггер 49 и 46 находятся о 1 состоянии и, благодаря блокировке элементов 38, 39, 40 схемой запрета, эти состояния не могут быть изменены в течение всего времени переходного процесса. После его окончания в ЛЧД будет анализироваться исходная последовательность. Следовательно, ложные импульсы полностью исключаются и ЛЧД фиксирует отклонение входных частот fi и fa от кратного значения с указанием знака отклонения и с формированием разностной частоты, пропорциональной этому отклонению. Количество импульсов Х$, Х разностной частоты регистрируется в счетчике 8 (фиг, 1) и индицируется блоком ЦИ 9 фиг. 1.

Формула изобретения

Устройство для контроля фазочастот- ных характеристик четырехполюсников, содержащее перестраиваемый по частоте генератор стандартных сигналов, выходом соединенный с входом первого усилителя- ограничителя и входом объекта контроля,

выход которого подключен к входу второго усилителя-ограничителя, первый и второй когерентные умножители частоты, сигнальные входы которых соединены с выходами первого и второго усилителей-ограничителей соответственно, последовательно соединенные частотный дискриминатор, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, причем сигнальные выходы первого и второго когерентных умножителей частоты

подключены к первому и второму сп/пз; ь- ным входам частотного дискриминатора соответственно, блок начальной установки, соединенный выходом с установочным входом реверсивного счотчика. с т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения частог- иой полосы контроля фазочастотных характеристик при сохранении точности измерения, в него введена схема запрета, выход которой подключен к входу запрета

частотного дискриминатора и информационным входам первого и второго когерентных умножителей частоты, первый и второй входы синхронизации схемы запрета соединены с информационными выходами первого и второго когерентных умножителей частоты соответственно, сигнальный вход схемы запрета подключен к сигнальному выходу второго когерентного умножителя частоты.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проверки параметров фильтров нижних частот. Устройство состоит из генератора 1 стандартных сигналов, двух усилителей-ограничителей 3 и 4, двух когерентных умножителей 5 и 6 частоты, частотного дискриминатора 7, реверсивного счетчика 8. цифрового индикатора 9, блока 10 начальной установки и схемы 11 запрета. Входной сигнал объекта 2 от генератора 1 и его выходной сигнал умножаются по частоте в блоках 5 и 6, При изменении частоты генератора 1 полные фазы выходных сигналов умножителей 5 и 6 за счет объекта 2 изменяются неодинаково, что приводит к формированию на выходах блока 7 двух потоков импульсов, число которых пропорционально разности изменения фазы на выходах умножителей 5 и 6, а номер потока соответствует знаку разности сдвига фаз. Импульсы подсчитываются в сдатчике 8, в точках перехода с одного поддиапазона частоты на другой схема 11 блокирует формирование импульсов, устраняя погрешность счета. 5 ил. сл с

АЛ. И1 //ТГЬ

J

5

Сэ

Г

S

с:

01

§ и

I

N «Л

LhHJ

5 I

5 i

а

Фи&Л