Известны цифровые анализаторы частотных Характеристик линейных четырехполюсников, представляющие собой решающие устройства, определяющие решение дифференциальных уравнений колебаний четырехполюсника.
Предложенное устройство отличается от известных тем, что оно позволяет автоматизировать процесс исследования характеристик, упростить аппаратуру и учесть влияние постоянной составляющей напряжения. Для этого в этом устройстве выход делителя с пе.ременным коэффициентом деления через вентили подключен к выходному счетчику моментов перехода и электронному ключу реверсивного счетчика. К его второй группе входов через триггер реверса подключен выход преобразователя код-аналог, одновременно подсоединенный через схему «ИЛИ к триггеру управления измерителя разности фаз. Выход согласующего устройства подключен одновременно к двухполупериодному выпрямителю измерителя амплитуды, соединенного с генератором линейно падающего напряжения, и нуль-органам схемы выделения моментов перехода. Выход схемы выделения моментов перехода параллельными связями подсоединен ко второму входу триггера управления измерителя разности фаз, генератору линейно падающего напряжения, шаговым искателям делителя частоты и элементам задержки
блока управления. Выход преобразователя код-аналог и вход согласующего устройства подключены соответственно ко входу и выходу исследуемого четырехполюсника.
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого анализатора частотных характеристик; на фиг. 2 - блок-схема данного анализатора с развернутой блок-схемой узлов выделения моментов перехода исследуемого напряжения через максимумы, измерители фазы, амплитуды и блока управления; на фиг. 3 - временные диаграммы работы анализатора. Описываемый анализатор содержит генератор 1 входных сигналов инфранизких частот, объект 2 исследования (четырехполюсник), входное устройство 3, двухполупериодный выпрямитель 4, схему 5 определения моментов перехода исследуемого сигнала через
максимальные значения, измеритель фазы, в состав которого входят преобразователь 6 сдвига фаз во временной интервал и регистрирующее устройство 7, измеритель амплитуды, содержащий преобразователь 8 амплитуды во временной интервал и регистрирующее устройство 9, и блок управления 10.
Напряжение с выхода генератора / инфранизких частот поступает на исследуемый объект 2, а с его выхода через входное устройстния моментов перехода через максимальные значения, а с другой стороны через двухполупериодный выпрямитель 4 - на нреобразователь 8 амплитуды во Временной интервал. Преобразователь 6 сдвига фаз во временной интервал через один вход соединен с триггером знака преобразователя код-аналог генератора, а через другой вход - со схемой 5 выделения моментов максимумов исследуемого напряжения. После нажатия кнопки «пуск начинается процесс преобразования разности фаз и амплитуды в пачки импульсов, которые затем поступают на регистрирующие устройства фазы 7 и амплитуды 9 соответственно. (
По окончании первого цикла измерений происходит в зависимости от выбранного режима работы прибора ручная или автоматическая перестройка частоты генератора, сброс иПри автоматическом режиме измерений автоматический запуск прибора по истечении времени, необходимого для окончания переходных процессов в исследуемом объекте.
Генератор инфранизких частот содержит кварцевый генератор 11, делитель 12 частоты с переменным коэффициентом деления, делитель 13 частоты с постоянным коэффициентом деления и преобразователь .код-аналог 14.
В устройстве имеется входное согласующее устройство 15, служащее для развязки исследуемого объекта и измерительных цепей и для выбора коэффициента деления входного напряжения.
Схема выделения моментов перехода исследуемого напряжения через максимальные значения содержит нуль-органы 16 и 17 схемы перехода исследуемого сигнала через нуль, триггер пуска 18, триггеры управления 19- 21, вентили 22-24, делитель 25 частоты на два (триггер), схему «ИЛИ 26 и выходной счетчик 27.
В состав измерителя разности фаз входят триггер пуска 28, вентиль 29, триггер управления 30, электронный ключ 31, реверсивный счетчик 32 с триггером реверса 33, регистрирующее устройство 34 и схема «ИЛИ 85.
Измеритель амплитуды содержит двухполупериодный выпрямитель 36, генератор 37 линейно падающего напряжения фантастроиного типа, электронный ключ 38, счетчик 39 импульсов и регистрирующее устройство 40.
Блок управления состоит из кнопок «Пуск 41 и «Сброс 42, переключателя «Режим работы 43, элементов задержки 44, 45 и схем «ИЛИ 46, 47.
Предлагаемый анализатор работает следующим образом.
С кварцевого генератора 11 импульсы поступают на делитель частоты 12 с переменным коэффициентом деления и дальще через делитель частоты 13 с постоянным коэффициентом деления на вход преобразователя код-аналог 14. Выходной сигнал генератора подается на вход исследуемого объекта.
С его выхода непрерывный периодический сигнал поступает на входное устройство 15, с выхода которого сигнал подается на схему выделения моментов нерехода сигнала через максимумы и измерители фазы и амплитуды. Измерение разности фаз между выходным и входным напряжениями исследуемого объекта 2 Основано на принципе ее преобразования во временной интервал, а затем в число-импульсный код. Для устранения влияния постоянной составляющей на результат измерения разность фаз измеряется между максимальными значениями входного и выходного напряжений объекта. Кроме того, такое построение измерителя фазы значительно упрощает его схему, так как моменты, соответствующие максимальным значениям входного напряжения, непосредственно получаются от преобразователя код-аналог 14 в -моменты переключения триггера знака.
Чтобы обеспечить постоянную дискретность импульсов получаемого кода во всем диапазоне измеряемых частот, заполнение временного интервала производится выходными импульсами делителя 12 с переменным коэффициентом деления, т. е. производится подсчет количества калиброванных меток за выделенный временной интервал. Следовательно, количество меток пропорционально сдвигу фаз в градусах. Для получения дискретности калиброванных меток Аф° необходимо иметь их чис360,,
ло на период формируемого синусоиД 9
дального напряжения (при Аф 0,5° ). Если число ступенек на период формируемой синусоиды равно Р, то необходимо иметь дополнительный делитель частоты 13, включенный на входе преобразователя код-аналог 14, с постоянным коэффициентом деления,
равным (при /7 90, 8). Тогда частота следования импульсов f с делителя 12 пропорциональна выходной частоте синусоидального сигнала генератора с коэффициентом пропорциональности п
/« /ж
т. е. на период формируемой синусоиды Тj. приходится п импульсов с выхода делителя 12 во всем диапазоне работы генератора.
Рассмотрим процесс выделения моментов перехода исследуемого сигнала через максимумы. Пусть напряжение U с постоянной составляющей f/оИ амплитудой U „ иа выходе исследуемого объекта 2 имеет вид, показанный на фиг. 3, а (f/i и 1/2-максимальные значения положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения объекта относительно нулевой линии). На фиг. 3, б изображены калиброванные импульсы с выхода делителя 12. Если с момента времени ti (см. фиг. 3, а) подавать калиброванные импульсы через делитель частоты с коэффициентом деления два (триггер 25) до момента tz, а затем без деления, то к моменту положительного максимума исследуемого сигнала на счетчик 27 поступит - импульсов. Это обстоятельство и используется для нахождения моментов перехода через положительный и отрицательный максимумы напряжения, поступающего с исследуемого объекта. Сигнал с объекта через входное устройство /5 поступает на нуль-органы 16 и П. На выходе нульоргана 16 возникает импульс в момент перехода сигнала из положительной области в отрицательную (см. фиг. 3, в), на выходе нульоргана 77 - при переходе сигнала из отрицательной облаСти в положительную (см. фиг. 3, г). В исходном состоянии вентили 22-24 закрыты, и Импульсы не поступают на счетчик 27. При подаче импульса пуска (см. фиг. 3, (3) от кнопки «Пуск 41 на триггер 18 вентиль 22 открывается, и в момент появления импульса на выходе нуль-органа 16 срабатывает триггер 19, открывая вентиль 25. Калиброванные импульсы с частотой f д. поступают через делитель 25 и схему «ИЛИ 25 на счетчик 27 (см. фиг. 3,е). При срабатывании нульоргана 17 триггер 19 возвращается в исходное состояние, перебрасывая триггеры 18 и W (первый закрывает вентиль 22, а второй открывает вентиль 24}. Теперь калиброванные импульсы f д. поступают на счетчик 27 через схему «ИЛИ 26 непосредственно. Если (при п 720) на счетчике 27 предварительно записывать число 512-360 152 (счетчик девятиразрядный), то от 360-го импульса счетчик переполнится и на его выходе появится испульс (см. фиг. 3, ж), соответствующий моменту перехода исследуемого сигнала через положительный максимум. От того же импульса в счетчик 27 вновь вводится число /52 и срабатывает триггер 21. При поступлении следующих 360 и-мпульсов через вентиль 24 на счетчик 27 на его выходе появляется второй импульс, соответствующий моменту перехода Сигнала через отрицательный максил1ум. Этим импульсом триггер 21 возвращается в исходное состояние, перебрасывая триггер 20, запирающий вентиль 24. Схема выделения моментов перехода исследуемого напряжения через максимумы приходит в исходное состояние и не работает до прихода очередного импульса пуска.
Исходное состояние измерителя фазы таково, что вентиль 29 заперт потенциалом триггера пуска 28, при этом триггер 5(9 обеспечивает закрытое состояние электронного ключа 31, и калиброванные импульсы не поступают на вход счетчика 52. От импульса пуска срабатывает триггер 28 и открывает вентиль 29. Первый же импульс с выхода счетчика 27 проходит через вентиль 29 и перебрасывает триггер ВО, открывая электронный ключ 31, через который калиброванные импульсы поступают на счетчик 52 (см. фиг. 3, ы). После прихода импульса с преобразователя код-аналог 14 (см. фиг, 3, з), соответствующего моменту перехода через положительный или отрицательный максимум формируемой синусоиды, через схему «ИЛИ 55 триггер 30 возвращается в исходное состояние, закрывая электронный ключ 31 и вентиль 29 через триггер 28. Но режим работы -счетчика 52 различен в зависимости от знака фазового сдвига. Счетчик 52 выполнен реверсивным и управляется через триггер реверса 55 триггером знака преобразователя код-аналог 14.
Если с последнего приходит Импульс, соответствующий положительному максимуму формируемой синусоиды, то счетчик 52 работает на суммирование и в нем записывается число (см. фиг. 3, «), пропорциональное отрицательному сдвигу фаз ф1 (). Если же импульс, приходящий с преобразователя код- аналог 14, соответствует отрицательному максимуму формируемой синусоиды, то в счетчик 52 предварительно вводится число импульсов, соответствующее 180°, и он работает на вычитание. В результате в счетчике фиксируется число импульсов yV.i (см. фиг. 3, к), пропорциональное положительному сдвигу фаз
Л2 180 -/ф1/ ф2.
Таким образом, данный прибор позволяет измерять сдвиг фаз в пределах 360° (от4-180° до-180°).
Измерение амплитуды основано на принципе измерения среднеарифметического значения величин Ol--L -|-t/o и , что дает в результате амплитуду исследуемого напряжения
Ui + U тг 2
Для осуществления данного принципа измерения амплитуды напряжение с выхода исследуемого объекта 2 (см. фиг. 3, а) через входное устройство 15 и двухполупериодный выпрямитель 55 (см. фиг. 3, л подается на генератор 57 линейно падающего напряжения фантастронного типа. Так как разряд фантастройного генератора происходит от мгновенного значения напряжения на нем, а запуск его производится в моменты максимумов исследуемого напряжения (см. фиг. 3, ж от счетчика 27, то временные интервалы, выделяемые генератором, пропорциональны значениям напряжений Hi и С/а. В эти промежутки времени через электронный ключ 38 от кварцевого генератора // эталонной частоты проходят пачки импульсов и . На счетчике 39 будет зафиксировано число.
ДГ . 3 + ЛГ4
Результаты, записанные в счетчиках фазы 52 и амплитуды 39, выдаются на регистрирующие устройства 34 и 40 соответственно, в качестве которых может использоваться световая индикация и цифропечатающее устройство. ,
Прибор имеет два режима работы, устанавливаемых с помощью переключателя 43 «Режим работы : одиночный и автоматический. В первом случае после измерения амплитуды и фазы на одной частоте измерения прекращаются до прихода следующего импульса пуска от кнопки 41 «Пуск в блоке управления или от внешнего устройства. Во втором случае после нажатия кнопки 41 «Пуск происходит непрерывный автоматический замер параметров выходного напряжения объекта. В обоих перестройка частоты может осуществляться вручную с помощью переключателей или автоматически щаговыми искателями в определенной последовательности либо от блока управления, либо от внешнего программного устройства. В режиме одиночных измерений сброс схемы производится вручную кнопкой 42 «Сброс. В автоматическом режиме после появления второго импульса на выходе счетчика 27 от триггера 21 поступает импульс на щаговые искатели для перестройки частоты, затем через время, необходимое для измерения значения напряжения Uz и его регистрации, с элемента задержки 44 выдается импульс через схему «ИЛИ 47 на сброс схемы прибора и, наконец, через время, необходимое для окончания переходных процессов в исследуемом объекте, с элемента задержки 45 через схему «ИЛИ 46 поступает импульс пуска на триггеры 18 и 28. В дальнейшем процесс измерения фазы и амплитуды напряжения с выхода объекта повторяется.
Предмет изобретения
Цифровой анализатор частотных характеристик линейного четырехполюсника, содержащий кварцевый генератор, соединенный с делителем частоты с переменным коэффициентом деления, снабженный шаговыми искателями, делитель частоты с постоянным коэффициентом деления, преобразователь код-аналог, согласующее устройство, схему выделения -момента перехода исследуемого сигнала через максимум с нуль-органами, измеритель разности фаз с триггером управления, триггером реверса, реверсивным счетчиком с регистрирующим устройством и электронным ключом, измеритель амплитуды с двухполупериодным выпрямителем, генератором линейно
падающего напряжения и электронны-м ключом, и блок управления с элементами задержки, отличающийся тем, что, с целью автоматического определения с высокой точностью и в широком диапазоне инфранизких частот амплитудных и фазовых частотных характеристик четырехполюсника и исключения влияния на результаты измерения постоянной составляющей исследуемого напряжения, в нем выход делителя с переменным коэффициентом
деления через вентили подключен к выходному счетчику моментов перехода и электронному ключу реверсивного счетчика, ко второй группе входов которого через триггер реверса подключен выход преобразователя код-
аналог, одновременно подсоединенный через схему «ИЛИ к триггеру управления измерителя разности фаз, и выход согласующего устройства подключен одновременно к двухполупериодному выпрямителю измерителя амплитуды, соединенного с генератором линейно падающего напряжения, и нуль-органам схемы выделения моментов перехода, а выход схемы выделения моментов перехода параллельными связями подсоединен ко второму
входу триггера управления измерителя разности фаз, генератору линейно падающего напряжения, шаговым искателям делителя частоты и элементам задержки блока управления, причем выход преобразователя код-аналог и вход согласующего устройства подключены соответственно ко входу и выходу исследуемого четырехполюсника.
аг. 1
- м
.З
