ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСИГНАЛОВ Советский патент 1969 года по МПК G01R23/20 

Измеритель нелинейных искажений электрических сигналов предназначен для измерения коэффициента нелинейных искажений (КНИ), представляемого в следующей форме:

Yul + ul + ul + ...

К

/f/o4f/ -ff/t+...

где бо - напряжение основной частоты; 1/2, Us, Ui, . . .-напряжения 1, 2. 3 ... гармоник, В, А - действующее (эффективное) значение гармонических составляющих и, соответственно, действующее значение всех составляющих исследуемого сигнала.

Известные измерители нелинейных искажений включают в себя входной трансформатор и мостовую резонансную схему, либо резонансный усилитель с полосовым фильтром. Выходным индикатором является вольтметр действующего значения напряжения. При измерениях с помощью фильтров устраняется основная составляющая исследуемого сигнала.

Указанные приборы имеют значительные погрещности из-за щумов и наводок предусилителей, а также нелинейности их амплитудных и частотных характеристик. Кроме того, в этих устройствах возникают больщие погрещности из-за Невозможности точного разделения с помощью полосового фильтра основной составляющей исследуемого сигнала и его второй гармоники, наблюдаются трудности при настройке на основную частоту, так как нередко частота исследуемого сигнала нестабильна.

С целью повыщения точности и расщирения пределов измерения в схему предлагаемого измерителя введены неградуированный фазовращатель и вспомогательный канал, включающий в себя дополнительное формирующее и дополнительное суммирующее устройства, избирательный усилитель и индикатор нуля. В предлагаемом измерителе первая гармовика исследуемого сигнала устраняется в основном сумматоре нутем подачи на последний компенсирующего напряж:ения, сдвинутого на 180°. Регулировка сдвига фазы с достаточной точностью производится с помощью

неградуированного фазовращателя по показанию индикатора, на который подается сигнал рассогласования с дополнительного суммирующего устройства при наличии различия в фазах первой гармоники исследуемого сигнала и

компенсирующего напряжения.

На чертеже изображена схема предложенного измерителя.

Он содержит переключатель /, вольтметр 2 действующего (эффективного) значения измеряемого напряжения, суммирующее устройство (основное) 3, основной формирователь 4 прямоугольных импульсов (меандр), фильтр нижних частот 5, неградуированный фазовращатель 6 с пределами +(2-5) и делитель напряжения /. К выходу фазовращателя 6 подключен вспомогательный канал, включающий в себя дополнительный формирователь 8 прямоугольных импульсов, дополнительное суммирующее устройство 9, избирательный усилитель 10, индикатор нуля П.

Сущность измерения коэффициента нелинейных искажений заключается в следующем.

Первоначально исследуемое .напряжение Ll, коэффициент нелинейных искажений которого требуется определить, подается через переключатель / (положение а) на вольтметр 2 и производится измерение действующего значения напряжения

А У Ul+Ul Ul-... .

Затем переключатель / переводится в положение б. В этом случае вольтметр 2 измеряет действующее значение гармонических составляющих B Y и - Далее вычисляется коэффициент нелинейных искажений Лу.

При замыкании переключателя / в положение б исследуемый сигнал U подводится к основному формирователю 4 прямоугольного напряжения и к одному из входов основного суммирующего устройства 3. На другой вход основного суммирующего устройства 3 через последовательно включенные фильтр нижних частот 5, неградуированный фазовращатель 6 и делитель напряжения 7 подается напряжение с частотой первой гармоники. Это напряжение равно по амплитуде и сдвинуто по фазе на 180° по отнощению к основной составляющей исследуемого сигнала..

Сдвиг первой гармоники по фазе точно на 180° осуществляет основной формирователь 4 (сигнал снимается с противоположного плеча). Учитывая, что в спектре прямоугольного напряжения (типа меандр) отсутствуют четные гармоники (2, 4, 6, . . .j, фильтрация первой гармоники осуществляется фильтром нижних частот 5, имеющим пологую частотнофазовую характеристику. При прохождении сигнала через формирователь и фильтр нижних частот образуется фазовая погрещность порядка (0,5-2) °. Для новыщения точности сдвига фазы предусмотрен неградуированный фазовращатель б с пределами + (2-5)°. Уравнивание первой гармоники по амплитуде производится с помощью делителя напряжения 7. Чтобы с помощью фазовращателя более точно отрегулировать сдвиг фаз (с погрещностью +0,1°), включен вспомогательный канал.

Па один из входов суммирующего устройства 9 этого канала подается напряжение со 5 входа формирователя 4, а на другой - с фазовращателя 6 через формирующее устройство 8. В результате сложения двух противофазных сигналов, равных по амплитуде, на выходе суммирующего устройства 9 появляется сигнал рассогласования. Этот сигнал поступает на избирательный усилитель 10, на выходе которого выделяется десятая гармоника этого сигнала, чем умножается фаза, и, следовательно, фазовая погрещность, а точность регулировки повыщается. С усилителя гармоника сигнала рассогласования поступает на индикатор. С помощью фазовращателя и дополнительного делителя напряжения в схеме вспомогательного формирователя 8 (на

0 схеме для упрощения не показан) регулируют фазу до нулевого показания на индикаторе., В этом случае на основное суммирующее устройство 3 подводится компенсирующее напряжение с частотой первой гармоники исследуемого сигнала, равное основной гармонике сигнала и точно сдвинутое на 180°. Таким образом, на выходе .основного суммирующего устройства 5 исключается первая гармоника и на вход вольтметра 2 через переключатель

0 1 поступает сигнал в виде суммы гармоник (,..).

Отсутствие в предлагаемом измерителе нелинейных искажений высокодобротных избирательных систем, включенных в цепь измерения (фильтр-вольтметр), иа порядок увеличивает точность прибора, делает его более стабильным и пригодным для измерений при низких частотах. Фильтрация первой гармо0 НИКИ с помощью последовательно включенных формирователя прямоугольных импульсов и фильтра нижних частот существенно упрощает также схему и конструкцию прибора. Наличие в приборе вспомогательной измерительной цепи для точного установления противофазности и равенства первых гармоник (гармоники в спектре исследуемого сигнала и компенсирующей гармоники) значительно расщиряет пределы имерения коэффициента

0 нелинейных искажений в области его малых значений. Наличие на входе нулевого индикатора избирательного усилителя не вносит никаких искажений и дополнительных фазовых погрещностей, так как на последний подается

5 суммарный сигнал.

Предмет изобретения

Пзмеритель нелинейных искажений электрических сигналов, содержащий суммирующее устройство, делитель напряжения, двухпозиционный переключатель и вольтметр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения, ко входу упомянутого суммирующего устройпрямоугольных импульсов, выход которого через фильтр нижних частот и неградуированный фазовращатель подключен к дополнительному форлгирователю прямоугольных импульсов, при этом вход основного формирователя соедиг1ен с одним из входов доиолнительного

суммирующего устройства, а выход дополнительного формирователя прямоугольных импульсов подключен к другому входу дополнительного суммирующего устройства, подсоединенного выходом к нулевому индикатору через избирательный усилитель.