Мост для измерения частоты и нелинейности искажений сигнала Советский патент 1977 года по МПК G01R17/12 

1

Изобретение отно.сится к радиоизмерительной технике.

Известен мост для измерения частоты и нелинейных искажений, содержащий источник сигнала, нуль-орган, образцовые резисторы и конденсаторы переменной емкости, соединенные соответственно последовательно и параллельно с образцовыми резисторами. Ко нденсаторы переменной емкости механически связаны, что необходимо для уравновешивания моста. Переключение пределов измерения осуществляется посредством спаренной регулировки образцовых резисторов, соединенных с канденсаторами I.

Недостатком известного моста являет1ся наличие орбазцовых мер леременного значения, связанные с этим значительные погрешности, особен-но при отсчете частоты по шкале конденсаторов переменной емкости, а также трудности защиты схемы от влияния внутренних и внешних электромагнитных лолей.

Цель изобретения - ловышение точности измерения.

Для этого в мост для измерения частоты и нелинейных искажений сигнала, содержащий источник питания, нуль-орган, образцовые резисторы .и конденсаторы, введен операционный усилитель И плечи отношения выполнены в 1виде двух индуктивных делителей налряжения, которые имеют ло одной обмотке переключения пределов, между выводами которых посредством спаренного переключателя включен образцовый конденсатор, и равное количество поларно механически связанных регулируемых декадных обмоток, подключенныхк образцовым резисторам, вторые выводы которых соединены вместе и между ними включен олерационный усилитель с образцовым конденсатором в цепи обратной связи.

На чертеже представлена прииципиальпая схема моста, который содержит индуктивные делители 1,2с обмотками 3, 4 переключения пределов и регулируемыми декадными обмотками 5-10, образцовые конденсаторы 11, 12,

образцовые резисторы I3--18, подключенные к обмоткам 5-10, указатель 19, олерацнонный усилитель 20, спаренный нереключатель 21 и источник литания 22.

Зависимость тока /у в указателе 19 от параметров схемы описывается формулой: 1 k

2 /. т ;- lotHo),

где /; - токи в обмотках 8, 9, 10. Ток /о можно выразить через иалряжеиие моста и. и параметры вторичной ветви:

V

/0 /По СоС2

от/Для определения токов первичной ветви пуж3

но найти напряжение на выходе онерлциоонюго усилителя 20.

Ur

I

t/,n

nii

i

i Ri I/«C,

Подставляя нолученлые выражения лу для /у , НОЛучим:

Ur

1

/По т д-/о)С2 + тгШу

mi I ni

E

( 1 RI i -1

«1

Условия, Нри которых ток Б указателе ра;вен пулю, можно найти нриравнивая нулю правую часть выражения для /у . После :несложных преобразований .получим:

I/гk

t чт (

0)2

momoCiC,;.. Ki i-i

Ki

ЕСЛ.И нри всех регулировках сохраняются равеиства

, , , т. и

,, , R; R2, к.,

то можио извлечь корень из обеих частей равенства и получим окончательно:

1

т, т-, , . - 1-... -г

R2

niaCi

RI

Таким образом, ири равновесии моста, когда /у 0, частоту нанряжения питания можио определить через нараметры -измерительной цепи. При этом обеспечивается декадный отсчет частоты при идентнчности и параллельном соедштении всех уравновешивающих декад.

Равновесие моста будет соблюдаться только на одной частоте. Если иапряжеине питания L/г содержит высшие гармоники с частоталш со2 2со, о)з 3(о н т. д., то ток в указателе ие будет равеи нулю, а будет иметь некоторый минимум на частоте иастройкн со.

Пользуясь методом сунерпозиции, можно определить ток в указателе лри песинусоидалыгом напряжении литания моста

....оо .

Ii/-i yl +/y-J +-y:i

I°° i1

Б и J т /по)С2+

ту т г „„, ™1 о /,KoCi

- R,

Если мост настроен на частоту первой гармоники, то 0

А

Г

/(oC2 -

- S Sо

/озС, 1,„ 1 Ri г«1

RI

поэтому выражен1 е для суммарного тока указателя можаго существенно упростить:

j w o/wCa

sf/™ «т ,, т г п

В качестве указателя целесообразно использовать операционный усилитель с емкостью Со в цепи обратной связи. В этом случае 10 напряжение ла выходе усилителя будет равно:

, у .

1

Ь них I - :j ,

/«ыСо „гуШ,Со л

Таким образом, выходное напряжение содержит только высшие гармоинческие составляющие, так как нри выражение в скобках становится ра;ва-1ым нулю.

Для определения коэффициента нелинейных искажений необходимо, «аК обычно, из.мерить отнонгеине действующего значения напряжения Всех высших гармоник к действующему значению напряжения всего сигнала. Если нанряженне, подаваемое на мост, лоддерживать постоянным, то квадратичны вольт.метр, подключенный к выходу операциoHiiioro усилителя можно пепосредственио отградуировать в значениях коэффициента нелинейных искажений.

В оннсанных выше формулах nii, /«о, з, i , п , /я., - число витков обмоток 5, 6,

и/,. 7, 8, 9, 10, соответственно; RI R2 Яз R , R , R - сопротивление резисторов 13, 14, 15, 16, 17, 18, соответственно; то, /Пд - число витков обмоток 3, 4, соответствеино;

Ci, Са - емкости конденсаторов 11, 12, соответственно;и,. - нанряжение нитания.

Ф о р .м у л а изобретения

Мост для измерения частоты и нелинейиых искаже ий сигнала, содержащий источник ннтання, нуль-орга«, образцовые резисторы и конденсаторы, о т л н чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, Б него введен онерациоин:.1Й усилитель и илечн отиоше нкя выполнены в виде двух индуктивных

делителей ианряжеиия, которые имеют ио одной обмотке нереключеция нределов, между выводами которых посредством снареиного переключателя включен образцовый конденсатор, и равиое количество попарно мехаиическя

связанных регулируемых декадных обмоток, подключенных к образцовы.м резисторам, вторые выводы которых соединены вместе и между ними включен операционный усилитель с образцовым Конденсатором в цепи обратной

связи.

Источники инфор.ац:ш, прниятые во внимание при экспертизе 1. Г. А. Ремез «Курс основных радиотехцнческих измерений. Л., «Связь, 1966, с. 190.

г2

V )

)