Устройство для осциллографического измерения коеффициента нелинейности сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R29/02 

контакт двухпозиционного переключателя с выходом источника напряжения питания, а второй неподвижный контак двухпозиционного переключателя подключен к контрольному выходу генератора меток времени, который выполнен в виде функционального генератора, выходом соединенного с входом генератора импульсов, а электронный коммутатор выполнен в виде низкочастотного релаксатора, выходом соединенного с каскадом управления, нагруженным на обе обмотки двух реле, в качестве контактов которых использованы высокочастотные магнитоуправляемые контакты.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство включает первый вход электронного коммутатора 1, электронный коммутатор 2, первый выход электронного коммутатора 3, дифференциальный усилитель осциллографа 4, электронный осциллограф 5 с входами Y1, Y2, X и Z, первый низкоомный резистор 6., второй вход электронного коммутатора 7, источник 8 компенсирующего напряжения, измеритель 9 напряжения (цифровой вольтметр), второ выход электронного коммутатора 10, второй низкоомный резистор 11, генератор 12 меток времени, функциональный генератор 13, генератор 14 импулсов, вход 15 внешнего синхроимпульса функционального генератора, выход 16 синхроимпульса функционального генератора, вход внешнего запуска генератора 17 импульсов, сигнальный выход функционального генератора 18, двухпозиционный переключатель 19 контроля кратности частот, электронно-счетный частотомер 20, согласующий резистор 21, низкочастотный релаксатор 22, каскад 23 управления, обмотки реле 24 и 25, контактная группа ука-занных реле 26 и 27 и источник напряжения питания.

Устройство работает следующим образом.

Входной (в частности треузгольный) сигнал подается на первый вход электронного коммутатора. После прохождения через контакты реле 26 сигкал попадает на его первый выход и далее - на вход У1 дифференциального усилителя электронного осциллографа.

Параллельно входу Y1 включен согласующий резистор нагрузки, который с одной стороны является согласующей низкоомной нагрузкой (50 Ом) для испытуемого генератора, а с другой стороны закорачивает вход Y1 на время, когда «сигналы-не подаются и на ЭЛТ прочерчивается только линия электронного нули.

Компенсирующее напряжение постоянного тока поступает на второй вход электронного коммутатора. После

прохождения через контакты реле 27 оно попадает на его второй выход и далее - на вход Y2 блока дифференциального усилителя. Параллельно входу Y2 включен низкоомный резистор (50 Ом), который на время отключения сигналов от входов дифференциального усилителя закорачивает вход Y2. Входные синхроимпульсы-Uj с частотой f (фиг. 2) осуществляют через вход X запуск ждущей развертки осциллографа, а через вход 15 - запуск функционального генератора, работающего в режиме серии колебаний с регулировкой начальной фазы. В результате образуются серии прямоугольных колебаний U (форма колебаний в серии может быть любая), период следования которых вдвое больше, чем у входных синхроимпульсов. Однако напряжение Uj (частота колебаний в серии равна f) непригодно для создания меток времени, так как скважность Q 2, т.е. длительность меток чрезмерно велика. Поэтому короткие синхроимпульсы функционального генератора U.J (которые также из-за малой длительности непригодны для использования в широком диапазоне частот is качестве меток времени) подаются на гнездо внешнего запуска генератора импульсов и только выходные импульсы генератора импульсов U, следующие с частотой f, имеющие прямоугольную форму и независимо регулируюш 1е в больших пределах длительность и амплитуду используются для модуляции по яркости луча. Для этого они подаются на вход Z осциллографа. Эти импульсы создают идеальные метки времени в весьма широком частотном диапазоне. При включении электронного коммутатора и поочередном замыкании и размыкании его контактов с приемлемой для глаза частотой (например, 20 Гц) на экране ЭЛТ наблюдается одновременно два изображения входного сигнала с метками времени и линии электронного нуля с такими же метками. Далее работа элементов схема и 11«етодика измерений осуществляется следующим образом.

Подвижные контакты переключателя контроля кратности частот устанавливаются в нижнее положение, благодаря чему электронно-счетный частотомер точно фиксирует в цифровой форме значение частоты fj, испытуемого генератора, а питание +Е от электронного коммутатора отключено. После этого подвижные контакты переводят в-/. верхнее положение. При этом частотомер фиксирует частоту меток, котора.я устанавливается весьма точно равной (обычно достаточно иметь п 10). Питание от источника +Е в этом случае на электронный коммутатор подается. (Установка и кон5 троль частоты в функционашьном генераторе производятся в режиме непрерывной генерации. После этой проверки генератор снова переводится в режим серии колебаний). Параллельно частотомеру включаетс резистор, который является согласую щей низкоомной нагрузкой для выхода испытуемого генератора, либо для выхода основного сигнала функционального генератора (50 Ом). После этого, пользуясь регулировкой начальной фазы колебаний в серии (в функциональном генераторе), необходимо добиться, чтобы обязатель но по одной метке времени располагалось в начале и в конце рабочего хода сигнала (задержка в генераторе импульсов устанавливается равной нулю или минимальной). Изображения, получаемые при этом на ЭЛТ, показаны на фиг. 2 (Ug и Ug) . Следующей опера цией является совмещение каждой мет ки на сигнале с аналогичной меткой н линии электронного нуля. Для этого плавно изменяют компенсирующее напряжение, фиксируя его значения по цифровому вольтметру при совпадении каждой пары меток. Коэффициент нелинейности рассчитывается по .формуле - 1 где Up расчетная величина мгновен ного значения сигнала, и - фактическая величина мгновенного значения сигнала, и - амплитуда (или размах) раб ° чего хода сигнала. Ясно, что достаточно проверить всего 4 точки для того, чтобы оценить максимальное значение U -IL, т.е. оценить К„, не занимаясь построение графиков, их сравнением и вычислением К. Такое упрощение процедуры опреде ления К„ весьма важно в повседневно лабораторной практике и, особенно, в условиях серийного производства. .Оно достигается благодаря точным из мерениям мгновенных значений, точной установке кратности частот и меток времени на вершинах сигнала и точной индикации компенсации с помо щью линии электронного нуля. Если необходимо реализовать весь высокие точности измерения К, то в исследуемом симметричном сигнале должно быть гарантировано отсутстви постоянной составляющей (это независимо от способа). Если то же необ ходимо для пилообразно-импульсного (несимметричного) сигнала, то должно быть гарантировано наличие сигнала только одной полярности, т.е. - на чало рабочего хода сигнгьяа от нуля .вольт. Если же этого гарантировать невозможно в исследуемых сигналах , то постоянная составляющая может быть исключена, как обычная систематическая ошибка. Устройство позволяет измерять Kj сигналов и между определенными уровнями (например, между уровнями 0,1 и 0,9), если поаоса пропускания дифференцигтьного усилителя ограничена (т.е. если может иметь место небольшое округление вершин исслед емых сигналов) . Формула изобретения 1. Устройство для осциллографического измерения коэффициента нелинейности сигналов, содержащее генератор меток времени, выходом соединенный с управляющим входом осциллографа, синхронизирую ций вход которого соединен с входом упомянутого генератора и с синхронизирующим входом устройства, два резистора, источник напряжения питания и измеритель напряжения, входом соединенный с выходом источника кампенсирующего напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функционсшьных возможностей устройства и повышения производительности измерений, в него введены электронный коммутатор, частотомер, согласующий резистор и двухпозиционный переключатель, первый подвижный контакт ко торого соединен с входом частотомера и, параллельно ему включенным согласующим резистором, а первый неподвижный контакт переключателя соединен с сигнальным входом устройства и первым входом электронного коммутатора, второй вход которого соединен с выходом источника компенсирующего напряжения, а первый выход электронного коммутатора соеда нен с одним из входов осциллографа и параллельно ему включенным первым резистором, а второй выход упомянутого коммутатора подключен к другому входу осциллографа и, параллельно ему включенным вторым резистором, при этом токовый вход электронного коммутатора соединен через второй подвижный контакт двухпозиционнсго переключателя с выходом источника питания, а второй неподвижный контакт двухпозиционного переключателя подключен к контрольному выходу генератора меток времени. 2. Устройство для осциллографического измерения коэффициента нелинейности по П.1, отли чающеес я тем, что генератор меток выполнен в виде функционального генератора, выходом соединенного с входом генератора импульсов, а электронный коквчутатор выполнен в виде низкочастотного релаксатора, выходом соединенного с каскадом управления, нагруженным на обе обмотки двух реле, в качестве контактов которых использованы высокочастотные магнитоуправляе Фле контакты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Chfadny У. Измерение нелинейности напряжений пилообразной

форлы, - Sfaboprodny obzor, 1961, т. 28, №12, с. 747-752 (Русский перевод Х1-1008ЯЖ, 1962).

2.Richardson R.L. Resiese Measurement of Santootk Hineariby. Bfectronlcs, 1955, 28, 11, c. 204-216.