Устройство для контроля селективных усилителей, перестраиваемых по частоте Советский патент 1980 года по МПК G01R31/28 G01R27/28 

Изобретение относится к технике измерения коэффициента передачи селективных усилителей на частоте из настройки и может быть использовано для контроля селективных вольтметро радиоприемников, анализаторов спект ра и пр. Известно устройство для измерени параметров усилителя, содержащее ис пытуемый параметрический усилитель, генератор испытательного сигнала, селективный переключатель, аттенюаторы, амплитудный детектор и осциллограф 1 . Недостатком устройства является значительная погрешность измерения частоты настройки -усилителя по частотным меткам на экране осциллографа. Известно также устройство для па норамной осциллоскопической индикации частотных характеристик, содержащее управляемый генератор, усилитель, устройства сопровождения и поиска частоты, аттенюатор,вольтмет частотомер и регулятор амплитуды Недостатком его является низкая производительность измерений и значительные погрешности измерений коэффициента передачи в широкой полосе частот. Цель изобретения - повышение точности и производительности измерений. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее частотомер, вольтметр, регулятор амплитуды и аттенюатор, выходом соединенный с входом испытуемого селективного усилителя, выход которого через последовательно соединенные устройства сопровождения и поиска частоты подключен к управляющему входу управляемого генератора, введены эталонный источник напряжения, фазовый корректор, компаратор и амплитудный детектор, выходом соединенный с одним из входов регулятора амплитуды и с вторым входом упомянутого устройства поиска частоты, а вход амплитудного детектора подключен к входу частотомера, к одному из входов устройства сопровождения частоты и к одному из входов компаратора, выход которого соединен с входом вольтметра, а другой вход компаратора подключен к выходу эталонного источника напряжения и к второму входу регулятора амплитуды, третий вход которого соединен с выходом управляемого генератора, с

входом аттенюатора и с входом фазового корректора, выходом соединенного с вторым входом устройства сопровождения частоты, при этом регулятор

амплитуды выполнен в виде операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с корпусом устройства и с выводом диода, входом соединенного с конденсатором и с вторым резистором, а его инвертирующий вход через третий резистор соединен с выходом порогового элемента и через последовательно соединенные четвертый резистор и конденсатор подключен к выходу упомянутого усилителя.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, на фиг. 2 - схема регулятора амплитуды; на фиг. 3 временные диаграммы

Устройство содержит {фиг. 1) аттенюатор 1, селективный усилитель 2, компаратор 3, вольтметр 4, регулятор 5 амплитуды, управляемый генератор 6 фазовый корректор 7, устройство 8 сопровождения, частотомер 9, эталонный источник 10, устройство J.1 поиска, амплитудный детектор 12.

Схема регулятора амплитуды 5 (фиг. 2) содержит резистор 13, конденсатор 14, диод 15, операционный усилитель 16, резистор 17, пороговый элемент 18, резисторы 19 и 20, конденсатор 21, управляемый резистор 22 операционный усилитель 23, пороговый элемент 24, резистор 25, конденсатор 26, yпpaвляe 1Ый резистор 27.

Устройство работает следующим образом.

В статическом состоянии частота гармонических колебаний управляемого генератора 6 совпадает с частотой настройки селективного усилителя 2 и эти колебания проходят на компаратор 3, ныходное напряжение которого пропорционально разности между амплитудой напряжения на выходе селективного усилителя 2 и напряжением эталонного источника 10. Коэффициент передачи аттенюатора 1 выбран таким образом, что эта разность и соответственно показания вольтметра 4 пропорциональны отклонению от номинального значения величины контролируемого параметра - коэффициента передачи испытуемого селективного усилителя 2 на частоте настройки, которая регистрируется частотомером 9.

Напряжения на выходах регулятора 5 и управляемого генератора б в статическом состоянии не изменяются. По показаниям вольтметра 4 и частотомера 9 делают вывод о соответствии селективного усилителя 2 техническим требованиям.

Работа устройства в динамике поясняется графиками (фиг. 3). Контролёр устанавливает ручку перестройки по частоте, а также другие органы

настройки селективного усилителя 2 в требуемое положение. При значительных отклонениях частоты автоколебаний управляемого генератора б от частоты настройки селективного усилителя 2 начинается ее быстрый поиск. В этом режиме напряжения на выходах устройства сопровождения 8 и амплитудного детектора 12 отсутствуют, поскольку колебания генератора б не проходят через селективный усилитель

S 2. При отсутствии напряжения на выходе амплитудного детектора 12 регулятор 5 амплитуды не воздействует на амплитуду колебаний генератора б, т.е. цепь параметрической обратной

5 связи разомкнута.

Известно, что чем выше стабильность амплитуды генератора б, тем длительней переходной процесс в петле параметрической обратной связи.

Q Поскольку цепь обратной связи разомкнута, то осуществляется режим поиска. Контроль селективного усилителя не производится. Поэтому требования к стабильности и форме колебаний невы„ соки. При этом устройство 11 поиска частоты может сканировать с максимально допустимой скоростью. Определяемой инерционностями управляемого генератора 6 и селективного усилителя 2. Сигнал с выхода устройства поиска 11 воздействует на управляемый генератор б и перестраивает его по частоте..

При приближении этой частоты к частоте настройки селективного усилителя 2 устройство переходит в режим медленного поиска. На выходе амплитудного детектора 12 появляется сигнал, который воздействует на устройство 11 поиска таким образом, что скорость изменения выходного напряжения этого устройства и соответственно скорость изменения частоты автоколебаний управляемого генератора б уменьшаются. Одновременно амплитудный детектор 12 воздействует на регулятор 5 амплитуды, замыкая петлю параметрической обратной связи, и в ней начинается переходной процесс. В замкнутой петле осуществляется автоматическая стабилизация амплитуды, которая в установившемся режиме практически не зависит от элементов схемы управляемого генератора б и определяется только величиной напряжения эталонного источника 10. При этом значительно уменьшается коэффициент гармоник управляемого генератора б. Режим медленного поиска продолжается до тех пор, пока частота этого генератора не станет равной частоте настройки селективного усилителя 2.

После этого устройство переходит в режим сопровождения, который характеризуется наличием сигнала на выходе устройства 8 сопровождения,

5 выполненного в виде фазового детектора. При этом используется известное свойство селективных цепей,имею щих нулевой фазовый сдвиг на частоте резонанса или квазирезонанса. Ис пользование фазового детектора позволяет ниболее точно определить эту частоту. На краях частотного диапазона.пере стройки селективного усилителя 2 могут происходить дополнительные фазовые сдвиги, вносимые элементами, не входящими в селективную цепь, например разделит1эльными конденсаторами. Фазовый корректор 7 введен в устройство для компенсации этих сдвигов. Его элементы подбираются таким образом, что выходное напряжение устройства 8 сопровождения достигает макси мума на частоте настройки (максималь ного усиления) селективного усилителя 2. В режиме сопровождения система автоподстройки частоты, образованная блоками 6,1,2,7,8 и 11, автоматически поддерживает максимальное выходное напряжение устройства сопровождения 8 и изменения частоты настройки селективного усилителя 2 сопровож дается равными по величине и по знаку изменениями частоты автоколебаний управляемого генератора 6. В то же время система стабилизации амплитуды образованная блоками 5,6 и 10, обеспечивает точное равенство амплитуды автоколебаний величине напряжения эталонного источника 10 и низкий коэффициент гармоник. При достаточно медленной автоматической или ручной перестройке селективного усилителя 2 в режиме сопровождения можно по приборам 4 и 9 осуществлять контроль ег коэффициента передачи на частоте настройки. При неизменной частоте настройки наступает статическое состоя ние . Регулятор 5 амплитуды и устройство 11 поиска 11 (фиг. 2) работает следующим образом. В режиме быстрого поиска выходное напряжение порогового элемента 18 че рез резистор 19 подается на операционный усилитель 16 и поддерживает любое из состояний (насыщение или от сечка) , при котором этот усилитель не облсщает усилительными свойствами При этом выходное напряжение операционного усилителя равно нулю или максимально и не влияет на амплитуду автоколебаний генератора 6. В этом режиме сопротивление управ ляемого резистора 22 в устройстве поиска 11 минимально, через него про текает максимальный ток от источника питания на вход операционного усилителя 23 и проходит быстрый заряд конденсатора 26. Величина резистора 27 при этом максимальна. Напряжение на выходе операционного усилителя 23 быстро возрастает и Обеспечивает быструю перестройку управляемого генератора 6 по частоте. Если в заданном диапазоне перестройки генератора частота настройки селективного усилителя не обнаружена, то при максимальном уровне выходного напряжения операционного усилителя 23.срабатывает пороговый элемент 24, резко уменьшается сопротивление управляемого резистора 27 и на него разряжается конденсатор 26. После этого цикл быстрого поиска повторяется и выходное напряжение устройства поиска имеет пилообразную форму. Если частота настройки селективного усилителя обнаружена, то на выходе амплитудного детектора 12 появляется напряжение, опрокидывающее пороговый элемент 18 и начинается режим медленного поиска. При этом операционный усилитель 16 переводится в активное состояние и обладает большим усилением. На.вход этого усилителя поступают импульсы с выхода амплитудного ограничителя, образуемого элементами 13,14,15 и 17, амплитуда которьлх равна разности между амплитудой автоколебаний управляемого генератора 6 и напряжением эталонного источника 10. В ц,етле параметрической обратной связи, содержащей блоки 5 и 6, которые вместе с блоком 10 образуют систему стабилизации амплитуды, начинается переходный процесс. Как известно, подобные системы могут работать без статической ошибки (астатизм первого порядка), если они содержат интегратор. В качестве интегратора можно использовать операционный усилитель 16, охватив его емкостной отрицательной обратной связью. Однако, учитывая, что управляемый генератор 6 является консервативной системой по огибающей, можно Показать, что при интегральном регулировании предлагаемая система стабилизации аглплитуды неустойчива„ Устойчивость и астатизм можно обеспечить при интегропропорциональном регулировании. Это достигается введением резистора 20 и конденсатора 21 в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 16. Таким образом, после окончания переходного процесса амплитуда автоколебаний управляемого генератора 6 н точности равна напряжению эталонного источника 10о Одновременно с процессом установления стабильной автоколебаний в режиме медленного поиска происходит уменьшение скорости перестройки управляемого генератора 6 по частоте. Это необходимо., чтобы не проскочить частоту настройки селективного усилителя. По мере возрастания выходного напряжения амплитудного детектора 12 увеличивается сопротивление управляемого резистора 22 и уменьшается ток, протекающий через него на вход операционного усилителя 23. Это приводит к уменьшению скорости заряда конденсатора 26.

В режиме сопровождения на вход операционного усилителя 23 поступает также ток через резистор 25 от устройства 8 сопровождения. Суммарный входной ток обеспечивает величину выходного напряжения этого усилителя необходимую для поддержания частоты автоколебаний управляемого генератора б, равной частоте настройки селективного усилителя 2. В частности, в стационарном состоянии (при равных и неизменных частотах) этот ток компен.сирует разряд конденсатора 26 через управляемый резистор 27, имеющий максимальное сопротивление, и через входную проводимость операционного усилителя 23. При этом напряжение на выходе этого усилителя не изменяется

Введение новых блоков позволяет обеспечить высокие точность и быстродействие прибора. С помощью регулятора амплитуды 5, в котором реализуется интегропропорциональный закон управления, осуществляется калибровка управляемого генератора по амплитуде в режиме сопровождения. Введение компаратора .3 позволяет использовать метод сравнения при измерении .коэффициента передачи селективного усилителя 2. Этот метод значительно точнее метода прямого отсчета. Введение эталонного источника 10 также способствует повышению точности измерения и позволяет подавать на компаратор непосредственно напряжение этого источника, поскольку амплитуда колебаний в точности равна этому напряжению. Введение амплитудного детектора 12 позволяет реализовать максимальную скорость поиска При значительных отклонениях частоты автоколебаний управляемого генератора 6 от частоты настройки селективного уси лителя 2, а затем по мере сближения этих частот снизить эту скорость и ввести в действие систему стабилизации ат плитуды. Введение фазового корректора 7 позволяет скомпенсировать фазовые сдвиги в элементс1Х селективного усилителя 2, не входящих в его селективную систему, и снизить погрешность определения частоты настройки на границах диапазона перестройки селективного усилителя 2.

Схема регулятора 5 амплитуды позволяет обеспечить точную и устойчивую работу управляемого генератора б в режиме сопровождения и малое время в режиме установления амплитуды этого генератора (режима поиска).

Устройство может быть использовано для контроля селективных усилителей типа У2-8 и селективных .вольтметров типа В6-9.

Затраты рабочего времени на настройку каждого прибора сокращаются на 35%.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля селективных усилителей, перестраиваемых по частоте, содержащее частотомер, вольтметр, регулятор амплитуды и аттенюатор, выходом соединенный с входом испытуемого селективного усилителя, выход которого через последовательно соединенные устройства сопровождения и поиска частоту подключен к управлянадему входу управляемого генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений в него введены эталонный источник напряжения, фазовый корректор, компаратор и амплитудный детектор, выходом соединенный с одним из входов регулятора амплитуды и с вторым входом упомянутого устройства поиска Частоты, а вход амплитудного Детектора подключен к входу частотомера, к одному из входов устройства сопровождения частоты и к одному из входов компаратора, выход которого соединен с входом вольтметра, а другой вход компаратора подключен к выходу эталонного источника напряжения и к второму входу регулятора амплитуды, третий вход которого соединен с выходом управляемого генератора, с входом аттенюатора и с входом фазового корректора,выходом соединенного с вторым входом устройства сопровождения частоты.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор амплитуды выполнен в виде операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с корпусом устройства и с выходом диода, входом соединенного с конденсатором и с вторым резистором, а его инвертирующий вход через третий резистор соединен с выходом порогово го элемента и через последовательно соединенные четвертый резистор и конденсатор подключен к выходу упомянутого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3904964, кл. 325-67, 1974.

2.Измерения в электронике. Справочник. Под редакцией Доброхотова В. с. 166, рис. 18-2-2 (прототип).