Измеритель уровня высокочастотного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для измерения уровня высокочастотного напряжения в селективных вольтметрах.

По основному авт. св. № 4ОО849 известен измеритель уровня высокочастоРного напряжения, содержащий многокаскадный усилитель промежуточной частоты и измерительный блок, соединенный последовательно с измерительным прибором, JQ причем к выходу каждого каскада усилителя промежуточной частоты подключены один из входов соответствующего высокочастотного электронного ключа, который соединен с измерительным блоком, и цепь,|5 состоящая из последовательно соединенных пикового детектора и порогового устройства, причем выходы пороговых устройств, относящихся к каждым двум соседним каскадам усилителя промежуточной частоты, 2в подсоединены к двум входам соответствукн щего логического элемента ИЛИ, а выход последнего связан с другим входом соответствующего высокочастотного aneKiw

Ьонного ключа и электронным коммутатором, в цепи нагрузки которого включены индикаторные элементы flj .

Недостатком известного измерителя являетсй малый динамический диапазон, ограничиваемый уровнем шума каскадов (усилителя высокой частоты, преобразователя, гетеродина), предшествующих ус лителю промежуточной частоты в селективном микровольтметре.

Цель изобретения - увеличение динамического диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель уровня высокочастотного напря}1юния введены m па|эаллелы1О соединенных цепей, каждая из которых состоит вз последовательно соединенных высокочастотного электронного и аттенюатора, при этом входы оепей подключены к входной клемме, а выходы цепей - к входу первого каскада усилителя промежуточной частоты, и блок коммуташга аттенгоато юв, два входа которого соединены соответственно с выходами 394 первого и второго пороговых устройств, а выходы - с управляющими входами внов введенных высокочастотных электронных ключей и дополнительными входами электронного коммуатора, в цепь нагрузки ко- торого включены щ дополнительных индикаторных элементов. Кроме того, блок коммутации аттенюаторов выполнен в виде формирователя импульсов, выход которого через первый элемент И подключен к входу Суммирование реверсивного счетчика, вход Вычитание которого соединен с. выходом второго элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам трех инверторов и формирователя импульсов, причем входы первого и второго инвертор ров $голяются входами блока коммутации аттенюаторов и соединены с входами первого элемента И, а вход третьего инвертора подключен к первому выходу дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счет чика, управляющий вход которого соединен с входом Установка нуля измерите- ля уровня высокочастотного напряжения, а выходы дешифратор)а являются выходами блока коммутации аттенюаторов. На чертеже представлена структурная схема измерителя уровня высокочастотного напряжения. Вход измерителя подключен к m параллельным цепям, каждая из которых состоит из последовательно соединенных высокочастотных электронных ключей 1 - 1 и аттенюаторов . Выходы аттенюаторов 2 - 2 соединены вместе и подключены к входу - и -каскадного усилите.ля, состоящего из каскадов 3 - 3. С выхода каждого из каскадов 3 - 3 высокочастотные напряжения поступают на соответствующие высокочастотные электронные ключи 4 - 4 у, и пиковые детекторы. 5 5у.. Управляющие входы электронных ключей 4 и логические .элементы ИЛИ 6 - 6j подключены к пороговым устройствам 7 и- Выходы высокочастотных электронных ключей 4 4у, соединены вместе и подключены к входу поспедовательно соединенных измерительного блока 8 и измерительного прибора 9. Выходы логических элементов ИЛИ 6 - 6 соединены соответственно с управляклними входами низкочастотных электронных ключей 1О - Юу, и lOj.. - 10у, электронного коммутатора, через которые производится питание индикаторных элементов 11 - 11 , и .1 - 11 и ш24Выходы первого и второго пороговых устройств соответственно через инверторы 12 и 13 подключены к входам элемента 14 И, выход которого соединен с входом Вычитание реверсивного счетчика 15. Выход формирователя 16 импульсов через элемент И 17 подключен к входу Суммирование реверсивного счетчика 15. Выходы реверсивного счетчика 15 соответственно соединены с входами дещифра- тора 18, fvi выходов которого соответственно соединены с управляющими входами высокочастотных электронных ключей и низкочастотных электронных ключей lOj - 10 „ , через которые производится питание индикаторных элементов iiy. Первый .выход дешифратора 18, соединен также через инвертор 19 с третьим входом элемента И 14, четвертый вход которого подключен к выходу формирователя 16 импульсов. Выходы первого 7f и второго 7, пороговых устройств соответственно подключены также к второму и третьему входам элемента И 17. Управляющий вход реверсивного счетчика 15 соединен с входом Установка нуля измерителя уровня высокочастотного, напряжения. Инверторы 12 и 13, элемент И 14, реверсивный счетчик 15, формирователь 16 импульсов, элемент И 17, дещифра- тор 18 и инвертор 19 образуют блок 20 коммутации аттенюаторов, а низкочастотные электронные ключи 1О - 10 и Юу,. - lOj., - электронный коммутатор 21. В статическом состоянии до поступления измеряемого высокочастотного напряжения в реверсивном счетчике 15 с помощью напряжения Установка нуля с записан код, соответствующий условному нулю, при этом на первом выходе дешифратора 18 присутствует единичное напряжение, поступающее на ключи 1. и и открьгоающее их. При этом горит индикаторный элемент 11 j. ( 1,О). Аттенюатор 2 имеет коэффициент передачи, равный единице. Аттенюаторы 2 уп имеют коэффициенты передачи меньше единицы, например 0,1; 0,01; ..., (0,1). Пороги срабатывания пороговых устройств 7 - 7у соответствуют верхним границам линейных участков амплитудных характеристик усилительных каскадов 3 - 3. При отсутствии измеряемого высокочастотного напряжения электронные ключи 4у, и 10 у, открыты, светится индикаторный элемент Иу, соответствующий пределу измерения минимальных напряжений.

Интервал следования импульсов формирователя 16 выбирается из условия окончания переходных процессов в усилителе промежуточной частоты, вызванных скачкообразным изменениям входного напряжения вследствие коммутации цепей с аттенюаторами. При отсутствии измеряемого напряжения в реверсивном счетчике остается записанным код, соответствующий условному нулю. Это вызвано тем, что элементы И 14 и 17 закрыты и импульсы с вь1хода формирователя 16 импульсов на входы Суммирование и Вычитание реверсивного счетчика 15 не проходят. Элемент И 17 закрыт потому, что на выходах первого 7 и второго 1 пороговых устройств, соединенных с входами элемента И 17, при этом нулевые напряжения. Элемент И 14 закрыт потому, что на выходе инвертора 19, соединенного с его входом, при этом нулевое напряжение, так как на первом выходе дешифратора 18 имеется единичное напряжение.

Работа измерителя уровня высокочастотного напряжения при увеличении входного напряжения от минимального до максимального осуществляется следующим образом. При подаче на вход измерителя высо- 30 кочастотного напряжения оно проходит через открытый высокочастотный ключ 1. аттенюатор 2 , усиливается всеми ц каскадами усилителя и проходит через откры тый ключ на измерительный блок 8, при этом светятся индикаторные элементы 11„ц. и 11, индицирующие соответственно коэффициент передачи аттенюатора, равный единице ( 1,О), и предел измерения минимальных напряжений. Так как электронные ключи 4 - и-Т. закрыты, напряжения с выходов предыдущих усилительных каскадов 3. - 3 на вход измерительного блока 8 не проходят. При увеличении входного напряжения наступает момент, когда амплитуда напряжения, усиленного у каскадом усилителя 3, достигает границ линейного участка амплитудной характеристики по выходу И усилительных каскадов. При этом постоян ное напряжение на выходе пикового детек тора 5у, достигает порога срабатывания порогового устройства 7,. В этот момент электронные ключи 4 и Ю, закрывают ся и остаются закрытыми на время, пока напряжение на входе порогового устройства 7|, превышает его порог срабатывания, индикаторный элемент 11 у, гаснет Одновременно на выходе элемента 6у|

появляется напряжение, открывающее ключи 4 и lOM--f , благодаря чему на вход измерительного блока 8 высокочастотное напряжение поступает с выхода

(и- 1) каскада усилителя 3 и загорается индикаторный элемент 11 соответствующий (и-1)-му пределу измерений. Одновременно светится индикаторный элемент llj.-|, индицируя

наличие напряжения на входе, аттенюатора 2 х| с коэффициентом передачи, рйвдлм единице.

При достижении постоянным напряжением с выхода пикового детектора 5 2

порога срабатъгоания порогового устройства 7 последнее срабатывает, напряжение с его выхода поступает на второй вход элемента ИЛИ бд и первый вход элемента ИЛИ 6, вследствие чего электронные ключи тл Ю, закрываются, индикаторный элемент Погаснет, а ключи 4 и 1О открываются. Индикаторный элемент 11,соответствующий первому пределу измерений, загорается, и высокочастотное напряжение поступает на вход измерительного блока 8 через электронный ключ 4 с выхода первого каскада усилителя промежуточной частоты. При понижении уровня напряжения на входе изме- рителя указанные явления протекают в обратном порядке. До тех пор, пока измеряемое напряжение не превьпиает верхнего предела линейного участка амплитудной характеристики первого усилительно- го каскада 3,, т. е. пока напряжение с выхода пикового детектора 5 не превы- щает порога срабатывания порогового устройства 7. , блок коммутации аттенккаторов обеспечивает подключеН:ие к входу первого каскада 3 усилителя через высокочастотный электронный ключ 1 аттенюатора 2. с коэффициентом передачи, равным единице, и соответствующую индикацию. По достижении постоянным напряжением с выхода пикового детектора 5 порога срабатывания порогового устройства 7.} единичное напряжение с выхода порогоБого устройс-геа Ту поступает на соот ветствуюпщй вход элемента И 17. На другом входе элемента И 17, соединенном с выходом порогового устройства 7,2 в этот интервал времени имеется единичное напряхжнне, так как напряжение на входе порогового устройства 7 заведомо превышает его порог срабатывания.- Поэтому импульс с выхода формирователя 16 импульсов через открытый элемент И 17 проходит на вход Суммирование 79 реверсивного счетчика 15, увеличивая число, записанное в нем, на единицу. При этом на втором выходе дешифратора 18, соединенном с управляющими входами ключей 1 и появляется единичное напряжение, замыкающее их. Ключи 1 и lOj в связи с появлением и а первом выходе дешифратора нулевого напряжения размыкаются. Аттенюатор 2 включенный последовательно с ключом 1 имеет коэффициент передачи, меньший единицы, например 0,1. Если введенного ослабления достаточно для того, чтобы напряжение на ыходе детектора 5 стало меньше порога срабатывания порогового устройства 7 , т. е. для того, чтобы измеряемое напряжение находилось в пределах линейного участка-амплитудной характеристики первого каскада усилителя 3., напряжение на выходе порогового устройства 7 становится равным нулю. Это приводит к закрыванию элемента И 17, вследствие чего импульсы с выхода формирователя 16 импульсов на вход Суммирование реверсивного счетчика 15 не проходят. На вхо Вычитание реверсивного счетчика 15 №viпульсы с выхода формирователя 16 также не проходят, т. е. на входе элемен та И 14, соединенном с выходом инвер- тора 13, имеется нулевое напряжение, обусловленное тем, что напряжение с выхода пикового детектора 5, по прежнему превышает порог срабатьтания порогового устройства 7 и на его выходе по прё нему единичное напряжение. В этом случае светятся индикаторные элементы 11 и Ilyj4a 1 индишфуя соответственно первый предел измерения и ослабление вхо ного сигнала в Щ раз (например, в 10 раз Если введенного ослабления недоста. точно для того, чтобы напряжение на выходе пикового детектора 5 стало меньше порога срабатывания порогового устройст ва 7j , т. е. для того, чтобы измеряемое напряжение находилось в пределах линейного участка амплитудной характеристики первого усшштельного каскада 3. усилителя 3, напряжение на выходе порогово ГО устройства 7. остается единичным; Эле мент И .17 остается открытым, и очередной импульс с выхода формирователя 16 проходит на вход Суммирование реверсивного счетчика 15, увеличивая накопленное в нем число еще на единицу. При этом на третьем выходе дешифратора 18, соединенном с управляющими входами клю чей IA и lOyj.j , появляется единичное вапряженве, благодаря которому они за28мыкаются, ключи при этом размыкаются. Замыкание ключа 1, обеспечивает подключение между входом измерителя и входом первого каскада усилителя 3 аттенюатора 2 с коэффициентом передачи меньшим, чем коэффициент передачи аттенюатора 2, например 0,01. Процесс коммутации цепей аттенюатора 1,, 2 1, 2,..., 1 и 2J пpoдoлжaегся до тех пор, пока напряжение с выхода пикового детектора 5 станет мень- ше порога срабатывания порогового устройства 7 , т.е. когда измеряемое напряжение за счет ослабления одним из аттенюаторов 2(войдет в пределы линейного участка амплитудной характеристики первого каскада усиления 3 . При этом напряжение на выходе порогового устройства 7 становится равным нулю, что приводит к закрьшанию элемента И 17 и прекращению прохождения импульсов с выхода формирователя 16 на вход Суммирование реверсивного счетчика 15. Если измеряемое напряжение после окончания процесса коммутации не меняет своего значения или остается в пределах линейного участка амплитудной характеристики первого каскада 3 элементу И 17 и 14 остаются закрытыми и импульсы на входы Суммирование и Вычитание реверсивного счетчика 15 не проходят, чем обеспечивается постоянство числа, занесенного в реверсивный счетчик, т. е. постоянство коэффициента передачи аттенюатора на входе усилителя промежуточной частоты. Если включена, например кп-я цепь аттенюатора 2, а измеряемое напряжение уменьшается настолько, что напряжение с вьосода пикового детектора 5 становится меньше порога . срабатьшания порогового устройства 7„, напряжение на выходе последнего становится равным нулю. Так как напряжение на выходе порогового устройства 7 в этом случае заведомо равно нулю, на выходах инверторов 12 и 13 появляются еди 1ичные напряжения. На выходе инвертора 19 также имеется единичное напряжение, так как только да выходе дешифратора 18 присутствует единичное напряжение. В этом случае импульсы с выхода формирователя 16 через открывшийся элемент И 14 проходят на вход Вычитание реверсивного счетчика 15, уменьшая на единицу число, записанное в нем. Дешифратор 18 формирует единичное напряжение на (wi-1)-м выходе, чем обеспечивается подключение ( УМ-.1)-й цепи аттенюатора lyn-/ и 2 уп-- . Процесс коммутации аттенюаторов продолжается до тех пор, пока не будет включена цепь аттенюатора, обеспечивающ: я уровень напряжения на входе усилителя 3 промежуточной частоты такой, что напряжение на выходе пикового детектора 5, превышает порог срабатьтания порогового устройства Тл, а напряжение с выхода пикового детектора 5 меньше порога срабатывания порогового устройства 7. . Если измеряемое напряжение уменьшилось настолько, что после подключения первой цепи с аттенюатором 2 порог срабатывания порогового устройства не превьпиен, коммутация цепей 1 «., it 1 И 2 прекращается. Это вызвано тем, что на выходах пороговых устройств 7 и 7, соединенных с входами элемента И 17, нулевые напряжения, поэтому элемент И 17 закрыт и не пропускает импульсь с выхода формирователя 16 на вход Сум мирование реверсивного счетчика 15. На вход Вычитание реверсивного счетчика 15 импульсы с выхода формирователя 16 также не проходят, так как элемент И 14 закрыт первым .напряжением с выхода инвертора 19, соединенного с первым выходом дешифратора 18. В этом случае на вход измерительного блока 8 поступает напряжение через тот высокочастотный электронный ключ 4 - 4j, который соот ветствует каскаду 3 - 3 усилителя промежуточной частоты, в пределах линейного участка амплитудной характеристики, которого осуществляется измерение. Изобретение позволяет отказаться от .увеличения числа каскадов усилителя промежуточной ча-.тоты, т. е. без увеличения шума на выходе усилителя промежуточной частоты увеличить динамический диапазон на 45 дБ и обеспечить измереную входного сигнала при всех изменениях уровня напряжения. Формула изобретения 1. Измеритель уровня высокочастотног напряжения по авт. св. № 40О849, о т личаюшийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона измерения, в него введены m параллельно соединенных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных высокочастотного электронного ключа и аттенюатора, при этом входы цепей подключены к входной клемме, а выходы цепей - к входу первого каскада усилителя промежуточной частоты, и блок коммутации аттенюаторов, два входа которого соединены соответственно с выходами первого и второго пороговых устройств, а выходы - с управляющими входами вновь введенных высокочастотных электронных ключей и дополнительными входами электронного коммутатора, в цепь нагрузки которого включены jYi дополнительных индикаторных элементов. 2. Измеритель по п, 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что блок коммутации аттенюаторов выполнен в В1аде формирователя импульсов, выход которого через первый элемент И подключен к входу Суммирование реверсивного сче1 чика, вход Вычитание которого соединен с выходом второго элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам трех инверторов и формирователя импульсов, причем входы первого и второго инверторов являются входами блока коммутации аттенюаторов и соединены с входами первого элемента И, а вход третьего инвертора подключен к первому выходу дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с входом Установка нуля измерителя уровня высокочастотного напряжения, а выходы дешифратора являются выходами блока коммутации аттенюаторов . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетелъютво СССР №400849, кл. GO1R 19/ОО, 1971.