Устройство для осциллографического измерения коеффициента нелинейности сигналов

Устройство для осциллографического измерения коеффициента нелинейности сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

о )й-сi--Ыи е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«» 732767

Союз Соватсммх

Соцмалмстмчаскмк

Реслублнк к вто ском свидетельств (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. КЛ.2 (22) Заявлено 091177 (21) 2540730/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано050580 Бюллетень ¹17

Дата опубликования описания 0505.80

G 01 R 29/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317..351(088.8) (72) Автор изобретения

Л Р Ноткин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКОГО.ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНОСТИ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к технике измерения коэффициента нелинейности сигналов треугольной, трапецеидальной и других форм в широком частотном диапазоне.

Известно устройство для измерения коэффициента нелинейности пилообразного напряжения, основанное на дифференцировании измеряемого сигнала (1) . l0

Недостатком его являются значительные погрешности измерений в широком диапазоне частот и амплитуд входных сигналов.

Известно также устройство для измерения коэффициента нелинейности сигналов по их изображению на экране осциллографа путем сравнения мгновенных значений сигнала с коммутирующим напряжением постоянного тока (2), 20

Недостаток устройства — незначительный динамический диапазон входных сигналов, узкий частотный диапазон измеряемых сигналов и низкая производительность измерений. 25

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и .повышение производительности измерений.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор меток 30 времени, выходом соединений с управляющим входом осциллографа, синхро-. низирующий вход которого соединен с входом упомянутого генератора и с синхрониэирующим входом устройства, два резистора, источник напряжения питания и измеритель напряжения, входом соединенный с выходом источника, компенсирующего напряжения введены электронный коммутатор, частотомер, согласующий резистор и двухпоэиционный переключатель, первый подвижный контакт которого 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 выход которого соединен с выходом источника компенсирующе го напряжения, а первый выход электронного коммутатора соединен с одним иэ входов осциллографа и параллельно ему включенным первым рези стором, а второй выход упомянутого коммутатора подключен к другому входу осциллографа и параллельно ему включенным вторым резистором, при этом таковый вход электронного коммутатора соединен через второй подвижной

732767 контакт двухпозиционного переключателя с ныходом источника напряжения питания, а второй неподвижный контакт двухпозиционного переключателя подключен к контрольному выходу генератора меток времени, который выполнен н 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 15 схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства.

Устройстно включает первый вход электронного коммутатора 1, электронный коммутатор 2, первый выход 7() электронного коммутатора 3, дифференциальный усилитель осциллографа 4, электронный осциллограф 5 с входами

Yl, Y2, Х и Е, первый низкоомный резистор 6, второй вход электронного коммутатора 7, источник 8 компенсирующего напряжения, измеритель 9 напряжения (цифровой вольтметр), второй выход электронного коммутатора 10, второй низ коомный резистор 11, генератор 12 меток времени, функциональный генератор 13, генератор 14 импульсов, 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, сог- 4() ласующий резистор 21, низкочастотный релаксатор 22, каскад 23 управления, обмотки реле 24 и 25, контактная группа указанных реле 26 и

27 и источник напряжения питания.

Устройство работает следующим образом.

Входной (в частности треугольный) сигнал подается на первый вход электронного коммутатора. После прохождения через контакты реле 26 сиг50 нал попадает на его первый выход и далее — на вход Yl дифференциального усилителя электронного осциллографа.

Параллельно входу Yl включен согласующий резистор нагрузки, который с одной стороны является согласующей низкоомной нагрузкой (50 Ом) для испытуемого генератора, а с другой стороны закорачивает вход Yl на время, когда сигналы не подаются и на щ

ЭЛТ прочерчивается только линия электронного нуля.

Компенсирующее напряжение постоянного тока поступает на второй вход электронного коммутатора. После 65 прохождения через контакты реле 27 оно попадает на его второй выход и далее — на вход У2 блока дифферен )циального усилителя. Параллельно входу У2 включен низкоомный резистор (50 Ом), которыЯ на время отключения сигналов от входов дифференциального усилителя закорачивает вход

У2. Входные синхроимпульсы. U c час1 тотой й„(фи r. 2) осуществляют через вход х запуск ждущей развертки осциллографа, а через вход 15 — запуск фун кционального 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 П (частота колебаний в серии равна f ) непригодно для создания меток времени, так как скважность Q = 2, т.е. длительность меток черезмерно велика. Поэтому короткие синхроимпульсы функционального генератора Б (которые также из-за малой длительности непригодны для использования в широком диапазоне частот в качестве меток времени) подаются на гнездо внешнего запуска генератора импуль сов и только выходные импульсы генератора импульсов U следующие с

4 частотой Йя, имеющие прямоугольную форму и независимо регулирующие 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 однонременно два изображения входного сигнала с метками времени и линии электронного нуля с такими же метками. Далее работа элементов схемы и методика измерений осуществляется следующим образом.

Подвижные конт акты пере ключател я контроля кратности частот устанавливаются в нижнее положение, благодаря чему электронно-счетный частотомер точно фиксирует в цифровой форме значение частоты f испытуемого генег ратора, а питание +Е„от электронного коммутатора отключено. После этого подвижные контакты переводят в верхнее положение. При этом частотомер фиксирует частоту меток, которая устанавливается весьма точно равной Е = п f (обычно достаточно

r иметь n = 10) . Питание от источника

+Е в этом случае на электронный комtL мутатор подается. (Установка и контроль частоты в функциональном гене732767 раторе производятся в режиме непрерывной генерации. После этой проверки генератор снова переводится в режим серии колебаний) .

Параллельно частотомеру включается резистор, который является согласующей 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 обязательно 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 (U6 и ()6 ) Следующей опера цией является совмещение каждой метки на сигнале с аналогичной меткой на лини и электронно ro нуля. Для это ro плавно изменяют компенсирующее напряжение, фиксируя его значения по цифровому вольтметру при совпадении каждой пары меток °

Коэффициент нелинейности рассчитывается по,формуле

"рк где U — расчетная величина мгновенР ного значения сигнала, U — фактическая величина мгноФ венного значения си гнала, U „- амплитуда (или размах) рабоче ro хода си гн ал а.

Ясно, что достаточно проверить всего 4 точки для того, чтобы оцеяить максимальное значение U -U, т.е. оценить К, не занимаясь построением графиков, их сравнением и вычислением К

Такое упрощение процедуры определения К весьма важно в повседневной лаборат рной практике и, особенно, в условиях серийного производства.

Оно достигается благодаря точным измерениям мгновенных значений, точной установке кратности частот и меток времени на вершинах сигнала и точной индикации компенсации с помошью линии электронного нуля.

Если необходимо реализовать весьма высокие точности измерения К, то и в исследуемом симметричном сигнале должно быть гарантировано отсутствие постоянной составляющей (это независимо от способа) . Если То же необходимо для пилообразно-импульсного (несимметричного) сигнала, то должно быть гарантировано наличие сигнала только одной полярности, т.е. — начало рабочего хода сигнала от нуля вольт. Если же этого гарантировать невозмжно в исследуемых сигналах

10 то постоянная составляющая может быть исключена, как обычная систематическая ошибка. Устройство позволяет измерять K ñèãíàëîâ и между определенными уровнями (например, между уровнями 0,1 и 0,9), если попоса пропускани я дифференциального усилителя ограничена (т.е. если может иметь место небольшое округление верши". исследуемых сигналов) .

Формула изобретения

1,Устройство для осциллографического измерения коэффициента нелинейности сигналов, содержащее генератор меток времени, выходом соединенный с управляющим входом осциллографа, синхронизирующий вход которого соединен с входом упомянутого гене20 ратора и с синхронизируюшим входом устройства, два резистора, источник напряжения питания и измеритель напряжения, входом соединенный с выходом источника кампенсируюшего на25 пряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем„ что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения производительности измерений, в него введены электронный

З0 коммутатор, частотомер, согласующий резистор и двухпозиционный переключатель, первый подвижный контакт которого 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 соединен с одним из входов осциллографа и параллельно ему включенным первым . резистором, а второй .выход упомяну45 того 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 генерау тора МеТОК времени.

2. Устройство для осциллографического измерения коэффициента нели". нейности по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что генератор меток выполнен в виде функционального генератора, выходом соединенного с входом генератора импульсов, а электронный кою утатор выполнен в виде низкочас-. тотного релаксатора, выходом соединенного с каскадом управления, натру »

732767

ЦНИИПИ Заказ 1550/8 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 женным на обе обмотки двух реле, в качестве контактов которых использованы высокочастотные магнитоуправляе,мые контакты, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. СМadny f. Измерение нелинейности напряжений пилообразной формы. — "8 taboprodny obzor", 1961, т. 28, 9 1 2, с. 747-752 (Русский перевод 11-1008ЯЖ, 1962).

2.Richardson R.Ь. Resiese Measurement of Santootk Hineariby.

"Е tectronics", 1955, 28, 9 11, с. 204-216.