Способ определения линейности высокочастотного амплитудного детектора

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определений передаточной характ еристики амплитудных детекторов , применяемых как в высокочастотных вольтметрах, так и в других измерительных приборах, например измерителях диэлектрических характеристик , измерителях глубины амплитудной модуляции и т.д. Целью изобретения является повьшение точности определения линейности высокочастотного амплитудного детектора. Способ осно-. ван на подаче на вход амплитудного детектора высокочастотного напряжения с выхода генератора и измерении выпрямленного напряжения на выходе детектора. Устройство, реализующее способ, содержит высокочастотный генератор 1, LC-контур, образованный параллельно соединенными катушкой .3 индуктивности, конденсатором 4 переменной емкости, модулирующими варикапами 5. На чертеже также показаны модулятор 6, проверяемый детектор 7, детектор огибающей 8, усилитель 9 низкой частоты, прецизионный детектор 10, ключ 11 и резистор 12. 1 ил.. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 G 01 R 31/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4193489/24-21 (22) 11.02.87 (46) 07.02.89. Бюл. К 5 (72) Ю.В.Подгорный, А.В.Немаров и А.П.Лучников (53) 621.317.799(088.8) (56) Брянский Л.Н. и др. Радиоиэмерения. Методы, средства, погрешности. М.: Стандарт, 1970, с.. 314-315 °

Брянский П.М. и др. Радиоизмерения. Методы, средства, погрешности.

М.: Стандарт, 1970, с. 105-107. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОСТИ

ВЫСОКОЧАСТОТНОГО АМПЛИТУДНОГО ДЕТЕКТОРА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения передаточной характеристики амплитудных детекто ров, применяемых как в высокочастотных вольтметрах, так и в других из„„SU„„1456938 А1 мерительных приборах, например измерителях диэлектрических характеристик, измерителях глубины амплитудной модуляции и т.д. Целью изобретения является повышение точности определения линейности высокочастотного амплитудного детектора. Способ осно-. ван на подаче на вход амплитудного детектора высокочастотного напряжения с выхода генератора и измерении выпрямленного напряжения на выходе детектора. Устройство, реализующее способ, содержит высокочастотный генератор 1, LC-контур, образованный параллельно соединенными катушкой :3 индуктивности, конденсатором 4 переменной емкости, модулирующими варикапами 5. На чертеже также показаны модулятор 6, проверяемый детектор

7, детектор огибающей 8, усилитель 9 низкой частоты, прецизионный детектор 10, ключ 11 и резистор 12. 1 ил., 1456918

3= hu = 1 1 — 1 " (Ъй)

U 3 U U (u -и ) где U иИ

3 измеренные значения постоянных напряжений на выходе детектора соответственно до и после шунтирования LC-контура резистором (активной проводимостью);

Uhl и U измеренные амплитуды низко- 5 частотной огибающей высокочастотного напряжения на

LÑ-контуре до и после шунтирования.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения передаточной характеристики амплитудных детекто ров, имеющих применение как в высокочастотных вольтметрах, так и. в других измерительных приборах, например измерителях диэлектрических характеристик, измерителях глубины амплитудной модуляции и т.д.

Цель изобретения - повышение точности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля 15 линейности характеристики высокочас- тотного амплитудного детектора, основанному на подаче на вход амплитудного детектора высокочастотного напряжения с выхода генератора и измерении выпрямленного напряжения на выходе детектора, высокочастотное напряжение с выхода генератора на амплитудный детектор подают через делитель, образованный последователь"

„25 но включенными сопротивлением связи и параллельным параметрически модулированным ЬС-контуром с резонансной частотой, отличающейся от частоты генератора, и измеряют значения выпрямленного напряжения до и после шунтирования контура активной проводимостью, при этом дополнительно измеряют амплитуды низкочастотной огибающей (частоты параметрической 35 модуляции) высокочастотного напряжения на LC-контуре, а погрешность, обусловленную нелинейностью начального участка характеристики детектора, вычисляют по формуле 40

U Z)(А — ——

) (1) к z„„+к где Š— сопротивление 2 связи, в общем, случае комплексное, ) Х9 о

R — активная составляющая сопротивления 2 связи (внутреннее сопротивление генератора); х - реактивная составляющая сопротивления связи

К„ — полное сопротивление LCконтура, Š— амплитуда ЭДС генератора.

С учетом принятых обозначений можно получить следующее выражение для коэффициента передачи А

1+R(g<+g )) +х (g„+

2 х 2 x+R

) + g) — +(—,—; —, (г)

uL а ЬР

+ 8ю

1-4) LC9

2 индуктивность катушки 3; полная емкость контура, равная сумме емкостей конденсатора 4 и мадулирующих варикапов 5; проводимость9 эквивалентная потерям в элементах параллельного LC-контура (в основном в катушке индуктивности) проводимость резистора 12. где

ЬС—

На чертеже представлена схема установки, реализующей способ.

Установка содержит высокочастотный генератор 1, в общем случае комплексное сопротивление 2 связи (Z)

LC-контур, образованный параллельно соединенными катушкой 3 индуктивности, конденсатором 4 переменной емкости, модулирующими варикапами 5, связанными с модулятором 6, проверяемый высокочастотный амплитудный детектор"

79 детектор 8 огибающей, усилитель

9 низкой частоты, прецизионный низкочастотный детектор 10, ключ il и. резистор (активную проводимость) 12.

Для иллюстрации способа получим основные соотношения.

Аналитически амплитуда напряжения

U на контуре определяется модулем ! коэффициента передачи А, являющегося функцией параметров измерительной схемы, т.е.

1456918 (3) 10

15 (4) го с =с +ьс (5) яЬ (1 (R + х )о. (7

+ (яLbС) (6) а коэффициент

2ц С (R + х ) (К + х ) (8) Первая производная модуля коэффициен1 а передачи по емкости — крутизна резонансной характеристики, определяется выражением

dA dA dg х . (dC d(dC (у

+х) AgL.

Из (3) следует, что максимум напряжения на контуре имеет место при

xuL

,=1-gLC,=-„,, Откуда получим выражение для резонансной емкости

С вЂ” +

1 х

Р u L u(R + х ) А значение емкости, соответствующие симметрической расстройке контура относительно резонанса, можно записать как

После подстановки (4) в (5), а результирующего выражения иэ (2) в (3) получаем где „ — добротность нагруженного параллельного LC-контура

q, = Ь(+ gi+ g„) i(7)

R характеризует степень связи LC-контура с генератором, и

dA ь

dC

= «+вудс(К + х ) А

Из выражений (6) и (8) видно, что резонансная характеристика симметрична и что как коэффициент передачи

А, так и его производная (крутизна разонанс ной характеристики) являются нелинейными функциями не только емкости контура, но и шунтирующей его проводимости.

Кроме того, из выражения (4) следует важное свойство измерительной схемы — емкость, соответствующая резонансу (максимум напряжения на кон- туре), не зависит от шунтирующей проводимости я

Модулятор 6 периодически изменяет емкость варикапов 5 на величину С,„.

Вследствие неравенства коэффициентов передачи при двух значениях емкости модулирующих варикапов 5 высокочастотное напряжение на ЬС-контуре модулируется по амплитуде. Если изменение емкости модулирующих варикапов удовлетворяет условию то амплитуда модуляции высокочастотного напряжения на контуре пропорциональна первой производной модуля коэффициента передачи (9)

Из уравнений (9), (8) и (1) получаем выражение, связывающее отклонение АС емкости контура от резонансного значения с амплитудами высокочас35 тотных напряжений Hà LC-контуре (U) и выходе генератора 1 (Е) и глубиной модуляции высокочастотного напряжения на LC-контуре

40 QC = C C = Р (10)

Uv цЪ где P — коэффициент пропорциональности

С измерительного контура амплитудно-модулированное напряжение поступает на входы исследуемого высокочастотного амплитудного детектора 7 и детектора 8 огибающей.

На выходе амплитудного детектора

7 присутствует постоянное напряжение, уровень которого из-за нелинейности начального участка характерис. тики детектора отличается на величину а Б от амплитуды высокочастотного м фф ь

Ом т.е. ас (1- ьЩ > ас 1- — ахи„ (16) Бм

ДС =РЕ., ) (12) 25 где U„

PE для э (13) 3dU

U Ug (18) э

b Со Ue U= (14) и

Ьс 11 измеренные значения постоянных напряжений на выходе детектора 7 соответг де U u U

5 14569 напряжения на LC-контуре (на входе амплитудного детектора 7).

Детектор 8 огибающей выделяет огибающую модулированного высокочастот5 ного напряжения на ЬС-контуре, которая затем усиливается усилителем 9 низкой частоты и детектируется. прецизионным линейным низкочастотным детектором 10.

Выпрямленные детекторами 7 и 10 напряжения измеряются образцовым вольтметром постоянного тока.

Для определения нелинейности выпрямленное напряжение на выходе проверяемого детектора 7 и амплитуду низкочастотной огибающей высокочастотного напряжения на ЬС-контуре измеряют дважды (до и после шунтирования ЬС-контура резистором 12).

В соответствии с формулой (10) вычисляют параметры: для незашунтированного LC-контура — измеренная амплитуда огибающей; — выпрямленное (постоянное) напряжение на выходе про- З0 веряемого детектора — постоянная; ашунтированного контура где U — измеренная амплитуда огим бающей;

U — выпрямленное напряжение

40 на выходе детектора 7 °

Если амплитудный детектор 7 линейный, т.е. b U = О, то должно выполняться равенство дс = дс

Если же bv ф 0 (характеристнка амплитудного детектора нелинейна), то дс ьс .

Разделив уравнения (12) на (13), освободимся от постоянной Р Е

Выразив значение выпрямленных напряжений U. и U» через истинные

18 6 значения амплитуд на ЬС-контуре соответственно U> и У и погрешность

b,U амплитудного детектора 7, можно уравнение (14) переписать в виде

3

"г (ДС U> U 1 — bvи

Так как при шунтировании ЬС-контура значение емкости контура С, удовлетворяющее условию резонанса, не изменяется согласно (4), то и отклонение ДС фактической емкости С в контуре от резонансного значения

Сг остается постоянным, поэтому на основании уравнения (10) имеем

Откуда получаем расчетную формулу

bC

Д0 4С (17)

)

00 где значение Ьс / С вычисляется по формуле (14) на основании результатов измерений.

Учитывая, что 6 0 ((U и 11,расчетную. формулу (17) можно упростить.

Из выражения (18) имеем

bC 1 — "=1 - bV(— — — )1 1—

bñ3 и Ug

ДЦ 1(1 Ь -). U9

3 ьс (v - U) а с учетом (12) и (13) имеем

3 " — "1 — " " (0»а) 1 „

U0 3 U U, 1456918 ственно до и после шунтирования LCконтура резистором

129

U,,U„ — измеренные амплитуды низкочастотных огибающих в.ч. напряжения на ЬС-контуре до и после 1п шунтирования.

Для обеспечения максимальной точности определения линейности высокочастотного амплитудного детектора необходимо выполнение двух на первый 15 взгляд взаимоисключающих условий.

Во-первых, для того, чтобы минимизировать составляющую погрешности, обусловленную погрешностью измерения амплитуд огибающей U„> и U,,èåîá- 2g ходимо емкость в контуре, перед началом измерений устанавливать таким образом, чтобы частота генератора попадала на склон резонансной характеристики зашунтированного контура 25 в точку, соответствующую ее максимальной крутизне.

Анализируя на экстремум выражение (9), легко показать, что отклонение .емкости контура от резонансного зна- дб чения (расстройка), соответствующее максимальной крутизне резонансной характеристики, определяется выражением и 1 2 0„ у2L (20) УЬ х (22) R 1

2 2

Он R2+ х (23) Из (22) видно, что при неизменной абсолютной расстройке (ЬС = С вЂ” С =

= const) относительная расстройка незашунтированного контура больше o1 носительной расстойки п зашунтирован4п ного контура в число раз, равное отношению их добротностей g /(}„ .

Иэ (21) и (22) получаем отношение коэффициентов передачи, а значит и амплитуд высокочастотного напряжения

45 íà LC-контуре до и после шунтировани резистором 12 где „- нагруженная добротность эашунтированного контура согласно (7).

Во-вторых, при шунтировании LCконтура резистором 12 высокочастотное напряжение на контуре должно существенно уменьшаться.

Последнее условие является главным.

Для того, чтобы обосновать выбор оптимальных параметров установки, получим аналитическое выражение для отношения амплитуд в.ч. напряжения на LC-контуре до и после шунтирования. Вначале введем понятие относительной расстройки и контура как отношение произвольного отклонения емкости контура от резонансного значения к отклонению, соответствующему максимальной крутизне резонансной характеристики. Тогда проиэвольU А, U) А

50 (24) Иэ (24) следует, если перед нача лом измерений значение емкости LCконтура устанавливать соответствую55 щим максимальной крутизне характеристики зашунтированного контура, т.е. n = 1, то ни при каких соотношениях параметров измерительной схемы невозможно добиться существенного

1, 1

ЬСопт = + +2 q 2 Ь (19) н > ная абсолютная расстройка может быть выражена через относительную расстройку и параметры контура

Подставляя (20) в (6), выразим коэффициент передачи А через нагруженную добротность Q ц LC-контура и относительную расстройку n..

Имеем для зашунтнрованного контура

ыЬ 2

Я% Г Ян z + я () для незашунтированного контура где Я„„ — нагруженная добротность неэашунтированного контура, 3=

hU 1

U 3

Uåoî Ду 4 П=ао

Uy

) где U и П, Формула изобретения

Цм и Пм3

Составитель В.Драчев

Техред М.Дидык Корректор Г.Решетник

Редактор В.Данко

Заказ 7549/45 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 14569 изменения напряжения на контуре (до и после шунтирования). Действительно, при n = 1 и („ — + ос имеем

Uap г Яну †- 3, так как — О.

П Ф 0н.

Очевидно, чтобы при отключении . шунтирующего резистора происходило заметное изменение напряжения на 10

LC-контуре, необходимо выполнение условия n cc 2 или па 42, а нагруженная добротность LC-контура должна . существенно возрастать, например в 2-3 раза, чего можно легко добить- 15 ся, используя емкостную связь контура с генератором.

Способ определения линейности высокочастотного амплитудного детектора, основанный на подаче на вход амплитудного детектора высокочастотного напряжения и измерении выпрямленного напряжения на выходе детектора при различных значениях амплитуды входного сигнала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, на, вход детектора пода- 0, ют промодулированное rio амплитуде высокочастотное напряжение и измеряют значение выпрямленного напряжения при двух значениях глубины модуляции, при этом дополнительно измеряют амплитуды низкочастотной огибающей и высокочастотного напряжения, а о линейности характеристики амплитудного детектора судат по величине погрешности, которую вычисляют по формуле

- измеренные значения постоянных напряжений на выходе детектора соответственно при различных значениях глубины модуляции входного сигнала; — измеренные амплитуды низкочастотной огибающей вы- сокочастотного напряжения при различных значениях глубины модуляции..