Цифровой измеритель коэффициента передачи

 

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения параметров усилителей низких и инфранизких частот, а также для автоматизированного контроля трактов прохождения аудиосигналов. Измеритель содержит два компаратора и два измерителя временных интервалов. Первый компаратор сравнивает сигнал на выходе исследуемого усилителя с опорным напряжением. Второй компаратор сравнивает тестовый сигнал с опорным напряжением. К входу первого измерителя временных интервалов подключен выход второго компаратора. Выход первого компаратора через мультиплексор подключен к входу второго измерителя временных интервалов. К другому информационному входу мультиплексора через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены выходы обоих компараторов. Выходы измерителей временных интервалов подключены к входу функционального преобразователя, вычисляющего коэффициент передачи. Устройство позволяет осуществлять выбор режима работы измерителя путем переключения мультиплексора и дополнительно измерять фазовый сдвиг и частоту тестового сигнала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано в задачах измерения параметров усилителей низких и инфранизких частот, а также для автоматизированного контроля трактов прохождения аудиосигналов.

В качестве прототипа выбрано устройство, содержащее три компаратора, два усилителя, два элемента с регулируемым коэффициентом передачи, два блока вычитания и токоограничивающий элемент, первым информационным входом устройства является первый вывод токоограничивающего элемента, второй вывод которого соединен с входом первого усилителя, параллельно которому подключен первый элемент с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя, а второй вход объединен с первым входом второго компаратора и служит вторым информационным входом устройства, второй вход второго компаратора соединен с выходом первого блока вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго усилителя и выходом второго компаратора, между входом второго усилителя и выходом первого блока вычитания подключен второй элемент с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого объединен с аналогичным входом первого элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый вход второго блока вычитания является входом опорного напряжения устройства, а второй вход объединен с первым информационным входом устройства, выход второго блока вычитания объединен с выходом третьего компаратора и подключен к входу второго усилителя, первый вход третьего компаратора соединен с его выходом, а второй вход с выходом второго компаратора [Пат. РФ №1667504, G 01 R 19/10, 1994 г].

К недостатку прототипа следует отнести его ограниченные функциональные возможности, так как он служит только для вычисления отношения двух напряжений, что позволяет использовать его лишь для измерения модуля коэффициента передачи усилителей.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей измерителя за счет вычисления не только модуля коэффициента передачи, но и фазового сдвига и частоты тестового сигнала.

Технический результат достигается тем, что в известный измеритель, содержащий два компаратора, первый и второй информационные входы, а также вход опорного напряжения, согласно изобретению введены два блока измерения временных интервалов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мультиплексор и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первым информационным входом которого является сигнальный вход первого компаратора, вход опорного напряжения которого объединен с аналогичным входом второго компаратора и является входом опорного напряжение измерителя, вторым информационным входом которого служит сигнальный вход второго компаратора, выходы компараторов подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также выход первого компаратора соединен с первым информационным входом мультиплексора, выход второго компаратора соединен с входом первого блока измерения временных интервалов, выход которого соединен с первым входом функционального преобразователя, второй вход которого соединен с выходом второго блока измерения временных интервалов, вход которого соединен с выходом мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а адресный вход является входом выбора режима работы измерителя.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в цифровой измеритель коэффициента передачи дополнительно введен потенциометр, средний вывод которого соединен с объединенными входами опорного напряжения первого и второго компараторов, а первый и второй крайние выводы подключены соответственно к источнику питания и общей шине.

Технический результат достигается еще и тем, что в цифровой измеритель коэффициента передачи дополнительно введен аттенюатор, выход которого соединен с сигнальным входом первого компаратора, а вход аттенюатора является первым информационным входом измерителя.

Сущность изобретения иллюстрируется функциональной схемой и временными диаграммами.

На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового измерителя коэффициента передачи, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Функциональная схема по фиг.1 содержит компараторы 1 и 2, блоки 3 и 4 измерения временных интервалов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, мультиплексор 6, функциональный преобразователь 7 и исследуемый усилитель 8 с нагрузочным сопротивлением R_L. Первым информационным входом измерителя является сигнальный вход компаратора 1, а вторым информационным входом - сигнальный вход компаратора 2, входы опорного напряжения компараторов 1 и 2 объединены и составляют вход _REF опорного напряжения измерителя, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 объединен с первым входом DI0 мультиплексора 6 и подключен к выходу компаратора 1, а второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 объединен с входом блока измерения 3 временных интервалов и подключен к выходу компаратора 2, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 подключен к второму входу DI1 мультиплексора 6, адресный вход А которого является входом М выбора режима работы измерителя, выход мультиплексора соединен с входом блока 4 измерения временных интервалов, выход которого, а также выход блока 3 подключены к соответствующим входам функционального преобразователя 7, выход которого является выходом измерителя. Вход U_вх(t) исследуемого усилителя 8 объединен с вторым информационным входом измерителя, а выход U_вых(t) усилителя 8 подключен к первому информационному входу измерителя.

Временные диаграммы (фиг.2) содержат:

- входной U_вх(t)=U₁sinω t и выходной U_вых(t)=U₂sinω (t+τ ) сигналы с амплитудами U₁ и U₂ соответственно, с частотой ω и сдвинутые друг относительно друга на время τ и пересекающие опорный уровень U_REF (фиг.2а);

- импульсы длительностью Δ t₁ на выходе компаратора 2 при U_REF>0 (фиг.2б);

- импульсы длительностью Δ t₂ на выходе компаратора 1 при U_REF>0 (фиг.2в);

- импульсы длительностью Т/2 на выходе компаратора 2 при U_REF=0 (фиг.2г);

- импульсы длительностью Т/2 на выходе компаратора 1 при U_REF=0 (фиг.2д).

Учитывая, что в общем случае коэффициент передачи K(jω )=К(ω )e^jϕ является величиной комплексной и несет в себе информацию как о соотношениях амплитуд, так и о фазовом сдвиге ω , то задачу измерения разделим на две составляющие. Первая - это вычисление модуля функции K(jω ), то есть измерение отношения К=U₂/U₁ - коэффициента усиления (модуля коэффициента передачи). Вторая составляющая вычислений предусматривает измерение временного сдвига τ между одноименными точками входного и выходного сигналов.

Работа измерителя коэффициента передачи (фиг.1) заключается в следующем. На вход исследуемого усилителя 8 подают тестовый сигнал U_вх(t)=U₁sinω t, который одновременно поступает и на сигнальный вход компаратора 2. На аналогичный вход компаратора 1 сигнал поступает уже с выхода усилителя 8, то есть после усиления. Так как на входы опорного напряжения компараторов 1, 2 подается уровень U_REF, значение которого выбирают из условия 0<U<U, причем U₂≥U₁, то на выходах компараторов 1 и 2 будем иметь последовательности импульсов с длительностями Δ t₂ и Δ t₁ соответственно (фиг.2б и фиг.2а). Длительности полученных импульсов связаны с амплитудами U₁ и U₂ известными соотношениями [Аванесян Г.Р. Метод измерения амплитуды гармонического процесса. - М.: 2002. Рук. деп. в ВИНИТИ РАН, №1074-В 2002, стр. 3]

Следовательно, измеряя временные интервалы Δ t₁ и Δ t₂, для этого служат блоки 3 и 4, и далее вычисляя отношение

получим искомый модуль К коэффициента передачи K(jω ). Последнюю операцию выполняет функциональный преобразователь 7.

Измерение модуля К происходит при М=0 - на адресном входе мультиплексора 6 устанавливают уровень логического “0”. Это необходимо для передачи на выход мультиплексора 6 сигнала с выхода компаратора 1. В результате при М=0 на входы блоков 3 и 4 измерения временных интервалов поступают последовательности импульсов с длительностями Δ t₁ и Δ t₂ соответственно. Для измерения фазового сдвига на входе М устанавливают уровень логической “1”, а опорное напряжение _REF задают равным нулю. В этом случае на выходах компараторов 1, 2 будем иметь последовательности импульсов, длительности которых равны полупериоду T/2 тестового сигнала U_вх(t) (фиг.2 г, д), а временной сдвиг τ между ними будет повторять значение фазового сдвига между U_вых(t) и U_вх(t), выраженного в единицах времени. Для измерения указанного временного сдвига последовательности импульсов длительностью τ формирующихся на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 через мультиплексор 6 подаются на вход блока 4 измерения временных интервалов для измерения длительности τ . В итоге в указанном режиме работы функциональный преобразователь 7 не используется, а результат - цифровой код τ - снимается с выхода блока 4. При этом на выходе блока 3 будет присутствовать код полупериода Т/2 тестового сигнала.

Функциональный преобразователь 7 может быть выполнен в виде ППЗУ, реализующего аппаратно-табличный метод вычисления искомой функции при фиксированном ω и меняющихся Δ t₁ и Δ t₂. Для этого в ППЗУ предварительно записывают набор возможных результатов оценки К=U₂/U₁, исходя из дискрета вычислений Δ t₁, Δ t₂ и диапазона их изменений.

Чувствительность блоков 3, 4 измерения временных интервалов в немалой степени зависит от выбранного уровня U_REF, а следовательно, от U_REF зависит и чувствительность устройства в целом. По этой причине в измерителе полезно предусмотреть управление значениями U_REF. Для этого опорное напряжение на компараторы 1, 2 можно подавать через потенциометр, подключенный к источнику стабилизированного напряжения. Характер зависимости чувствительности измерителя от U_REF таков, что при фиксированном значении U_REF чувствительность падает с увеличением амплитуды синусоидального сигнала, в частности выходного сигнала тестируемого усилителя. Следовательно, характерной особенностью заявляемого устройства будет снижение чувствительности с ростом измеряемого модуля коэффициента передачи. Для снижения влияния этой зависимости в устройстве полезно использовать делитель напряжения (аттенюатор), ослабляющий выходной сигнал тестируемого усилителя. В этом случае после операции функционального преобразования потребуется дополнительно учесть выбранный коэффициент деления.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель коэффициента передачи, содержащий два компаратора, первый и второй информационные входы, а также вход опорного напряжения, отличающийся тем, что в него введены два блока измерения временных интервалов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мультиплексор и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первым информационным входом которого является сигнальный вход первого компаратора, вход опорного напряжения которого объединен с аналогичным входом второго компаратора и является входом опорного напряжения измерителя, вторым информационным входом которого служит сигнальный вход второго компаратора, выходы компараторов подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также выход первого компаратора соединен с первым информационным входом мультиплексора, выход второго компаратора соединен с входом первого блока измерения временных интервалов, выход которого соединен с первым входом функционального преобразователя, второй вход которого соединен с выходом второго блока измерения временных интервалов, вход которого соединен с выходом мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а адресный вход является входом режима работы измерителя.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введен потенциометр, средний вывод которого соединен с объединенными входами опорного напряжения первого и второго компараторов, а первый и второй крайние выводы подключены соответственно к источнику питания и общей шине.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введен аттенюатор, выход которого соединен с сигнальным входом первого компаратора, а вход аттенюатора является первым информационным входом измерителя.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2