Устройство для осциллографического измерения коеффициента нелинейности сигналов

Й о Ь-й с-ж:-аи е ИЗОБРЕТЕНИЯ щ 732767 Союз Соватскмх Соцмалмстмчаскмк Реслублнк(23) ПриоритетОпубликовано 050580 Бюллетень М 17Дата опубликования описания 0505,80 6 01 й 29/02 Госуварствеииый комитет СССР по аедам изобретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНОСТИ СИГНАЛОВ15 Изобретение относится к технике измерения коэффициента нелинейности сигналов треугольной, трапецеидальной и других форм в широком частотном диапазоне.5Известно устройство для измерения коэфФициента нелинейности пилообразного напряжения, основанное на дифференцировании измеряемого сигнала 1 . 10Недостатком 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, 20Недостаток устройства - незначительный динамический диапазон входных сигналов, узкий частотный диапа.зон измеряемых сигналов и низкая производительность измерений, 25Цель 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, синхронизирующий вход которого соединенс входом упомянутого генератора и ссинхрониэирующим входом устройства,два резистора, источник напряженияпитания и измеритель напряжения, входом соединенный с выходом источника,компенсирующего напряжения введеныэлектронный коммутатор, частотомер,согласующий резистор и двухпоэиционный переключатель, первый подвижный контакт которого соединен свходом частотомера и параллельно емувключенным согласующим резистором,а первый неподвижный контакт переключателя.соединен с сигнальным входомустройства и первым входом электронного коммутатора, второй выход которого соединен с выходом источника компенсирующего напряжения, а первыйвыход электронного коммутатора соединен с одним иэ входов осциллографаи параллельно ему включенным первымрезистором, а второй выход упомянутогокоммутатора подключен к другому входуосциллографа и параллельно ему включенным вторым резистором, при этомтаковый вход электронного коммутатора соединен через второй подвижнойконтакт 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, нагру- (О женным 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 2 О электронного коммутатора 3, дифференциальный усилитель осциллографа 4, электронный осциллограф 5 с входами У 1, У 2, Х и 2, первый низкоомный резистор 6., второй вход электронного коммутатора 7, источник 8 компенсирующего напряжения, измеритель 9 напряжения (цифровой вольтметр), второй выход электронного коммутатора 10, второй низкоомный 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 гене-З 5 ратора 17 импульсов сигнальный выход Функционального генератора 18, двухпозиционный переключатель 19 контроля кратности частот, электронно-счетный частотомер 20, сог ласующий резистор 21, низкочастотнь 1 й 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 сиг 50 нал попадает на его первый выход и далее - на вход 71 дифференциального усилителя электронного осциллографа.Параллельно входу У 1 включен согласующий резистор нагрузки, который с одной стороны является согласующей низкоомной нагрузкой (50 Ом) для испытуемого генератора, а с другой стороны закорачивает вход У 1 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 27оно попадает на его второй выход идалее - на вход У 2 блока дифферен)циального усилителя. Параллельновходу У 2 включен низкоомный резистор(50 Ом), которыЯ на время отключениясигналов от входов дифференциального усилителя закорачивает входУ 2. Входные синхроимпульсы 1) с частотой й (фиг.2) осуществляют черезвход х запуск ждущей развертки осциллографа, а через вход 15 - запускфункционального генератора, работающего в режиме серии колебаний срегулировкой начальной фазы. В результате образуются серии прямоугольных колебаний Ц (форма колебаний всерии может быть любая), период следования которых вдвое больше, чем увходных синхроимпульсов. Однако напряжение 1 Г (частота колебаний в серии равна Г ) непригодно для создания меток времени, так как скважность Я = 2, т.е, длительность метокчрезмерно велика. Поэтому короткиесинхроимпульсы функционального генератора Б (которые также из-за малойдлительности непригодны для использования в широком диапазоне частот вкачестве меток времени) подаются нагнездо внешнего запуска генератораимпульсов и только выходные импульсыгенератора импульсов Ц, следующие с4 фчастотой Гя, имеющие прямоугольнуюФорму и независимо регулирующие вбольших пределах длительность и амплитуду используются для модуляции пояркости луча. Для этого они подаютсяна вход 2 осциллографа, Эти. импульсысоздают идеальные метки временив весьма широком частотном диапазоне.При включении электронного коммутатора и поочередном замыкании иразмыкании его контактов с приемлемой для глаза частотой (например,20 Гц) на экране ЭЛТ наблюдаетсяоднонременно два изображения входного сигнала с метками времени и линии электронного нуля с такими жеметками, Далее работа элементов схемы и методика измерений осуществляется следующим образом,Подвижные контакты переключателяконтроля кратности частот устанавливаются в нижнее положение, благодарячему электронно-счетный частотомерточно Фиксирует в цифровой форме значение частоты Й испытуемого генегратора, а питание +Е от электронного коммутатора отключено. После этого подвижные контакты переводят вверхнее положение. При этом частотомер Фиксирует частоту меток, которая устанавливается весьма точно равной Г = п Е (обычно достаточноиметь и = 10). Питание от источника+Е в этом случае на электронный комямутатор подается. (Установка и контроль частоты в функциональном гене 732767раторе производятся в режиме непрерывной генерации. После этой проверки генератор снова переводится в режим серии колебаний) .Параллельно частотомеру включаетсярезистор, который является согласующей низкоомной нагрузкой для выходаиспытуемого генератора, либо для выхода основного сигнала функционального генератора (50 Ом),После этого, пользуясь регулировкой начальной фазы колебаний всерии (в функциональном генераторе),необходимо добиться, чтобы обязательно по одной метке времени располагалось в начале и в конце рабочегохода сигнала (задержка в генератореимпульсов устанавливается равнойнулю или минимальной), Изображения,получаемые при этом на ЭЛТ, показанына фиг 2 )6 и 6 ) Следующей операцией является совмещение каждой метки на сигнале с аналогичной меткой налинии электронного нуля. Для этогоплавно изменяют компенсирующее напряжение, фиксируя его значения поцифровому вольтметру при совпадениикаждой пары метокКоэффициент нелинейности рассчитывается по,формуле"ркгде- расчетная величина мгновенРного значения сигнала,- фактическая величина мгноФвенного зн ачени я си гн ала,- амплитуда (или размах) рабочего хода сигнала.Ясно, что достаточно проверить всего 4 точки для того, чтобы оценитьмаксимальное значение-, т.е.оценить Кн, не занимаясь построениемграфиков, их сравнением и вычислением КТакое упрощение процедуры определения К весьма важно в повседневнойлаборат рной практике и, особенно,в условиях серийного производства.Оно достигается благодаря точным измерениям мгновенных значений, точной установке кратности частот иметок времени на вершинах сигнала иточной индикации компенсации с помощью линии электронного нуля.Если необходимо реализовать весьмавысокие точности измерения К , тойв исследуемом симметричном сигналедолжно быть гарантировано отсутствиепостоянной составляющей это независимо от способа) . Если то же необходимо для пилообразно-импульсного(несимметричного) сигнала, то должнобыть гарантировано наличие сигналатолько одной полярности, т.е. - начало рабочего хода сигнала от нуля,вольт. Если же этого гарантироватьневозмжно в исследуемых сигналах10 то постоянная составляющая можетбыть исключена, как обычная систематическая ошибка. Устройство позволяет измерять К сигналов и междуопределенными уровнями (например,между уровнями 0,1 и 0,9), если попоса пропускания дифференциальногоусилителя ограничена (т,е. если может иметь место небольшое округлениевершин исследуемых сигналов). Формула изобретени я 1 Устройство для осциллографического измерения коэффициента нелинейности сигналов, содержащее генератор меток времени, выходом соединенный с управляющим входом осциллографа, синхронизирующий вход которогосоединен с входом упомянутого гене ратора и с синхронизирующим входомустройства, два резистора, источникнапряжения питания и измеритель напряжения, входом соединенный с выходом источника кампенсирующего на пряжения, о т л и ч а ю щ е е с ятем что, с целью расширения функциональных возможнОстей устройстваи повышения производительности измерений, в него введены электронный З 0 коммутатор, частотомер, согласующийрезистор и двухпозиционный переключатель, первый подвижный контакт которого соединен с входом частотомера и, параллельно ему включеннымсогласующим резистором, а первыйнеподвижный контакт переключателясоединен с сигнальным входом устройства и первым входом электронногокоммутатора, второй вход которогосоединен с выходом источника компен- О сирующего напряжения, а первый выход электронного коммутатора соетвтнен с одним из входов осциллографаи параллельно ему включенным первымрезистором, а второй .выход упомяну того коммутатора подключен к другомувходу осциллографа и, параллельноему включенным вторым резистором, приэтом токовый вход электронного коммутатора соединен через второй подвиж ный контакт двухпозиционнсго переключателя с выходом источника питания, а второй неподвижный контактдвухпозиционного переключателя подключен к контрольному выходу генера 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 входомгенератора импульсов, а электронныйкоьеутатор выполнен в виде низкочастотного релаксатора, выходом соединенного с каскадом управления, натру732767 ИЩ 6 Ю Фаг 1 Фцг.250/8 Тираж 10 Подписи ЦНИИПИ Заказ Филиал ППП 1 Патент, г.ужгор л. Проектна женным на обе обмотки двух реле, вкачестве контактов которых использованы высокочастотные магнитоуправляе,мые контакты,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. СМайпу Х,Измерение нелинейности напряжений пилообразной форью. - "Я 1 аЬор робпу оЬгор", 1961,т, 28, 9 12, с, 747-752 (Русскийперевод 11-1008 ЯЖ, 1962),2.В 1 сЬарбвоп В.Ь. Вев 1 еве МеавиревепС оЙ Яап 1 оогк Н 1 пеар 1 Ьу.