Устройство для измерения флуктуаций фазы импульсного сигнала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 58 А Т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТНРЬ ОПИСАНИЕ И ВТОРСНОМУСВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССР И 390464, кл. С 01 й 25/00, 1970.2. Кривоаеев М. И. Основы телевизионных измерений. М., "Связь, 1976 с. 241"243.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИЙ ФАЗй ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА, содержащее Фазовый дискриминатор, по клю енный входами к формирователю импульсов и формирователю пилообраз" ного напряжения, Фильтр нижних частот и индикатор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности, в него введены элемент задержки, интегратор и делитель часто"ты, при этом элемент задержки вкло"чен между выходом Формирователя импульсов и входом запуска формирователя пилообразного напряжения, выходфазового дискриминатора подключен квходу интегратора, выход которогосоединен с индикатором и через фильтр.нижних частот - с входом управленияФормирователя пилообразного напряже"ния, вход делителя частоты соединенс выходом элемента задержки, а выход - с входом установки нуля интегратора,Изобретение относится к телевизионной технике и может быть, в частности, использовано при построенииконтрольно-измерительной аппаратурыдля измерения Фаэовой нестабильности 5сигнала синхронизации телевизионныхприемников,Известно устройство для измеренияфлуктуаций фазы, содержащее последовательно соединенные основной и дополнительный фильтры, Фазовый детектор, один вход которого подключен квыходу основного фильтра, а второй "к широкополосному Фильтру, соединенному со смесителем. Устройство снабжено плавным гетеродином для переноса Фазовых соотношений входного сигнала на промежуточную частоту1 .Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения, 20обусловленная тем, что собственнаяФазовая нестабильность плавного гетеродина переносится на промежуточнуючастоту. 8 результате Флуктуации фа"зы сигнала промежуточной частоты явля ются продуктом Фазовой нестабильностидвух источников - исследуемого иплавного гетеродина,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для измерения Фазовой нестабильности импульсного сигнала,содержащее фазовый дисмриминатор,соединенный одним своим входом с Фор,мирователем импульсов (ограничителем), З 5схему Формирования пилообразного напряжения, вход которой соединен с управлземым по частоте генератором синусоидальных колебаний, а выход - свторым входом фаэового дискриминатора, 40Выход фазового дискриминатора церезФильтр нижних частот подключен к входу управления генератора синусоидальных колебаний 2 ;Недостатком известного устройстваявляется невысокая точность измерения.Фазовый дискриминатор формирует насвоем выходе напряжение, переменнаясоставляющая которого пропорциональ 50на флуктуациям фазы исследуемого сигнала относительно Фазы пилообразного напряжения, а следовательно, фазыуправляемого генератора синусоидальных колебаний. Это обусловливает жест.кие требования к Фазовой стабильнос"ти сигнала генератора.Последняя зависит от полосы прозрачности Фильтранижних частот. Чем уже полоса прозрачности фильтра, тем в более низкочастотной области возможны прецизионные измерения флуктуаций Фазы. Крометого, полоса пропускания Фильтра должна быть достаточно широкой, чтобыобеспечить перестройку управляемогогенератора на частоту исследуемогосигнала, При значительных колебанияхчастоты исследуемого сигнала удовлетворить противоречивым требованиямпредъявляемым к фильтру нижних частот, бывает затруднительно.Компромиссное решение в выборе полосы прозрачности Фильтра приводит к снижению точности измерения.Цель изобретения - повышение тоцЬности измерений флуктуаций Фазы импульсного сигналаДля достижения указанной цели вустройство, содержащее Фазовый дискриминатор, подключенный входами кФормирователю импульсов и Формирователю пилообразного напряжения, Фильтрнижних частот и индикатор, введеныэлемент задержки, интегратор и делитель частоты, при этом элемент за-фдержки включен между выходом формирователя импульсов и входом запускаФормирователя пилообразного напряжения, выход Фазового дискриминатораподключен к входу интегратора, выход которого соединен с индикатороми церез Фильтр нижних частот с входом управления формирователя пилообразного напряжения, вход делителячастоты соединен с выходом элементазадержки, а выход - с входом установки нуля интегратора,Формирователь пипообоазного напря-жения может быть выполйен в виде управляемого внешним сигналом истоцника регулируемого напряжения, соединенного через управляемыи внешнимэлектрическим сигналом электронныйключ,с конденсатором, генератором тока и буферным каскадом, причем втораяобкладка конденсатора заземлена.инакое построение Формирователя пилообразного напряжения обеспечивает практически безинерционное управление начальным уровнем пилообразного напряжения и высокую линейность рабочего участка этого напряжения, цто повышает точностные характеристики устройства в целом,Интегратор может быть выполнен в виде операциОнного усилителя, неинвертирующий вход которого эаземлен, а к инвертирующему входу подключен резистор, при этом между выходом опера ционного усилителя и его инвертирующим входом включены параллельно соединенные конденсатор и управляемыйвнешним электрическим сигналом элект-ронный ключ. При таком построении интегратора обеспечивается линейная за"висимость тока заряда конденсатораот входного напряжения, а также простота установки нуля интегратора сиг Оналом, воздействующим на вход управ"ленив электронного ключа.Физически повышение точности измерения обусловлено тем, что в формировании выходного напряжения Фазового 5дискриминатора участвуют. задержанныйи незадержанный сигналы одного ( испытуемого )источника, т.е, сигналы,. непретерпевшие дополнительных изменений периода, Действие обратной связив устройстве приводит к такому изменению начального уровня 1 но не перно"да ) пилообразного напряжения, при котором из входного сигнала фазовогодискриминатора исключаются и постоян. 25ная и переменные составляющие сигнала, лежащие в полосе прозрачностифильтра нижних частот,При этом в известных устройствахсигнал, несущий информацию о Фазовыхфлуктуациях, является результатом взаимодействия двух сигналов: исследуемого и местного генератора, имеющего .собственную фазовую нестабильность.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для измеренияфлуктуаций Фазы импульсного сигнала;на фиг. 2 - диаграммы напряжений вотдельных точках устройства.Предлагаемое устройство для измерения Флуктуаций Фазы импульсного40сигнала 1,фиг. 1) включает в себя фазовый дискриминатор 1, соединенныйодним своим входом с выходом формирователя 3 пилообразного напряжения. При этом фазовый дискриминатор 1 45может быть выполнен, например, наполевом транзисторе, на сток которого подано напряжение пилообразнойформы с Формирователя 3,. в цепь затвора подан исследуемый импульсный 50сигнал с формирователя 2 импульсов,в цепи истока включен конденсаторс заземленной обкладкой.Формирователь 2 импульсов можетбыть выполнен в виде одновибратора. 5Фазовый дискриминатор 1 соединен саходом интегратора 4, выход которо"го подключен к индикатору 5,например осц.ллографу; и через Фильтр 6 нижних частот к входу управления. начальным уровнем пилообразного напряжения формироват .ля 3. При этом: Фильтр 6 нижних частот может быть выполнен в виде активного Фильтра на базе операционного усилителя. Выход Формирователя импульсов.ооединен с входом элемента 7 задержки, представляющей собой эквивалент длинной линии, и входом делителя 8 частоты, например блокинг-генератора. Выход элемента 7 задержки соединен с входом запуска формирователя 3 пилообраз. ного напряжения, а выход делителя 8 частоты подклочен к входу установки нуля интегратора 4.Предлагаемое устройство для измерений Флуктуаций Фазы импульсного сигнала работает следующим образом.Исследуемый сигнал подается на формирователь 2 импульсов, с выхода которого поступает на один из входов фазового дискриминатора 1 и через элемент 7 задержки на вход запуска Формирователя 3 пилообразного напряжения. Время задержки сигнала эле - ментом 7 задержки должно удовлетворять соотношениюаТ 1 с "с Т - 6 ТМакс"Э - омои ксгде ь - время задержкй сигнала;То - номинальное значение периодасигнала;аТ с, - максимальное значение колебаний периода исследуемогосигнала.Напряжение пилообразной Формы с Формирователя 3 пилообразного напряжения поступает на второй вход фазового дискриминатора 1. При этом начальный ( верхний ) уровень пилообразного напряжения регулируется сиг" налом, поступающим на вход управления формирователя 3 по цепи обратной связи с выхода Фильтра 6 нижних частот. Фазовый дискриминатор 1 формирует напряжение, пропорциональное флуктуациям периода (но не Фазы ) исследуемого сигнала. Интегратор 4 в течение Фиксированного интервала времени, определяемого периодом сигнала на входе установки нуля, осуществляет операцию интегрирования по времени входного сигнала и формирует напряже" ние, пропорциональное флуктуациям Фазы исследуемого сигнала. Это напря 3 1019 жение подается,на индикатор 5 и в цепь обратной связи. Действие обратной связи исключает иэ выходного сигнала фазового дискриминатора 1 постоянную составляющую, которая при" вела бы к насыщению интегратора 4, а также низкочастотные составляющие, лежащие в полосе прозрачности Фильт ра б нижних частот. Установка интегратора 4 в нуль производится сигналом,в поступающим на вход установки нуля с делителя 8 частоты. КоэфФициент деления частоты определяется из соотношения1 интКОгде 1 - коэффициент деления частоты;, Гинт - требуемое время интегрирова- щния.Обозначения на Фиг. 2: 9 и 10 " . диаграммы напряжений на выходах формирователя 2 импульсов и элемента 7 358 6задержки соответственно; 11 - диаграм ма напряжения на выходе формирователя 3 йилообраэного напряжения ( при этом штриховой линией условно показано изменение начального ( верхнегоуровня пилообразного напряжения под воздействием сигнала обратной связи ); 12 - диаграмма напряжения на выходе фазового дискриминатора 1; 13- диаграмма напряжения на входе уста" новки нуля интегратора 4; 14 - диаграмма выходного напряжения интегратора.Точность измерения Фазовых Флукту" аций предлагаемым устройством в указанном диапазоне частот составляет 5-103, Повышение точности является следствием того, что погрешность измерения предлагаемого устройства частотно независима. Поэтому в его результирующей погрешности отсутствует сЬставляющая, обусловленная частотной зависимостью от спектра Флуктуаций фазы.