Формирующее устройство фазометра

(56) Авторское свидетельство СССР У 305422, кл. С 01 В 25/00, 1971Авторское свидетельство СССР Р 451965, кл, О 01 В 25/00, 974. (54)(57) 1. ФОРМИРУ 1 ЩЕЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОИЕТРА, содержащее высокочастотный генератор, ключевой модулятор и демодулятор, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения фазовой стабильности, в него введены элемент выборки-хранения, формирователь импульсов, два элемента задержки, усилитель постоянного тока, компаратор и блок цифровой коррекции дрейфа нуля, соединенный выходом с управляющим входом усилителя постоянного тока, выход которого подключен к информационным входам демодулятора и компаратора, а информационный вход через ключевой модулятор соединен с выходом элемента выборки-хранения, который информационным входом соединен с входом устройства, а управляющим входом - с первым выходом формирователя импульсов, к которому также подключены первый элемент задержки и основной управляющий вход ключевого модулятора, соединенного дополнительным управляющим входом с вторым выходом формирователя импульсов, который через второй элемент задержки соединен с управляющим входом демодулятора, вход формирователя импульсов соединен с выходом высокочастотного генератора, а выход первого элемента задержки соединен с тактовым входом блока цифровой коррекции дрейфа нуля, информационный вход которого соединен с выходом компаратора.2, Устройство по п, 1, о т л и-. ч а ю щ е е с я тем, что блок цифровой коррекции дрейфа нуля содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход котороо соединен с выходом блока, а также элемент задержки, соединенный выходом с входом записи регистра, а входом - со счетным входом реверсивного счетчика, соединенным в свою очередь с тактовым входом блока, информационный вход реверсивного счетчика соединен с информационным входом блока.35 50 1 1 гООИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для построения фазометров инфранизкочастотного диапазона.Целью изобретения является повы-. 5 шение фазовой стабильности устройства за счет привязки моментов перехо.да входных, сигналов через нуль к последовательности прямоугольных импульсов высокой частоты, модулируемых по амплитуде входным сигналом с последующей синхронной демодуляцией усиленного и сформированного сигнала. При этом временное положение выходного сигнала относительно вход ного остается неизменным в заданном диапазоне изменения задержки, обусловленной влиянием дестабилизирующих факторов. Абсолютное значение переменной составляющей задержки в 20 тракте уменьшается за счет его реализации на основе усилителя постоянного тока 1,УПТ) с автоматической цифровой коррекцией дрейфа нуля, исключающей реактивные элементы межкаскад ной связи.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 - структурная схема элемента выборки-хранения и ключевого модулятора, на 30 фиг. 3 - структурная схема блока цифровой коррекции дрейфа нуля, на фиг. 4 - временные диаграммы.Устройство (фиг, 1) содержит последовательно соединенные элемент 1 выборки-хранения, ключевой модулятор 2, усилитель 3 постоянного тока и демодулятор 4, последовательно соединенные компаратор 5 и блок 6 цифровой коррекции дрейФа нуля, 40 выход которого соединен с управляющим входом усилителя 3 постоянного тока, соединенного выходом со входом компаратора 5, а также последовательно соединенные высокочастот ный генератор 7 и формирователь 8 импульсов, соединенный с элементом 1 выборки-хранения, ключевым модулятором 2 и через первый и второй элементы 9, 1 О задержки - демодулятором 4 и блоком 6 цифровой коррекции дрейфа нуля.1При этом блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля (фиг. 3) содержит последовательно соединенные ревер сивиый счетчик 11, регистр 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и фильтр 14 нижних частот, выход ко 95торого соединен с выходом блока, а также элемент 15 задержки, соединенный входом со счетным входом реверсивного счетчика 1.1, а выходом - со входом записи регистра 12, счетный вход реверсивного счетчика соединен с тактовым входом блока, а его информационный вход - с информационным входом блока.Устройство работает следующим образом.Входное гармоническое колебание (фиг. 4 а) поступает на информационный вход элементавыборки-хранения, на управляющий вход которого подается последовательность прямоугольных импульсов частотыс первого выхода формирователя 8 импульсов (фиг. 4 б), которая также поступает на основной управляющий вход ключевого модулятора 2, на дополнительный управляющий вход ключевого модулятора 2 со второго выхода формирователя 8 импульсов поступает вторая последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутая по Фазе относительно первой на 180 (Фиг, 4 в). Элемент 1 выборки-хранения (фиг, 21 содержит электронный ключ 16 и конденсатор 17.Электронный ключ 16 элемента 1 замыкается на время С =1/2 Г действия прямоугольного импульса первой последовательности, в течение которого происходит запоминание на конденсаторе 17 элемента 1 значения входного сигнала . Во время паузы между импульсами этот ключ разомкнут и напряжение с конденсатора 17 элемента 1 поступает на ключевой модулятор 2, который 1,фиг. 2) выполнен по последовательно-параллельной схеме и содержит ключи 18 и 19, Во время запоминания входного сигнала электронный ключ 18 модулятора 2 разомкнут, а ключ 19 замкнут. При этом вход усилителя 3 постоянного тока закорочен и его выходное напряжение соответствует усиленному напряжению смещения нуля, обусловленному дрейфом и Фликкер-шумами.В следующем полупериоде, во время действия импульса второй последовательности формирователя 8 импульсов, электронный ключ 19 моду5 В результате обеспечивается высокая фазовая стабильность формиру ющего устройства при работе в заданном диапазоне температур и изменении частоты и амплитуды сигнала.Реализация тракта усиления и формирования сигнала на основе УПТ 50 прямого усИления исключает разделительные ВС-цепи и вносимые ими задержки, что облегчает выполнение укаэанного условия на величину переменной составляющей задержки сиг нала в тракте,Однако при этом имеет место значительный дрейф нуля и фликкер-шулятора 2 разомкнут, а ключ 18 замкнут и напряжение с конденсатора 11 элемента 1, соответствующее значению сигнала в момент переключения электронного ключа 16 иэлемента 1 и электронного луча 18 модулятора 2 поступает на вход усилителя 3 постоянного тока. Временная диаграмма выходного сигнала ключевого модулятора 2 показана на фиг. 4 г. Этот 10 сигнал усиливается и ограничивается по нулевому уровню усилителем 3 постоянного тока (фиг. 4 д) и далее поступает на демодулятор 4.Последний наиболее просто реализуется в виде Б-триггера, соединенного 3 -входом с выходом усилителя 3 постоянного тока, а С-входом - через второй элемент 10 задержки - с вторым выходом формирователя 8 импульсов, Время задержки элемента 10 задержки выбирается равным среднему времени задержки усилителя 3 постоянного тока плюс четверть периода (1 /2) выходной последовательности формирователя 8 импульсов. При этом напряжение на выходе демодулятора 4 устанавливается в соответствии со значением сигнала на его информационном входе в моменты времени, ЗО соответствующие фронту импульса на управляющем входе (фиг. 4 е), Если при этом в тракте усиления и формирования сигнала (в усилителе 3 постоянного тока) возникает переменная составляющая задержки, обусловленная изменением частоты или амплитуды сигнала, а также изменением температуры, которая не превышает по модулю четверти периода управляющих импульсов С /2, то это не приведет к смещению выходного сигнала демодулятора 4,мы, ограничивающие сниз динамичес-кий диапазон устройства. Для их уменьшения используется блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля и фликкер-шумов усилителя 3 постоянного тока (фиг. 3), В момент действия импульса первой последовательности формирователя 8 импульсов, когда информационный вход усилителя 3 постоянного тока закорочен, действующее на его выходе усиленное напряжение смещения нуля сравнивается в компараторе 5 с напряжением сравнения(в данном случае - с нулевым наопряжением), 3 зависимости от знака отклонения этих напряжений на выходе компаратора 5 Формируется уровень логического нуля или логической единицы, который управляет направлением счета реверсивного счетчика 11. Счетные импульсы на реверсивный счетчик 11 поступают через первый элемент 9 задержки с первого выхода формирователя 8 импульсов, Время задержки элемента 9 задержки выбирается из тех же соображений, что и элемента 10 задержки. Этой же последовательностью с выхода элемента 15 задержки на время, равное времени задержки реверсивного счетчика 11, его выходной код записывается в регистр 12, Код регистра 1 2 с помощью цифроаналогового преобразователя 13 преобразуется в пропорциональное напряжение, которое через Фильтр 14 нижних частот поступает на управляющий вход усилителя 3 постоянного тока, Если напряжение П на выходе фильтра 14 окажется меньше напряжения. смещения нуля ц, усилителя 3 постоян/ного тока (,фиг. 4 ж), то напряжение на выходе компаратора 5 в следующем цикле коррекции будет. иметь уровень логической единицы и выходной код реверсивного счетчика 11 увеличится на единицу, что приводит к увеличению компенсирующего напряжения на выходе фильтра 14 нижних частот на величину 1(1;0 1 7где 6 0 - напряжение, соответствующееединице младшего разрядацифроаналогового преобразователя 13;- коэффициент передачи ( -)фильтра 14 нижних частот.3 12Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение нд управляющем входе усилителя 3 постоянного тока не превысит напряжение смещения нуля. Это приводит к изменению логического уровня выходного напряжения компаратора 5 и уменьшению на единицу, кода реверсивного счетчика 11 и регистра 12.В результате компенсирующее напряжение уменьшается на величину ьБ и становится меньше напряжения смещения нуля. Далее в установившемся режиме напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 13 циклически изменяется на величину +ьБ, с частотой коррекции Г=Г . Это напряжение сглаживается и ослабляется враз фильтром 14 нижних частот, и компенсирующее напряжение на его выходе изменяется относительно напряжения смещения нуля так, что разность их не превышает по модулю величину АУ, определяющую максимальную погрешность компенсации напряжения смещения нуля в установившемся режиме. Величина дц определяет соответственно требования к параметрам цифроаналогового преобразователя 13 (его разрядности и опорному напряжению). и фильтра 14 нижних частот (коэффициенту передачи). Полоса пропуска 00195 Ьния фильтра 14 нижних частот определяется верхней частотой спектра напряжения дрейфа нуля и фликкер-шумов и реально составляет единицы килогерц.Частота дискретизации Г входного сигнала выбирается, исходя из дапустимой погрешности измер ния сдвига фаз, обусловленной дискретизацией 10 входного сигнала. Ее среднеквадратическое значение равно3ЬЦ = -)6 п15 где- частота входного сигнала,й - число периодов сигнала, покоторому усредняется результат измерения сдвига фазупри измерении эа период 20 сигнала 11 =1 )Верхнее значение Г ограничивается быстродействием ключей и составялет сотникилогерц-единицы мегагерц.Возможны и другие варианты по строения блока 6 цифровой коррекциидрейфа нуля. В частности, можно производить цифровую фильтрацию выходного сигнала компаратора 5 и оценкуусредненного значения знака отклоне ния напряжения смещения нуля усилителя 3 постоянного тока за некотороевремя Т, определяющее период коррекции дрейфа нуля и фликкер-шумов.НИИПИ Заказ 7861/50 Тираж 7 писно лиал ППП "Пат 1200195 Уиг г г.ужгород,ул.Проект