Прецизионный стробоскопический преобразователь

/2 51) со ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ескии инсти- С. Субботин В.А.,электроА.В.,еи ка 54 онов СР.,сер;1, с. 80.ФК 2-12.трукция КИЙ(54) ПРЕ НРЕОБРАЗ (57) Изо измерител использо пряжений ретения СТРОБОСКОПИ ЦИЗИОННЫЙВАТЕЛЬретениеьной теано дпяи фаэовповыше ектроытьней н тносится к хинке и может б измерения уров и сдвигов. Цел ние точности пр из еобра ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР.Радиоэлектроника, 1986,Измеритель разности фТехническое описание и ипо эксплуатации. 2 зования напряжения и угла фазового сдвига. С помбщью ключа 1 и строб-импульсов, поступающих с сумматоров 6, 7, стробируется входной сигнал и через запоминающий блок 2 и усилитель 3 обратной связи преобразованный в низкую частоту сигнал поступает на выход, Строб-импульсы с амплитудой 1-2 В формируются предварительным формирователем 8, формирователями 9, 11 перепада, блоком 1 О регулируемой временной задержки, третьим сумматором 12, фазоинвертором 13. За счет формирования строб-импульсов с малой амплитудой и без отсечки вершины импульсов уменьшается мощность широкополосной помехи, воздействующей на выход- ф ной сигнал. Прн низких частотах вход" ного сигнала форму строб-импульсов можно делать более прямоугольной с помощью блока 10 регулируемой временной задержки, что улучшает линейность амплитудно-частотной характеристики преобразователя. 3 ил.Изобретение относится к злектроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровней напряжения сигналов, фазовых соотношений, формы и преобразования с заранее заданными точностными параметрами временных масштабов входных сигналов нано- и пикосекундной длительности в промежуточный сигнал, в осцилогра фии, метрологии, системах контроля, а также в качестве преобразователя в информационно-измерительных систе" мах.Целью изобретения является повы шение точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига исследуемого сигнала путем устранения влияния йелинейности амплитудной характеристики ключа 1 и неравномерности его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), уменьшения мощ" ности широкополосной помехи за счет формирования строб-импульсов с регулируемыми параметрами. 25На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - строб-импульс при различных коэффициентах формы д; на фиг.3 - метод формирования строб-импульса 1 из двух разнесенных на время 1 разно- полярных параметров.Устройство содержит ключ 1, запоминающий блок 2, усилитепь 3 обратной связи, аттенюатор 4 обратной свя зи, согласующий усилитель 5, первый и второй сумматоры 6 и 7, предварительный формирователь 8, первый формирователь 9 перепада, блок 1 О регулируемой временной задержки, второй формирователь 11 перепада, третий сумматор 12, фазоинвертор 13.Прецизионный стробоскопический преобразователь содержит ключ 1, который первым входом соединен со входом исследуемого сигнала, а выходом подключен к первому входу запоминающего блока 2, выход которого через усилитель 3 обратной связи подключен к выходу устройства, ко входу согласующего усилителя 5, ко входу аттенюатора 4 обратной связи, выход которого соединен со вторым входом запоминающего блока 2, а выход согласующего усилителя 5 соединен со вторыми5 входами первого сумматора 6 и второ-, го сумматора 7, выход первого сумматора 6 подключен ко второму входу ключа 1, а выход второго сумматора 7 подключен к третьему входу ключа 1,и первый вход первого сумматора 6соединен с первым выходом фазоинвертора 13, а первый вход второго сумматора 7 соединен со вторым входом фазоинвертора 13, вход сигнала синхронизации через предварительный формирователь 8 подключен ко входу первогоформирователя 9 перепада и входу блока 10 регулируемой временной задержки, выход которого через второй формирователь 11 перепада соединен совторым входом третьего сумматора 12,первый вход которого соединен с выходом первого формирователя 9 перепада,выход третьего сумматора 12 подключенко входу фазоинвертора 13,Устройство работает следующим образом.В отсутствии строб-импульсов навтором и третьем входах ключа 1 этотключ заперт за счет напряжения назапоминающем блоке 2, возникшем при,предыдущем стробировании и за счетнапряжения отсечки нелинейных элементов ключа 1, В момент приходастроб-импульсов на ключ 1 он открывается и запоминающий блок 2 заряжается мгновенным значением исследуемого сигнала до величины 20-30% отего значения, Запомненное напряжениеусиливается усилителем 3 обратнойсвязи и дозаряжает запоминающий блок2 до значения исследуемого сигналав точке считывания, что обеспечивается соответствующей установкой ослабления аттенюатора обратной связи 4,Такая обратная связь также поддерживает неизменным напряжение на запоминающем блоке 2 между моментамистробирования. Это же напряжение через согласующий усилитель 5 подаетсяна первый сумматор 6 и второй сумматор 7, где образует подставку напряжения для положительного и отрицательного строб-мпульсов соответственно. Это позволяет устранить асимметрию ключа 1 в следующий моментстробирования, возникающую из-за хранящегося в запоминающем блоке 2 напряжения, Сигнал синхронизации, предварительно усиленный и сформированный в предварительном формирователе 8, поступает на первый формирователь 9 перепада на диоде с накоплением заряда, который формирует положительный перепад с крутым фронтом.Кроме этого, сигнал после предвари5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 5159 тельного формирователя 8 подается через блок 10 регулируемой временной задержки на второй формирователь 11 перепада, который формирует отрицательный перепад с крутым фронтом, Временное положение передних фронтов положительного и отрицательного перепадов разнесено на время задержки А 1 с помощью блока регулируемой временной задержки, которое может выполняться как вручную , так и программным путем. На выходе третьего сумматора 12 образуется короткий импульс с крутыми передним и задним фронтом, длитепьность которого, как и коэффициент формы, может регулироваться временной задержкой в блоке 10. Из этого импульса с помощью фазоинвертора 13 получены короткие разнополярные импульсы с крутыми фронтами, параметры которых могут регулироваться путем изме- нения задержки д С Поступая на сумматоры 6 и 7, эти импульсы производят стробирование исследуемого сигнала.В устройстве уменьшена или может заранее корректироваться амплитудная погрешность строб-преобразователя в динамическом диапазоне из-за нелинейности АХ, что достигается путем изменения коэффициента формы Ы строб-импульса на выходе третьего сумматора путем изменения задержки на д в блоке временной, задержки, Форма строб- импульса приведена на фиг.2. На Фиг,3, показана форма строб-импульса на выходе третьего сумматора.Известно, что эта погрешность становится пренебрежительно малой (менее 0,1 при П .=1 В) уже при о(=2,Уменьшена или может заранее кор-. ректироваться фазовая погрешность в динамическом диапазоне строб-преобразователя из-за нелинейности АХ, что достигается путем изменения коэффициента формы а строб-импульса В диапазоне входных сигналов Б = 1 о, 5003 мВ увеличение о( от 1 до 3 снижает Фазовую погрешность с 2 до 0,04 ф, т.е. в 50 раз. 1Может быть скорректирована амплитудно-частотная погрешность из-за резонансных явлений на паразитных реактивностях ключа. Это достигается путем регулировки коэффициента передачи смесителя К строб-преобразователя с помощью изменения длительности строб-импульсов с,з, Данная 6260 6 погрешность может быть умейьшена на 70 от своего значения.Может быть скорректирована амплитудно-частотная погрешность, связанная с конечной длительностью строб- импульсов, что достигается путем уменьшения длительности строб-импульса 7 при увеличении частоты сигнала5по известному закону. Она может быть уменьшена с 1,5 до 0,4% в диапазоне частот 1-1,5 ГГц.Уменьшена, примерно на порядок, мощность широкополосной помехи, возникающей в строб-преобразователе-прототипе из-за наличия в нем формирователя, создающего импульс с крутым фронтом и амплитудой 10-12 В, что необходимо для обеспечения широкого частотного диапазона смесителя. В . предлагаемом устройстве амплитуда формируемых импульсов лежит в пределах 1-2 В и отсутствуют запирающие напряжения, подаваемые на ключ. Высокие частотные параметры строб"преобразователя, зависящие от минимальной длительности строб-импульса, в предлагаемом устройстве обеспечены новым техническим решением формирования строб-импульса. Таким образом, положительный эффект состоит в уменьшении погрешностипри переносе на промежуточный сигнал как амплитудной, так и фазовой информации в динамическом и частотном диапазонах входного сигнала,Погрешность устройства определяется следующими факторами,Амплитудная и фазовая погрешностьв динамическом диапазоне входногосигнала из-за нелинейности амплитудной характеристики смесителя: увеличение коэффициента формы строб-импульса в устройстве от 1 до 3 делает эту погрешность менее 0,05 . по амплиту" де и 0,04 по Фазе. Амплитудно-частотная погрешность из-за конечной .длительности стробимпульса: путем коррекции с помощью изменения длительности строб-импульса С сводится к значению не более 0,4% в диапазонедо 1,5-3 ГГц.Амплитудно-частотная погрешность из-за резонанса на паразитных реактивностях элементов смесителя: путемкоррекции с помощью изменения длительности строб-импульса Сз сводитсяк значению не более 0;5% в диапазоне до 3 ГГц.1596260 О(О 8.2 Погрешность из-за нестабильностивременного положения переднего и заднего фронтов строб-импульса, обусловленной устройством регулируемой вре 5менной задержки и формирователямиперепадов. При величине нестабильности до 1,4 пс погрешность переносаамплитудной информации на сигнал промежуточной частоты достигает 0,6 Е 10Амплитудная погрешность за счетпаразитной широкополосной помехи:при величине входного сигнала 10 мВона уменьшена от значения 0,4 Ж у прототипа до 0,017 у предлагаемого устройства,Таким образом, систематическая погрешность преобразования, устройстване превышает 17. по амплитуде и 0,6по фазе при доверительной вероятности 0,99 и случайная погрешность неболее 0,6 Ж по амплитуде и 0,3 пофазе в динамическом диапазоне до3 ГГц.Систематическая погрешность преобразования у прототипа в тех же динамическом и частотном диапазонах достигает величины по амплитуде 6-10,по фазе до 5 ф . 30формула изобретения Прецизионный стробоскопический преобразователь, содержащий ключ, первый вход которого соединен с вхо дом преобразователя, а выход соединен с первым входом запоминающего е блока, выход которого через усилительобратной связи соединен с выходомпреобразователя, входом согласующегоусилителя, входом аттенюатора обратной связи, выход которого соединенс вторым входом запоминающего блока,а выход согласующего усилителя соеди.нен с вторым входом первого сумматора и вторым входом второго сумматораи выход первого сумматора соединенс вторым входом ключа, а выход второго сумматора соединен с третьимвходом ключа, вход сигнала синхронизации через предварительный формирователь соединен с входом первого формирователя перепада, а первый выходфазоинвертора соединен с пеовым входом первого сумматора, второй выходфазоинвертора соединен с первым входом. второго сумматора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига входногосигнала, в него дополнительно введеныблок регулируемой временной задержки,второй формирователь перепада и третий сумматор, вход блока регулируемойвременной задержки соединен с выходомпредварительного формирователя, авыход через второй формирователь перепада соединен с вторым входом третьего сумматора, первый вход которогосоединен с выходом первого формирователя перепада, а выход третьего сумматора соединен с входом фазоинвертора.1596260 Составител ригорьевс Редактор Н,Горват Техред Л.Олийнык Корректор О. Кравцов Производственно-издательский комбинат "Патент.", г. Ужгород,аг арина, 101 аказ 2901 Тираж 549 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5