Широкополосная многозначная мера переменного напряжения

) 4 ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ННЫИ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ническии инстикой Октябрьскойлюции 8.8)ельство СССР 1/44, 1978. ьство СССР /44, 1979,(21) 4082728/24-07(54) ШИРОКОПОЛОСНАЯ МНОГОЗНАЧНАЯМЕРА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к образцовой аппаратуре для воспроизведенияпеременного напряжения в широкомдиапазоне частот и уровней, предназначенной для поверки средств изме рений переменного напряжения, Цельюизобретения является повышение быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходногонапряжения, Цель достигается введением дополнительных двух генерато"ров 6 и 15 фиксированных частот,трех преобразователей 3,16.и 7 частоты, а также избирательного усилителя 9 и синхронного детектора 14,работающих на фиксированной промежуточной частоте. Устройство работаетв три такта, в течение которых выполняется коррекция погрешности прямого тракта аттенюатора 5 на рабо"чей частоте, погрешности установкитребуемого затухания аттенюатора 5,третий такт является рабочим, приэтом стабилизация выполняется навыходе усилителя 4 мощности, 1 ил,Изобретение относится к электронике, в частности к образцовой аппа"ратуре для воспроизведения переменного напряжения в широком диапазонечастот и уровней, предназначеннойдля поверки средств измерений пере"менного напряжения, которые широкоиспользуются в проводной связи, радиосвязи и радиолокации, 10Целью изобретения является повы"шение быстродействия и точности в ши"роком диапазоне частот и уровнейвыходного напряжения,На чертеже приведена структурная 1схема устройства.Устройство содержит последовательно соединенные задающий синтезирующий генератор 1, регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, 2 Оусилитель 4 мощности, аттенюатор 5,подключенный к второму входу преобразователя 3 частоты, первый генератор 6 фиксированной частоты, первыйпреобразователь 7 переменного напряжения в постоянное, подключенный квыходу усилителя 4 мощности, последовательно включенные второй преобразователь 8 переменного напряженияв постоянное, подключенный к выходу ЗОаттенюатора 5, первый дифференциальный усилитель 9, к второму входу которого подключен источник 10 опорного напряжения, последовательно включенные первый преобразователь 11 частоты, избирательный усилитель 12,образцовый делитель 13, синхронныйдетектор 14, второй генератор 15 фиксированной частоты, подключенный кпервым входам третьего 16 и четвертого 17 преобразователей частоты,вторые входы которого подключены соответственно к первому генератору6 фиксированной частоты и задающемусинтезирующему генератору 1, четыре 4 Бпереключателя 18 - 21 на три положения, второй 22 и третий 23 дифференциальные усилители, первый 24 и второй 25 блоки памяти, При этом выходпервого преобразователя 7 переменно- Б 0го напряжения соединен с общим контактом первого переключателя 18,первый и второй контакты которогоподключены к входам второго дифференциального усилителя 22, выход которого соединен с первым контактом вто"рого переключателя 19, контакты которого соединены: общий - с регулирующим элементом 2, второй и третий - с выходами третьего 23 и первого 9 дифференциальных усилителей 23, третий дифференциальный усили- тель 23 входами подключен к второму и третьему контактам третьего переключателя 20, второй и третий контакты четвертого переключателя 21 подключены к выходу четвертого преобразователя 17 частоты, а его общий контакт соединен с вторым вхо" дом первого преобразователя 11 час" тоты, а блоки 24 и 25 памяти подключены соответственно к второму контакту первого переключателя 18 и третьему контакту третьего переключателя 20.Частота выходного сигнала калибратора определяется разностью частот первого генератора 6 фиксирован" ной частоты и задающего синтезирующего генератора 1, который формирует сигнал переменной частоты и может быть выполнен на основе синтезатора частоты, использующего прямой или непрямой методы синтеза, при этом диапазон относительного изменения частоты выходного сигнала задающего синтезирующего генератора 1 может быть менее двух, Первый 6 и второй 15 генераторы фиксированных частот построены так, что разность их вы" ходных частот равна частоте генератора опорного напряжения. Для обеспечения высокой стабильности они также могут быть выполнены по принципу синтеза частоты, причем второй генератор 15 фиксированной частоты имеет вход подстройки частоты. Преобразователь 3 частоты выделяет сигнал разностной частоты генераторов фиксированной частоты 6 и задающего синтезирующего генератора 1, являющийся выходным сигналом. Преобразователь 17 частоты формирует сигнал,частота которого смещена относительно частоты выходного сигнала на заданную величину, в преобразователь16 частоты выделяет раэностную частоту генераторов 6 и 15 фиксированных частот, которая используется вкачестве опорной для синхронного детектора 14. Первый 11 преобразователь частоты с помощью избирательного усилителя 12 выделяет сигнал указанной разностной частоты, В качест"ве преобразователей частоты 3,11,16и 17 могут быть применены балансныедиодные смесители, работающие в1365059 ключевом режиме и обеспечивающие большой динамический диапазон по линейным (до 70 дБ) и по интермодуляционным искажениям (до 80 дБ), что позволяет достичь линейности преобразования первого преобразователя 11 частоты совместно с избирательным усилителем 12 более 90 дБ.Регулирующий элемент 2 расположен в канале высокой промежуточной час 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 спечить высокое входное сопротивление соответствующих входов дифференциальных усилителей 22 и 23. При использовании в приборе микропроцессора блоки памяти могут быть реализованы с помощью цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей.Образцовый делитель 13 работает на фиксированной частоте и может быть выполнен точным и стабильным (например, на индуктивном делителе напряжения), делитель 13 управляется синхронно с аттенюатором 5 и обеспечивает компенсирующее затухание так, чтобы поддерживать совместно с избирательным усилителем 12 на входе синхронного детектора 14 номинальное напряжение. Синхронный детектор 14 работает на фиксированной частоте, причем сигнал коммутации является внешним и формируется третьъм преобразователем б частоты, что позволяет достичь большого динамического диапазона входных преобразуемых сигналов (до 100 дБ) и связанных с ним высокой точности и чувствительности, которые могут составлять сотые доли процента и единицы микровольт. таты задающего синтезирующего генератора 1 и может быть выполнен на р 1.п-диодах, позволяющих достичь малых нелинейных искажений, большого диапазона регулирования и высокого быстродействия.Первый 7 и второй 8 преобразователи служат для преобразования переменного напряжения в постоянное, они работают в малом диапазоне изменения входных сигналов, поэтому к ним не предъявляются высокие требования по линейности характеристики преобразования и они могут быть выполнены на основе преобразователей амплитудных, средних или среднеквадратических значений по любой известной схемеБлоки 24 и 25 памяти могут бытьвыполнены на основе запоминающейемкости, но при этом необходимо обеШирокополосная многозначная мерапеременного напряжения работает втри такта,Точное значение напряжения навыходе устройства получается в третьем такте, являющемся рабочим. Номера запоминаемых контактов переключателей соответствуют номеру такта.В течение первых двух тактов производится коррекция погрешности аттенюатора 5 для конкретных параметровнагрузки по сигналу на выходе устройства. В рабочем режиме напряжениевыхоДной частоты образуется методом"биениймежду сигналами задающегосинтезирующего генератора 1 и первого генератора 6 фиксированной частоты. Изменение выходного сигналаширокополосной многозначной меры переменного напряжения производитсядискретно аттенюатором 5 и непрерывно системой автоматической регулиров.ки уровня, включающей блоки памятицепи: регулирующий элемент 2, преобразователь 3 частоты, усилитель 4мощности, блоки обратной цепи включают преобразователи 7 и 8 переменного напряжения в постоянное или,синхронный детектор 14 с блоками 11и 12 преобразования частоты, дифференциальные усилители 9,22 и 23,включенные в зависимости от тактаработы.В первом такте нормируется напряжение исходного уровня на заданнойчастоте на выходе аттенюатора, приэтом сигнал обратной связи с второгопреобразователя 8 переменного напряжения в постоянное поступает навход первого дифференциального усилителя 9, на другой вход которогопоступает сигнал от источника 12опорного напряжения. Возникающийсигнал компенсации подается на регулирующий элемент 2 и изменяет егокоэффициент передачи таким образом,что на выходе многозначной меры устанавливается напряжение, уровень которого соответствует напряжению источника 10 опорного напряжения впостоянноеОдновременно сигнал свыхода устройства через первый преобразователь 11 частоты, выделяющийпостоянную разностную частоту междувыходным сигналом устройства и сигналом гетеродинной частоты первогопреобразователя 11 частоты, избирательный усилитель 12, настроенныйна эту разностную частоту, образцовый делитель 13, в котором установлено максимальное затухание, и синхронный детектор 14 поступает вовторой блок 25 памяти, где послеокончания первого такта запоминаетсяи используется в качестве опорногосигнала в последующем такте.Благодаря фиксированной расстройке генераторов 16 и 15 фиксированныхчастот обеспечивается постоянная расстройка частот сигналов многозначноймеры и гетеродинного первого преобразователя 11 частоты, Разностнаячастота на выходе последнего выделяется узкополосным избирательным усилителем 12. Частота коммутации синхронного детектора 14 фиксируетсятретьим преобразователем 16 частоты,выделяющим разностную частоту генераторов 6 и 15, фиксированных частот и, следовательно, совпадает счастотой входного сигнала синхронного детектора 14, что позволяет достичь высокой точности и линейностипреобразования,Во втором такте нормируется требуемый уровень переменного напряжения на выходе устройства и формируется опорный сигнал для последующегорабочего такта, который запоминаетсяв блоке 21 памяти, В аттенюатор 5устанавливается требуемое затухание,а в образцовом делителе - такое жеуменьшение затухания, компенсирукщееуменьшение петлевого усиления второго контура, регулирования с преобразованием частоты, в состав котороговходят блоки обратной цепи: первыйпреобразователь 11 частоты, избирательный усилитель 12, образцовыйделитель 13, синхронный детектортретий дифференциальный усилитель23, в качестве опорного сигнала используется сигнал с второго блока25 памяти. В установившемся режимедостигается равенство сигналов навходах третьего дифференциальногоусилителя 23. Следовательно, на выходе многозначной меры устанавливается уровень переменного напряжения, меньший исходного уровня, установившегося в первом такте, на величину затухания образцового делителя 13, и обеспечивается коррекция исходной погрешности аттенюатора 5 и влияния нагрузки, Одновременно выходное напряжение усилителя и мощности преоб 10 15 разуется первым преобразователем 7переменного напряжения н постоянноеи после окончания второго такта запоминается первым блоком 24 памяти,Погрешность выходного напряжения после второго такта определяетсяпогрешностью установки исходного уровня в первом такте, погрешностью образцового делителя 13 и погрешностью линейности избирательного усилителя 12 и первого преобразователя 1 частоты. При этом возможен "пролаз" сигнала гетеродинной частоты на выход устройс.тва, обусловленный недостаточной изоляцией входов преобразователя частоты. Наличие мешающихсигналов в выходном сигнале может сделать невозможным использование20 предлагаемого устройства для работыс аппаратурой связи и с другими избирательными устройствами.В третьем такте отключается сигнал гетеродинной частоть. от гетеро 25 динного входа первого преобразователя 11 частоты, а управляющий вход регулирующего элемента 2 подключаетсяк выходу второго дифференциальногоусилителя 22, на один вход которого30 поступает опорный сигнал от первогоблока 24 памяти, а на второй входсигнал обратнои связи с выхода первого преобразователя 7 переменногонапряжения в постоянное. Таким образом п оддерживается равенство напряжений на выходе усилителя 4 мощности, подключенном к входу аттенюатора 5, во втором и в третьем тактахработы устройства,40 Погрешность установки выходногонагряжения в диапазоне измененияуровней не зависит от параметров широкополосного аттенюатора и нагрузки, а в основном определяется погреш 45ностью образцового делителя. Погрешность установки исходного уровня вдиапазоне частот зависит от неравномерности амплитудно-частотной характеристики второго преобразователя 850переменного напряжения я постоянное,которая может быть достигнута лучше0,27. в диапазоне до 100 МГц и, кроме того, прокалибрована при аттестации или поверке прибора с точност.,ю0,05 Я, в то время как для55большинства современных радиоэлектронных приборов и аппаратуры связинормируется отклонение входного сопротивления до +47 и реактивность доФормула изобретенияШирокополосная многозначная мера переменного напряжения, содержащая задающий синтезирующий генератор, подключенный к регулирующему элементу, аттенюатор, выход которого подключен к выходному выводу, первый и второй преобразователи переменного 55 7136502 пф, что приводит к погрешности отвлияния нагрузки до 107 в диапазонечастот до 100 МГц, коррекция которойи выполняется в предлагаемом устрой 5стве.Наименьшее напряжение, воспроиз" водимое многозначной мерой, ограничивается шумами избирательного усилителя 12 и чувствительностью синхронного детектора 14, которые могут составлять единицы микровольт. Отличительной особенностью предлагаемой широкополосной многозначной меры переменного напряжения является прос тота ее метрологического обеспечения и процесса коррекции погрешностей. В силу высокой линейности первого преобразователя 11 частоты и применения синхронного детектора 14, выделяющего первую гармонику сигнала промежуточной частоты, во всем частотном диапазоне достаточно раздельно пронормировать частотные погрешности второго преобразователя 8 переменно го напряжения в постоянное и погрешности установки затухания образцового делителя на постоянной частоте, которые могут составлять 0,2-0,47. и менее 0,017 (например, при исполь" ЗС эовании индуктивных делителей на частотах до 100 кГц).Применение быстродействующего регулирующего элемента 2 в канале фиксированной частоты позволяет построить быстродействующую систему автоматической регулировки уровня, которая характеризуется низким уровнем амплитудных флуктуаций выходного сигнала (т.е. высокой кратковременной стабильностью), что позволит использовать предлагаемый генератор- калибратор для метрологического обеспечения и даже построения систем передачи информации. Выполнение регулирующего элемента на основе рпдиодов позволяет расширить диапазон регулирования до 540 дБ, что позво,лит корректировать погрешности выходного тракта прибора до 1 О дБ. 59 8напряжения в постоянное, подключенные соответственно к входу и выходу аттенюатора, причем второй преобразователь выходом подключен к первому входу первого дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, образцовый делитель, а также четыре переключателя на три положения, второй и третий дифференциальные усилители, два блока памяти, при этом выход первого преобразователя переменного напряжения в постоянное соединен с общим контактом первого переключателя, первый и второй контакты которого подключены к входам второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым контактом второго переключателя, третий контакт которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а общий контакт подключен к входу управления регулирующего элемента, третий дифференциальный усилитель входами подключенный к второму и третьему контактам третьего переключателя, причем первый и второй блоки памяти подключены соответственно к второму контакту первого переключателя и третьему контакту третьего переключателя, преобразователь частоты, своими входами подключенный к выходному выводу и общему контакту четвертого переключателя, о тотличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности в широком диапазоне частот и уровней выходного напряжения, в него введены последовательно соединенные первый генератор фиксированной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель мощности, выходом подключенный к входу аттенюатора, при этом второй вход второго преобразователя частоты соединен с выходом регулирующего элемента, последовательно включенные второй генератор фиксированной частоты, тре" тий преобразователь частоты, синхронный детектор, выходом подключенный к общему контакту третьего переключателя, а входом - к образцовому делителю, при этом второй вход третьего преобразователя частоты подключен к первому генератору фиксированной частоты, четвертый преобразователь частоты, выход которо" го соединен с вторым и третьим кон1365059 10тель, включенный между выходом первого преобразователя частоты и об"раэцовым делителем, причем междусобой соединены первый и второй генераторы фиксированных частот,тактами четвертого переключателя,а входы соединены с задающим синтезирующим генератором и вторым генератором фиксированной частоты со"ответственно, избирательный усилиСоставитель С. ЧерньппеваРедактор Л, Гратилло Техред М.Дидык Корректор И. Муска Заказ 6610/4 1 Тираж 866 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д, 4/5