Измеритель уровня высокочастотного напряжения

Союз СоветскикСоциапистичесиикРеспубпии ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 945812(22) Заявлено 12.01,81 (21) 3239400/18-2 1 с присоединением заявки1 ееударстеееай кемнтет СССР но делам нзебретеннй н еткрцтнй(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГОНАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для измерения уровня высокочастотного напряжения в селективных вольтметрах.По основному авт. св.400849 из 5 вестен измеритель уровня высокочастотного напряжения, содержащий многокаскадный усилитель промежуточной частоты и измерительный блок, соединенный последовательно с измерительным прибором, 1 о причем к выходу каждого каскада усилителя промежуточной частоты подключены один из входов соответствующего высокочастотного электронного ключа, который соединен с измерительным блоком, и цепь,1 состоящая из последовательно соединенных пикового детектора и порогового устройства, причем выходы пороговых устройств, относящихся к каждым двум соседним каскадам усилителя промежуточной частоты, 26 подсоединены к двум входам соответствующего логического элемента ИЛИ, а выход последнего связан с другим входом соответствующего высокочастотного электонного ключа и электронным коммутатоом, в цепи нагрузки которого включеныиндикаторные элементы ( 1) .Недостатком известного измерителяявляется малый динамический диапазон,ограничиваемый уровнем шума каскадов(усилителя высокой частоты, преобразователя, гетеродина), предшествующих усилителю промежуточной частоты в селективном микровольтметре.Бель изобретения - увеличение динамического диапазона измерения,Поставленная цель достигается тем,что в измеритель уровня высокочастотного напряжения введены ти параллельно соединенных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенныхвысокочастотного электронного ключа иаттенюатора, при этом входы цепей подюпочены к входной клемме, а выходы цепей - к входу первого каскада усилителяпромежуточной частоты, и блок коммутации аттенватсфов, два входа которогосоединены соответственно с выходами945812 3первого и второго пороговых устройств,а выходы с управляющими входами вновьвведенных высокочастотных электронныхключей и дополнительными входами электронного коммуатора, в цепь нагрузки которого включены м дополнительных индикаторных элементов.Кроме того, блок коммутации аттенюаторов выполнен в виде формирователя импульсов, выход которого через первыйэлемент И подключен к входу "Суммирование" реверсивного счетчика, вход "Вычитание которого соединен с. выходомвторого элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам трехинверторов и формирователя импульсов,причем входы первого и второго инверторов являются входами блока коммутацииаттенюаторов и соединены с входами первого элемента И, а вход третьего инвертора подключен к первому выходу дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с входом "Установка нуля" измерителя уровня высокочастотного напряжения,а выходы дешифратора являются выходамиблока коммутации аттенюаторов.На чертеже представлена структурнаясхема измерителя уровня высокочастотного напряжения,.Вход измерителя подключен к в параллельным цепям, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных высокочастотных электронных ключей 1- 1и аттенюаторов 24 - 2, Выходы аттенюаторов 2 - 2 соединены вместе и подл щключены к входу . и -каскадного усилите,ля, состоящего из каскадов Зл - Зи. Свыхода каждого из каскадов Зл - 3 высокочастотные напряжения поступают насоответствующие высокочастотные электронные ключи 44 - 4 и пиковые детекторы 5. - 5 и. Управляющие входы электронных ключей 4 - 4 через логическиеи.элементы ИЛИ 64 - 6 л подключены кпороговым устройствам 7 л - 7 и, Выходывысокочастотных электронных ключей 444, соединены вместе и подключены квходу последовательно соединенных измерительного блока 8 и измерительногоприбора 9, Выходы логических элементовИЛИ 64 - 6 , л соединены соответственно с управляющими входами низкочастотных электронныхключей 104 - 10 и10, - 10 и.ц электронного коммутатора, через которые производится питание индикаторных элементов 11 - 11 иИ 11 рлЛ - 11 ил в Выходы первого и второго пороговых1устройств соответственно через инверторы 12 и 13 подключены к входам элемента 14 И, выход которого соединен с входом Вычитание" реверсивного счетчика15. Выход формирователя 16 импульсовчерез элемент И 17 подключен к входу"Суммирование" реверсивного счетчика 15.Выходы реверсивного счетчика 15 соот О ветственно соединены с входами дешифратора 18, е выходов которого соответственно соединены с управляющими входамивысокочастотных электронных ключей 11 и низкочастотных электронных ключей 10 л - 10 н+, через которыепроизводится питание индикаторных элементов 11- 11,+, Первый .выходдешифратора 18 соединен также черезинвертор 19 с третьим входом элементаИ 14, четвертый вход которого подключен к выходу формирователя 16 импульсов. Выходы первого 7 и второго 7 пороговых устройств соответственно подключены также к второму и третьему входамэлемента И 17, Управляющий вход реверсивного счетчика 15 соединен с входом"Установка нуля" измерителя уровня высокочастотного. напряжения.Инверторы 12 и 13, элемент И 14,реверсивный счетчик 15, формирователь16 импульсов, элемент И 17, дешифратор 18 и инвертор 19 образуют блок 20коммутации аттенюаторов, а низкочастотные электронные ключи 10- 10 и и10 и+ - 10 и+и электронный коммутатор 21.В статическом состоянии до поступления измеряемого высокочастотного напряжения в реверсивном счетчике 15 с по 4 Смощью напряжения "Установка нуля";записан код, соответствующий условномунулю, при этом на первом выходе дещифратора 18 присутствует единичное напряжение, поступаюшеена ключи 1 и 10 и+и открывающее их. При этом горит индикаторный элемент 11+Л ( х 1,0), Аттенюатор 2 имеет коэффициент передачи,равный единице, Аттенюаторы 2 - 2имеют коэффициенты передачи меньше еди. ницы, например 0,1; 0,01;, (0,1) 50Пороги срабатывания пороговых устройств7 - 7 соответствуют верхним границамлинейных участков амплитудных характеристик усилительных каскадов Зл - Зи,При отсутствии измеряемого высокочастотного напряжения электронные ключи4,и 10 открыты, светится индикаторный элемент 11 и, соответствующий пределу измерения минимальных напряжений,5 9458 Интервал следования импульсов формирователя 16 выбирается из условия окончания переходных процессов в усилителе промежуточной частоты, вызванных скачкообразным изменениям входного напря жения вследствие коммутации цепей с аттенюаторами. При отсутствии измеряемого напряжения в реверсивном счетчике остается записанным код, соответствующий условному нулю. Это вызвано тем,10 что элементы И 14 и 17 закрыты и импульсы с выхода формирователя 16 импульсов на входы "Суммирование" и "Вычитание" реверсивного счетчика 15 не проходят. Элемент И 17 закрыт потому, что на выходах первого 74 и второго 7 пороговых устройств, соединенных с входами элемента И 17, при этом нулевые напряжения, Элемент И 14 закрыт потому, что на выходе инвертора 19, соеди пенного с его входом, при этом нулевое напряжение, так как на первом выходе дещифратора 18 имеется единичное напряжение.Работа измерителя уровня высокочастотного напряжения при увеличении входного напряжения от минимального до максимального осуществляется следующим образом.При подаче на вход измерителя высо кочастотного напряжения оно проходит через открытый высокочастотный ключ 1, аттенюатор 2, усиливается всеми И каскадами усилителя и проходит через открытый ключ на измерительный блок 8, при этом светятся индикаторные элементы 11+и 11, индицируюшие соответст венно коэффициент передачи аттенювтора, равный единице ( х 1,0), и предел измерения минимальных напряжений. Так как 40 электронные ключи 4, - 4,закрыты, напряжения с выходов предыдуших усилительных каскадов 3 - 3 4 на вход измерительного блока 8 не проходят. При увеличении входного напряжения насту пает момент, когда амплитуда напряжения, усиленного и каскадом усилителя 3, достигает границ линейного участка амплитудной характеристики по выходу И усилительных каскадов, При этом постоян 50 ное напряжение на выходе пикового детектора 5 достигает порога срабатывания порогового устройства 7. В этот момент электронные ключи 4 и 10 закрываются и остаются закрытыми на время, пока55 напряжение на входе порогового устройства 71, превышает его порог срабатывания, индикаторный элемент 11, гаснет, Одновременно на выходе элемента 64 12 6появляется напряжение, открывающее ключи 4 4 и 10 и 4, благодаря чему наИ+4вход измерительного блока 8 высокочастотное напряжение поступает с выхода ( И)-го каскада усилителя 3 и загорается индикаторный элемент 11соответствующий (и)-му пределу измерений, Одновременно светится индикаторный элемент 11+4, индицируя наличие напряжения на входе аттенюатора 24 с коэффициентом передачи, равчым единице.При достижении постоянным напряжением с выхода пикового детектора 5 порога срабатывания порогового устройства 7 последнее срабатывает, напряже ние с его выхода поступает на второй вход элемента ИЛИ 6 и первый вход элемента ИЛИ 6, вследствие чего элекз- ронные ключи 4 . и 10 закрываются, индикаторный элемент 11 гаснет, а ключи 4 и 104 открываются. Индикаторный элемент 11 соответствующий первому пределу измерений, загорается, и высокочастотное напряжение поступает на вход измерительного блока 8 через электронный ключ 4, с выхода первого каскада усилителя промежуточной частоты. При понижении уровня напряжения на входе измерителя укаэанные явления протекают в обратном порядке, До тех пор, пока измеряемое напряжение не превышает верхнего предела линейного участка амплитудной характеристики первого усилительного каскада 3, т. е. пока напряжение с выхода пикового детектора 5 не превыщает порога срабатывания порогового устройства 7, блок коммутации аттенкьаторов обеспечивает подключение к входу первого каскада 3 усилителя через вы 4сокочастотный электронный ключ 1 алтенюатора 2 с коэффициентом передачи, равным единице, и соответствующую индикацию.По достижении постоянным напряжением с выхода пикового детектора 5, порога срабатывания порогового устройства 7 единичное напряжение с выхода порогового устройства 74 поступает на сооч- ветствуюший вход элемента И 17. Нв другом входе элемента И 17, соединенном с выходом порогового устройства 7 в этот интервал времени имеется единич-. ное напряжение, так как напряжение на входе порогового устройства 7 заведомо превышает его порог срабатывания. По. этому импульс с выхода формирователя 16 импулЬсов через открытый элемент И 17 проходит нв вход "Суммированиемреверсивного счетчика 15, увеличиваячв.ло, записанное в нем, на единицу. Приэтом на втором выходе дешифратора 18,соединенном с управляющими входамиключей Зь и 10 и+, появляется едйничное напряжение, замыкаюшее их, Ключи 1 и 10,в связи с появлением напервом выходе дешифратора нулевого напряжения размыкаются, Аттенюатор 2включенный последовательно с ключом 1, 10имеет коэффициент передачи, меньшийединицы, например 0,1,Если введенного ослабления достаточно для того, чтобы напряжение на выходе детектора 5 стало меньше порогасрабатывания порогового устройства 7,т. е. для того, чтобы измеряемое напряжение находилось в пределах линейногоучастка амплитудной характеристики первого каскада усилителя 3, напряжениена выходе порогового устройства 7 становится равным нулю. Это приводит кзакрыванию элемента И 17, вследствиечего импульсы с выхода формирователя 16импульсов на вход "Суммированием реверсивного счетчика 15 не проходят, На вход"Вычитание" реверсивного счетчика 15импульсы с выхода формирователя 16также не проходят, т. е. на входе элемента И 14, соединенном с выходом инвер- ЗОтора 13, имеется нулевое напряжение,обусловленное тем, что напряжение с выхода пикового детектора 5 по прежнемупревышает порог срабатывания порогового устройства 7 и на его выходе о преж-.знему единичное напряжение. В этом случае светятся индикаторные элементы 11и 11+ 2, индицируя соответственно первый предел измерения и ослабление вход-ного сигнала в К раз (например, в 10 раз) . 40Если введенного ослабления недоста,точно для того, чтобы напряжение на выходе пикового детектора 5, стапо меньшепорога срабатывания порогового устройства 7, т. е. для того, чтобы измеряемое 4напряжение находилось в пределах линейного участка амплитудной характеристикипервого усилительного каскада 3 усилителя 3, напряжение на выходе порогового устройства 7 остается единичным: Элемент И.17 остается открытым, и очередной импульс с выхода формирователя 16проходит на вход Суммирование" реверсивного счетчика 15, увеличивая накопленное в нем число еще на единицу. Приэтом на третьем выходе дешифратора 18,соединенном с управляющими входами ключей 1 и 10 н появляется единичноенащжжение, благодаря которому они замыкаются, ключи 1 ц 10.2 цри этомразмыкаются. Замыкание ключа 1 обеспечивает подключение между входом измерителя и входом первого каскада усилителя 3 аттенюатора 2 с коэффициентомпередачи меньшим, чем коэффициент передачи аттенюатора 2 , например 0,01,Процесс коммутации цепей аттенюатора1, 2, 1 2 1 и 2 продолжается до тех пор, пока напряжение с выхода пикового детектора 5 станет меньше порога срабатывания порогового устройства 71, т. е, когда измеряемое напряжение за счет ослабления одним изаттенюаторов 2 - 2 войдет в пределылинейного участка амплитудной характеристики первого каскада усиления 3,При этом напряжение на выходе порогового устройства 7 становится равным нугпо, что приводит к закрыванию элемента И 17 и прекращению прохождения импульсов с выхода формирователя 16 навход "Суммирование" реверсивного счетчика 15. Если измеряемое напряжениепосле окончания процесса коммутации неменяет своего значения или остается впределах линейного участка амплитуднойхарактеристики первого каскада 3 элементы И 17 и 14 остаются закрытымии импульсы на входы "Суммирование" и"Вычитание" реверсивного счетчика 15не проходят, чем обеспечивается постоянство числа, занесенного в реверсивныйсчетчик, т. е, постоянство коэффициента1передачи аттенюатора на входе усилителяпромежуточной частоты. Если включена,например -я цепь аттенюатора 2, а измеряемое напряжение уменьшается настолько, что напряжение с выхода пюсовогодетектора 5 становится меньше порогасрабатывания порогового устройства 7напряжение на выходе последнего становится равным нулю. Так как напряжениена выходе порогового устройства 7 вэтом случае заведомо равно нулю, на выходах инверторов 12 и 13 появляютсяединичные напряжения. На выходе инвертора 19 также имеется единичное напряжение, так как только ю Ит-м выходедешифратора 18 присутствует единичноенапряжение, В этом случае импульсы свыхода формирователя 16 через открывшийся элемент И 14 проходят на входфВычитание" реверсивного счетчика 15,уменьшая на единицу число, записанноев нем, Дешифратор 18 формирует единичное напряжение на ( ю)-м выходе, чемобеспечивается подключение ( ю - 1)-йцепи аттенюатора 1 упи 2. Про9458цесс коммутации аттенюаторов продолжается до тех пор, пока не будет включенацепь аттенюатора, обеспечивающ: я уровеньнапряжения на входе усилителя 3 промежуточной частоты такой, что напряжениена выходе пикового детектора 5 превышает порог срабатывания порогового устройства 7, а напряжение с выхода пикового детектора 54 меньше порога срабатывания порогового устройства 74, Если 1 Оизмеряемое напряжение уменьшилось настольКо, что после подключения первойцепи с аттенюатором 24 порог срабаты-. вания порогового устройства 7 не превьплен, коммутация цепей 1, 2 1 15и 21 прекращается, Это вызвано тем, чтона выходах пороговых устройств 7, и 7соединенных с входами элемента И 17,нулевые напряжения, поэтому элементИ 17 закрыт и не пропускает импульсы щс выхода формирователя 16 на вход ф:уммирование" реверсивного счетчика 15. Навход "Вычитание" реверсивного счетчика15 импульсы с выхода формирователя 16также не проходят, так как элемент И 14 25закрыт первым. напряжением с выхода инвертора 19, соединенного с первым выходом дешифратора 18. В этом случае навход измерительного блока 8 поступаетнапряжение через тот высокочастотныйэлектронный ключ 44 - 4, который соот.ветствует каскаду 3- Зи усилителяпромежуточной частоты, в пределах линейного участка амплитудной характеристики. которого осуществляется измерение,Изобретение позволяет отказаться отЭ 5.увеличения числа каскадов усилителя промежуточной ча-.тоты, т, е. без увеличенияшума на выходе усилителя промежуточнойчастоты увеличить динамический диапазон40на 45 дБ и обеспечить измерение входного сигнала при всех изменениях уровнянапряжения,формула изобретения1. Измеритель уровня высокочастотногонапряжения по авт. св.400849, о т 12 10личающийся тем, что, с целью увеличении динамического диапазона измерения, в него введены Ю параллельно соединенных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных высокочастотного электронного ключа и аттенюатора, при этом входы цепей подключены к входной клемме, а выходы цепей - к входу первого каскада усилителя промежуточной частоты, и блок коммутации аттенюаторов, два входа которого соединены соответственно с выходами первого и второго пороговых устройств, а выходы - с управляющими входами вновь введенных высокочастотных электронных ключей и дополнительными входами электронного коммутатора, в цепь нагрузки ко торого включены и дополнительных индикаторных элементов.2. Измеритель по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок коммутации аттенюаторов выполнен в виде формирователя импульсов, выход которого через первый элемент И подключен к входу Суммирование" реверсивного счетчика, вход "Вычитание" которого соединен с выходом второго элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам трех инверторов и формирователя импульсов, причем входы первого и второго инверторов являются входами блока коммутации аттенюаторов и соединены с входами первого элемента И, а вход третьего инвертора подключен к первому выходу дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с входом "Установка нуля" измерителя уровня высокочастотного напряжения, а выходы дешифратора являются выходами блока коммутации аттенюаторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР400849, кл. 601 й 19/00, 1971.53 2 5/66 ВНИИПИ по де 113035, М