Калибратор переменного напряжения

(191 3(51 ОПИСАНИ БРЕТ ЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВ(72) Ю,С, 11 умков, Ю.М. Туз, В.И. Гу.барь, Е.Т. Володарский и А.Ф. Миняйло ,(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской срциалистической революции(56) 1. Измерительный генератор ГЧ. Техническое описание и инструк ция по эксплуатации, с.13, рис, 2.2, Авторское свидетельство СССР 9 736065, кл. С 05 Р 1/44, 1980 (прототип) .(54) (57) КАЛИБРАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, состоящий из.задающего генератора, регулирующего блока, формирователя стробирующих импульсов иавтоматической их привязки к максимумам колебаний несущей частоты, стробируемого блока сравнения, источникаопорного напряжения и усилителя некомпенсации, причем первый выходзадающего, генератора через регулирующий блок подключен к выходной шинекалибратора и к первым входам стробируемого блока сравнения и Формирователя. стробирующих импульсов и автоматической их привязки к максимумамколебаний несущей частоты, выходкоторого соединен с вторим входом стробируеМого блока сравнения, третий вход которого подключен к выходу ис- точника опорного напряжения, а выход стробируемого блока сравнения подключен к входу усилителя некомпенсации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширенйя функциональных возможностей калибратора, в него введены генератор запускающих импульсов, два коммутатора, и формирователей, и запоминающих узлов, блок управления и сумматор, причем выход задающего генератора подключен к входу генератора запускающих импульсов, и выходов которого подключены к первым входам и формирователей и к п входам первого коммутатора, выходкоторого соединен с вторым входом формирователя стробирующих импульсов и автоматической привязки их к макси- мумаМ колебаннй несущей частоты, а управляющие входы первого и второго коммутаторов подключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом источника опорного напряжения, выход усилителя некомпенсации подключен к входу второго коммутатора,п выходов .которого через и запоминающих узлов соединены с вторыми входами и формирователей, выходы которых подключены к и входам сумматора, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего блока,Изобретение относится к измерительной технике, в частности к калибраторам переменйого тока, и может быть быть использовано при постробнии образцовой аппаратуры для воспроизведения амплитудно-модулированного переменного напряжения с.калиброванной ,Формой огибающей.Известен калибратор переменного напряжейия, содержащий задающий генератор, регулирующий элемент, детек тор, диФференциальный усилитель, источник опорного напряжения, формирующее устройство, подключенное к выходу генератора запускающих импульсов.В калибраторе детектор выделяет 15 сигнал огибающей выходного амплитудномодулированного переменного напряжения калибратора, который с помощьюдифференциального усилителя сравнивается с опорным сигналом заданной фор мы, снимаемым с выхода источника опорного напряжения. Опорный сигнал используется в качестве модулирующего. Сигнал рассогласования усиливается и воздействует на управляющий вход регулирующего элемента (модулятора). В результате устанавливается равенство огибающейвыходного сигнала калибратора опорному сигналу. В известном устройстве система стабилизации обеспечивает получение заданной Фор 30 мы огибающей выходного сигнала калибратора при частотах модуляции намного меньших (примерно в 50-100 раз и более) частоты несущего колебания 11.Однако калибратор имеет низкую35 точность и стабильность (погрешность десятки процентов) формы огибающей вйходного сигнала при высоких часто.тах модуляции иэ-за ограниченного быстродействия системы стабилизации 40 . а также из-эа низкой точности воспроизведения заданной Формы опорного сигнала в области высоких частот. Так, для фильтрации высокочастотных пульсаций, возникающих при детектировании огибающей выходного амплитудно-модулированного переменного напряжения, требуется определенная инерционность системы стабилизации. В Результате при быстрых изменениях модулируницего сигнала система стабилизации не успевает отработать заданные значения огибающей выходйого сигнала, При частотах модуляции, близких к несущей (отличающихся менее чем в 15-20 раэ), искажения формы огиба ющей достигают десятков и более процентов. Снижение же инерционности цепи стабилиэацин привоДит к увелиЧению высокочастотных пульсаций в управляющем напряжении й Резкому 60 возрастанию нелинейных искажений напряжения несущей частотМ. При модуляции короткими видеосигналами, длительность которых. составляет несколь-. ко периодов несущего колебания, иэ вестное устройство стабилизации формы огибающей выходного сигнала не обеспечивает.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является калибратор переменного напряжения, содержащий задающий генератор, выход которого через регулирующий блок сое"динен с выходной шиной, формирователь стробируацих импульсов и автоматической их привязки к максимумам колебаний несущей частоты, первым входомподключенный к выходной шине и к первому входу стробируемого блока сравнения, а выходом - к второму входустробируемого блока сравнения, третийвход которого соединен с выходом источника опорного напряжения,.а выход - с входом усилителя некомпенсации.Строб-импульсами блока Формирования стробируощих импульсов и автоматической ях привязки к максимумам колебаний несущей частоты в данном устройстве пронсходит стробирование амплитудных значений напряжения несущей частоты, которые в моменты времени стробирования сравниваются с опорным сигналом источника опорного напряжения. Сигнал рассогласования, усиленный усилителем некомпенсации, воздействует на управляющий вход регулирующего блока, При этом огибающая выходного сигнала калибратора задается опорным сигналом, используемым в качестве модулирующего. В известном устройстве система стабили; зации обеспечивает получение задав ной Фораг огибающей выходного сигнала при частотах модуляции намного меньших (примерно в 50-100 раэ и более) частоты несущей (2).Однако калибраторимеет низкую точность и стабильность (погрешность десятки цроцеитов) Форьвю огибающей выходного амплитудно-модулированного переменного напряжения при высоких частотах модуляции из-эа ограниченного быстродействия снстемы стабилизации, а также из-за низкой точности воспроизведения заданной формы опорного сигнала в области высоких частот,Мак, при увеличений частоты модуляции до десятков мегагерц и выше погрешность воспроизведения заданнойформы огибающей опорного сигнала составляет десятки, процентов. для подав"ления высокочастотных пульсаций, присутствующих в управляющем напряжении Регулирующего элемента требуется определенная инерционность. усвлктеля иекомпеисации, что ограничивает быстродействие системы стабилиза; ции. В результате при увеличении частоты модуляции динамическая по.- греШность отработки значений огибающей выходного амплитудно-модулированного сигнала возрастает ипричастотах модуляции близких к частотенесущей (отличающихся менее чем в15-20 раэ) достигает десятков и болеепроцентов.снижение инерционности систе 5стабилизации приводит к увеличениюуровня пульсаций в управляющем напряжении регулирующего элемента ирезкому возрастанию нелинейных иска"жений напряжения несущей. 30При быстрых изменениях модулирующего сигнала, который может иметьпроизвольную Форму, и при его длительностях, составляющих несколькопериодов несущего колебания, искажения Формы огибающей выходного сигнала составляют 100 и более, а данное устройство не обеспечивает стаби"лиэации Формы огибающей выходногосигнала. аБель изобретения - повышение точности(стабильности Формы огибающейвыходного амплитудно-модулированногосигнала) и расширение Функциональныхвозможностей калибратора.Поставленная цель достигается тем, 25что в калибратор Переменного напряжения, состоящий из задающего гене"Ратора, регулирующего блока, Формирователя стробирующих импульсов иавтоматической их привязки к максимумам колебаний несущей частоты,стробируемого блока сравнения,источника опорного напряжения и уси-.лителя некомпенсации, причем первыйвыход задающего генератора черезрегулирующий блок подключен к выходной шине калибратора и к первымвходам стробируемого блока сравненияи формирователя стробирующих импульсов и автоматической их привязки кмаксимумам колебаний несущей частоты,4 рвыход которого соединен с вторымвходом.стробируемого блока сравнения,третий вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, авыход стробируемого блока сравненияподключен к входу усилителя некомпенсации,введены генератор запускающих/импульсов, два коммутатора, и Форми- .рователей, и запоминающих узлов, блокуправления и сумматор, причем выходзадающего генератора подключен к 50входу генератора запускающих импульсов, и выходов которого подключенык первым входам и формирователей и к,и входам первого коммутатора, выходкоторого соединен с втоРым входомформирователя стробирующих импульсов,и автоматической привязки их к максимумам колебаний несущей частоты,а управляющие входы первого и второго коммутаторов подключены к первомувыходу блока управления, второй вы- фход которого соединен с входом источ- .ника опорного напряжения, выход усилителя некомпенсации подключен к входувторого коммутатора, и выходов которого через и запоминающих устройств 5 соединены с вторыми входами и Формирователей, выходы которых подключенык и входам сумматора, выход которого соединен с управляющим входоМ регулирующего блока,На фиг.1 приведена блок-схема калибратора; на фиг.2 - блок-схема формирователя стробирующих импульсови автоматической их привязки к максимумам колебаний несущей частоты;на фиг 3 - структурная схема блока управления; на фиг.4 - блок-схема источника опорного напряжения; на фиг.5временные диаграммы работы калибратора; на Фиг 16 - временные диаграммыработы формирователя стробирующихимпульсов и автоматической их привязки к максимумам колебаний несущей частоты.Калибратор содержит задающий генератор 1, первый выход которого через регулируЮщий блок 2 подключен к выходной шине 3 калибратора, генератор 4 запускающих импульсов подключен квторому выходу задающего генераторапервые "входы и Формирователей 5 подсоединены к и-выходам генератора 4 и через первый коммутатор 6, через формирователь 7 стробирующих импульсов и автоматической привязки их кмаксимумам колебаний несущей частотык стробируемому блоку 8 сравнения, другой вход которого соединен с другим входом. блока 7 и подключен к выходной шине 3, а третий вход соединенс выходом источника 9 опорного напряжения, усилитель 10 некомпенсации включен между стробируемым блоком 8 и вторым коммутатором 11, и выходов которого через запоминающие узлы (ЗУ) 12 и через формирователи 5 соединены с и входами сумматора 13, выходом подключенного к управляющему входу блока 2, первый и второй выходы блока 14 управления соединены со- . ответственно с первыми входами первого 6 и второго 11 коммутаторов и с входом источника 9. соответственно.формирователь 7 (фиг.2) содержит управляемый элемент 15 задержки, перъ вый вход которого соединен с вторым входом Формирователя 7, первый формирователь 16 стробирующих импульсов, подключенный к выходу управляемого элемента 15, второй формирователь 17 стробирующих импульсов, выход которого подключен к выходу формирователя 7, стробоскопический смеситель 18, соединенный через синхронный детектор 19 с усилителем 20, генератор 21 модулирующего сигнала соединенный первым выходомс первым управляющим входом управляемого элемента 15, и с управляющим входом синхронного детектора 19, а вторым выходом генератор 21 соединен с первым входом элемента 22 совпадения;второй вход которого соединен с входом первого Формирователя 16, авыход - с входом второго Формировате ля 17.Блок 14 управления (фиг. 3) содержит генератор 23 тактовых импульсов, соединенный через счетчик 24 импульсов с дешифратором 25.Источник 9 опорного напряжения со-:. держит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 26, соединенное о цифро-аналоговым йреобраэователем (ПАП) 27 (фиг.4) . Оформирователи 5 могут быть выполнены на токовых переключателях с высокочастотными транзисторами, коммутирующих ток управляемых источников тока. Регулировка амплитуды сформированных формирователями импульсов происходит в низкочастотных цепях путем изменения выходного тока источни- ков постоянного тока под воздействием управляющего сигнала (в виде напряжения постоянного тока) . При работе токовых переключателей на общую нагрузку сформированные импульсные сигналы суммируются. Калибратор переменного напряжения 25 работает следующим образом.Высокочастотный синусоидалЬный. сигнал (фиг.5 а) с первого выхода задающего генератора 1 поступает на вход регулирующего блока 2, С второго выхода задающего генератора 1 снимается сигнал синхронизации и подается на вход гейератора 4 запускающих импульсов, с и выходов которого снимаются импульсы запуска Формирователей 5, поступающие на первые их входы и задержанные относительно друг друга на постоянный шаг считывания, кратный периоду (либо полупериоду) высокочастотного сигнала задающего генератора 1, При этом с помо щью формирователей 5 периодически Формируется последовательность из Н разнесенных во времени импульсов прямоугольной формы, длительность которых равна шагу считывания, а ам плитуда устанавливается сигналами управления (в виде напряжения посто.янного тока) с выходов ЗУ 12, поступающих на вторыевходы формирователей 5. Сформированные раздельно формирователями 5 импульсы суммируются 50 с помощью сумматора 13Результирующий видеосигнал (фиг.5 б) в виде кусочно-ступенчатой Функции с выхода сумматора 13 поступает на управляющий вход регулирующего блока 2 и осуществляет модуляцию высокочастотного .сигнала задающего генератора 1. При этом происходит установка дискретных значений огибающей выходного сигнала калибратора в точках максимумов несущего колебания на отдельных 60 участках, кратных периоду (либо полу- периоду) несущего колебания. Привязка моментов запуска формирователей 5 к моментам времени перехода через ,нуль синусоидального напряжения 65 несущей частоты исключает нелинейные искажения несущего колебания.Амплитудно-модулированное Переменное напряжение (фиг. 5 в) с выхода регулирующего блока 2 подается на выходную шину 3, а также на первыйвход строборуемого блока .8 сравненияи на первый вход формирователя 7.Пиклично по командам блока 14 управления выходы генератора 4 с помо-, щью первого коммутатора б поочереднос частотой (порядка 10-100 Гц),намного меньшей частоты модулирующего сигнала, подключаются к второму входу формирователя 7. При подключении1-го выхода генератора 4, соединенного с первым входом 1-го формирователя 5, выход усилителя 10 некомпенсации вторым коммутатором 11 одновременно подключается к входу 1-го ЗУ 12, выходом соединенного со вторьв входом 1-го формирователя 5, В результате каждый раз одновременнос запуском 1-го формирователя 5, Формирующего 1-й участок модулирующего сигнала (Фиг. 5 б), запускающий его импульс поступает на вход формирователя 7. Формирователь 7 вырабатываетстробирующие импульсы (фиг. 5 д), которые подаются на второй,:вход стробируемого блока 8 сравнения, и осущест вляется автоматическая их привязка к моментам времени, когда синусоидальное напряжение несущей частоты (фиг.5 в) принимает свое максимальное значение. В стробируемом блоке 8 сравнения строб-импульсами осуществляется при этом многократное стро-бирование амплитудного значения напряжения несущей частоты на 1-м участкевыходного сигнала калибратора(фиг.5 в), а также сформированного спомсщью источника 9 1-го уровня опорного напряжения (фиг.5 г). В моменты, времени стробирования эти значениясравниваются. Источник 9 по командамблока 14 управления формирует заданные значения опорного напряжения для каждого дискретного значения огибающей выходного сигнала калибратора синхронно с переключенйем каналов первого б и второго 11 коммутаторов. При этом опорный сигнал по сравнению с огибающей выходного амплитудномодулированного напряжения калибратора задается в растянутом (трансформированном) масштабе времени. С выхода стробируемого блока 8 сравнения в моменты времени стробирования снимается разностный сигнал некомпенсации, который обрабатывается усилителЕм 10. Усилитель 10 выделяет постоянную составляющую выходного сигнала стробируемого блока .8 сравнения и имеЕт достаточно большую постояйную времени для фильтрации высокочастотных составляющих (пульсаций), присутствующих в выходном сигнале стробируемого блока 8 сравнения. Выходной сигнал усилителя 10 через 1-е ЗУ 1265 воздействует на второй вход 1-го формирователя 5. При этом через несколько периодов модулирующего сигнала амплитуда несущего колебания на 1-м участке выходного сигнала калиб- ратора изменяется таким образом, что становится равна значению опорного сигнала в моменты времени стробкрования, В результате происходит коррекция значений огибающей выходного сигнала на 1-м участке. При этом ам плитуда несущей на других участках выходного сигнала калибратора при помощи соответствующих ЗУ 12 поддер" живается постоянной. Затем по команде блока 14 управления первый б и второй 11 коммутаторы переключаются в следующее состояние и,аналогичным образом происходит коррекция значений огибающей выходного сигнала калибратора на следующем его участке. В результате за цикл устанавливается 20 Форма огибающей выходного сигнала калибратора, которая в дальнейшем при последующих циклах коррекции поддерживается постоянной и равной заданной. 25Опорный сигнал, по которому происходит калибровка значений огибающей выходного амплитудно-модулирован.ного переменного напряжения калибра- тора, задается в увеличенном масштабе времени. Доительность опорного сигнала, равная Тр В, где Я -Оп дчастота модуляции, ш - кратность стробирования амплитудного значения несущей на каждом участке выходного сигнала, может на три и более порядкл превышать период модуляции. Это позволяет сформировать опорный сигнал с высокой точностью и с минимальными нелинейными искажениями при помощи относительно низкочастот ных устройств.Коды дискретных значений огибающей, которая может иметь произвольную форму, в точках максимумов несу-. щей для каждого участка выходного 45 сигнала калибратора записаны в ПЗУ 26 (фиг. 4). Эти значенкя в течение каждого цикла синхронно с переключением первого б и второго 11 коммутаторов по командам с блока 14 управления извлекаются из ПЗУ 26 и подаются на вход цкфро-аналогового преобразователя 27, на выходе которого происходит Формирование опорного сигнала (Фиг. 5 г). Для установки любой заданной формы огибающей выходного сигнала калибратора достаточно переписать в ПЗУ 26, которое может быть выполнено перепрограммируемым, коды новых значений. Это позволяет автоматизировать процесс уста новки заданных значений огибающей выходного сигнала калибратора, которая может иметь произвольную Форму.формирователь 7 (фиг.2) работаетследующим образом. Импульсы запуска поступают на зход управляемого элемента 15 задержки, задерживаются и затем поступают на вход первого формирователя 16. и на второй вход элемента 22 совпадения. Строб-импульсами (Фиг. бб), поступающими на первый вход стробоскопического смесителя 18 с выхода первого формирователя 16 (фиг.бв) стробируется синусоидальное напряжение несущей частоты (Фиг. ба) выходного сигнала калибратора, поступающего на другой вход смесителя 18. Временной сдвиг д стробирующих импульсов (Фиг. бб) относительно сигнала несущей (фиг. ба) модулируется сигналом (Фиг. бд) с первого выхода генератора 21, поступающим на первый управляющий вход управляемого элемента 15 задержки. Модулирующий сигнал (Фиг. бд) поступает также на управляющий вход синхронного детектора 19. На элементе памяти стробоскопического смесителя 18 формируется напряжение (фиг. бг), значение которого промодулировано за счет модуляции временного сдвига стробирующих импуль. сов. Это напряжение зависит от временного положения стробирующих импульсов относительно, ,экстремума сигнала несущей (Фиг. ба) .При переходе точки стробнрования сигнала несущей через экстремум (например,из точки 1 в точку 2 на фкг. ба) фаза переменной составляющей выходного сигнала стро- боскопического смесителя 18 частоты модуляции изменяется на 180 ; При стробировании сигнала несущей в точке экстремума (в точке 3 на Фкг. ба) происходит удвоение частоты переменной составляющей выходного сигнала смесителя 18Сигнал на выходе синхронного детектора 19 имеет при этом соответственно вид (фкг. бе, ж,з). Прк переходе из точки стробкрования 1 в точку 2 (фиг. ба) постоянная составляющая выходного напряжения синхронного детектора 19 меняет знак, а прк стробированки сигнала несущей в точке экстремума 3 постоянная составляющая выходного сигнала синхронного детектора 19 равна нулю. Выходной сигнал усилителя 20, с помощью которого выделяется и усиливается постоянная составляющая выходного сигнала синхронного детектора 19, воздействует на второй управляющий вход управляемого элемента 15 задержки. В результате величина задержки изменяется до тех пор, пока временное положение стробирующих импульсов не совпадет .с максимумом сигнала несущей (точка 3 на фиг. ба). Сигналом, представленным на фиг. бк, снимаемым с второго выхода генератора 21 и поступающим на первый вход элемента 22 совпадения, осущес-. твляется селекция выходных импульсов управляемого элемента 15, совпадающихс точкой экстремума сигнала несущей. Эти импульсы поступают на вход второго 17 Формирователя. Таким образомна на выходе Формирователя 17 появляются импульсы, совпадающие с максимумами сигнала несущей, которые затем подаются на второй вход стробируемого блока 8 сравнения.Блок 14 управления(фиг,.3) работает следующим образом.Импульсы с выхода генератора 23 10 тактовых импульсов поступают на счетчик импульсбв 24, Выходной код счетчика 24, который может принимать И состояний, подается на вход источ" ника 9 и служит длясчитывания информации, записанной в ПЭУ 2 б. Выход-. ным кодом счетчика 24 также через .дешифратор 25 осуществляется управленне первым 6 и вторьм 11 коммутатораМи.Отработка заданного значения амплитуды несущего колебания на каждом 20 участке выходного сигнала калибратора, т.е. дискретных значений огибающей .выходного сигнала, осуществляется раздельно и происходит за несколько периодов модулирующего сигнала. В ре эультате быстродействие системЫ стабилизации, котороЕ ограничено инерционностью усилителя некомпенсации, не влияет на точность установки заданной Формы огибающей выходного 30 сигнала калибратора, т.е. исключается динамическая погрешность обработки заданной Формы огибающей выходного сигнала из-за инерционности системы стабилизации, которая в известных устройствах при высоких час- З 5 тотах модуляции, близких к частоте несущей, жставляет десятки процентов.Опорный сигнал, по которому происходит калибровка огибающей выход" ного сигнала калибратора, задается в увеличенном (трансформированном) масштабе времени. Это позволяет сформировать опорный сигнал с высокой точностью и с минимальными.нелинейными искажениями (погрешность воспроизведения опорного сигнала составляет десятые доли процента), т.е. в калибраторе исключена погрешность из-за низкой точности воспроизведения опорного сигнала в реальном масштабе времени, которая может составлять десятки процентов при модуляции в диапазоне частот до десятков мегагерц и выше.Таким образом, калибратор позволяет повысить точность установки заданной формы огибающей выходного амплитудно-модулированного переменного напряжения в области высоких,: частот модуляции, При этом погрешность при изменении частоты модуляции вплоть до частот, близких к несущей, достигающей сотен мегагерц, может составлять единицы процентов (2-3),Калибратор обеспечивает также возможность стабилизации Формы огибающей выходного амплитудно-модулированного переменного напряжения при длительностях модулирующего сигнала, составляющих несколько периодов несущего колебания, что расширяет Функциональные возможности и область применения калибратора.1100593 едактор Закаэ 4577/36 Тираж 711 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретения и открыты 113035 Москва, Ж, Рауюская н