Калибратор переменного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХОЗИд.швкнииРЕСПУБЛИН 0% 011 зао С 05 Г 1 44 г л",ЕН е ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71)Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 960770, кл,С 05 Р 1/40, 1981,2. Авторское свидетельство С СР В 792230, кл.С 05 Р 1/44,1978.(54) (57) КАЛИБРАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, регулирующий элемент с дискретно управляемым коэффициентом передачи и .усилитель мощности, выход которого подключен к выходной клемме и входу измерительного преобразователя, выходом соединенного с одним из входов узла сравнения, а также ключ, подключенный к выходу узла сравнения; источник опорного напряжения, запоминающий элемент и счетчик импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок суммирования, аналого-цифровой преобразователь, сдвиговые регистры, блок запоминания, опорный цифроаналоговый преобразователь, блок выделения нулей сигнала, блок временного .сдвига и усилитель, причем блок суммирования первыми входами подключен к выходам аналогово-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом запоминающего элемента, вторыми входами - к управляющим входам регулирующего элемента с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к выходам сдвиговыхрегистров, а выходами - к входам сдвиговых регистров, блок запоминания первым входом подключен к клемме для подключения источника управляющего сигнала, вторым входом -к выходу счетчика им- щ пульсов, а выходом - к первому входу опорного, цифроаналогового преобразователя, второй вход которого сое- С" динен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с другим вхо- Я дом узла сравнения, введенный дополнительный выход задающего генератора через блок выделения нулей сигнала подключен к входам синхронизации сдвиговых регистров, входу счетчика :импульсов и входу блока временного :сдвига, первым выходом соединенного с входом управления ключа, а вторым выходом - с входом синхронизации запоминающего элемента, сигнальный:вход которого через усилитель подключен к выходу клю11150 Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам переменного напряжения, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля и управления.Известен калибратор переменного напряжения, содержащий задающий генератор, к выходу которого подключен О регулирующий элемент, дифференциальный компаратор, усилитель, источник опорного напряжения, схему выборки- хранения, линейный детектор, ключ и. счетчик импульсов.Данное устройство позволяет получать амплитудно-модулированное напряжение, значения сигнала несущей и модулирующей частоты которых калиброваны по амплитудному либо действую щему значению С 11Однако устройство не обеспечивает стабилизации, следовательно, и установки с высокой точностью заданной формы (эначений) огибающей выходного сигнала, что не позволяет калибровать его спектр, так как спектр выходного сигнала калибратора однозначно связан с формой его огибающей. ЗО 1Наиболее близким к изобретению по - технической сущности является калибратор переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, регулирующий элемент с дискретно управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, выход которого подключен к выходной клемме и к входу измерительного преобразователя, выходом соединенного 40 с одним из входов схемы сравнения, а также ключ, -подключенный к выходу схемы сравнения, источник опорного напряжения, запоминающий элемент и счетчик импульсов 121 . 45Известный калибратор не может бытьФиспользован для получения амплитудно- модулированного по произвольно заданному закону переменного напряжения, дискретные значения огибающей кото рого (амплитудные значения несущего колебания) могут существенно отличаться друг от друга в каждый полу- период несущего колебания и при этом должны быть стабилизированы и зада ны с высокой точностью, что дает возможность иэ исходного колебания прецизионной формы волны, например, си 31 2нусоидальноГо колебания, представляющего собой чисто гармонический сигнал, путем его амплитудной модуляции получать на выходе калибратора испытательные сигналы, имеющие наперед заданный в широкой полосе частот,легко перестраиваемый и калибрированный с высокой точностью спектр. ОтработФка корректирующего воздействия, сформированного в соответствии с заданным значением амплитуды несущего колебания в один, например К-й, его период (полупериод) будет происходить уже в последующий (К+) -й период (полупериод) несущего колебания, когда амплитудное значение несущего колебания должно быть уже другим и может существенно отличаться. Кроме того, процесс отработки заданного значения амплитуды выходного сигнала в известном устройстве происходит за несколько периодов несущего колеба- " ния. Т,е. из-за ограниченного быстродействия системы стабилизации калибратор не обеспечивает стабилизации, а следовательно, и установки с высокой точностью заданных значений (формы) огибающей выходного амплитудно- модулированного сигнала, что не позволяет кабровать его спектр, Таким образом, недостатком известного устройства является невозможность его использования для получения испытательных сигналов, имеющих наперед заданный в широкой полосе частот,легко перестраиваемый и калибрированный с высокой точностью спектр путем амплитудной модуляции исходного коле. - бания прецизионной формы волны. В результате функциональные возможности известного устройства в значительной степени ограничены.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей калибратора переменного напряжения.Поставленная цель достигается тем, что в калибратор переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, регулирующий элемент с дискретно управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, выход которого подключен к выходной клемме и входу измерительного преобразователя, выходом соединенного с одним из входов узла сравнения, а также ключ, подключенный к выходу узла сравнения, источник опорного напряжения, запоми3 3 11150 нающий элемент и счетчик импульсов, введены блок суммирования, аналогоцифровой преобразователь, сдвиговые регистры, опорный цифроаналоговыи; преобразователь, блок запоминания, блок выделения нулей сигнала, блок временного сдвига и усилитель, причем блок суммирования первыми входами подключен к выходам аналого-цифрового преобразователя, вход которого О соединен с выходом запоминающего элемента, вторыми входами - к управляю.-, щим входам регулирующего элемента с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к выходам сдвиговых 5 регистров, а выходами - к входам сдвиговых регистров, блок запоминания первым входом подключен к клемме для подключения источника управляющего сигнала, вторым входом - к выходу 20 счетчика импульсов,а выходом - к первому входу опорного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения а выход - с 251другим входом узла сравнения 1 введенный дополнительный выход задающегогенератора через блок выделения нулей сигнала подключен к входам синхронизации сдвиговых регистров, входу Зо счетчика импульсов и входу блока временного сдвига первым выходом соединненного с входом управления ключа, а вторым выходом - с входом .синхронизации запоминающего элемента, сигналь- З 5 ный вход которого через усилитель подключен к выходу ключа. На фиг. 1 представлена структурная схема калибратора переменного напряжения; на фиг, 2 - пример построения 40 блока выделения нулей сигнала; на фиг. 3 - пример построения блока временного сдвига;на фиг."4 - временные диаграммы, поясняющие работу калибра-, тора переменного напряжения, 45Калибратор переменного напряжения содержит задающий генератор 1, первый выход которого через последовательно соединенные регулирующий элемент 2 с дискретно управляемым коэф фициентом передачи и усилитель 3 мощности подключен к выходной клемме 4 и к входу измерительного преобразователя 5, выходом соединенного с первым входом узла 6 сравнения, второй вход 55 которой через опорный цифроаналоговыйпреобразователь 7 подключен к вы-ходу источника 8 опорного напряжения,а выход через последовательно соединенные ключ 9, усилитель 10 и запоминающий элемент 11 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя12, выходами подсоединенного к первым входам блока 13 суммирования, вторые входы которого подключены к управляющим входам регулирующего элемента2 с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к выходам сдвиговыхрегистров 14, а выходы - к входамсдвиговых регистров 14, блок 15 выделения нулей сигнала, входом соединенный с вторым выходом задающего генератора 1, а выходом подключенный квходам синхронизации сдвиговых регист"ров 14 к входу счетчика 16 импульсови к входу блока 17 временного сдвига,первый выход которого соединен с входом управления ключа 9, а второй выход - с входом синхронизации запоминающего элемента 11, а также блок 18запоминания, первым входом подключенный к входу калибратора кода установки закона модуляции, вторым входом -к выходу счетчика 16 импульсов, а вы-,ходом - к другому входу опорного цйфроаналогового преобразователя 7.Блок 15 выделения нулей сигнала(фиг. 2) содержит усилитель-ограничитель 19, формирователи импульсовпо положительному 20 и отрицательно"му 2) перепаду сигнала и схему ИЛИ22,Блок 17 временного сдвига (фиг,3)содержит генератор 23 тактовых импульсов, делитель 24 частоты, счетчик 25импульсов, одновибратор 26, счетчик27 импульсов, триггер 28, схему И 29и формирователи 30 и 31.Задающий генераторпредставляетсобой, например, КС - генератор, формирующий гармонический сигнал прецизионной формы, регулирующий элемент2 с дискретно управляемым коэффициентом передачи - управляемый цифровымкодом многоразрядный делитель напряжения, измерительный преобразователь5 - двухполупериодный выпрямитель,формирующий модуль. выходного сигналакалибратора, запоминающий элемент 11 схему выборки хранения аналоговыхсигналов,с помощью которой происходитвыборка и запоминание (фиксация уровня) выходного напряжекия усилителя 10в момент прихода управляющих импульсовна вход синхронизации, блок 13 суммирования - комбинационный многоразряд 1115031ный сумматор двоичных чисел .Сдвиговые регистры 4 предназначены для хранения кодов управления коэффициентом передачи регулирующего элемента 2 и последовательной подачи их на входы уп равления элемента 2 синфазно с выходным сигналом задающего генератора 1. При этом код управления в виде параллельного двоичного кода снимается с выходов последних разрядов сдвиговых регистров 14 при сдвиге записанной в регистрах 14 информации на один разряд.Блок 8 запоминания представляет собой оперативное, постоянное, либо перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство. Запоминающие устройства в общем случае имеют две группы основных входов: входы задания адреса ячеек памяти, в которых хранится информация (эта группа входов подключена к выходу счетчика 16 импульсов) , и входы записи информации в ячейки памяти (при использовании постоянных запоминающих устройств 5 эта группа входов отсутствует). На входы записи,подключенныек входу калибратора, подается сигнал управления в виде кода. При этом в ячейки .памяти блока 18 заносится наборкодов амплитудных значений формируемого на выходе калибратора ампли тудно-модулированного сигнала в каждый полупериод его несущего колебания, т.е, набор кодов дискретных значений 35 огибающей выходного сигнала калибра- . тора, задающий закон его модуляции. Число разрядов сдвиговых регистров 14 равно числу используемых ячеек памяти блока 18 запоминания. 40Калибратор переменногс,напряжения работает следующим образом.На вход регулирующего элемента 2 с дискретно управляемым коэффициентом45 передачи с первого выхода задающего генератора 1 поступает прецизионной формы гармонический сигнал (фиг.4 а), на группу цифровых входов управления подается код управления коэффициен 50 том передачи, который снимается с выходов последних разрядов сдвиговых регистров 14. Изменение коэффициента передачи регулирующего элемента 2 происходит в моменты перехода через нуль выходного сигнала задающего ге 5 нератора 1 и осуществляется в результате сдвига записанных в регистрах14 кодов управления на один разряд. Для этого с,второго (вспомогательно-. го)выхода задающего генератора 1 снимается сигнал, синфаэный сигналу на его первом (основном) выходе, и подается на вход блока 15, на выходе которого формируются короткие импульсы (фиг. 4 г) в моменты перехода входного сигнала через нуль. Эти импульсы поступают на входы синхронизации регистров 14 и тактируют сдвиг информации в них на один разряд. Сигнал с выхода регулирующего элемента 2 через усилитель 3 ,мощности поступает на выходную клемму калибратора 4.Счетчик 16 импульсов подсчитывает импульсы с выхода блока 15,Выходной код счетчика 16 изменяется и задает адрес ячеек памяти блока 18, В результате происходит последовательный опрос содержимого ячеек памяти блока 18 запоминания, в которые занесен набор кодов, задающий закон модуляции выходного сигнала задающего генератора 1 и представляющий собой набор.кодов амплитудных значений формируемого на выходе калибратора амплитудно- модулированного сигнала в каждый полупериод его несущего колебания, т.е. набор кодов дискретных значений огибающей выходного сигнала калибратора. Коды, записанные в ячейках памяти, последовательно появляются на выходе блока 18 и поступают на цифровой входопорного цифроаналогового преобразователя 7, на опорный вход которого подается напряжение постоянного тока с выхода источника 8 опорного напряжения. При этом на выходе преобразователя 7, подключенного к второму входу узла 6 сравнения, периодическими циклами происходит развертка формируемого с помощью преобразователяопорного сигнала (фиг.4 д),который используется в качестве модулирующего сигнала. На первый вход узла 6 сравнения подается сигнал (фиг.4 в)с выхода измерительного преобразователя 5, формирующего модуль выходного сигнала калибратора. С помощью ключа 9, который управляется импульсами с первого выхода блока 17 временного сдвига (фиг, 4 е), берутся короткиепо длительности, намного меньшей,чемдлительность полупериода несущего колебания, выборки из выходного сигнала узла 6 сравнения в моменты времени, когда сигнал на выходе калибратора (фиг. 46) принимает свои амплитудные значения, равные значениям огибающей, С этой целью блок 17 осуществляет сдвиг на полпериода импульсов с выхода блока 15. С помощью за поминающего элемента 1, фиксация уровня входного сигнала которого засинхронизирована с моментами взятия выборок из выходного сигнала узла 6, происходит запоминание усиленного с 1 О помощью усилителя 10 и расширенного при этом по длительности импульсного сигнала рассогласования, сформированного на выходе ключа 9, Импульсы управления фиксацией уровня входного 15 сигнала запоминающего элемента 1 поступают на его синхронизирующий вход с второго выхода блока 17.Сформированное на выходе запоминающего элемента 11 в каждый полупериод не сущего колебания постоянное напряжение (фиг. 4 ж) пропорционально сигналу рассогласования и измеряется аналого-цифровым преобразователем 12. Пусть в первом цикле развертки опор ного сигнала(фиг,4 д) код управления на цифровых входах регулирующего элемента 2 равен нулю. Тогда выходное напряжение калибратора (фиг,4 б)также равно нулю, а сигнал рассогласования 30 равен значениям опорного сигнала.При этом происходит последовательное считывание значений опорного .сигнала и заполнение разрядов сдвиговых регистров 14. К концу первого цикла З 5 развертки в последних разрядах сдвиговых регистров 14 будет находиться информация о значении выходного сигнала калибратора, которое необходимо установить в первый полупериод 40 его несущего колебания, а в первых разрядах - информация о значении выходного сигнала калибратора, которое необходимо установить в последний полупериод его несущего колебания,С 45 второго цикла развертки опорного сигнала считываемый в каждый полупериод несущего колебания сигнал рассогласования будет соответствовать тому коду управления, который в это время 50 сформирован на выходах последних разрядов сдвиговых регистров 14. Код управления коэффициентом передачи регулирующего элемента 2 суммируется с соответствующим ему кодом сигнала 55 рассогласования в блоке 13 суммирова- . ния и поступает на входы первых рязрядов сдвиговых регистров 14. Под действием тактовых импульсов с выхода блока 15 код управления с введенной поправкой переписывается в регистры 14 в первые их разряды, и в последующем цикле этот код с началом соответствующего ему полупериода несущего колебания вновь появляется на выходах последних разрядов сдвиговыхрегистров 14 и воздействует на управляющие входы регулирующего элемента 2, При этом происходит отработкасформированного в предыдущем циклесигнала коррекции, Т.е. считываниесигнала рассогласования и операцияотработки корректирующего воздействия,направленного на уменьшение этого . сигнала рассогласования, происходит в один и тот же (например, К-й). полу- период несущего колебания, причем считывание сигнала рассогласования происходит в один цикл развертки опорного сигнала, а операция отработки корректирующего воздействия - в последующем цикле в соответствующем ему лолупериоде несущего колебания, При этом инерционность системы стабилизации, обусловленная задержкой отработки корректирующего воздействия (в отличие от известных устройств) не влияет на точность установки заданных амплитудных значений формируемого на выходе калибратора амплитудно-модулированного сигнала в каждый отдельно взятый полупериод его несущего колебания.В процессе стабилизации значений выходного сигнала калибратора информация, записанная в сдвиговых регистоах 14, изменяется за счет поправок,обусловленных разницей между амплитудными значениями выходного сигнала и опорного сигнала, используемого в качестве модулирующего в моменты времени взятия выборок. Через несколько циклов развертки опорного сигнала (фиг.4 д)амплитудные значения формируемого выходного сигнала калибратора (фиг. 4 б) в каждый полупериод его несущего колебания становятся равными значениями опорного сигнала, а сигнал рассогласования при этом стремится к нулю (фиг.4 ж),В результате происходит установка дискретных значений огибающей выходного сигнала калибратора равными заданными.Блоки 1-3, образующие прямой тракт формирования выходного сигнала калиб- . ратора, могут бытьвыполненными неточ31 0через схему И 29 на счетный вход счетчика 27.При этом код счетчика 27 списывается.После того,как через полпериода следования выходных импульсов блока 15 произошло списывание .кода счетчика 27,на его выходе формируется импульс, который запускает формирователи 30 и 31 выходных импульсов управления запоминающим элементом 1 и ключом 9 соот - ветственно. Выходный импульс счетчика 27 устанавливает также в исходное нулевое состояние триггер 28, запрещающий при этом прохождение через схему И 29 на счетный вход счетчика .27 тактовых импульсов генератора 23,аТаким образом, калибратор обеспечивает стабилизацию и задание с высокой точностью амплитудных значений формируемого на выходе калибратора амплитудно-модулированного сигнала в каждый отдельно взятый полупериод его несущего колебания. При этом форма несущего колебания в каждый полу- период не искажается является строго заданной и определяется формой исходного колебания, Это дает воэможность иэ исходного колебания прецйэионной формы волны, например, синусоидального колебания, представляющего собой чисто гармонический сигнал, за счет его амплитудной модуляции получать на выходе калибратора различные испытательные сигналы, имеющие заданный в широкой полосе частот, легко перестраиваемый и калибрированный с тате этого функциональные возможности предлагаемого калибратора расширеСпектр формируемого на входе калибратора сигнала определяется формой несущего колебания, которая является строго заданной, и законом амплитудной модуляции. Изменяя закон модуляции, что легко может быть осуществлено при записи в ячейки памяти блока запоминания нового набора кодов дискретных значений огибающей выходного сигнала калибратора, можно установить любой наперед заданный спектр сигнала калибратора.В частном случае при законе модуляции, когда амплитуда несущего колебания в каждый его полупериод попеременно принимает одно из двух фиксированных значений, выходной сигнал калиб 9 11150ными, а дискретные значения огибающей.выходного сигнала не зависят от нестабильности их коэффициентов передачи, .а также от нестабильности по амплитуде исходного колебания, снимаемого 5с первого выхода задающего генератора 1.При необходимости получить на выходе калибратора сигнал, амплитуда которого является постоянной, в ячейки Опамяти блока 18 запоминания заносятся одинаковые коды значений амплитуды. В результате при последовательном опросе содержимого ячеек памятиблока 18 на выходе опорного цифроаналогово преобразователя 7 формируется постоянный уровень опорного сигнала.Блок 15 выделения нулей сигнала(фиг, 2) работает следующим образом. 20Входной сигнал блока 15 с помощьюусилителя-ограничителя 19 усиливается и ограничивается по амплитуде.Иэположительных и отрицательных перепадов выходного сигнала усилителя 19 25с помощью формирователей 20 и 21 соответственно, которые представляютсобой одновибраторы, формируются ко- .роткие импульсы, совпадающие с моментами перехода черезнуль выходного 30сигнала задающего генератора 1. Этиимпульсы суммируются на выходе схемыИЛИ 22 и поступают на выход блока 15.Блок 17 временного сдвига (фиг,3)осуществляет сдвиг во времени на пол-З 5,периода последовательности импульсовс выхода блока 15 и формирование им- высокой точностью спектр. В резульпульсов управления ключом 9 и запоминающим элементом 11. Импульсы свыхода генератора 23 тактовых импульнысов через делитель 24 частоты на двапоступают на Счетный вход счетчика25 импульсов. Счетчик 25 периодически сбрасывается в нулевое состояниеимпульсами с выхода блока 15, поступающими на вход установки в нулевоесостояние счетчика 25 с некоторойзадержкой через одновибратор 2 б,Выходные импульсы блока 5 поступаюттакже на вход управления предустаковкой счетчика 27 импульсов и навход установки в единичное состояние триггера 28, При этом код счетчика 25, перед тем как он сбрасывается в нулевое состояние, переписывается в счетчик 27, а выходной сигнал триггера 28 разрешает прохождение тактовых импульсов генератора 2311 ратора содержит только основную и высшие гармоники, При этой калибраторможет быть использован в качестве об 111503 12раэцового источника сигналов с калиброванным коэффициентом нелинейных искажений.