Устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников

)4 Н 04 ВЗ/4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный заочный электротехнический институт связи(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОХПОСНИКОВ(57) Изобретение относится к техникесвязи, Цель изобретения - повышениеточности измерения. Устройство содержит измерительный г - р 1, коммутатор 2, регулируемый аттенюатор 3,блоки 4 и 8 управления амплитудойи частотой сигнала, амплитудный манипулятор 5, блоки 6 и 9 формированиявременных интервалов и линейного сиг ла, блоки 7 и 14 согласования, усилитель 10, блок 11 выделения сигналов управления, фильтр 12 низкихчастот, выпрямитель 13, квадратичныедетекторы 15 и 16, блоки 17 и 18 усреднения, регулируемый усилитель 19,блок 20 опорного напряжения, блок21 сравнения, перестраиваемый режекторный фильтр 22, измерительныйблок 23 и контролируемый четырехполюсник 24. Данное устройство работает в ручном и автоматическом режимах,осуществляя измерение х-к четырехполюсника 24 на фиксированных частотах(амплитудах) измерительного синусоидального сигнала при изменяющихсяамплитудах (частотах) этого сигнала.При этом измерительный синусоидальный сигнал устройства автоматическиизменяется по частоте и амплитуде,позволяя всесторонне исследоватьчетырехполюсник 24 и повышая точность измерения его амплитудно-частотных х-к, 2 ил,1499513Изобретение отноЧится к технике связи и может использоваться для измерения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников (каналов5 связи).Цель изобретения - повышение точностиНа фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого 10 устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу.Устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников (фиг. 1) содержит из мерительный генератор 1, коммутатор 2, регулируемый аттенюатор 3, блок 4 управления, амплитудой сигнала, амплитудный манипулятор 5, блок 6 формирования временного интервала, пер вый блок 7 согласования, блок 8 управления час",отой сигнала, блок 9 формирования линейного сигнала, усилитель 10, блок 11 выделения сигналов управления, фильтр 12 низких 25 частот, выпрямитель 13, второй блок 14 согласования, первый 15 и второй 16 квадратичные детекторы, первый 17 и второй 18 блоки усреднения, регулируемый усилитель 19, блок 20 опор ного напряжения, блок 21 сравнения, перестраиваемый режекторный фильтр 22, измерительный блок 23, показан также контролируемый четырехполюсник 24.35Устройство работает следующим образом.Под действием периодически меняющихся напряжений (фиг, 2 в), подаваемых на управляющий вход измерительного генератора 1 с управляющего выхода блока 8 управления частотой сигнала, на выходе измерительного генератора 1 появляются синусоидальные колебания различных частот, име" ющих постоянную амплитуду (фиг. 2 е), Эти колебания проходят через амплитудный манипулятор 5, регулируемый аттенюатор 3 и первый блок 7 согласования на контролируемый четырехполюсник 24.В зависимости от подачи на управляющий вход блока 8 сигналов логического нуля или логической единицы с первого управляющего входа устройства блок 8 может работать в55 двух режимах: автоматического управ" ления частотой измерительного генератора 1. В автоматическом режиме работына управляющем выходе блока 8 черезравные промежутки времени появляются напряжения, величины которых увеличиваются после каждого очередногоинтервала (фиг. 2 в). Под действиемэтих напряжений меняется частота измерительного генератора 1, В ручномрежиме работы напряжение на выходеблока 8 может не меняться в течениевсего сеанса измерений или менятьсяв зависимости от заданий оператора.В соответствии с этим меняется иили не меняется частота измерительного генератора 1,Временные интервалы, в соответствии с которыми функционирует блок 8,задаются с помощью импульсов (фиг.2 а),поступающих на информационный входэтого блока 8 с второго выхода блока6 формирования временного интервала.Для управления амплитудой синусоидального сигнала, поступающего свыхода измерительного генератораслужит регулируемый аттенюатор 3. На1его управляющий вход поступают периодически изменяющиеся напряжения(фиг, 2 г) с управляющего выхода блока 4 управления амплитудой сигнала.Под действием этих управляющих напряжений.меняется коэффициент передачирегулируемого аттенюатора 3, а следовательно,меняется напряжение синусоидального сигнала (фиг. 2 з).Временные интервалы, в соответствии с которыми функционирует блок 4,задаются с помощью импульсов, поступающих на информационный вход блока4 с выхода коммутатора 2. При подаче.напряжения логической единицы на управляющий вход коммутатора 2 с первого управляющего входа устройствакоммутатор 2 соединяет свой выход ссвоим первым входом (вторым выходомблока 6), При подаче напряжения логического нуля на управляющий входкоммутатора 2 он соединяет свой выходс своим вторым входом (информационным выходом блока 8).Блок 4 так же, как и .блок 8 может функционировать в двух режимах:автоматического управления амплитудой измерительного сигнала и ручногоуправления в зависимости от поступления напряжения логического нуля илиединицы на его управляющий вход свторого управляющего входа устройства.В автоматическом режиме работына управляющем выходе блока 4 черезопределенные промежутки времени появляются возрастающие по величиненапряжения, Под действием этих напряжений меняется коэффициент переда-:чи регулируемого аттенюатора 3Вручном режиме работы напряжение навыходе блока 4 может оставаться посотоянным в течение всего сеанса измерений или меняться в зависимости отпрограммы измерений, разработаннойоператором, В соответствии с этим может оставаться постоянной или меняться амплитуда синусоидального сигналаустройства (фиг, 2 з).Рассмотрим случай, когда на первый и второй управляющие входы устройства подаются напряжения логических нулей. Тогда блоки 8 и 4 работают в автоматическом режиме, а импульсы на информационный вход блока4 поступают через коммутатор 2 е информационного выхода блока 8,С второго выхода блока 6 на информационный вход блока 8 подаютсякороткие импульсы (фиг, 2 а), интервал времени между которыми определяет длительность действия управляющего напряжения на управляющем выходеблока 8, а в соответствии с ним так.же длительность действия испытательного сигнала определенной частоты на выходе измерительного гене -ратора 1. Для примера рассматривается случай, когда количество различныхнапряжений на управляющем выходе блока 8 и соответствующих им частот навыходе измерительного генератора 1равно 20, В начале работы, когда всеблоки сброшены в исходное состояние,с управляющего выхода блока 8 подается напряжение минимальной величинына управляющий вход измерительногогенератора 1. Под действием этогонапряжения измерительный генератор 1выдает на своем выходе наиболее низкую начальную частоту,Одновременно .с управляющего выхода блока 4 на управляющий вход регу,.лируемого аттенюатора 3 также подается напряжение минимальной величины,под действием которого коэффициентпередачи первого управляемого аттенюатора 3 имеет минимальное значение,а синусоидальный сигнал на его выходе имеет минимальную начальную амплитуду, заданную для устройства, вая из которых соответствует частотесигнала на выходе измерительного генератора 1, а вторая - амплитуде измерительного сигнала на выходе регулируемого аттенюатора 3.Под действием первого короткогоимпульса, поступившего на первый входблока 9, на его выходе появляетсянапряжение логического нуля (фиг. 2 д).Это напряжение подается на управля 35ющий вход амплитудного манипулятора5 и закрывает его. В результате синусоидальный сигнал с выхода измерительного генератора 1 на выходе ам 40 1 плитудного манипулятора 5 на некоторое время отсутствует (Фиг. 2 ж),Следующие шесть импульсов, поступающих на первый вход блока 9,формируют кодовую комбинацию, соот 45ветствующую значению частоты измерительного синусоидального сигнала(фиг. 2 д). Начальному значению этойчастоты соответствует кодовая комбинация 010001,50На выходе блока 9 последовательнопоявляется напряжение логических нулей и единиц, под действием которыхамплитудный манипулятор 5 формируетамплитудно-манипулированный синусоидальный сигнал (Фиг. 2 ж),55Далее еще шесть последующих импульсов на первом выходе блока 9.(Фиг, 2 б) осуществляют формированиекодовой комбинации, соответствующей 5 10 15 20 25 Сигнал с начальными амплитудой ичастотой подается на вход блока 7согласования и далее с его выхода навход контролируемого четырехполюсника 24, Первый блок 7 согласованияслужит для сопряжения передающейчасти предлагаемого устройства входом контролируемого четырехполюсника 24.В это же самое время с первоговыхода блока 6 на первый вход блока9 формирования линейного сигнала поступают короткие импульсы (фиг. 2 б),частота которых выше, чем частота импульсов на втором выходе блоков (винтервале между двумя соседними импульсами с первого выхода блока 6помещается 60 импульсов с второговыхода блока 6),С помощью импульсов, подаваемыхна первый вход блока 9, в последнемосуществляется формирование импульсов управления (фиг, 2 д). Блок 9 формирует две кодовые комбинации, пер 149951351015 20 25 30 35 40 45 50 55 значению амплитуды измерительного синусоидального сигнала (фиг. 2 д). Начальному значению этой амплитуды также соответствует кодовая комбинация 010001 на выходе блока 9.Под действием четырнадцатого импульса (последнего в. цикле), поступившего на первый вход блока 9,на выходе последнего появляется напряжение логической единицы, присутствующее затем на управляющем входе амплитудного манипулятора 5, в течение 46 тактовых интервалов импульсов на первом входе блока 9. Под действием этого напряжения на выходе амплитудного манипулятора 5 присутствует немодулированный синусоидальный сигнал, Четырнадцатый импульс, пос- . тупивший на первый вход блока 9 закрывает, кроме того, данный блок для дапьнейшего прохождения импульсов с первого выхода блока 6.Новый цикл работы передающей стороны устройства начинается с появления короткого импульса на втором выходе блока 6 (фиг, 2 а). Под действием этого импульса в блоке 8 формируется следующее более высокое значение напряжения, поступающего затем с управляющего выхода блока 8 науправляющий вход измерительного генератора 1 (фиг, 2 в). Вследствие этого частота сигнала на выходе измерительного генератора 1 возрастает (Фиг. 2 е). Одновременно на соответствующем выходе блока 8 появляется. кодовая комбинация 00001 (1), сменившая начальную кодовую комбинацию 00000. Эта кодовая комбинация поступает на первый вход блока 9 и преобразуется в блоке 9 в кодовую комбинацию 0 10010 в паралельном коде.Короткий импульс с второго выхода блока 6 подается также на второй вход блока 9 и открывает его для импульсов, непрерывно поступающих на первый вход блока 9 с первого выхода блока 6 (Фиг. 2 б). Под действием первого импульса .нового цикла, поступившего на первый вход блока 9, на его выходе появляется напряжение логического нуля (Фиг, 2 д). Зто напряжение поступает на вход амплитудного манипулятора 5 и управляет его работой (фиг. 2 ж) .Следующие шасть импульсов, поступивших на первый вход блока 9, формируют последовательно кодовую комбинацию 0 10010, соответствующую второ - му значению частоты измерительного синусоидального сигнала на выходе передающей стороны устройства. Еще шесть последующих импульсов на первом входе блока 9 осуществляют формирование кодовой комбинации 010001, соответствующей начальному значению амплитуды измерительного синусоидального сигнала.Под действием четырнадцатого импульса (последнего в этом цикле) на выходе блока 9 появляется напряжение логической единицы, которое затем остается в течение 46 тактовых интервалов импульсов на первом входеблока 9 (фиг. 2 д) . Четырнадцатый импульс закрывает, кроме того, блок 9для дальнейшего прохождения импульсов с первого выхода блоха 6.Следующие циклы работы устройстваначинаются с поступления короткихимпульсов на информационный входблока 8 и второй вход блока 9 с второго выхода блока 6 (фиг. 2 а). Приначале каждого очередного цикла возрастает величина напряжения на управляющем выходе блока 8 (фиг. 2 в),а следовательно, и частота измерительного синусоидального сигнала навыходе измерительного генератора 1(фиг, 2 е). Кроме того, с каждым новым циклом меняется значение кодовойкомбинации на соответствующем выходеблока 8. Для рассматриваемого случая,когда число циклов (число частот навыходе измерительного генератора 1)равно 20, имеем следующие кодовыекомбинации на соответствующем входеблока 8; 00000, 00001, 00010, 00011,00100, 00101, 00110, 00111, 01000,01001, 01010, 01011, 01100, 01101,01110, 01111, 10000, 10001, 10010,10011. Этим кодовым комбинациям соответствуют следующие кодовые комбинации на выходе блока 9:010001,010010,010011, 010100, 010101, 010110,011001, 011010, 011011, 011101,100010, 100011, 100100, 100101,100110, 101001, 101010, 101011,101100, 101101. Указанные кодовыекомбинации характеризуют частоту испытательного сигнала с выхода измерительного генератора 1 и необходимы,для работы устройства,В то время, как с каждым новымциклом изменяются напряжение на уп 499513 1 Оравляющем выходе блока 8 и кодовые комбинации на его соответствующем выходе, в это же самое время напряжение на выходе блока 4 и кодовая комбинация 00000 на его кодовом выходе остаются без изменения и соответствуют минимальному уровню измерительного сигнала на выходе регулируемого аттенюатора 3.С приходом 21-го импульса на информационный вход блока 8 (с второго выхода блока 4) он возвращается в исходное положение, когда на ео управляющем выходе - минимальное начальное напряжение (которому соответствует наиболее низкая частота измерительного генератора 1) и кодовая комбинация 00000 на его выходе. Одновременно на информационном выходе 20 блока 8 появляется короткий импульс, который проходит через коммутатор 2 и поступает на информационный вход блока 4. Под действием этого импульса на выходе блока 4 появляется более 25 высокое напряжение, поступающее на управляющий вход регулируемого аттенюатора 3 и заставляющее его увеличить коэффициент передачи. Кроме того, на втором выходе блока 4 появля ется новая кодовая комбинация 0001, которая преобразуется в кодовую комбинацию 0 10010 на выходе блока 9.Далее работа устройства повторяется, т,е. под действием последовательно поступающих двадцати импуль - сов с второго выхода блока 6 в блоке 8 формируются напряжения, непрерывно возрастающие по величине. Под действием этих напряжений меняется " 40 частота измерительного генератора 1. Двадцать первый импульс снова возвра - щает блок 8 в исходное состояние, а на его информационном выходе появляется короткий импульс, который пров 45 ходит через коммутатор 2 на информационный вход блока 4, В последнем формируется очередное более высокое напряжение, поступающее на управляющий вход регулируемого аттенюатора 3, увеличивая его коэффициент переда 50 чи. 10 Таким образом, измерительный синусоидальный сигнал устройства авто 55 матически изменяется по частоте иамплитуде, позволяя всесторонне ис- следовать контролируемый четырехполюсник 24. При ручном режиме работы блока 8 на его управляющий вход подается напряжение логической единицы с первого управляющего входа устройстваПод действием этого напряжения прекращается поступление импульсов с второго выхода блока 6 в блок 8, Нужное напряжение в блоке 8, а следовательно, и заданная частота измерительно,го генератора 1 теперь задаются вручную и остаются постоянными в течение всего сеанса измерений.Напряжение логической единицы с первого управляющего входа устройства подается также на управляющий вход коммутатора 2, Под действием этого напряжения коммутатор 2 соединяет свой выход с своим первым входом (вторым выходом блока 6).Под действием непрерывно поступающих коротких импульсов с второго выхода блока 6 в блоке 4 Формируются возрастающие по величине напряжения, под действием которых меняется коэффициент передачи регулируемого аттенюатора 3. Этот режим работы позволяет измерять характеристики четырехполюсников (каналов связи) на фиксированных частотах при изменяющемся напряжении измерительного сигнала.При подаче напряжений логической единицы на управляющий вход блока 4 с второго управляющего выхода устройства блок 4 переходит в ручной режим работы. Под действием этого напряжения прекращается поступление импульсов в блок 4 с его информационного входа. Необходимое напряжение на выходе блока 4, а значит, и заданный коэффициент передачи регулируемого аттенюатора 3 теперь задаются вручную и остаются постоянными в течение всего сеанса измерений.Этот режим работы позволяет измерять характеристики контролируемых четырехполюсников 24 на фиксированных амплитудах измерительного сигнала при изменяющихся частотах этого сигнала (при подаче логического нуля на управляющий вход блока 8) либо на фиксированных амплитудах и частотах измерительного сигнала (при подаче логической единицы на управляющий вход блока 8).Измерительный синусоидальный сигнал (фиг, 2 з) подается на вход четырехполюсника, в качестве которого могут быть различные цепи и схемыкак с сосредоточенными, так и с распределенными параметрами.Сигнал с выхода контролир.:емогочетырехполюсника 24 поступает навход второго блока 14 согласования,который служит для сопряжения выходаконтролируемого четырехполюсника 24с входом регулируемого усилителя 19.Выход второго блока 14 согласования соединен с входом второго квадратичного детектора 16, в которомосуществляется выпрямление измерительного сигнала, прошедшего черезконтролируемый четырехполюсник 24 и 15ставшего отличным от синусоидального.На выходе второго квадратичного детектора 16 состоит второй блок 18усреднения, осуществляющий операцию усреднения выпрямленного напряженияСигнал с выхода второго блока18 усреднения подается на четвертыйвход измерительного блока 23.Выход второго блока 14 согласования соединен также с информационным 25входом регулируемого усилителя 19.Регулируемый усилитель 19 служит дляподдержания на своем выходе постоянного уровня измерительного сигналапри изменениях уровня сигнала на его 30входе. Автоматическая регулировкаусиления обеспечивается с помощьювыпрямителя 13, фильтра 12 низкихчастот, блока 21 сравнения и блока20 опорного напряжения.35Сигнал с выхода регулируемого усилителя 19 (фиг. 2 и) подается на информационный вход перестраиваемогорежекторпого фильтра 22. Перестройкарежекторного фильтра 22 с одной измерительной частоты на другую осуществляется под действием управляющихнапряжений, имеющих различные значения (фиг. 2 л) и подаваемых на его управляющий вход с первого выхода бло 45ка 11 вьделения сигналов упразления.Выход блока 11 соединен с выходом регулируемого усилителя 19,Гармонические составляющие (продукты нелинейного искажения измерительного сигнала) с выхода перестра 50иваемого режекторного фильтра 22 поступают на вход усилителя 10, гдеони усиливаются (фиг, 2 к) и подаютсяна первый квадратичный детектор 15.В нем осуществляется выпрямление гармонических составляющих измерительного сигнала, Напряжение с выходапервого квадратичного детектора 15 далее усредняется в первом блоке 17усреднения и поступает на первыйвход измерительного блока 23.Второй и третий входы измерительного блока 23 соединены с вторым итретьим выходами блока 11,В блоке 11 осуществляется вьделение кодовых комбинаций, заложенныхв измерительном сигнале в виде амплитудной манипуляции, сформированнойв блоке 9 и амплитудном манипуляторе5, на передающей стороне устройства,В измерительном сигнале заложены двекодовые комбинации, соответствующиечастоте и амплитуде измерительногосинусоидального сигнала. Первая кодовая комбинация, вьделенная из сигнала, формирует на первом выходе блока 11 управляющее напряжение определенной величины для перестройки режекторного фильтра 22 (фиг. 2 л). Вторая кодовая комбинация, вьделеннаяиз измерительного сигнала, формируетна втором выходе блока 11 напряжение,1 пропорциональное напряжению измерительного синусоидального сигналана выходе передающей стороны устройства (фиг. 2 м), Это напряжениеподается на второй вход измерительного блока 23,При поступлении на вход блока 11той части измерительного сигнала, вкоторой заключена информация о егочастоте и амплитуде (амплитудно-манипулированная часть сигнала) натретьем выходе блока 11 присутствуетнапряжение логического нуля (фиг.2 н),По окончании этой части измерительного сигнала на третьем выходе блока 11появляется напряжение логической единицы (фиг, 2 н). Под действием сигнала с третьего выхода блока 11 измерительный блок 23 отключается на времяпрохождения амплитудно-манипулированной части измерительного сигнала ивключается во время подачи остальнойчасти измерительного сигнала.Для определения коэффициента передачи измеряемого канала 24 имеютсяК = .- 1-К Нв е г все исходные данные. Напряжение Б подается на четвертый вход измерительного блока 23, напряжение Б навторой вход измерительного блока 23, Сигнал, соответствующий К , поступает на первый вход измерительногоблока 23. В нем осуществляются операции по получению напряжений, соответствующих Ки Ч (Я), и измерению их5Формула изобретенияУстройство для измерения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников, содержащее измерительный генератор, усилитель, измерительный блок, блок опорного напряжения, последовательно соединенные блок сравнения и регулируемый усилитель, 15 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены блок формирования временного интервала, блок управления частотой сигнала, первый вход и первый выход ко торого соединены соответственно с первым выходом блока формирования временного интервала и входом управления измерительного генератора, блок управления амплитудой сигнала, коммутатор, первый и второй входы и выходы которого соединены соответственно с первым выходом блока формирования временного интервала, вторым выходом блока управления частотойЗО сигнала и перввм входом блока управления амйлитудой сигнала, последовательно соединенные блок формирования линейного сигнала, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока формирования временного интервала, амплитудный манипулятор, второй вход которого соединен с выходом измерительного генератора, регулируемый 4 О аттенюатор, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления амплитудой сигнала, второй выход которого соединен с третьим входом блока формирования линейного 45 сигнала, и первый блок согласования,выход которого является входом контролируемого четырехполюсника, третийвход блока управления частотой сигнала соединен с управляющим входомкоммутатора и является первым управляющим входом устройства, вторымуправляющим входом которого являетсявторой вход блока управления амплитудой сигнала, блок выделения сигналов управления, вход и первый ивторой выходы которого соединены соответственно с выходом регулируемогоусилителя и первым и вторым входамизмерительного блока, последовательно соединенные первый квадратичныйдетектор, вход которого соединен свыходом усилителя, и первый блокусреднения, выход которого соединенс третьим входом измерительного блока, второй блок согласования, входкоторого является выходом контролируемого четырехполюсника, а выходподключен к регулируемому усилителю,выпрямитель, вход и выход которогосоединены соответственно с выходомрегулируемого усилителя и входомфильтра низких частот, выход которого соединен с первым входом блокасравнения, второй вход которого соединен с выходом блока опорного напряжения, перестраиваемый режекторныйфильтр, вход и выход и управляющийвход которого соединены соответственно с выходом регулируемого усилителя, входом усилителя и третьим выходом блока выделения сигналов управления, последовательно соединенныевторой квадратичный детектор, вход .которого соединен с выходом второгоблока согласования, и второй блокусреднения, выход которого подключен к четвертому входу измерительного блока.1499513 Составитель Е. Г Техред М.Ходанич Малец б дактор И, Шулл Кор т За ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 4709/5 Госуд Тираж 62 б енного комитета по 13035, Москва, ЖПодписное обретениям и открытия Раушская наб., д. 4/5