Измеритель шума

(51) 4 С 01 К 29/2 фй .:и ИЕ ИЗОБРЕТ сис- уп- сами СВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изоБРетений и ОтнРытии ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ташкентский электротехническийинститут связи(56) Эпштейн С.Л., Викулов А.ПМосквин В.Н. Измеритель шума ИСШ.Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. Л.: Энергия,1980, с184.Краус Д.Д. Радиоастрономия, М,;Советское радио, 1973, с. 236,рис. 7,13,(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ШУМА(57) Изобретение относится к радиотехнике, Мокет использоваться втемах автоматического контроля иравления технологическими процеспроизводства радиодеталей, Пельшизобретения является расширение функциональных возмокностей и повышениепроизводительности труда при разбраковке радиодеталей по величине коэффициента токовых шумов, Устройствосодерзит источник 1 опорного напрялсения, эталонный генератор 2 шума,коммутатор 3, усилитель 4 широковолосный, квадратичный детектор 5, видеоусилитель 6, синхронный детектор2936 7. Для достижения поставленной цели в устройство введены согласующие блоки 9, 10, активный фильтр 8 нижних частот, ключи 18, 19, 27, инвертор 25, триггеры 11, 2, 13, 14 с раздельным запуском, компараторы 28, 29, широкополосный усилитель 33 с автоматически регулируемым коэффициентом усиления, делитель 24 частоты, счетчик 31 импульсов, дифференцирующие цепи 20, 21, 22, интеграторы 16, 17, элемент 23 И, элемент 32 ИЛИ, регулируемый источник 15 напря 69ження, вычислитель 30 коэффициентатоковых шумов и квадратор 34, кнопку 26 "Пуск", образованы новые функциональные связи. В устройстве обес"печнвается исследование в автоматическом режиме зависимости коэффициента токовых шумов от уровня приложенного напряжения, чем обеспечивается расширение функциональных возможностей. Также автоматнзированакалибровка по величине эталонногошума и компенсации нестабильности измерительного тракта, 4 ил;Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами производства радиодеталей,Цель изобретения - расширение функ циональных воэможностей, заключающееся в исследовании в автоматическом режиме зависимости коэффициента токовых шумов от уровня приложенного напряжения, и повьппения производительности труда при разбраковке радиодеталей по величине коэффициента токовых шумов путем автоматизации калибровки по величине эталонного шума и компенсации нестабильности измерительного тракта.На фиг,1 представлена структурная электрическая схема измерителя шума: на фиг,2 - пример выполнения вычислителя коэффициента токовых шумов; иа фиг.З - пример выполнения регулируемого источника напряжения; на фиг.4 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу измерителя шума,Измеритель шума содержит генератор 1 опорного напряжения, эталонный генератор 2 шума, последовательно со единенные. коммутатор 3, усилитель 4 широкополосный, квадратичный детектор 5, видеоусилитель 6, синхронный детектор 7 и активный фильтр 8 нижних частот (АФНЧ), а также согласующие блоки 9 и 10, первый триггер 11 с. раздельным запуском, второй триггер 1 2 с раздельным запуском, третий триггер 13 с раздельным запуском,четвертый триггер 4 с раздельнымзапуском, регулируемый источник 15напряжения, первый интегратор 16,второй интегратор 17, первый ключ 18, 5 второй ключ 19, диФференцирующие цепи 20, 21, 22, элемент 23 И, делитель 24 частоты, инвертор 25, кнопку26 "Пуск", третий ключ 27, первыйкомпаратор 28, второй компаратор 29,вычислитель 30 коэффициента токовыхшумов, счетчик 31 импульсов, элемент32 ИЛИ, широкополосный усилитель 33с автоматически регулируемым коэффициентом усиления, квадратбр 34, приэтом выход генератора 1 опорного напряжения через последовательно соединенные делитель 24 частоты, элемент 23 И и первый интегратор 16 под.ключен к управляющему входу широкополосного усилителя 33, к второмувходу которого поДключен эталонныйгенератор шума, а выход подключен кодному из входов коммутатора 3, кро ме того выход делителя 24 частотычерез инвертор 25 подключен к одномуиз входов первого ключа 18, а черезпоследовательно соединенные дифференцирующую цепь 20 и кнопку 26"Пуск" - к входу первого триггера 11с раздельным запуском, выход которого через вторую дифференцируюшуюцепь 21 подключен к входам второго итретьего триггеров 12, 13 с раздельным запуском.35Вычислитель 30 содержит ключи 35, 1,35,2; логарифматоры 36.1, 36,2 и вы 1293669читающий блок 37, к выходу которого подключен масштабирующий усилитель 38.Регулируемый источник 15 опорного напряжения содержит последовательно соединенные источник 39 постоянного напряжения, стабилизатор 40 напряжения с регулируемым коэффициентом, передачи и ключ 41Уровень токовых шумов радиодеталей, имеющих активное сопротивление, является важным показателем их надежности. В рекомендациях МЭК предлагается классифицировать радиодетали, имеющие активное сопротивление по коэффициенту токовых шумов К (в децибеллах)ЕтцК (дИ) = 20 18-. --- у (1)Ты где Е - ЭДС токовых шумов;Ч - постоянное напряжение,приложенное к испытуемой радиодетали.Измеритель шума, осуществляющийразбраковку радиодеталей по коэффициенту токовых шумов, работает следующим образом,Генератор 1 опорного напряженияс момента включения измерителя шумавырабатывает последовательность прямоугольных импульсов 11,(С) с амплитудой 7скважностью С = 2 и длительностью ь, (фиг.4.1), выбираемойиз условия1)8где Р - верхняя частота среза фильт 8ра 8 нижних частот и составляющейна практике величину порядка единицмикросекунд.Импульсная последовательность сгенератора подается на управляющийвход коммутатора 3, коммутируя поочередно первый и второй информационные входы коммутатора 3 с еговыходом, Кроме того, 1,(с) подаетсяна управляющий вход синхронного детектора 7 и на делитель 24 частоты,формирующий последовательность прямоугольных импульсов 11, (г.) (фиг.4.2)со скважностью ( = 2 длительностьюимпульсов с,1, определяющей интервал измерения и удовлетворяющий условию. 1 О ,С выхода делителя 24 частоты импульсная последовательность Б (й)подается на элемент 23 И, на дифференцирующую цепь 20, на ключ 19 ичерез инвертор 25 на ключ 18.После включения измерителя шумадо нажатия кнопки 26 на первых выходах триггеров 11, 12 и 13 и на втором выходе триггера 14 действуют сигналы логического нуля, на первом выходе триггера 14 - сигнал логическойединицы, устанавливаемые при вклю 10чении измерителя шума, При этом элемент 23 И, ключи 18, 19, ключ 41 регулируемого источника 5 напряженияи ключи 35.1, 35,2 вычислителя 30заперты, ключ 27 - отперт, световое15табло "ИСПЫТАНИЕ", "БРАК", "КОНЕЦИСПЫТАНИЯ", псдключаемые соответственно к первому, второму и третьемувыходам измерителя шума, погашены.20При нажатии кнопки 26 "Пуск" навторой вход триггера 11 подаются запускающие импульсы с цепи 20 (фиг.3,4), При этом на выходе триггера 11формируется сигнал логической единицы (фиг.44). Этот сигнал, поступаячерез первый выход измерителя шума,включает световое табло "ИСПЫТАНИЕ",поступая через цепь 21 на первые входы триггеров 2, 13, фиксирует на их30выходах сигналы логического нуля,. если они не были установлены ранее,а также подается на элемент 23 И,на который подаются также сигнал логической единицы с первого выходатриггера 14 (фиг,4,5) и импульснаяЗ 5 последовательность с делителя 24 частоты,При подаче на первый и второйвходы элемента 23 И сигналов логической единицы на выход его проходитимпульсная последовательность с делителя 24 частоты (фиг.46), поступающая на информационный вход интегратора 16, который работает в режиме 45 линейного интегрирования, когда наего информационный вход подается сигнал логической единицы, и в режиме .запоминания, когда этот сигнал нанего не подается. При попадании сиг нала логической единицы на первомили втором входе элемента 23 И установившееся значение выходного напряжения 08 интегратора 16 остаетсянеизменным до сброса, осуществляе мого сигналом логической единицы,поступающей на его управляющий входв конце интервала измерения с выхода триггера 12 (фиг,4,7).Линейно нарастающее напряжение с выхода интегратора 16 поступает на управляющий вход широкополосного усилителя 33, изменяя его коэффициент усиления К пропорционально величине управляющего напряженияк (е) - ац 16(с),где а - коэффициент пропорциональности.С ростом 01 (Й) растет коэффициент усиления широкополосного усилителя 33, на информационный вход которого подается напряжение шума с эталонного генератора 2. При этом растет мощность шума Рээ(й), подаваемого с выхода широкополосного усилителя 33 на второй информационный вход коммутатора 3М ым э где Е - постоянная Больцмана;П - эффективная полоса пропускания широкополосных усилителей 4, 33 и согласующих блоков 9 и 10;Т - шумовая температура на выхо"шмде широкополосного усилителя 33.На первый информационный вход коммутатора 3 через согласующий блок 9 поступают тепловые шумы испытуемой радиодетали, мощностью Рт, определяемой выражениемПгде Т - шумовая температура испыы 9туемой радиодетали на выходе согласующего блока 9.П 1 умы с выхода широкополосного усилителя 33 и с выхода согласующего блока 9 поочередно коммутируются на выход коммутатора 3, управляемого сигналом прямоугольной формы с генератора 1Таким образом, в коммутаторе 3 происходит амплитудная модуляция напряжения У(й) шумами, поступающими на информационные входы коммутатора 3. Промодулированный по амплитуде шумами импульсный сигнал Б (г,) усиЬ ливается широкополосным усилителем 4, а затем детектируется квадратичным детектором 5. Напряжение У(й) на выходе квадратичного детектора 5 меняется в зависимости от входного напряжения П д(С) по закону5 4 ( )7где 1 - коэффициент передачи квадЮратичного детектора; 1293669 6Б Й) - величина, пропорциональнаямощности сигнала на выходеширокополосного усилителя 4.Напряжение Б через видеоуси 5 литель 6 поступает на информационный вход синхронного детектора 7, науправляющий вход которого подаетсяопорное напряжение Ц 1(1) с генератора 1,Когда вход широкополосного усилителя 4 соединен через коммутатор 3с выходом согласующего блока 9, напряжение на выходе квадратичного детектора 5 определяется соотношениемЦ (с) = 1 с Лс 1 сТц + Т, (г.)Д П.,е 11 т. - коэффициенты передачиширокополосного усилителя 4 и квадратичногодетектора 5;Т - шумовая температура изЮ 5мерительного тракта откоммутатора 3 до квадратичного детектора,5,25Если же вход широкополосного усилителя 4 соединен через коммутатор 3с выходом широкополосного усилителя33, то напряжение на выходе квадратичного детектора 5 определяется соотношениеми,"(с) = К,К,1 с Гт+ Тп,При этом напряжение на выходесинхронного детектора 1 определяется соотношением07 (1) кК т ц(С) Б.(С)35 = 1 т 1 Г Т, - Т,(Е)1 П 7 (2)где 1 = Е Е Е 1 Е - общий коэФФициент передачи измерительного тракта,Изменения коэффициента усиленияизмерительного тракта, обусловленныенестабильностью его параметров., приводят к изменению шумовой температуры на величинуйт,1= - -,.-., .,45 1 тНа выходе фильтра 8 низких частотвыделяется низкочастотное напряжениеБв, верхняя частота спектра которого определяется его граничной частотой Р . Так как длительность импульсов Формируемых делителем 24выбрана из условия: 1 О с, = 10/Ето напряжение на выходе Фильтра 8лнижних частот за время с., успеваетдостигнуть установившегося значения,С учетом (2) и (3) напряжениеИ(") на выходе Фильтра 8 низкойчастоты описывается выражением7 12936Ц (с) - Ч, + К 1,1 Т т (Е)1 где Е 8 - коэффициент передачи АФНЧ 8;Ч - напряжение постоянной составоляющей на выходе АФНЧ 8. 5С ростом напряжения О, (С) (фиг. 4.6) растет коэффициент усиления широкополосного усилителя 33 и следовательно Р (й) и Т,о д(с), а напррненне еа(С уменьшается, (рВ момент(фиг. 4.8) величина мощности эталонных шумов Р 4, (г.) станет равна величине мощности тепловых шумов радиодеталей Р , т.е, выполяет 15 ся условие(5)При этом, как видно из (2) и (3), происходит компенсация тепловых шумов радиодетали. Кроме того, каквидно из (3), при выполнении условия (5), флуктуация выходного напряжения эа счет нестабильности коэффициента усиления измерительного тракта (от коммутатора 3 до синхронного " детектора 7) исчезает и чувствительность измерителя шумов ограничивается только шумами последующих каскадов (2).30В моментнапряжение Б 8". ),подаваемое с выхода фильтра 8 низкой частоты через отпертый ключ 27 на информационный вход компаратора28, определяется с учетом (3) выражением08 Ио) = Чори окажется ниже порога срабатывания Ч компаратора 28, выбираепор 28мого из условияЧпор 28 т 0 4 Ч(ргде Ч - величина допустимой поигрешности компенсации тепловых шумов.При выполнении условия8( о) (тор 28на выходе компаратора 28 формируетсясигнал логической единицы (Фиг, 4,9),поступающий на первый вход триггера 14,При этом на первом выходе тригге/ра 14 формируется сигнал логическогонуля (фиг.4.5), запирающий элемент23 И, а на втором выходе триггера 4формируется сигнал логической единицы (фиг.4,10), отпирающий ключ 41регулируемого источника 15 напряжения, ключ 19 и ключ 18, что переводит измеритель .шума из режима ком 69пенсации тепловых шумов в режим измерения токовых шумов.При отпирании ключа 19 на информационный вход интегратора 17 поступает импульсная последовательность сделителя 24 частоты (фиг.4.1), Приподаче на информационный вход интегратора 7 сигнала логической единицы интегратор 17 работает в режимелинейного интегрирования, а при подаче на его вход сигнала логическогонуля - в режиме запоминания. Напряжение с выхода интегратора 17 подается на управляющий вход стабилизатора 40 регулируемого источника 15напряжения, При этом уровень напряжения на выходе источника 15 напряжения линейно растет на интерваледействия сигналов логической единицыимпульсной последовательности Б 4(С)и остаЕтся постоянным в паузах междуними (фиг.4,12),С выхода регулируемого источника15 напряжения постоянное напряжениеЧи подается через квадратор 34 навторой вход вычислителя 30, черезпятый выход измерителя шумов - наустройство, регистрирующее уровеньнапряжения Ч, и через согласующийблок 10 на испытуемую радиодеталь.При этом на испытуемой радиодеталивыделяется ЭДС токовых шумов Е (1), которая через согласующий блок9 поступает в измерительный тракт,содержащий коммутатор 3, широкополосный усилитель 4, квадратичный детектор 5, видеоусилитель 6, синхронный детектор 7 и фильтр 8 нижнихчастот, Функционирование которогоописано вьппе,При этом на выходе фильтра 8 нижних частот выделяется напряжение токовых шумов Б (й), определяемое ст 8учетом прохождения Е (с) черезквадратичный детектор 5 выражениемта( ) тьш ( ) У (6)где Е - коэффициент пропорциональности, равный коэффициентупередачи тракта от согласующего блока 9 до фильтра 8.С выхода фильтра 8 нижних частотнапряжение поступает на первый информационный вход вычислителя 30.В паузах между импульсами импульсной последовательности О 2(с)на выходе инвертора 25 появляютсясигналы логической единицы (фиг.4,13)которые через ключ 8, открытый пос 1293669ле опрокидывания триггера 14(Фиг.4.10), поступают на счетчик 31 импульсов и на третий (управляющий) вход вычислителя 30,Счетчик выполняет счет поступивших на его информационный вход сигналов логической единицы до И, где И - число уровней испытательного постоянного напряжения Ч, подаваемого на вычислитель 30 с регулируемого источника 15 напряжения, для которых определяется величина коэффициента токовых шумов . При поступлении на вход счетчика 3 (И+1)-го импульса на выходе его Формируется сигнал логической единицы.При поступлении с инвертора 25 очередного (з.-го) сигнала логической единицы счетчик 31 увеличивает количество подсчитанных импульсов на единицу.Если х с М, на выходе счетчика 31 - сигнал логического нуля.Одновременно сигнал логической единицы с инвертора 25 отпирает ключи 35.1, 35.2 вычислителя 30. При этом на логарифматор 36.1 первой ветви вычислителя 30 поступает с Фильтра 8 установившееся значение напряжения У (1:), определяемое выражением (6), а на логарифматор 36.2 второй ветви вычислителя ЗО поступает напряжение Б , с выхода квадра- . тора 34, определяемое выражениемЦ = 1 с 7 (7) где 7 - постоянное напряжение, приложенное к испытуемой радиодетали на х"м такте измерения (Фиг.4.12);Е - коэффициент передачи квадратора, выбираемый равным коэффициенту передачи измерительного тракта. При этом на выходах логарифматоров 36,1, 36.2 вычислителя ЗЮ формируются напряженияП,", 1 В Па " 1 И 1 .П (й) - 1 я БЭти напряжения поступают на вычитающий блок 37 вычислителя 30, на выходе которого Формируется напряжение П ,(й) (Фиг.4,14), определяемое выражениемПу; (") 1 К 1 11 ы,т (").,1 я 1 с 7; =.21 я -- "п 1 Это напряжение поступает на масштабирующий усилитель 38 вычислителя 30 с коэффициентом усиления 11 О, на выходе которого формируется 5 напряжениеПы,т11 .= 201 азворавное величине коэффициента токовых шумов в децибеллах.С выхода вычислителя 30 напряжение Б(С), равное коэффициенту токовых шумОв, поступает через четвертый выход измерителя шума на устройство, регистрирующее коэффициенттоковых шумов, а также на информационный вход компаратора 29, Порогсрабатывания компаратора 29 - Ч,выбран равным величине допустимогокоэффициента токовых шумовЕсли после -го такта измерения"Заор 9то на выходе компаратора 29 - появляется сигнал логи 25 ческого нуля, вычисленный коэффициенттоковых шумов поступает с выхода вычислителя 30 через четвертый выход измерителя шума на регистрирующее устройство, где фиксируется, затем вычис- ЗОлитель 30 запирается сигналом логического нуля с инвертора 25, послечегопоступает +1 такт измерениякоэффициента токовых шумов прн следующем значении напряжения 3.=У(д.+1)устанавливаемого сигналом с интегратора 17 и подаваемого с регулируемого источника 15 напряжения на испытуемую радиодеталь,Если же40 П 0то на выходе компаратора 29 появляется сигнал логической единицы, опрокидывающил триггер 13 (фнг.,4,15).При этом на выходе триггера 13формируется сигнал логической единицы, поступающий через третий выход измерителя шума и включающийсветовое табло БРАК" (фиг,4.16).Одновременно сигнал с комларатора 29 поступает на первый вход элемента 32 ИЛИ, на второй вхсд котсрого подается сигнал с выхода счетчика31. Если же на выходе компаратэра 29или на выходе счетчика 31 появитсясигнал логической единицы, то навыходе элемента 32 ИЛИ также формируется сигнал логической единицы.;который поступает на второй входтриггера 12, на выходе которого при40 11 1293 бэтом Формируется сигнал логическойединицы (фиг.4,7), поступающий черезвторой выход измерителя шума и включающий табло "КОНЕЦ ИСПБ 1 ТАНИЯ",Как уже указывалось сигнал логической единицы формируется на выходе счетчика 31, если радиодетальпрошла И тактовизмерения, т.е. испытана при Б значениях 7, (=1-Ц,сигнал логической единицы на выходе 10компаратора 29 появляется, если коэффициент токовых шумов испытуемойрадиодетали больше допустимого,Этот же сигнал поступает на управляющие входы интеграторов 16 и 17, 15осуществляя их сброс (фиг.4,7, 4,12),поступает на второй вход триггера 14,возвращая его в исходное положение(Фиг,4.5), при котором запираютсяключи 18, 19 и отпирается ключ 27.Кроме того, сигнал логической единицы с выхода триггера 12 поступаетна дифференцирующую цепь 22,Управляющий сигнал, формируемый25цепью 22, возвращает в исходное состояние счетчик 31 и подается напервый вход триггера 11. На выхоцетриггера 11 при этом Формируетсясигнал логического нуля (Фиг,4,4),который запирает элемент 23 И и гасит световое табло "ИСПЫТАНИЕ", по-ступая на него через первый выходизмерителя шума,Формулаизобретения 35 Измеритель шума, содержаший последовательно соединенные коммутатор, широкополосный усилитель высокой частоты, квадратичный детектор, видеоусилитель, синхронный детектор, а также эталонный генератор шума и генератор опорного напряжения, выход которого соединен с управляющими входами коммутатора и синхронного детектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения производительности труда при разбраковке радиодеталей по величине коэффициента токовых шумов, в него введены контакты для подключения испытуемой радибдетали, первый и второй согласующие блоки, активный Фильтр нижних частот, три ключа, инвертор, четыре триггера с раздельным запуском, два компаратора, широкополосный усилитель с автоматическим регулиб 9 12руемым коэффициентом усиления, делитель частоты, счетчик импульсов, три дифференцируюших цепи, два интегратора, элемент И, элемент ИЛИ, регулируемый источник постоянного напряжения, вычислитель коэффициента токовых шумов, квадратор и кнопка Пуск, причем выход генератора опорного напряжения соединен с управляющими входами коммутатора и синхронного детектора, а также с входом делителя частоты, выход которого соединен через инвертор с ин- формационным входом первого ключа, через первую дифференцирующую цепь и кнопку пПуск" - с вторым входом первого триггера с раздельным запуском, через второй ключ - с информационным входом второго интегратора, и подключен к третьему входу элемента И, второй вход которого соединен через вторую дифференцирующую цепь с первыми входами второго и третьего триггеров с раздельным запуском, и подключен к выходу первого триггера с раздельным запуском, который является первым выходом измерителя шума, первый вход элемента И соединен с управляющим входом третьего ключа и подключен к первому выходу четвертого триггера с раздельным запуском, а выход элемента И соединен с информационным входом первого интегратора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго интегратора, с вторым входом четвертого триггера с раздельным запуском, через третью дифференпирующую цепь - с первым входом первого триггера с раздельным запуском и с управляющим входом счет чика импульсов, и подключен к выходу второго триггера с раздельным запуском, который является вторым вьгходом измерителя шума, причем выход первого интегратора соединен с управляющим входом широкополосного усилителя с автоматически регулируемым коэффициентом усиления, информационный ьход которого соединен с выходом эталонного генератора шума, а выход - с вторым информационным входом коммутатора, первый информационный вход которого соединен через первый согласующий блок с контактами для подключения испытуемой радиодетали, подключенными к выходу второго согласующего блока. вход ко 3 1293669торого соединен через квадратор свторым информационным входом вычислителя коэффициента токовых шумов иподключен к выходу регулируемого ис"точинка напрякения, который является 5пятым выходом измерителя шума, приэтом информационный вход регулируемого источника напряжения соединенс выходом второго интегратора, а егоуправляющий вход соединен с управляющими входами первого и второгоключа и подключен к второму выходучетвертого триггера с раздельным запуском, первый вход которого подключен к выходу первого компаратора,информационный вход которого соединен через третий ключ с первым информационнык входом вычислителя коэффициента токовых шумов и подключен к выходу активного фильтра нижних частот вход которого соединенс выходом синхронного детектора,причем третий (управляющий) вход вычислителя коэффициента токовых шумовсоединен с информационным входомсчетчика импульсов и подключен к вы"ходу пеного ключа, а выход вычислителя коэффициента токовых шумов,являющийся четвертым выходом измерителя шума, соединен с информационным входом второго компаратора, выход которого подключен к второмувходу третьего триггера с раздельнымзапуском, выход которого являетсятретьим выходом измерителя шума, ик первому входу элемента ИЛИ, второйвход которого соединен с выходомсчетчика импульсов, а выход - с вторым входом второго триггера с раздельным запуском..Михалевчук Корр оставитель ехред А.Кр А. Тяско дактор В аказ 382/50 изводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектна Тираж 731 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 13035, Москва, Ж, Подписноего комитета СССРий и открытийаушская наб., д, 4/5