автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Фазозадающее устройство повышенной точности в большом динамическом диапазоне сигналов

МВ

« 3 ^ПР ТОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

На правам рукописи

КАДИОЗВ ЖАН ХАМИД08ИЧ

ФАЗОЗАДАЮШЕЕ УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ В БОЛЬШОМ ДИНАМИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ СИГНАЛОВ

специальность 05.13.05 - элемента и устройства вычислительной темники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТОМСК - 1996

Работа выполнена в Томской государственной академии систем управления и радиоэлектроники

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведуцее предприятие:

док-шр технических наук, профессор B.C. ТИТОВ, кандидат технических наук. доцент Н. Н. ШТАРЕВ доктор технических наук, старей научный сотрудник

В. И. Сырямкин. кандидат технических наук, доиент В. А. Потехин

Конструкторско -технологический институт " оптика " СО РАН ( Г. ТОМСК )

, Зацита состоится .-J^A____1Э06 г.

ч SLZ. часов на заседании специализированного совета к 063.05.01 в Томской государственной академии систем управления и радиоэлектроники. 634050. Томск-М. пр. Л1нина,40, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томской государственной академии систем управления и радиоэлектроники

Автореферат разослан "¿JL"_-h^pf^.__1зэз г.

Ученый секретарь специализированного совета, д.т.н., профессор

П. А. Бондарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Фазозадашие устройства (ФЗУ) являются одними из основный элементов систем управления ССУ). Проектирование и эффективная эксплуатация последних требует высокой точности ФЗУ. Повышение точности ФЗУ является одной из важнейших задач улучшения качества и эффективности СУ в целом. Расширение областей применения СУ, использувдих фазовые методы передачи и обработки информации, обуславливает необходимость дополнительных исследований особенностей Функционирования ФЗУ.

Для современных СУ и составляицих их устройств характерно использование сигналов с большим диапазоном изменения параметров. Применительно к ФЗУ перекрываемый диапазон частот лежит в пределах от долей герц до десятков гигагерц, а динамический диапазон входных сигналов составляет до 120 дБ в низкочастотной области и до 60 дБ в высокочастотной. Наибольшую сложность представляет задание Фазовых сдвигов с высокой точностью при большом диапазоне изменения уровня сигналов на высоких частотах.

В связи с этим в настоящее время становится Актуальнее за- . дача - разработка и исследование наиболее перспе-стоных обеспечиващих высокую точность в большом динамическом лигпаз ^ изменения уровня сигналов.

Основная трудность при решении этой задачи заключается в том, что для обеспечения большого динамического диапазона используются различного рода регуляторы уровня, которые сами, в свою очередь, являются источниками значительных Фазовых погрешностей при использовании их на высоких частотах.

Поставленная задача должна решаться путём использования На- • зостабильных регуляторов уровня,либо путем отыскания катодов и структур, позволяющих компенсировать или определять с высокой точностью Фазовые погрешности ФЗУ. возникающие при регулировке амплитуд сигналов.

Разработка Фазозадапцих устройств, Формирувдих сигналы с заданными Фазовыми соотношениями в большом динамическом диапазоне,'входит в программу Госкомвуза РФ "Комплексные системы измерений, контроля и испытаний в народном хозяйстве" и в тематику научно-исследовательских работ,проводимых в ТАСУР в'рамках региональной межвузовской научно-технической программы Госкомвуза РФ "Прогресс и регион"

Цель работы - исследование принципов обрабопси амплитуд • но-модулированных САМ) сигналов с подавленным несущим колебанием и создание на их основе ФЗУ повышенной точности, способных Функционировать в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов.

Задачи исследований:

- обоснование необходимости создания ФЗУ повышенной точности в широком динамическом диапазоне сигналов и разработка методики предварительного выбора устройства:

- разработка математической модели ФЗУ и создание на ее основе высокоточного ФЗУ, способного Функционировать в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов:

- теоретическое исследование вопросов возникновения и влияния Факторов, ограничивала точность задания фазовых сдвигов в большом динамическом диапазоне изьенения уровня сигналов:

- исследование потенциальной точности задания фазовых сдвигов.

Методы исследований. Для достижения поставленной пели применялись аналитические и экспериментальные методы исследований, которые базируется на использовании системного подхода построения ОЗУ. теории линейных и нелинейных цепей, математической статистики, математического анализа, теории погрешностей и метрологического обеспечения.

Научная новизна работа заключается в следушем:

- разработана математическая модель ФЗУ. принцип действия которого основан на обработке АМ - сигнала с подавленной несущей, доказана перспективность построения ФЗУ, основанного на принципе Формирования заданных фазовых соотношений на низкой Фиксированной частоте и с последующим их переносом на высокую:

- определены основные источники погрешности и проведен их анализ, что позволяет повысить точность предложенного ФЗУ;

- предложена методика предварительной выбора основных узлов ФЗУ на основе комплексной оценки методом весовых коэффициентов:

- разработан Фазостабильный регулятор уровня , принцип действия которого заключается в дискретизации входных сигналов, позволяющий строить ФЗУ повышенной точности в широком динамическом диапазоне сигналов:

Практическая ценность работы заключается в том. что:

- разработана структура , позволяшая строить ФЗУ, обеспечи

ващее Формирование сигналов с заданными фазовыми соотношениями в Голььом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов:

- сформулированы рекомендации по выбору параметров как всего ©ЗУ, так и отдельных его узлов на этапах проектирования и практаческой реализации:

- создано ФЗУ, Формирующее сигналы с заданными Фазовыми соотношениями в динамическом диапазоне до 60 дБ и чолосе частот 5100 МГц.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Курского государственного технического университета, а именно: раздел по принципам построения фазозадаших устройств используется в курсе "Теория автоматического управления': раздел по расчету и еьйору регуляторов уровня и Фазозадащих устройств используется в курсе "Метрология и измерительная техника". Фазозадащее устройство внедрено в МНПК "НЭКСМ" г.Железногорска и используется в качестве задатчи-ка Фазы в системе управления и регулирования промышленного робо та.

Основные положения,выносимье на защиту.

1. Методика предварительного выбора ФЗУ повышенной точноста в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов.

2. Математическая модель ФЗУ повышенной точности, работающего в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов.

3. Методика и результаты теоретического анализа основным параметров ФЗУ на основе обработки АМ-сигналов с подавленной несущей.

4. Методики проведения экспериментальных исследований основных параметров ФЗУ.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: "Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов" в Барнауле (1994)." Проблемы техники и технологий XXI века" в Красноярске С1994): на 2- й научно-технической конференции "Вибрационные машины и технологии" в Курске (1995): на Региональной научно-технической конференции молодых специалистов "Радиотехнические и информационные системы и устройства" в Томске (1994); на научно-технических семинарах ТАСУР в 1991-1995гг.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 6 печатных работам, из них 1 статья в'центральной печати.

Структура и объйм диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём диссертации 172 с.. из ник 134 с. машинописного текста. 29 рис. и 1 таблица на 14 с. Приложения содержат 26 с. машинописного текста. 3 рис. и 3 таблицы на 3 с. Список литературы состоит из 124 наименований на 12 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований. сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов. представлены структура диссертации и основные положения,выносимые на защиту.

Пешая глава посвящена анализу состояния и тенденции развития ОЗУ как одного из основных составляющих современных систем управления. Проведенный анализ показал, что использование ОЗУ повышает эффективность систем управления. Если проблема задания фазовьи сдвигов пои фиксированных уровнях сигналов в. настоящее время решена на уровне, удовлетворяющем современным требованиям, то эта >Х2 задача в большом динамическом и частотном диапазонах требует своего дальнейшего решения, так как структуры построения ФЗУ. работающих в разных частотных диапазонах, имеют свои особенности. то в работе принципы построения <ИЗУ в низкочастотной и высокочастотной областях рассматриваются отдельно.

Обзор известных устройств показывает, что в низкочастотной диапазоне наиболее перспективным направлением является построение д-лсхретных ФЗУ на основе фазовых многоустойчивых элементов С<ШЭ), в частности на триггерыых делителях частоты. Об этом свидетельствуют многочисленные работы учёных: Колтика Е. д.. Кравченко С.А., чшха М.К.. Домрачева В.г.

Однако ФЗУ. построенные по такому принципу, обеспечивая вьь-сокую точность задания фазовых сдвигов в широкой полосе частот при Фиксированных уровнях, не могут обеспечить формирование калиброванных значений угла Фазового сдвига в большом диапазоне изменения уровней сигналов, на выходах ФЗУ обычно используют регуляторы уровня ,ш достижения большого динамического диапазона, кятодаа саьм в основном и являются источниками погрешности задания угла фазового сдвига.

Пседдокена методика предварительного В1йора основных узлов ©ЗУ на основе комплексной оценки методом весовых коэффициентов.

которая показала, что наилучшими точностными характеристиками обладает фэзостабильный регулптор уровня, функционирующий на принципе дискретизации входных сигналов.

В известных методиках рассматривается штоды расстановки приоритета по одному признаку. Достоинством предложенной методики является анализ ФЗУ по нескольким признакам с выявлением приоритета при их одновременном учете.

Таким образом, проведенный анализ показал целесообразность использования определенных структурных построений ФЗУ. обеспечивавши выделение С устранение) указанной погрешности в динамическом диапазоне изменения уровня сигналов.

Вторая глава. Проведённый в первой главе анализ современно- ' го состояния проблемы задания угла Фазовым сдвигов приводит к необходимости выработки системного подхода к рассмотрению данной задачи. Вызвано это-тем. что Без обобщённой классификации {эподов и средств практически невозможно оценить перспективность определённого направления работ, сделать правильный еье6ор нэобно-димого варианта при решении конкретных задач, синтезировать оптимальную структуру при заданных условиях.

Необходимость систематизации материалов обзора в видэ обобщённый моделей вызвана возможностью Формирования новых структур, ' позволяющих обеспечить более высокие точностныа и эксплуатационные характеристики, удобством анализа работы устройств, возможностью Формулировки единого подхода к выявлений основных источников погрешности и путей их минимизации,

Задача синтеза сигналов с заданными параметрам заключается в Формировании двух колебаний как с возможностью управления параметрами каждого сигнала, так и с возможностью задания определенных соотношений между параметрами формируешь колебаний.

На рис.1 представлена обобщенная модель ©ЗУ, учитывающая влияние основных источников погрешности.

Погрешность задания Фазовых сдвигов можно представить вит-

где и1 - амплитуда сигнала на выходе 1 шяели: иг - амплитуда сигнала на выходе г; % - начальная Фаза колебания Г; пог-

решность фазоврашателя: УеС**)- погрешность фазового сдвига, вносимая РУ при изменении коэффициента передачи: К1СХ1) - перада- -точная функция Фазовращателя: К2СХ2) - коэффициент передачи РУ.

Обобщенная модель фзу

Г - генератор, ев - (фазовращатель, РУ - регулятор уровня.

х0 , - управляющие воздействия (кош;щи),

âx.r ¿хл - погрешности управления фазой и амплитудой сигнале Ki2 и К21 - передаггочныэ Функции каналов паразитного прохождения.

- фазовый сдвиг, вносимый паразитным каналом прохождения с выхода 2 на выход 1,

(разовая погрешность, обусловленная паразитных! прохождением с выхода i на выход 2.

Рис. 1

Анализ модели показывает,что погрешность задания Фазовых слвшт Л ¥ имеет слотую зависимость от ряда Факторов: погреы-поетн Дпэоерацгггеля, (Мзогмлл.чтудной зависимости регулятора уровня, конечной величины развязки межканального паразитного прохождения и других Факторов, следовательно, поскольку большинство источников погрешности принципиально неустранимы, то ФЗУ необходимо проектировать таким образом, чтобы происходила -компенсация или отработка суммарной погрешности, обусловленной вышеуказанными причинами. Лля достижения этого перспективным является использование ФЗУ с обратными связями.

ОЗУ с обратной связью по отработке или компенсации следует различать по способам компенсации погрешности и по способам' определения дополнительных Фазовых едзигов. В свою очередь по способам компенсации погрешности ФЗУ мокно разделить на две группы:

а) с компенсацией погрешности путем ввода поправки в конечный результат, т.е. ввод поправки за пределами участка определения погрешности тракта Формирования параметра:

б) с отработкой погрешности по месту возг/яюпотп.'т.: . внутри участка определения погрешности.

По способам определения погрешности задания --гл. с;.-^д-.эт различав ФЗУ на основе: а) метода непосредственного н^эрекня и б) косвенного метода определения погрешности задания пара.йтра.

При нспосродствснном способе определения погрешности точность задания фазовых сдвигов будет полностью определяться точностными характеристиками блока определения погрзгшости и отработки СБО). Одним из основных факторов, ограничивай©!« точность при работ« в большом динамическом диапазоне, является ©азоакпли-тудная погрешность с ФАЛ) БО, выражаиааяся в неадекватности Фазовых спотишиений на внпдр и выходе устройства при изменении уровня сигнала. Поскольку ФАЛ возникает на этапе определения Лто очевидно имеет смысл изменить алгоритм определения А Ф таким образом, чтобы свести к минимуму величину фап.

Более перспективными на данном этапе развитая представляется ФЗУ, использующие косвенный метод определения погрешности Л у. Выигрыш по точности, в данном случае, возможен за счет выполнения операции сравнения параметров сигналов не прямым методой, л путем преобразования информационного параметра С Фазы) одного или обоих входных сигналов в Физический процесс,, более удобный для гягистрации величины рассогласования Л V и обеспечи-

ваазций более точное сравнение.

Как видно из логики работы моделей.БО осуществляет функции. сравнения и выработки управляющего воздействия t¿ , пропорционального величине погрешности А¥ ■

Анализ различных методов и устройств регистрации малых значений фазовых сдвигов в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов позволяет сделать следущии вывод: наиболее герспективным направлением в этой области в настоящее вреда является метод определения Фазовых сдвигов, основанный на обработке АМ - сигналов с подавленной несущей.

Суть метода заключается в следушем. При перемношши всех трех составляющих дм - сигнала и последующем выделении продукта преобразования с частотой огибащей SI . всегда можно задать такие Фазовые соотношения между ними, при которых величина этого продукта будет равна нулю и не зависит от уровня несущего колебания при равенстве и постоянстве уровней боковых составляющих, а определяется лишь Фазовыми соотношениями между высокочастотными составляшими АМ - сигнала, таким образом, данный метод можно успешно использовать для создания широкодиапазонного БО, обеспечиващего высокую точность определения Фазовых сдвигов несущего колебания. Структурная схема ФЗУ с БО с принципом работа на основе обработки АМ - сигнала с подавленной несущей будет иметь вид, представленный на рис.2.

К числу основных источников погрешности задания Фазовых сдвигов в ФЗУ, основанного на принципе обработки АМ - сигнала с подавленной несущей следует отнести: аз неравенство амплитуд боковых составляющих: б) остаточный уровень несущего колебания в спектре боковых составлявших: в) Фазоамплитуднад погрешность БО.

Падение разрешающей способности ФЗУ, обусловленного неравенством амплитуд боковых составляющих, можно оценить как

тр~± Jfsu ,

Г «2

где - относительная нестабильность амплитуд боковых.

Погрешность задания Фазовых сдвигов, обусловленную наличием остаточного уровня несущей в спектре боковых, можно оценить выражением

... . _J! C¿- ОС-гг-

где ?¿ocm.- остаточный уровень несущей; t¿0 - амплитуда сигнала на входе БО и второй выходе устройства с рис.2 ) .

Структурная схема ОЗУ на основе обработки АМ - сигнала с подавленной несулея

<4.

/

со.

V

Н 3

1

4

5 —>■ 6 7

Выход г

1 - генератор высокочастотных сигналов,

2 - Формирователь боковых составляющих,

3 - Фазозадащий блок.

4 - блок выделения несущей.

5 - блок определения погрешности и отработки.

6 - индикатор нуля,

7 - Фазостабильныя регулятор уровня.

Рис. 2

Третья глава. Рассмотрены вопроси синтеза и обработки составлять АЧ-сигнала. проведен анализ основных источников погрешности, принцип работы фазостабильного регулятора уровня.

Разрес^цая способность к потенциальная точность задания Фазовых сдвигов в ОЗУ с обработкой АМ-сигнала с подавленной несущей определяется влиянием шумов на точность обработки дополнительных оазовых сдвигов. В этой связи для полноты анализа удобно разделить влияние иумов на синтез Сформирование) составлязо-цих АУг- сигнала и влияние иумов на точность обработки указанных сигналов.

Формирование составляйте АМ-сигнала производится в Нормировать ле боковых составлявши и блоке выделения несущей, построенных на основе использования параллельного и последовательного способов включения систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Анализ различных вариантов построения систем ФАПЧ показывает, что у систем сапч с астатиэмом второго порядка устанавливается Фазовая с^бка у а о . В связи с этим при проектировании Формирователей .составдяших АМ - сигнала,необходимо предпочтение птяать системам САПЧ второго ппряпка. Для систем ФАПЧ второго порядка плотность вероятности фазы выходного колебания вы-

раиается соотношением (при большим х ).

«с«* у

где - зФФективное значение отношения сигнал/дам и определяется как ?

где Я" - шалость сигнала на входе системы ФАПЧ (сигнал эталонного генератора); ЛЪ-А-Т- спектральная плотность ¡¿ума: А - постоянная Больимана: Т - температура в К*',

иумовая полоса системы ФАПЧ второго порядка: Зо(<£)~ кодифицированная Функция Бесселя нулевого порядка. Дисперсия Фазы

^ ^ а) ,

-где К - коэСИмшент усиления петли регулирования: <2 - коэффициент усиления интегратора системы САПЧ. Анализ влияния различных источников шумов на угхэвень фазовых флпстуаций выходного сигнала провед&н на оаюьс лшюшюй мо

дели системы ФАПЧ. что справедливо при условии с£ -$>1 .

Получены представляющие практический интерес выраугния для дисперсии Флюктуация Сазы выходных колебаний систем'ФАПЧ их взаимно-корреляционных Функций а такмэ дисперсия выходной разности Фаз ¿у*.

Формирователь боковых составляющих построен на основе параллельного включения систем ФАПЧР полная спектральная плотность девиации Фазы на выходе которых будет иметь вид , .

где энергетический спектр Фазы сигнала эталонного генератора: - крутизна караетеристики управляющего элемента системы фапч:

¿и/"^ и ^и/со)- энергетические спектры иумов на выходе (Газового

детектора и входе управляющего элемента соответственно: К^Ц- передаточная функция фильтра нижних частот в цепи управления.

коэффициент передачи системы фапч. Взаимно-корреляционная Функция

а дисперсия разности сш, обусловленная Флюхтуациями Фазы эталонного генератора будет^

При последовательном включении систем ФАПЧ. на основе ко~ торго построен блок выделения несущей, спектральная плотность девиации Фазы на выходе первой системы ФАПЧ имеет вид

а на выходе второй системы ФАПЧ "

Взаимно-корреляционная функция

ьо / '¿ОГ

¿со ,

где Щ^со)- коэффициент передачи второй ФАПЧ: Ъ - интервал корреляции. г

Дисперсия выходной разности Фаз определяется

¿¡р^ ■»<$у>, + <5'д>2 - «гд, ,

где <5у - дисперсия Фазы сигнала на первом выходе:

Зг - коэффициент в^имнай корреляции:

5",/ -. дисперсия Фазы сигнала на выходе второй системы САПЧ

(второй выход устройства). Величина = является оценкой потенциальной точности задания Сазэаьк сдвигов.

Разработана структуре построения и проведен анализ точности сгзостазильного регулятора уровня ФЗУ, основанного на принципе дискретизации входных сигналов, схема которого приведена на р^с.3. Здесь 1.3 - устройства выборки-хранения СУВХ): 2 - делитель напряжения СДН). 4.5 - Формирователи строб-импульсов:

6 - генератор тактовых импульсов:

7 - линия задернел СЛЗ):

8 - Сильтр нижних частот СФНЧ):

Пдашип действия сазостгбилъного регулятора уровня заключается в сеедущэн. В персом УВХ входной сигнал дискретизируется. Сигнал с его вьг-гола. проходя через ЛИ,искажается (в силу изменения инерционности последнего при изменении коэффициента ослабления). С целью компенсации погрешности, сигнал с выхода делителя напряжения дискретизируется во втором УВХ в моменты минимальной погреиюсти по амплитуде Аи. выЗоркм в УВХ2 производятся с за-дермсоя t1 С задаваемой ЛЗ ) относительно моментов дискретизации в УВХ1. Далее сигнал через СНЧ поступает на еыход устройства.

Вреьенниз диаграммы, поясняшие принцип работы Фазоста-билшого регулятора уров!£я,приведены на рис.4.

Получены: рыра<енкг определения погрешости Фазостабильного регулятора уровня сигналов г г> 7

¿х! ~тГ ~ г; /

и соотнесение. позволяйте определить коэффициент уменьшения гогсе^ности от использования Фазостабильного регулятора уровня по сравнении с обычным регулятором

° " лг [е-- е-*'/Г*]

глэ г, . - постоянные времени да при различных коэФСициентак ослабления:

¿И - время маьшу вьборками сигнала в УВХ; • ¿У - время задержи момэнтов выборок в УВХ2 относительно еьйорок в УВХ1: // среднее число строб-кипульсов на период сигнала.

Структурная схема Фазостаоильного регулятора уровня

Вт'

* 5 8

5

т

Рис. з

Временные диаграммы работы аазостабильного регулятора уровня

4

%

су

ф

и,

Ш1

Ф

сг

П.

шг

УШ

Рис. 4

Ранее был проведен анализ характеристик синтезируемых сигналов и оценена потенциальная точность ФЗУ при условии, что БО выполнен идеально, и компенсация дополнительных фазовых сдвигов производится полностью. Однако в реальных условиях задание фазовых слйигов определяется мф и точностью обработки состаппяпаих AM - сигнала в БО. В связи с этим проведён анализ Фазоамплитудной погрешности БО, входящего в суммарную погрешность задания фазовых сдвигов как систематическая составляющая. Причиной возникновения ФАЛ устройства является так называемое явление амплитудно-фазовой конверсии , заключающееся в изменении приращения Фазового сдвига в зависимости от уровня входного воздействия. Таким образом, ФАП можно оценить как разницу значений фазпчас-тотных характеристик на данной частоте при различных уровнях входного сигнала. Анализ ФАП проведён с использованием эквивалентной модели нелинейного элемента, основу которого составляет схема Джиаколетто.

Выражение для Фазо-частотной характеристики будет (P(cJ) « axctg [In, КС/"*) / Re К (/to) ] , maKfyty- комплексная передаточная Функция БО. Причём в вырааэние для Х^Цкроме постоянным,входят ещй элементы, параметры которых зависят от уровня сигнала и которые, собственно, вызывает ФАП.

Зависимость коэффициента передачи тока базы для высокочастотный транзисторов кшно аппроксимировать следующим образом

А-А1*^

где j30 - коэффициент передачи тока базы при токе коллектора

1К - 1иА и $ - 0,07+0,3.

Основными параметрами эквивалентной схемы, оказывающими наибольшее влияние на нестабильность фазовой характеристики активного элемента при изменениях уровней входного воздействия, является емкость эмиттера Сэ и проводимость цепи эмиттера За . > Причем, ёмкость эмиттера о9 состоит из барьерной емкости эыиттерного перехода CsS-. const и диффузионной емкости эмиттера

где Я - парамагт> НЭ:

Ър - время ьмзни неосновных носителей: 1К0~ обратный ток коллектора: U ~ входное воздействие.

Нелинейная проводимость дэ имеет следущую зависимость от входного воздействия U

а зависимость коллекторного тока биполярного транзистора от вноиного напряжения имеет вид 1,

оценку величины ФАЛ необходимо производить,используя средние значения параметров эквивалентной схемы. Это можно обеспечить. оценивая приращения нелинейных параметров эквивалентной схемы в зависимости от приращений постоянного тока коллектора.

Четвертая глава, рассмотрены вопросы проведения экспериментальных исследований фзу, основанного на обработке АМ-сигнала с подавленной несушей.

важнейшим параметром ФЗУ является его фазоамплитудная погрешность, характеризующая точность задания фазовых сдвигов при изменении уровня выходного сигнала в заданном динамическом диапазоне. Экспериментальное определение величины ФАП Фазозадашии устройств представляет сложную научно-техническую задачу. В настоящее время отсутствует универсальный метод, который позволяет определять с высокой точностью Фазоамплитудную погрешность ФЗУ. объясняется это отсутствием высокоточной аппаратуры, работала;'?'"; в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигнелоз и в широкой полосе частот. В связи с этим возникает необходимость в создании и развитии таких методов определения фазоамплитудной погрешности, которые не требовали бы дорогостоящих прецизионных Фазометров, калиброванных мер и др. Причем эти методы должны отличаться наглядностью, простотой реализации и высокой достоверностью получаемых результатов измерений.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований, был разработан метод определения фазоамплитудной погрешност! Фазозадапцих устройств с использованием вспомогательного регуля тора уровня с неизвестной фазоамплитудной характеристикой и об разцового фазометра, метод практически не имеет ограничений П'. динамическому и частотному диапазонам. Структурная схема экспе риментальной установки состоит из образцового Фазометра Ф. регу лятора уровня Р и собственно испытуемого образца ФЗУ. причём, выходы ФЗУ подключены к соответствующим входам Ф через Р.

Принцип определения Фазоамплитудной погрешности ФЗУ в заданном динамическом диапазоне сигналов заключается в сравнении показаний образцового фвзоизмерителя ^ фазозадащего устройства.

Фазсстабильный регулятор уровня ОЗУ обеспечивает изменение уровня сигнала во всем динамическим диапазоне, а внешний регулятор Р обеспечивает на входе образцового Фазометра установку номинального уровня сигнала, при котором суммарная погрешность фазометра минимальна. Из структурной схемы эксперимента видно, что при изменении уровня сигнала на выходе 1 ФЗУ во всём динамическом диапазоне амплитуда сигнала на соответствушем входе Ф меняется в пределах лжъ одного дискрета ослабления внутреннего регулятора ФЗУ. К примеру, если весь динамический диапазон сигнала на выходе 1 ФЗУ составляет 60 дБ и перекрывается с шагом 10 дБ. то динамический диапазон входных сигналов Ф будет составлять те же 10 дБ. Таким образом обеспечивается высокая точность определения погрешности задания фазовых сдвигов во всём динамическом диапазоне выходного сигнала.

Разработана схема экспериментальной установки и методика для определения погрешности задания Фазовых сдвигов при Фиксированных уровнях выходных сигналов. Преимуществом данной установки является отсутствие каких-либо образцовых средств, а такте простота в изготовлении и обращении.Вместо фазостабильного регулятора уровня включается последовательно соединённые плавный круговой Фазовращатель ФВП на 360- и дискретный Фазовращатель ФВД на Фиксированный фазовый сдвиг А.У. Для определения погрешности задания фазовых сдвигов при Фиксированным уровнях необходимо провести серию измерений во всем диапазоне задаваемых Фазовых сдвигов - 360- с шгом А У* .

Описанная экспериментальная схема позволяет определять основную погрешность ФЗУ с высокой точностью без привлечения специальных средств, аттестованный по величине вносимого Фазового сдвига. Достигается это тем. что в качестве стабильной меры Фазового сдвига испльзуется С£Л на два положения - 0 и А У . Единственное требование к практической реализации ОВД - это стабильность величины вносимого фазового сдвига АУ. что можно легко реализовать на обычных Фазоврашаших РС-цепочкан.

Для определения нелинейной составляющей суммарной погреш-„ ности южно воспользоваться схемой эксперимента, вхлючащей в себя собственно испытуемый ФЗУ. ступенчатый регулятор уровня РУ1 на два положения - О дВ и регулятор РУ? с яиапачпипм ос-

лабления Д. регулятор РУЗ,аналогичный к/й по диапазону ослаблениями Фазометр Ф, обладавший типовыми точностными характеристи каш и высокой разрешающей способностью. Выход 1 ФЗУ соединён со

сковом 1 Фазометра Ф через последовательно включенные регуляторы РУ1 и РУ2, а выход 2 ФЗУ соединён с соответствующим входом Ф через РУЗ. Все три регулятора уровня могут быть плавными, но для повышения точности проводимых измерения в качестве РУ1 необходимо использовать ступечатый регулятор. Фазометр может быть любого типа, работащий в требуемом диапазоне частот и обладающий достаточной разрешающей способностью.

РУ2 и РУЗ предназначены для поддержания постоянства уровней сигналов на входах Ф вблизи заданного значения.

В приложениях к диссертации приведены: решение некоторых частных задач анализа погрешности: результаты экспериментальных исследований ФЗУ: акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен аналитический обзор существующих ФЗУ. разработана методика предварительного выбора основных узлов ФЗУ, заключавшаяся в комплексной оценке методом весовых коэффициентов.

2. Разработана математическая модель ФЗУ, на основе которой создано ФЗУ повышенной точности, работапцего в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов.

3. Проведен теоретический анализ погрешностей Формирования составляших АМ-сигнала, исследованы основные источники погрешностей, выработаны рекомендации по оптимальному выбору параметров ФЗУ и их узлов.

4. Исследованы погрешности переноса заданных фазовый соотношений с низкой частоты на высокую, получены расчетные выражения для оценки потенциальной точности задания Фазовых сдвигов.

5. Разработан фазостабильный регулятор уровня, основанный на принципе дискретизации входных сигналов, определена Фазоамплитудная погрешность предложенной структуры.

С. разриьотаны методики и структурные схемы по определению основных параметров ФЗУ, проведены экспериментальные исследования образцов разработанных устройств.

Разработанное устройство внедрено,и прошли эксплуатационные испытания в межрегиональном научно-производственном концерне "НЭКСИ" с г. железногорек) и в Томской государственной академии систем управления и радиоэлектроники.

20

личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в следующем:

- предложена методика предварительного выбора ФЗУ повышенной точности в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигналов:

- предложена и исследована математическая модель фзу:

- разработаны и исследованы структуры ФЗУ на основе обработай АМ-сигнала с подавленной несущей:

- проведен анализ основных источников погрешностей разрабо-таннго ФЗУ:

- разработан и исследован Фазостабильный регулятор уровня, основанный на принципе дискретизации входных сигналов:

- предложены кэтодики экспериментальных исследований для определения основных параметров ФЗУ:

- проведены экспериментальные исследования опытных образцов.

По теме диссертации опубликованы следушие работы:

1. Кадиров 0. X., Штарев Н.Н. Анализ точности устройства уменьшения Фазоамплитудной погрешности аттенюаторов // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов (ИКАПП-94): Доклады Третьей Международной конференции,- Барнаул, 1994.- Т.1. Часть2.- С. 86-87.

' 2. Кадиров 0. X.. Штарев Н. Н. Способ уменьшения фазоамплитудной погрешности аттенюаторов // Радиотехнические и информационные системы: Тез. докл. Региональной научно-технической конференции,- Томск: Треком, 1994.

3. Кадиров О. X.. Штарев н.н. Устройство уменьшения фазоамплитудной погрешности атгенюаторов//Проблемы техники и технологии XXI века:. Сб. тез. док. научно-технической конференции с Международным участием.секция информатики.- Красноярск. 1994.-С.51-52.

4. Кадиров о. X.. Штарёв н. н.. "Штов В. с. Фазостабильный регулятор уровня//Известия ВУЗов.-Приборостроение,1996.-N8.-в печ.

5. Кадиров 0.X., Штарев Н.Н., Титов B.C. Фазозадащее устройство с фазостабильным регулятором уровня // Вибрационные машины и технологии: Сб. докладов и материалов 2 научнотехничес-кой конференции.- Курск, КурПУ, 1995.- С. 187-189.

6. Кадиров 0. X.. штарев Н. Н.. Титов В. С. Методика определения Фазоамплитудной погрешности фазозадакших устройств в большом динамическом диапазоне изменения уровня сигнала // Вибрационные машины и технологии: Сб. докладов и материалов 2 научно-технической конференции.-Курск, КУРГТУ, 1995,- С. 130-191.

За-:аз Я 8 Тграк 100 ...........ТАСУР