SU1091085A2 - Устройство дл измерени кратковременной нестабильности частоты - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ по авт.св. № 779896, о т л и ч а ющ е е с   тем, что, с целью повьшени  точности измерени , в него введены последовательно соединенные детектор , усилитель посто нного тока, триггер , ключ и блок управлени , а также последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второй вход фазового детектора - с входом детектора и выходом умножител , второй вход которого подключен квыходу эталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выход блока управлени  - с входом опорного генератора.

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике. По основному авт.св. № 779896 известно устройство дл  измерени  крат ковременной нестабильности частоты, содержащее частотомер, последователь но соединенные опорный генератор, смеситель, умножитель,последовательн соединенные синхрогенератор, кипп-; реле и ключ последовательно соедине ные первый генератор задержанных импульсов , первый временной селектор и второй временной селектор, а также второй генератор задержанных импульсов , вход которого подключен к первому выходу синхрогенератора, второй выход последнего соединен с входом пер вого генератора задержанных импульсов , при этом выход второго генератора задержанных импульсов подключен к второму входу второго временного селектора, вьпсод которого соединен с первым входом частотомера, второй вход последнего подключен к выходу первого временного ceлeктopaj второй вход которого соединен с выходом умножител  tl Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерени  кратковременной нестабильности частоты , про вл ющуюс  в том, что при измерении кратковременной нестабильности частоты после окончани  переходного режима установлени  колебани накладываетс  нестабильность частоты обусловленна  медленньми ее уходами за счет вли ни  окружакнцей температу ры и нестабильности питающего напр ж нй  на исследуемый кварцевый генератор . Кратковременна  нестабильность частоты, измеренна  с задержкой посл момента подачи питающего напр жени  на исследуемый кварцевый генератор, складываетс  из самой кратковременно нестабильности частоты, обусловленно различными шумовыми характеристиками генератора, и из нестабильности част ты, обусловленной температурным вли  нием и изменением питающего напр жени  на элементы кварцевого генератора. Цель изобретени  - повышение точности измерени  кратковременной наст бильности частоты. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерений кратковременной нестабильности часто ты, содержащее частотомер, последовательно соединенные опорный генератор , смеситель, умножитель, последовательно соединенные синхрогенератор, кипп-реле и первый ключ, последовательно соединенные первый генератор задержанных импульсов, первый временной селектор и второй временной селектор , а также второй генератор задержанных импульсов, вход которого подключен к первому выходу синхрогенератора , второй выход последнего -соединен с входом первого генератора задержанных импульсов, при этом выход второго генератора задержанных импульсов подключен к второму входу второго временного селектора, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход последнего подключен к выходу первого временного селектора, второй вход которого соединен с выходом умножител , введены последовательно соединенные детектор, усилитель посто нного тока (УПТ), триггер, ключ и блок управлени , а также последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второй вход фазового детектора соединен с входом детектора и выходом умножител , второй вход которого подключен к выходу эталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выход блока управлени  соединен с входом опорного генератора. На чертеже изображена схема устрой ства . Синхрогенератор 1 соединен с входом кипп-реле 2, выход которого соединен с первым входом первого ключа 3, к второму входу последнего подсоединен источник 4 питани , выход ключа 3 подключён к исследуемому генератору 5, выход которого подсоединен к первому входу смесител  6, к второму входу последнего подсоединен выход опорного генератора 7, выход смесител  6 через умножитель 8 подключен к первому входу первого временного селектора 9, выход которого подключен к первому входу частотомера 10, первый выход синхрогенератора 1 через генератор 11 задержанных импульсов подключен к второму входу первого временного селектора 9, второй выход синхрогенератора 1 через последовательно соединенные генератор 12 задержанных импульсов, второй временный , селектор 13 подсоединен к второму входу частотомера 10, выход первого временного селектора 9 соединен с вт рым входом второго временного селектора 13, выход умножител  8 соединен с входом последовательно соединенной цепочки, состо щей из детектора 14, усилител  15 посто нного тока (УПТ), триггера 16 и второго ключа 17, второй вход ключа 17 соединен с выходом фазового детектора 18, первый вход которого соединен с выходом умножите , л  В, а второй вход фазового детекто ра 18 соединен с выходом эталонного генератора 19, выход которого также соединен с вторым входом умножител  8, выход ключа 17 через блок 20 упра лени  соединен с входом опорного генератора 7, второй вход триггера 16 соединен с вторьм выходом синхрогенератора 1. Устройство работает следующим образом . Запускающий импульс с синхрогенератора .поступает на кипп-реле 2, генераторы 11 и 12 запускающих импульсов и второй вход триггера 16. Киппреле 2 формирует бланкирующий импуль который открывает ключ 3. Через последний напр жение питани  с источника 4 питани  поступает на исследу мый генератор 5. Длительность бланки рующего импульса с кипп-реле 2 определ ет врем , в течение которого напр жение питани  с источника 4 питани  через ключ 3 подаетс  на исследу мый генератор 5. Длительность бланки рующего импульса устанавливаетс  на кипп-реле от 0,5 с и более. Запускаю щий импульс с синхрогенератора 1 запускает триггер 16, импульс с которо го (с уровнем логической единицы) / поступает на ключ 17 и закрывает era I Сигнал с исследуемого генератора 5 поступает на смеситель 6, где смешиваетс  с сигналом опорного генератор 7. Выходной сигнал разностной частоты со смесител  6 многократно умнот жаетс  умножителем 8 после смещени  с частотой от эталонного генератора 19. Сигнал с умножител  8 поступает параллельно на вход фазового детектора 18, детектора 14 и временного селектора 9. На второй вход фазового детектора поступает сигнал с эталонного генератора 19. С выхода фазового детектора 18 сигнал поступает на второй вход ключа 17. Сигнал с фазового детектора не проходит на выход ключа 17, следовательно не измен етс  емкость варикапа в блоке 20 управлени  частоты при наличии выходного импульса с уровнем логической единицы с триггера 16. Опорный генератор 7 при отключении по выходу фазового детектора 18 от блока 20 управлени  частоты работает на средней частоте, определ емой средним значением емкости варикапа блока 20 управлени  частоты. На выходе детектора 14 вьщел етс  огибающа  переходного процесса (уста новлени  колебаний) исследуемого генератора 5, котора  усиливаетс  УПТ 15и поступает на первый вход триггера 16. Как только нарастанмций по амплитуде сигнал на выходе УПТ 15 достигает установившегос  значени  на первом входе триггера 16 триггер перебрасываетс  в состо ние логического нул , ключ 17 открываетс  и сигнал с фазового детектора 18 поступает на блок 20 управлени  частоты, в результате чего измен етс  средн   емкость варикапа в блоке 20 управлени  частоты и измен етс  частота опорного генератора 7 под изменение частоты иссле дуемого генератора, изменение которой произошло в результате воздействи  окружающей температуры или за счет изменени  напр жени  источника 4 питани . Детектор 14, УПТ 15, триггер 16и ключ 17 выполн ют роль задержки включени  кольца фазовой подстройки частотыопорного генератора 7, когда кратковременна  нестабильность частоты измер етс  во врем  переходного процесса установлени  колебаний исследуемого генератора 5. Роль кольца фазовой подстройки частоты особенно существенна, когда измерение кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора производитс  через большое врем , после включени  источника питани , а кратковременна  нестабильность оцениваетс  за довольно большое врем  измерений (1-3 с). Селектор 9 пропускает сигнал на первый вход частотомера 10 при наличии импульса с генератора 11 на втором входе временного селектора 9. Сигнал на втором входе частотомера 10 поступает при наличии импульса на втором входе временного селектора 13 с генератора 12 задержанных импульсов. Измен   задержку импульсов с генераторов 11 и 12 задержанных импульсов относительно импульса с синхрогенератора 1, можно проводить измерени  кратковременной нестабильности часто ты от момента подачи напр жени  пита ни  на исследуемый генератор 5 до ег выключени . Врем  усреднени  (измерени ) частоты устанавливаетс  на частотомере, Частотомер может вьщавать информацию в виде отсчетов, соответствующих началу и концу времени измерени , за которое определ етс  кратковременна  нестабильность часто ты. В качестве частотомера может быть использован частотомер реверсивного типа. Предлагаемое устройство позвол ет повысить точнЬсть измерени  кратковременной нестабильности после окончани  переходного процесса установле ни  колебаний исследуемого генератор за счет того, что медленные уходы частоты исследуемого генератора, обусловленные воздействием окружающе температуры и нестабильностью напр жени  источника питани , выбираютс  кольцом фазовой подстройки частоты. Которое подстраивает частоту опорног генератора 7 под частоту исследуемог генератора 5. Кольцо фазовой подстройки частоты имеет временную задерж ку по его включению, равную дпительности переходного процесса установлени  колебаний исследуемого генератора , и таким образом не вли ет на измерение кратковременной нестабильности частоты при установлении колебанки исследуемого генератора. По сравнению с базовым прибором, предлагаемое устройство позвол ет повысить точность измерени  кратковре менной нестабильности частоты после окончани  процесса установлени  колебаний исследуемого генератора за счет исключени  медленных уходов частоты исследуемого генератора,обусловленных воздействием окружающей температуры и нестабильностью напр жени  источника питани . Медленные . уходы частоты в устройстве за счет дестабилизирующих факторов выбираютс  кольцом фазовой подстройки частоты, которое включаетс  после установлени  амплитуды колебаний исследуемого генератора . Задержка включени  фазового детектора выполн етс  с .помощью детектора , УПТ, триггера и второго ключа . В известном устройстве использован компараторный умножитель частоты 85« типа 47-12. Погрешность измерени  длительности периода частотомером определ етс  известным выражением ±(jJotJk п-Тх относительна  нестабильность где УО частоты эталонного кварцевого генератора (дл  стандарта частоты типа 41-40 t Ю); период повторени  меток времени (дл  частотомера ЧЗ-34А f 100 МГц, т.е. TO 0,01 мкс); длительность периода измер емой частоты; множитель периода, устанавливаемый на частотомере. Погрешность измерени  длительности периода частотомером ЧЗ-34А сигнала частотой f, 10 кГц ( мкс), поступающего с выхода компаратора частоты 47-12, равна « - Тб5Таким образом, абсолютна  погрешность измерени  частоты 10 кГц с выхода компаратора частоты 47-12, измеренна  частотомером 43-34А, равна и-Л 10 .10 ± 1 Гц С учетом коэффициента умножени  N компаратора частоты и при измерении одного периода выходной частоты с компаратора относительное значение погрешности измер емой частоты составл ет , c/. fo где fp- частота сигнала исследуемого кварцевого генератора; N - коэффициент умножени  компараторного умножител . Среднеквадратична  относительна  погрешность измерени  периода по перому и второму входам частотомера опедел етс  вьфажением e«±HdfT7j. Так дл  исследуемого кварцевого генератора с частотой 170 МГц и при N 10 ± 0,85-10

Медленные уходы частоты исследуемого кварцевого генератора определ ютс  изменением окружающей температуры и нестабильностью напр жени  источника питани .. Так, например, если температурный коэффициент частоты генератора i 2 х на , то при изменении окружающей температуры на ± (0,01 - 0,р01)с за 1 с относительный уход частоты исследуемого кварцевого пвнератора составл ет + 2(10 iO ). При изменении напр жени  источника питани  на ±5% от номинального значени  относительные уходы частоты составл ют ±(1-5) х 10 . При нестабильности источника питани  +0,05% за 1 С относительные уходы частоты составл ют + (1-5) х 10.

Из приведенных расчетов относительных уходов частоты за счет изменени  температуры и питающего напр жени  видно, что медленные уходы частоты превышают разрешающую способность измерени  кратковременной нестабильности частоты (±0,85 х 10 ) устройства и не позвол ют с достаточной точностью измерить кратковременную нестабильность частоты исследуемого генератора, обусловленную шумовыми характеристиками исследуемого генератора. Кроме того, наличие медленных уходов частоты у исследуемого кварцевого генератора не позвол ет использовать компараторный умножитель

частоты при больших коэффициентах умножени  N. Абсолютный уход частоты исследуемых генераторов дл  умножителей типа Ч7-5, 47-12 св зан с коэффициентом умножени  компаратора следующей зависимостью:

J 1000 Гц,

где Д - абсолютный уход частоты

исследуемого генератора от номинального значени ; N - коэффициент умножени  компаратора .

«Таким образом, при коэффициентах умножени  10 , 10 уход частоты от номинального не должен превьш1ать ± 1 Гц, что .невозможно выполнить , при измерении кратковременной нестабильности у генераторов со сремей . нестабильностью частоты ± 5(10 -10 ) без посто нной подстройки частоты опорного генератора. Введение фазового кольца подстройки частоты опорного генератора, которое включаетс  после установлени  колеба:ний исследуемого генератора, позвол ет повысить точность измерени  кратковременной нестабильности частоты за счет исключени  из результатов измерени  медленных уходов частоты исследуемого генератора и использовани  больших коэффициентов умножени  компараторного умножител .

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ по авт.св. » 779896, ό т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные детек- тор, усилитель постоянного тока, триг· гер, ключ и блок управления, а также последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второй вход фазового детектора - с входом детектора и выходом умножителя, второй вход которого подключен к выходу эталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выход блока управления - с входом опорного генератора.

   1 1091085 2