Д.т.н. Иваницкий А.М., Паску Д.Г.

Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова

измерениЕ  амплитудно-частотных характеристик  систем,  содержащих  реактивные  элементы  при  периодических  экспогармонических Bоздействиях

 

При исследовании новых свойств радиотехнических цепей возникает проблема создания дополнительных установок, позволяющих осуществлять измерение характеристик электрических цепей при использовании новых физических явлений. К таким новым физическим явлениям относится явление выделения активной мощности реактивными элементами при экспофункциональных воздействиях [1, 2]. В работе [3] предложена схема передачи экспофункциональных сигналов по каналам связи. В работе [4] приводится упрощенная схема устройства для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) систем, содержащих цепи первого порядка при периодическом экспосинусоидальном воздействии. Однако в литературе отсутствуют сведения как о подробной структурной схеме, так и о технической реализации такого устройства. Поэтому целью данной работы  является усовершенствование структурной схемы и создание пригодной для практического применения принципиальной схемы устройства измерения амплитудно-частотных характеристик систем, содержащих LС- цепи с потерями при периодических экспогармонических воздействиях.

Приемлемым как с точки зрения обеспечения точности, так и простоты реализации, является устройство измерения АЧХ, построенное по структурной схеме, представленной на рис. 1, где  ГГС – генератор гармонических сигналов, ГПИ – генератор периодической последовательности прямоугольных импульсов, СВЗ – схема временной задержки импульсов на интервал Dt, u1(t) и

u4(t) – сигналы на входе и выходе системы.

Рис.1. Структурная схема устройства измерения АЧХ

 

Поместив исследуемую RLС- цепь в данное устройство, получим систему (обведена пунктиром на рис. 1), АЧХ которой необходимо исследовать. Процессы, происходящие в данной структурной схеме аналогичны процессам, описанным в [3, 4]. Перейдем к реализации структурной схемы, показанной на рис. 1, используя известные схемотехнические решения. Для сборки, испытания и отладки принципиальной схемы устройства использована среда моделирования Multisim. Полученная принципиальная схема устройства представлена на рис. 2. 

Приведем краткое описание принципиальной схемы устройства. Аналоговые перемножитель 1 (U1), перемножитель 2 (U2)  и делитель (U8) реализованы на интегральных микросхемах AD734AN, имеющих погрешность работы не более 1% [7]. Формирователь 1 (U4, U1) и полностью идентичный ему формирователь 2 (U7, U8) реализованы на операционных усилителях  LM741CN [5] и частично на интегральных микросхемах AD734 [7]. Схема временной задержки сигналов (U5, U6) реализована на двух аналоговых таймерах  LM555CN [8]. Источник опорного напряжения в один вольт (U3, R9, R10, R11) реализован с помощью резистивного делителя и повторителя на операционном усилителе  LM741CN [7].

Рис. 2. Принципиальная схема устройства измерения АЧХ

 

В качестве ГГС (V1) может быть использован генератор сигналов низкочастотный Г3-112. В качестве ГПИ (V4) должен быть использован генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью и стабильностью частоты не хуже 10-3. Входом системы, АЧХ которой необходимо исследовать, является вывод 1 (U1). Выходом  является вывод 12 (U2), к которому подключается осциллограф XSC1. С целью исключения сбоев в работе Multisim рекомендуется схему временной задержки сигналов заменить при моделировании на генератор, идентичный ГПИ (V4), задав в нем задержку ∆t. Проведем с помощью данного устройства измерение амплитудно-частотной характеристики фильтра нижних частот (ФНЧ) с потерями (C1, R4, L2, R5, С3, R6). Значения элементов ФНЧ [9] следующие: C1 = 53,25 нФ,  L2 = 11,32 мГн, C3 = 53,25 нФ. Пусть сопротивление потерь R4 = 8,83 кОм, сопротивление потерь R5 = 24 Ом, сопротивление потерь R6 = 8,83 кОм.  Тогда, согласно [2]   l = R5/L2 = 1/(R4C1) = 1/(R6C3) =  2128.  Отсюда определим τ = 1/l = 0,47 мс. Значение τ необходимо знать для расчета элементов интегрирующих RC- цепей (R14C5 и R18C10) в формирователях периодической последовательности импульсов вида Ue-lt [5].  Изменяя частоту генератора V1 и подстраивая величину ∆t с помощью R15, получаем  на осциллографе XSC1 осциллограммы, по которым измеряем значение U4m.

С помощью имеющегося в Multisim устройства измерения АЧХ при гармоническом воздействии (Bode Plotter) получены графики АЧХ ФНЧ без потерь (рис. 3) и АЧХ  ФНЧ с потерями (показан сплошной линией на  рис. 4) при гармоническом воздействии. Пунктиром на рисунке 6 показан график АЧХ ФНЧ с потерями при экспогармоническом воздействии. Данный график построен по точкам, вычисленным по результатам измерений, полученным с помощью предложенной принципиальной схемы устройства измерения АЧХ.


Проанализируем полученные результаты. Вследствие компенсации потерь в реактивных элементах при применении периодических экспогармонических сигналов АЧХ системы, содержащей LС- цепь с потерями, совпадает с АЧХ  LС- цепи без потерь.  

Таким образом, в данной работе создана пригодная для практического применения принципиальная схема устройства измерения амплитудно-частотных характеристик систем, содержащих LС- цепи с потерями при периодических экспогармонических воздействиях. Проведено измерение амплитудно-частотной характеристики фильтра нижних частот с потерями при гармоническом и экспогармоническом воздействии, подтверждающее существование явления выделения активной мощности реактивными элементами при экспогармоническом воздействии. Данное явление может быть использовано для улучшения амплитудно-частотных характеристик  LC- фильтров.

 
Литература

 

1.     Іваницький А.М. Явище виділення активної потужності реактивними елементами електричного кола / Диплом на відкриття НВ №3, зареєстровано 12.01.99; пріоритет від 31.11.94// Винахідник України. – 1999, №2.– 2000, №1.– С.121-126.

2.     Иваницкий А.М. Реактивные элементы при  экспофункциональных воздействиях // Информатика и связь: Сб. науч. тр. Укр. госуд. акад. связи им. А.С. Попова. – Одесса. – 1996. – № 1 – С. 236 - 240.

3.     Иваницкий А.М. Применение экспофункциональных воздействий в электросвязи и электроэнергетике  // Наукові праці УДАЗ ім. О.С. Попова. – Одесса. – 1999. – № 2 – С. 53-57.

4.     Паску Д.Г. Исследование амплитудно-частотных характеристик систем, содержащих цепи первого порядка при периодическом экспосинусоидальном воздействии  // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова. – Одесса. – 2005. – № 1.­ – C. 88 – 91.

5.     Іваницький А.М., Паску Д.Г. Формувач періодичної послідовності імпульсів виду Ue-lt / Заявка №  u200511920  від 12 грудня 2005 р. ).

6.     Іваницький А.М., Паску Д.Г. Система формування періодичних послідовностей імпульсів виду Ue-lt і виду Uel(t-∆t). Заявка на деклараційний патент, відправлено 28.02.2006 р.

7.     Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. –  М.: Издательский дом "Додэка – XXI",  2005. – 528 с.

8.     Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – 572 с.

9.     Добротворский И.Н. Теория электрических цепей: Учебник для техникумов. – М.: Радио и связь, 1989. – 472 с.