196513. lajstromszámú szabadalom • Berendezés feszültség mintavételezéssel történő mérésére
3 196513 4 A találmány olyan berendezés feszültség mintavételezés útján történő mérésére, amely különösen széles frekvenciatartományban működő egyedi műszerekben vagy programvezéreit mérőautomatákban alkalmazható. A rádiófrekvenciás feszültségmérők megvalósítására viszonylag kisszámú működési elv ismeretes. A választott működési elv általában megszabja, s ezáltal korlátozza is a mérőberendezés felhasználási területét. A mérőautomatákban történő alkalmazás esetén a GHz nagyságrendű felső határfrekvenciájú mérőkészülékeknél gyors működést, nagy pontosságot, jó időbeli és hőstabilitást kell biztosítani. A mérőautomatákban is felhasználható nagyfrekvenciás programozható feszültségmérő berendezésre kétféle típusú megoldás ismeretes: a detektoros rendszerű és a statisztikus jellegű, inkoherens mintavételezés elvén működő. A kétféle berendezéssel elvben körülbelül azonos mérési frekvenciatartomány érhető el. A detektoros rendszerű berendezések esetében a mérendő nagyfrekvenciás jel diódákból felépített detektor áramkör bemenetére kerül. A detektor áramkör kimenetén megjelenő egyfeszültségű jel, a dióda karakterisztikák miatt, kis bemenő szinteknél a bemenő jel valódi effektiv értékével, nagy bemenő szinteknél pedig a bemenő jel csúcsértékével arányos. A detektor áramkör átviteli karakterisztikája nemlineáris, továbbá átalakítási hatásfoka kis jelszintek felé rohanosan csökken. A detektor áramkör kimenő jelét ezért megfelelő erősítés után egy nemlineáris erősítő bemenetére vezetik. A nemlineáris erősítő a detektor áramkör nemlinearitását kompenzálja töréspontos közelitó áramkör segítségével. A nemlineáris erősítő kimenő jele mérőműszerre, illetve analóg-digitális átalakítón keresztül digitális kijelzésre, vagy számítógép felé további feldolgozásra kerülhet. A fentiekből adódnak a detektoros mérés alábbi hátrányai:- a detektor nemlineáris átviteli karakterisztikáját töréspontos közelítésű nemlineáris áramkörrel kell linearizálni, ami nehézkes, a detektor diódák egyedétől függő beállítást igényel,- kis és nagy bemenő jelszintek esetén a detektor áramkör kimenő jele a bemenő jel más-más paraméterével arányos (valódi effektiv érték, csúcsérték), ezért komplex jelek (pl. zaj) mérésénél a mérés a szint függvényében nem értékelhető ki egyértelműen,- kis bemenő jelszintek esetén a dióda karakterisztikák miatt a detektor átalakítási hatásfoka rohamosan csökken, ezért kb. 200 pV bemenő jelszint alatt a készülék érzéketlen lesz, s ennek eredményeként a legkisebb méréshatárban a készülék nem nullázható, csak nullatartomány adható meg. Az inkoherens mintavételezés elvén működő berendezések működése a következő. A mérendő nagyfrekvenciás jel egy mintavételezó bemenetére kerül. A mintavételező a mérendő jelet egy feszültségvezérelt oszcillátor frekvenciájának megfelelő ütemben, igen rövid ideig egy állandó erősítésű erősítő bemenetére kapcsolja. A mintavételezés pl. néhány 100 ps időtartamú, igy a berendezés teljes frekvenciatartományában az erősítő bemeneti kapacitása a mérendő jel mintavételezés pillanatában felvett pillanatértékével arányos feszültségre töltődik fel, a két mintavételezés között pedig kisül. Az erősítő kimenetén megjelenő impulzussorozat amplitúdója tehát mindig arányos a mintavételezés időpontjában a mérendő jel pillanatértékével. Ha a mintavételezés frekvenciája a mérendő jelhez képest véletlenszerűen változik, azaz a mintavételezés inkoherens, és a mérendő jelből igen nagy számú mintát tudunk venni, akkor a mintavett impulzussor statisztikus jellemzői (csúcs-, átlag-, effektiv érték) megegyeznek a mérendő jel megfelelő értékeivel (statisztikus mintavételezés elve). A véletlenszerű mintavételezés megalósitása úgy történhet, hogy a mintavételezöt vezérlő oszcillátor kimenő jele frekvenciában van modulálva. Ilyen típusú feszültség mérőt ismertetnek a 3 412 331 számú US szabadalmi leírásban. Az inkoherens mintavételezés elvén működő berendezésnek a detektoros típussal szemben az alábbi előnyei vannak:- a mintavételelző átviteli karakterisztikája lineáris, mert állandó amplitúdójú jel vezérli a mintavételezö kapcsolót, s igy az átalakítási hatásfok nem függ a mérendő jel szintjétől,- a bemenő jelszintektől függetlenül a mintavételező kimenő jele a mérendő jel statisztikus paramétereit hordozza, igy komplex jelek (pl. zaj) mérésénél a mérés egyértelműen kiértékelhető,- mivel a soros mintavételező kapcsoló nyitásét a mérendő jeltől független vezérlőjel végzi, a mintavételező átalakítási hatásfoka a mérendő jel szintjétől független, igy a berendezés egyértelműen nullázható. Az inkoherens mintavételezés elvén működő berendezések hátránya azonban, hogy a mintavételezö átalakítási hatásfoka nagymértékben függ a külső hőmérséklettől, ami látszólagos erösítésváltozásként jelentkezik. Ez az érték a diódás detektoros berendezésekre jellemző érték kb. 3-4-szerese. A fenti problémát egy ismert megoldásban úgy küszöbölik ki, hogy a berendezésbe egy belső hitelesitő egységet építenek be, melynek kimenetéhez csatlakoztatva a berenezés bemenetét, az aktuális környezeti hőmérsékleten a berendezés hitelesíthető. Ez a hitelesitő egység lényegében egy nagypontosságú etalon, amely eléggé drága. Előnytelen továbbá ez a megölés mérőautomatában történő alkalmazás esetén, mivel a mérési folyamat időnkénti megszakításával a mérés ideje jelentősen meghosszabbodik. 5 10 15 20 25 30 35 4C 45 50 55 60 65 3
