Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Промышленные интегральные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40 41 42 43 44 45

Глава 9

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

В РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЕ

Измерительная аппаратура является наиболее высококачественной аппаратурой в технике связи. Действительно, измерительные приборы должны иметь значения параметров более высокие, чем значения измеряемых параметров. Эталоны частоты и времени, высококачественные генераторы, измерители напряженности поля, высокочастотные микровольтметры, измерительные микрофоны - все эти и многие другие измерительные приборы часто имеют предельно достижимые электрические параметры. Поэтому внедрение ИС в измерительную аппаратуру свидетельствует о том, что главное преимущество применения ИС - это возможность улучшения технических характеристик устройств.

Как и в предыдущих главах рассмотрим отдельные вопросы проектирования на примерах устройств, в которых использованы ИС наиболее удачно и наглядно. Одним из примеров такого устройства является магнитометр - прибор для измерения постоянной составляющей магнитного поля. Структурная схема современного магнитометра показана на рис. 9.1 [68].


Рис. 9.1. Структурная схема магнитометра

Остановимся более подробно на функциональной схеме такого прибора. Датчик Д (феррозонд второй гармоники) находится под воздействием переменного магн1гтного поля возбуждения от генератора возбуждения ГВ и измеряемого постоянного или инфраннзкочастотного магнитного поля Явх. Из спектра ЭДС на выходе датчика с помощью избирательного усилителя ИУ выделяется и усиливается сигнал второй гармоники. Последний выпрямляется синхронным детектором СД, опорным напряжением для которого является напряжение удвоенной частоты, поступающее от генератора (удвоителя УД) ГВ.

Постоянная составляющая выходного сигнала после синхронного детектора через фильтр низкой частоты ФНЧ поступает в цепь отрицательной обратной связи ООС, в которую последовательно включены индикатор тока и резистор R. Ток в цепи обратной связи создает в датчике поле компенсации с напряженностью Яо.с, направленное навстречу Нвх, при этом показания индикатора пропорциональны измеряемому магнитному полю. Глубокая отрицательная обратная связь, охватывающая все узлы прибора, обеспечивает высокую точность, независимость показаний от изменения параметров элементов и широкий динамический диапазон. Достигнутые электрические показания каждого узла обеспечиваются использованием в них универсальных ИС [69].

В качестве примера другого измерительного прибора приведем структурную схему устройства для интегрального контроля качества радиоприемников [57]. Прибор предназначен для измерения одного параметра - коэффициента суммарных искажений вместо 10-15 основных параметров приемника, в число которых входят уровень шума, селективность по соседнему и другим каналам приема, коэффициент гармоник, неравномерность частотной характеристики, уровень фона. На рис. 9.2 показана структурная схема прибора. Низкочастотный модулирующий полезный сигнал формируется звуковыми генераторами /, суммируется в 2 и подается на генератор высокой частоты полезного сигнала 3. Низкочастотный модулирующий сигнал помехи формируется звуковыми генераторами 4 и подается к генераторам высокой частоты 5, настроенным на ча-



стоты мешающих каналов приема. Блоки 1-5 образуют таким образом генераторную часть устройства.

Измерительную часть устройства составляют выпрямители 6, на которые подаются напряжения со звуковых генераторов 1, и выпрямители 5, на которые подаются напряжения тех же частот, но выбранные из выходного напряжения приемника с помощью фильтров 7. В квадраторах 9 образуется напряжение.


ник

Рис. 9.2. Структурная схема устройства для интегрального контроля качества радиоприемников:

1 - генераторы низкой ча стоты полезного сигнала, 2 - сумматор, 3 - генератор высокой частоты полезного сигнала, 4 - генераторы низкой частоты помехи. 5 - генераторы высокой частоты помехи. 6 - выпрямители тест-сигнала, 7- полосовые фильтры, 8 - выпрямители полез-Е1ых сигналов выходного напряжения, 9 - квадраторы, 10 - инвертор, Л - сумматор. 12 - квадратор. 13 - измерительный прибор

пропорцпопальное квадрату разности выпрямленных в выпрямителях 6 я 8 напряжений одних и тех же частот. Сумма напряжений, действующих на выходах квадраторов, обусловлена искажениями частотной характеристпкп. В сумматоре и складываются выходное напряжение приемника, инвертированное в фильтрах 10, и неинвертированные напряжения составляющих частот модуляции полезного сигнала. Фактически в сумматоре И происходит компенсация составляющих полезного сигнала в суммарном выходном сигнале. На выходе квадратора 12, подключенного к сумматору 11, будет действовать напряжение, обусловленное действием шумов, нелинейнымп искажениями, проникновением частот мешающих сигналов и других помех. Сигналы с выходов всех квадраторов суммируются в сумматоре 13, к которому подключен стрелочный прибор 14. Показания прибора соответствуют суммарным искажениям сигнала в испытуемом приемнике.

Рассмотрим также структурную схему прибора для оценки нелинейных и шумовых свойств радиоприемных устройств, разработанного под руководством Б. М. Богдановича. Прибор измеряет коэффициент перекрестных искажений, коэффициент блокирования и соотношение сигнал/шум. Схему прибора можно разбить на четыре канала.

Общим для всех измерений является канал управления, схема которого показана на рис. 9.3а. На вход канала управления подается сигнал с выхода измеряемого приемника, содержащий либо полезную составляющую с частотой 1000 Гц, либо мешающую составляющую с частотой 400 Гц, либо составляющие шумов. Канал управления создает строго определенное напряжение полезного сигнала при изменении входного сигнала в широких пределах, что позволяет, подавая на индикатор измерительных каналов продукты помехи, отградуировать шкалу индикатора в величинах, соответствующих отношению помехи к сигналу.

В канале управления входное напряжение после повторителя поступает на регулируемый усилитель, затем через другой повторитель на полосовой фильтр с резонансной частотой 1000 Гц, детектор и усилитель постоянного тока, выходное напряжение которого управляет усилением регулируемого усилителя. По-



строение канала управления напоминает построение магнитометра. Как и в магнитометре, отрицательная обратная связь охватывает почти весь канал, обеспечивая необходимую точность и стабильность. При изменении входного сигнала на 20 дБ напряжение, подаваемое в каналы измерения U, изменяется менее чем на 1,5%. На вход канала измерения перекрестных искажений подает-

Павтош-\ тель

Повтощ-тель

Рис. 9.3. Структурная схема прибора для оценки нелинейных и шумовых свойств радиоприемных устройств: а - канал управления, б - канал измерения перекрестных искажений

Сипхронный. I ГУ( детентр \ y J

пвр

Г

400 Гц

Кмодултар!/

ся сигнал и из канала управления. В режекторном фильтре (рис. 9.3о) подавляются составляющие полезного сигнала с частотой 1000 Гц, оставшиеся составляющие усиливаются в масштабном усилителе и подаются на синхронный детектор.

Управляющее синхронным детектором напряжение подается с генератора частоты 400 Гц. Напряжение с этого же генератора модулирует помеху, вызывающую измеряемые перекрестные искажения. Пройдя через фазовращатель и ограничитель, управляющее напряжение поступает на синхронный детектор. На выходе синхронного детектора включен индикатор, отградуированный в единицах коэффициента перекрестных искажений. Аналогично построены канал измерения соотношения сигнал/шум и канал измерения коэффициента блокирования.

Функциональные узлы, входящие в схемы рассматриваемых измерительных приборов, не охватывают всех возможных случаев применения ИС в измерительной аппаратуре, тем не менее описанные ниже примеры должны показать общий характер усовершенствований при использовании ИС.

Как и в предыдущих главах, для некоторых функциональных узлов либо приводятся и другие возможные решения, либо обсуждаются пути дальнейшего улучшения схемы.

9.1. Генераторы

Генераторы прямоугольных импульсов. Для питания обмоток возбуждения магнитометра феррозонда может использоваться напряжение в виде прямоугольных импульсов со скважностью 0,5. Простые генераторы прямоугольной формы легко реализуются на одном ОУ (см. гл. 2). На рис. 9.4 показана улучшенная схема мультивибратора [3], в которой возможна регулировка симметрии колебаний. В этой схеме резисторы в цепи обратной связи заменены регулируемыми источниками тока. Тем не менее для магнитометра схема, приведенная на рис. 9.4, не подходит, так как современные ОУ не могут обеспечить требуемой мощности. Кроме того, необходимо, чтобы в схеме генератора был дополнительный выход с напряжением удвоенной частоты. Это на-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40 41 42 43 44 45