Устройство для измерения добротности колебательных контуров

Устройство для измерения добротности колебательных контуров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержап1ее последовательно соединенные клеммы для подключения колебательного контура, фазосдвигающий блок и первый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом частотомера, отличающееся тем, что, с целью повьппения быстро действия , в него введен суммирующий блок, зыход которого соединен с одной из клемм для подключения колебательного контура, первый вход - к выходу первого усилителя-ограничителя, и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом ч суммирующего блока, а вход второго, (Л усилителя-ограничителя соединен с другой клеммой для подключе1шя колес: бательного контура.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (41) 4р!) G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ П=НИЯ

К ASTGPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTtlA (21 ) 36619 29/24- 21 (22) 11. 11. 83 (46) 30. 04. 85, Бюл. № 16 (72) В. А. Тукай, А. Г. Варакомский и В. В. Рыжаков (53) 621. 317 ° 73(088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 970264, кл. G 01 R 27/26, 01. 08. 82.

2. Новый автоматизированный метод измерения абсолютной добротности резонатора. А new automated absolute

Q-measuring method. Akyel С., Bosisio R. G. "EEMTiC, 81. Elec. and

Electron Меапз and Test instrum.

Conf. and Ехра, Îttawa, Sept 22-24, 1981 Dig "102-110,1,РЖ "Метрология"

¹ 88,, 11 998822, УДК 621. 317. 337, 8. 32. 1046 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержащее последовательно соединенные клеммы для подключения колебательного контура, фазосдвигающий блок и первый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом частотомера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен суммирующий блок, выход которого соединен с одной из клемм для подключения колебательного контура, первый вход — к выходу первого усилителя-ограничителя, и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом суммирующего блока, а вход второго усилителя-ограничителя соединен с другой клеммой для подключения колебательного контура.

1153303 2

Изобретение относится к радиоизмерительной технике: .1ожет быть использовано для измерения добротности, тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и индуктивности. 5

Известно устройство для измерения добротности,,основанное на измерении отношения напряжений, содержащее уснлитель, в цепь положительной обратной связи которого включены колебательный контур и фазосдвигающее устройство„ блок отношения напряжений, своими входами подключенный и араллельно колебательному контуру и частотомер для контроля частоты сигнала в 15 контуре (1) . Однако источником сигнала для контура в известном устройстве служит не отдельный генератор, а самоваэбуждающийся на резонансной частоте контура усилитель. Кроме 20 того, известному устройству присуща низкая точность измерения добротности из-за нелинейности блока отношения напряжений, несинусоидальности сигналов, частотной зависимости коэффициентов передачи элементов развязки колебательного контура от остальной схемы. Из-за возрастания погрешности блока отношения напряжений при уменьшении уровней сигна- ЗО лов на его входах устройство особенно малоэффективно при малых уров-. нях сигнала на измеряемом объекте.

Режим малого сигнала необходим при измерении параметров нелинейных

3S элементов, т. е. элементов, параметры которых зависят от приложенного к ним. напряжения или протекающего через них тока, Наиболее близким к предлагаемому 1б является устройство для измерения добротности, основанное на выделении полосы прапускания колебательного контура, содержащее последовательно соединенные колебательный контур, фазосдвигающий блок, усилитель, выходом подключенный к входу колебательного контура, а также частотомер для контроля частоты сигнала и подключенный к его выходу вычислительный блок (2) .

Место подключения частотомера в данном устройстве не влияет на работоспособность и обеспечение тачностных характеристик данного устройства, частотомер может быть подключен как к выходу колебательного контура, так и к другим узлам устройства (к усилителю или фазосдвига= ющему блоку) .

В устройстве отсутствует сложный узел - блок отношения напряжений, а добротность, как и частота, определяется исходя иэ показаний частотомера, При апределечии полосы пропускання контура в данном устройстве получают ряд частот возбуждения (меняя фазовый сдвиг в фазасдвигающем блоке) при каждом из многих задаваемых коэффициентов усиления усилителя.

На этот процесс, а также на измерение полученных частот частотомером и анализ полученных результатов в вычислительном устройстве, затрачивается большое время, вследствие чего устройство имеет низкое быстродействие (до 20 с).

Для получения приемлемой точности измерения полосы пропускания контура, а следовательно и добротности, программируемый аттенюатор и фаэосдвигающий блок в устройстве должны иметь высокие разрешающие способности..В условиях больших диапазонов измерения коэффициента передачи программируемага аттенюатора и фазового сдвига в фаэосдвигающем блоке эти требования усложняют аттенюатор и фаэасдвигающий блок., а следовательно и все устройство в целом.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее последовательно соединенные кле:.<"ы для подключения колебательного контура, фаэосдвигающий блок и первый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходам частотомера., введен суммирующий блок„ выход которого соединен с одной из клемм для подключения колебательного контура, первый вход— к выходу первого усилителя-ограничителя„ и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом суммирующего блока, а вход второго усилителя-ограничителя соединен с другой клеммой для подключения колебательного контура.

115ЗЗОЗ 4 ля 6, суммирующего блока 8 по входу 7;

Q — добротность контура 1. н- По мере нарастаний амплитуды . автоколебаний усилитель-ограничитель

6 вступает в режим ограничения и его коэффициент усиления уменьшается.

Уменьшение коэффициента усиления усилителя-ограничителя 6 происходит

10 до тех пор, пока в схему не поступит режим установившися автоколебаний, при котором выполняется условие

На чертеже представлена структурная схема устройства, Устройство содержит последователь ный колебательыый контур 1, образова ный последовательным соединением катушки 2 индуктивности и конденсатора

3, фазосдвигающий блок 4 и второй усилитель-ограничитель 5, которые входами подключены к выходу контура

1, первый усилитель-ограничитель 6, посредством которого выход фазосдвигающего блока 4 подключен к входу 7 суммирующего блока 8, выходом подсоединенного к входу контура 1, ключ 9, посредством которого выход усилителя- 15 ограничителя 5 подсоединен к входу 10 суммирующего блока 8, частотомер 11, входом подключенный к выходу усилителя-ограничителя б, и вычислительный блок 12, входом подсоединенный к выходу частотомера 11.

Связь. вход частотомера И вЂ” вход усилителя-ограничителя 6 некритична для предлагаемого устройства и частотомер ll для контроля частоты 25 сигнала может быть подключен также к другим узлам устройства, например к контуру 1, фазосдвигающему блоку

4, усилителю-ограничителю 6.

Устройство работает следующим 30 образом.

В первоначальный момент времени ключ 9 находится в разомкнутом состоянии. При обеспечении амплитуд- . ного и фазового. условий самовозбуя; 35 дения происходит самовозбуждение замкнутой цепи: контур 1, фазосдвигающий блок 4, усилитель-ограничитель 6, суммирующий блок 8 на резонансной частоте контура 1, при 40 которой выходное напряжение контура

1 отстает по фазе от его входного напряжения на четверть периода.

1

Добротность контура 1 вычисляется в вычислительном блоке 12 исходя из

45 значении частот Е и f л. При измерении больших добротностей расчетная < формула для добротности имеет вид

112 fî л

Q U f7f2

50 о где 11„11 — амплитуда основных гармоник иапряжеиий вводимых в контур 1 с усилителей-ограничителей 5 и

6 соответственно. ,При соблкдении равенства U =U (которое легко выполнить задавая одинаковые уровни ограничения усиВыполнение фазового условия самовозбуждения на резонансной частоте контура 1 обеспечивается выбором необходимого фазового сдвига в фазосдвигающем блоке 4, а амплитудных выбором коэффициента усиления усилителя-ограничителя 6 исходя иэ условия

KQ > 1, (1) где К вЂ” суммарный коэффициент передачи на частоте, совпадающей с резонансной частотой контура фазосдвигающего бло1 ка 4, усилителя-ограничите-) KQ = 1. (2)

Применение режима ограничения в усилителе-ограничителе 6 (т. е. режима, при котором усилитель-ограничи тель 6 имеет нелинейную характеристику) позволяет получить устойчивость автоколебаний по амплитуде в широкой полосе частот и при большом диапазоне изменения добротности контура.

После измерения резонансной частоты f контура 1 частотомером 11 ключ 9 замыкается.

При фазовом сдвиге, вносимом усилителеь-огриплчителем 5 и суммирующим блоком 3 по входу 10 равным нулю или кратным 29, в контур 1, через замкнутый ключ 9 и. суммирующий блок 8 с усилителя-ограничителя

5 дополнительно поступает напряжение по фазе, совпадающее с напряжением на выходе контура i. Под воздействием данного напряжения частота возбуждения автогенераторной цепи уменьшается и становится равной fl.

После прекращения переходных процессов в схеме, обусловленных замыканием ключа 9, частотомером ll измеряется частота f .

1153303 (6) лителей-ограничителей 5 и б) формула (3) принимает вид о 1

В предлагаемом устройстве изменять 5 частоту возбуждения автогенераторной цепи можно не только в сторону уменьшения частоты, но и в сторону резонансной характеристики, т. е. в сторону увеличения частоты. Для этого не- 10 обходимо, чтобы суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем-ограничителем 5 и суммирующим блоком 8 по входу 10, бып равным или кратным

В этом случае после замыкания клю- 1Б ча 9 частота возбуждения становится равной f, и добротность при U =U определяется исходя из формулы

Х j f p () 2o о или более простой формулы

fo к -

В предлагаемом устройстве при измерении добротности контура в отличие от известного не требуется получения и измерения большого количества частот возбуждения автогенераторной цепи, поэтому быстродействие предлагаемого устройства намного вьппе, чем у известного.

Время измерения добротности в предлагаемом устройстве определяется в основном только временем, затрачиваемым при измерении частот f

f (или соответствующих периодов) и составляет менее 0,5 с (в то время как в известном время измерения достигает 20 с).

Кроме того, в предлагаемом устройстве не требуется дискретного изменения в большом диапазоне и с большой. разрешающей способностью коэффициента усиления усилителя-ограничителя 6 и фазосдвигающего блока

4, введенные же дополнительные усилитель-ограничитель 5, ключ 9, суммирующий блок 8 -..росты по исполнению, Основными источниками погрешности в определении полосы пропускания кон- О тура по заданному уровню расстройхи в предлагаемом устройстве является неточность в поддержании заданного

Ug отношения напряжений — — (это отП ношение определяет уровень расстройки контура) и несоответствие суммарного фазового сдвига усилителяограничителя 5 и суммирующего блока

8 по входу 10 требуемому (0 или и ).

Поддержание постоянства отношения

Uz напряжений †-- можно осуществить

U с высокой точностью простыми средствами в широкой полосе частот. Б полосе частот 10 МГц набег фаз в реальных усилителях с небольшим коэффициентом усиления (2) относительно 0 или 7 небольшой и не приводит к заметной погрешности в измерении добротности. На частотах свыше !0 МГц с целью уменьшения влияния этого источника погрешности усилитель-ограничитель 5 можно выполнить регулируемым по фазе и поддерживать автоматически требуемый фазовый сдвиг в нем. В качестве базового объекта для предлагаемого устройства может быть принят измеритель добротности Е4-13 (Тг2.728.020 ТУ). Диапазон рабочих частот измерителя добротности 1 кГц— ! МГц, уровень напряжения на контуре не более 50 мВ.

В предлагаемом устроистве, в отличие от прибора Е4-13, отсутствует блок отношения напряжений, занимающий в приборе Е4-13 до 40Х площади печатных плат и вносящий погреш ность в измерении добротности колебательного контура до 2Х.

Погрешность определения полосы пропускапия в диапазоне частот 1 кГц—

1 МГц г предлагаемом устройстве даже при несложной электрической схеме дополнительно введенных признаков может быть достигнута десятых долей процента, что меньше, чем погрешность блока отношения в приборе Е4-13 (остальные источники погрешности измерения добротности в сравниваемых устройствах одни и те же).

1153303

Составитель Л. Сорокина

Редактор Н. Воловик Техред Л.Микещ Корректор E. Сирохиан

Заказ 2502/39 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

) I 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4! 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4