Способ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника

Способ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициета передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, делителей напряжения и фильтров. Способ реализован в устройстве. Цель - сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи последующего четырехполюсника (ИЧП). Для этого LC - цепь обратной связи, охватывающую ИЧП, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, квадратурным выходному сигналу ИЧП, и регистрируют ее резонансную частоту, а мнимую составляющую комплексного коэффициента передачи определяют по математическому выражению, приведенному в описании. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИН (19) (И) .(50 4 G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4044697/24-21 (22) 28.03.86 (46) 30.11.89. Бюл. N 44 (72) В.А.Тукай и А.В.Фурсевич (53) 62 1.317.73 (088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

N 1241158, кл. С 01 R 27/28, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНИМОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, делителей напряжения и фильтров.

Целью изобретения является сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника.

Для достижения поставленной цели

LC-цепь обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, синфазным входному сигналу исследуемого четырехполюсника, и регистрируют ее резонан» ,сную частоту, а мнимую составляющую делителей напряжения и фильтров. Способ реализован в устройстве. Цель— сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи последующего четырехполюсника (ИЧП). Для этого ЬС-цепь обратной связи, охватывающую ИЧП, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, квадратурным выходному сигналу ИЧП, и регистрируют ее резонансную частоту, а мнимую составляющую комплексного коэффициента передачи определяют по математическому выражению, приведенному в описании. 2 ил. комплексного коэффициента передачи определяют по математическому выражению.

На фиг. 1 представлена эквивалентная схема последовательного колебательного LC-контура, включенного в цепь обратной связи последовательно соединенных исследуемого четырехполюсника с комплексным коэффициентом передачи К = К < + 1К и фазовращателя

ll É на — -, где К„ и К вЂ” вещественная и мнимая составляющие коэффициента передачи К; Ь, С,, r — индуктивность, емкость и активное сопротивление LC- Ф цепи, Š— источник внешнего возбужда- Ь ющего гармонического сигнала, и =

1,3,5 ...; на фиг. 2 — структурная схема измерителя вещественной и мнимой составляющих комплексного коэффициента передачи четырехполюсника.

1525620

Измеритель (фиг.2) содержит . суммирующий блок 1, последовательный колебательный контур 2, образованный последовательным смещением катушки 3 индуктивности и конденсатора 4, согласующий блок 5, фазосдвигающий блок

6, усилитель-ограничитель 7, частотомер 8, исследуемый четырехполюсник

9, переключатель 10, ключ 11 и вычис- 10 лительный блок 12.

Сущность способа заключается в следующем (фиг.1).

Комплексное напряжение U,ñíèìàåìîå с конденсатора колебательного конту- 15 ра с емкостью С, через фазосдвигающий блок с комплексным коэффициентом

И+1 передачи - j(-1) (соответствует фаИ зовому сдвигу и где п=1,3,5...)

50

Ф 4

0=Хг где z=j QL,+ã+ (.2) 1 — импенданс колебательного контура;

° 1

z = —.- —— ЧС, импеданс: конденсатора; (д=2Ф f циклическая частота; и через исследуемый четырехполюсник с комплексным коэффициентом передачи

К = К» + jK подается на вход LC-колебательного контура, где суммирует25 ся с комплексным напряжением Е гармонического сигнала от внешнего источника.

Напряжение на выходе настроенного в резонанс колебательного контура

U сдвинуто по фазе относительно то"

1 ка в контуре I на четверть периода, а фазы напряжения Е и тока I npu этом совпадают.

В случае, если соответсвие фазы напряжения Е и тока I в контуре уста- 35 навливается изменением частоты сигнала Е, а индуктивность L, емкость

С и активное сопротивление r контура не изменяются при изменении частоты, то математическое выражение для определения мнимой составляющей К коэффициента передачи может быть получено следующим образом.

Согласно законам Киргофа, уравнение, описывающее процессы, протекающие в колебательном контуре (фиг.1), имеет вид

+ К = jz (1) текущая частота; мнимая единица;

jKU — напряжение вводимое в колебательный;

1.С-контур через фаэосдвигающий блок и исследуемый четырехполюсник °

Решая уравнения (1) и (2), получа-ем

n+I

Е

- - =z+(-1) jKz =r+jQL +

C о (-f) j о 1 о

Ф

При совпадении фаз тока I и напряжения источника сигнала Е комплексное

Е сопротивление - - имеет только активную составляющую, а его реактивная составляющая равна нулю, т,е, выполняется равенство

Учитывая, что О, = -- — —, Ы

Q О

= 2 Я К, выражение для К принимает вид

2 2 (1-ы 1.,C,) =(-1) -р- ° о

nit

К =(-1)

Д (5) где С вЂ” емкость конденсатора, наст" роенного в резонанс на частоте f колебательного коно тура при отсутствии в колебательном контуре напряжения

"ь

В случае, если требуемое соотношение фаз между током I и напряжением

Е устанавливается изменением емкости контура, а резонансная частота контура после ввода напряжения U совпадает с собственной резонансной частотой, формула (5) принимает вид

hfdf С

2 г

К =(-1) ° (1 — — — )

Я

Со

С -С

= (-1) (- — — -)

2. (6)

5620

5 152

С вЂ” емкость конденсатора на частоте резонанса f колебао . тельного контура при наличии на входе колебательного контура напряжения бь.

5 l0

ЗО

Для возбуждения LC-цепи может быть использован не только гармонический сигнал, но и любой периодический сигнал, содержащий наряду с основной гармоникой и высшие гармонические составляющие, например сигнал прямоугольной формы или имеющий форму ограниченной с двух сторон синусоиды. 1

Благодаря высоким фильтрующим свойствам LC-цепи высшие гармонические составляющие практически отсутствуют на выходе LC-цепи. Токи, создаваемые ими в LC-цепи, много меньше тока, создаваемого основной гармоникой, и поэтому при рассмотрении процессов a LC-цепи ими можно также пренебречь (т.е. при возбуждении 1.С-цепи несинусоидальным напряжением от внешнего источника в выражении (1) напряжение Е можно выбрать равным амплитуде основной гармоники внешнего сигнала).

Таким образом, операции настройки на резонанс через изменение частоты сигнала и через изменение емкости контура эквивалентны.

Измеритель (фиг.2) работает следующим образом.

При разомкнутом положении ключа 11 и при выполнении условия баланса амплитуд и фаз происходит самовозбуждение на собственной резонансной частоте последовательного колебательного контура замкнутой цепи, содержащей LC-контур 2, согласующий блок 5, фазосдвигающий блок 6, усилитель-ограничитель 7 и суммирующий блок 1.

Выполнение условия баланса фаз для самовозбуждения на резонансной частоте контура 2 обеспечивается фазосдвигающим блоком 6 с единичным коэффициентом усиления, фазовьй сдвиг которого установлен равным -Ь-. При

2 суммарном фазовом сдвиге согласующего блока 5, усилителя-ограничителя

7 и суммирующего блока 1, равном 0 или кратном 2Т, самовозбуждение про.изойдет на частоте, при которой фа зовый сдвиг в контуре 2 равен— что соответствует частоте LC-контура 2 °

Выполнение условия баланса амплитуд обеспечивается выбором необходимого коэффициента усиления усилителяограничителя 7, исходя из условия и и ) 1, где n — суммарный коэф1 фициерт передачи по напряжению основной гармоники согласующего блока 5, фозосдвигающего блока 6, усилителяограничителя 7 и суммирующего блока

1; п — коэффициент передачи по напряжению LC-контура 2.

По мере нарастания амплитуды авто-, колебания усилитель-ограничитель 7, вступает в режим ограничения и его коэффициент усиления уменьшается. уменьшение коэффициента усиления усилителя-ограничителя 7 происходит до тех пор, пока в схеме не наступит режим установившихся автоколебаний, при котором выполняется условие п„п = 1.

Применение режима ограничения в усилителе-ограничителе 7 (т.е. режима, при котором усилитель — ограничитель 7 имеет нелинейную характеристику) позволяет получить устойчивость автоколебаний по амплитуде в широкой полосе частот и при большом изменении добротности LC-контура 2.

Частотомером 8 изменяется собственная резонансная частота f, контура

1, а вычислительный блок 12 запоминает ее. После этого при нахожцении переключателя 10 в положении АВ, ключ 11 замыкается. Под воздействием этого частота возбуждения изменяется и становится равной f . После прекра2 щения переходных процессов частота изменяется частотомером 8, а вычислительный блок 12 запоминает ее.

По результатам измерения частот f u

f по формуле (5) вычислительным блоком 12 рассчитывается значение величины К

При наличии на конденсаторе 4 шкалы по емкости определение искомой величины К проводится следующим образом.

В разомкнутом положении ключа 11 определяется собственная резонансная емкость С LC-цепи, а также измеряется частотомером 8 собственная резонансная частота LC-цепи f . При замкнутом ключе 11, после перевода переключателя 10 в положение АВ, изменяется резонансная частота ЬС-цепи. ! Изменяя емкость конденсатора 4, частоту возбуждения LC-цепи устанавлива1525620 ют равной f, после чего обсчитывают значение емкости С конденсатора 4;

По результатам изменения емкостей

С и С по математическому выражению (6) определяют значение мнимой составляющей К комплексного коэффициента передачи.

При установке переключателя 10 в положение АБ устройство измеряет ве- 10 щественную составляющую К, комплексного коэффициента передачи известным способом., В измерителе (фиг. 2) фазовращатель

6 имеет сдвиг фазы на и/2 (n=1). В общем случае, фазовращатель 6 измерителя должен быть выполнен с фаэовым сдвигом и й/2. В измерителе (фиг.2) источником внешнего возбуждающего сигнала для ЬС-цепи 2 является само.возбуждающийся усилитель 7, Однако возбуждение LC-контура 2 возможно и оТ сигнала внешнего генератора. При этом операции способа и расчетные

25 математические выражения для определения К и К не изменяются.

Таким образом, для определения мнимой составляющей К комплексного коэффициента передачи по предлагаемо- З0 ! му способу требуется только определение частоты f или соответствующей ей емкости С, что позволяет по сравнению с известным способом сократить время определения мнимой состав- З5 ляющей комплексного коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника формула изобретения

Способ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника, основанный на возбуждении LC-цепи обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, регистрации значения ее резонансной частоты и математическом определении мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия определения, LCцепь обратной связи возбуждает на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, синфазным входному сигналу исследуемого четырехполюсника, после чего регистрируют, значение ее резонансной частоты и определяют мнимую составляющую К комплекс 2 ного коэффициента передачи по математическому выражению о

К

2 f2 о где f u f — собственная резонансная частота LC-цепи и ее резонансная частота в составе исследуемого четырехполюсника, включенного последовательно с фазовращателем с квадратурным фазовым сдвигом венно.

1525620 Составитель Л.Муранов

Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук, Корректор С.Шекмар

Заказ 7220/41 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. . агари а, tl 11 га ина 101