Способ определения полного сопротивления двухполюсника

Способ определения полного сопротивления двухполюсника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения частотной зависимости модуля полного сопротивления широкополосных двухполюсников (ДП). Цель изобретения - повышение точности измерения полных сопротивлений в широком частотном и динамическом диапазонах. Напряжения источника 1 постоянного напряжения и генератора 2 испытательного напряжения коммутируются переключателями 5, 6 с частотой генератора 16 в исследуемом двухполюснике 17, подключенном к клеммам 7, 8. Магазины 3, 4 сопротивлений и проводимостей служат для измерений сопротивления двухполюсника на постоянном токе и полного сопротивления. Для этого по индикатору 15 сравниваются сигналы с шунта 9, перемноженные перемножителем 10 при подаче постоянного и переменного напряжений на двухполюсник 17. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

csi)s С 0,1 К 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4281861/24-. 21 (22) 13.07.87 (46) 23.07.90. Бюл. 1(27 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) А.Ю. Скрипник, К,Н. Маркусик и Л.А. Галкин (53) 621.317.799 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1()44547, кл. G 01 R 27/02, 1961.

Авторское свидетельство СССР

1(- 270879, кл. G 01 R 27/02, 1963, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВУХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения частотной зависимости модуля полного сопротив2 ления широкополосных двухполюсников (ДП). Цель изобретения — повышение точности измерения полных сопротивлений в широком частотном и динамическом диапазонах. Напряжения источника 1 постоянного напряжения и генератора 2 испытательного напряжения коммутируются переключателями 5,6 с частотой генератора 16 в исследуемом двухполюснике 17, подключенном к клеммам 7,8. Магазины 3,4 сопротивлений и проводимостей служат для из-. мерений сопротивления двухполюсника на постоянном токе и полного сопротивления. Для этого по индикатору 15 сравниваются сигналы с шунта 9, перемноженные перемножителем 10 при подаче постоянного и переменного напряжений на двухполюсник 17. 1 ил.

1580288

Изобретение относится к измери;ельной технике и может быть использовано для определения частотной зависимости модуля полного (комплекс5 ного) сопротивления широкополосных двухполюсников (микропроволочных, пленочных, объемных резисторов, кондуктометрических ячеек датчиков электропроводности различных сред, р-п-переходов полупроводниковых структур и т,п,), Целью изобретения является повышение точности измерения полных сопротивлений двухполюсников в широком частотном и динамическом диапазонах.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ.

Сущность способа заключается в следующем. 2Î

Постоянное опорное напряжение

U< = По и переменное испытательное напряжение перестраиваемой частоты

U< = П„з п(Я + (f), rpe U!11, CO и (- амплитуда, частота и фаза колебаний, 2$ подают на вход исследуемого двухполюсника поочередно с низкой частотой коммутации g (Q . В один полупериод коммутации через двухполюсник протекает постоянный ток, значение которого определяется его омическим сопротивлением

U1 U0

К R

35 где R — омическое сопротивление двухполюсника.

В другой полупериод коммутации протекает переменный ток, зависящий от полного сопротивления двухполюсника

U 2 11111

= — — — — sin(Qt +(.f

К(1 +Z) где

z — модуль полного сопротивления двухполюсника;

6 2(Сд) = — -- — относительное частотное

R изменение модуля полного сопротивления, Я вЂ” фазовый сдвиг, создаваемый реактивными составляющими полного сопротивления.

Частоту переменного напряжения изменяют в заданном частотном диапазонеИ -Я . При этом частоту комми н мо ыс мутации g выбирают в 10-20 раз меньше минимальной частоты переменного напряжения Я сии

М Фин (10-20) а

S U i = S — - sin(gt+

П111П О

1 R

+q, ), (3) где S — крутизна (чувствительность)

1 множительного преобразования, В другой полупериод коммутации перемножают переменный ток х2, протекающий через двухполюсник, с постоянным напряжением Б 1. В результате перемножения образуется переменное напряжение.

В 1+ ) sin(63,t +

Ц,Д

Е(1Ф ) (4) Усиливают поочередно пакеты переменных напряжений 11> и U < частоты

Я,, следующих друг за другом с частотой коммутации Q, до значения (0,5-1)В, достаточного для детектиро-вания (выпрямления) переменного напряжения

K (1 +It ) S sin(Mt +

UrnU0 °

+ () ° (5) U = K (1 $ ) S — — -- sin(Q +

UmUo К(1+Ъ ) 1

+ф + ьЦ,), (б) коэффициент усиления широкополосного усилите,ля 1 относительное частотное изменение коэффициента усиления на частоте Я1, где К

AK(О,)

Р= -К

Из выпрямленных пакетов усиленных напряжений U H U выделяют напряжение частоты коммутации

В один полупериод коммутации перемножают постоянный ток i, протекающий через двухполюсник, с переменным напРЯжением U частоты Я, = Ы,,1ии, В результате перемножения формируется переменное напряжение

1580288

U = --S -— ------ - (1 б 1 ) U6 U6

2 — г

Х, U 11

S (1 < )К (1б )S

2(l +F,) г 02 1 -() 1 R

t Uî

m Я U i a Я вЂ”.й--- a

1 2 1 R +

UaUo

S — — — -т

1R(l 0() Sign sin(Qt + Р), (7) где $2 ъ «(1М(() (12= gs — крутизна детектирования;

10 — отйосительное частотное изменение крутизны детектирования;

Sign singt — прямоугольная огибающая пакетного напряжения, 15

Р— фаза огибающей, зависящая от знака частотного изменения полного сопротивления (3F!)

Напряжение частоты коммутации U

r усиливают и синхронно детектируют. В результате получают постоянное выходное напряжение

Г !

U =б — — — - кк к S S (lbrl ) 8 — 2(1б,) (--2 Э 1 г - У к(1+ ) — — >

U(IIU o

R (8) В указанных случаях напряжение U из выражения (3) принимает вид. для последовательного включения где К вЂ” коэффициент усиления на частоте коммутации; 30

K> — коэффициент выпрямления синхронного детектора.

Изменяют постоянный ток i(, протекающий через исследуемый двухполюсник, до исчезновения напряжения час- 35 тоты коммутации. При увеличении модуля полного сопротивления с ростом частоты (1> О) указанное изменение тока осуществляют дополнительным увеличением сопротивления двухпо- 40 люсника, например, с помощью магазина сопротивлений, включаемого на полупериод коммутации последовательно с двухполюсником, в случае уменьшения модуля полного сопротивления с 45 частотой (1 О) — магазином проводимостей, подключаемым на полупериод коммутации параллельно исследуемому двухполюснику, Последовательное или параллельное подключение магазинов постоянного тока осуществляют в тот полупериод коммутации, когда через исследуемый двухполюсник протекает постоянный ток. для параллельного включения

S- — (1+ RG)

U Ц1 ! R

1 ((, ((П - 81П21, UzUe

S (l - OCI") (10) U = К (14 ()S — — — sin(u t +()

ПеБо

5 1 — ! Р(1,((!! ) (1 1) U5 = К (1+1,)S т sin(u t +Ж) (I UIlIUO (12) С учетом значений U - и U из вы( ражений (7) и (8) получаем постоянное напряжение: для последовательного включения

I и =ккs (l < ) — — —— (° П6 U6

3 2 (U!IIUO Š— М, К(2 з 1 г 2R (1+ tl(, ) (1+,.1- ) " (13) х (1 4 Е,)(1бг2)У для параллельного включения

I(1 6

U = K K S (149 ) 8 2 3 2 - г!!

П((4((1 2 (2. 2К (1 «о (!)(1 )

+ 2) (14) Исчезновение напряжения частоты коммутации, а следовательно, и постоянного выходного напряжения (Ug

=О) означает, что в случае увеличения полного сопротивления его относительное частотное изменение определяется соотношением,,:, = ((, = — ;, о О (15) где r и С(— сопротивление и проводимость соответствующих магазинов; и Π— относительные измене((! ! 1 ния омического сопротивления.

Тогда усиленное напряжение (5) принимает вид

1580288 а в случае уменьшения

RG < ;. :< О, (16)

1+Ба

5

С учетом (13) и (14) модули полных сопротивлений двухполюсника на частоте Я, имеют вид

z, R(l 4 + ) R(1 + oCI) - 10 (l7) R+ r У ей - R(1 -2Г ) - R(l -Оги)15

R(1-RG,), (18) > = 0 = -- > О (19) 25

2 )1 ) г ) я RGa о = — — - RG г 2 1+Я

6 ,*> с О (20)

30 где r u G - сопротивление и прово2 г димость магазинов при урановешивании схемы на частоте G)z .Полное сопротивление исследуемого 35 двухполюсника на частоте Я .

z, = =R(1 + Z ) = R + r„- (21)

z" R(1 -, : ) R(l — RG ) . .(22) 40

По результатам измерений Z,, а можно построить частотную харакя теристику исследуемого двухполюсника при любом законе изменения модуля 45 полного сопротивления от частоты.

Таким образом, по значениям магазина сопротивлений или проводимостей постоянного тока определяют частотные изменения модуля полного сопро" 50 тивления в заданном частотном диапазоне Инин +, 1

При этом, как следует из формул (17) (18) или (21), (22), в результаты измерения не входят частотные измене- 55 ния коэффициента усиления (g,) широ кополосного .усилителя, частотные изменения крутизны (чувствительности) Увеличивают частоту переменного напряжения до значения Я ) Я, и повторяют указанные операции Относи- 20 тельные частотные изменения можно определить по аналогии с (13) и (14) из соотношений детектора (), а также частотные изменения крутизны (чувствительности) множительного преобразования (S ).

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 постоянного напряжения, генератор 2 испытательного напряжения перестраиваемой частоты, магазин 3 сопротивлений, магазин 4 проводимостей, переключатели 5 и 6, входные клеммы 7 и 8, шунт 9, блок

10 умножения, широкополосный усилитель ll амплитудный детектор 12 усилитель )3 частоты коммутации, синхронный. детектор 14, индикатор 15 и генератор 16 частоты коммутации.

Исследуемый двухполюсник 17 подключается к клеммам 7 и 8, одна из которых соединена с выходом переключателя 5, а другая — с низкоомным шунтом

9 и одним из выходов множительной схемы 10. Один из входов блока 10 умножения соединен с выходом автоматического переключателя 6, входы которого соединены с источниками постоянного 1 и переменного 2 напряжений.

Магазин 3 сопротивлений включен между источником 1 и одним из входов автоматического переключателя 5, второй вход которого соединен непосредственно с выходом генератора 2. Магазин 4 проводимостей включен между источником 1 и потенциальным зажимом шунта 9. К выходу блока 10 умножения подключены последовательно соединенные широкополосный усилитель 11, детектор 12, избирательный усилитель 13, синхронный детектор 14 и индикатор 15. Управляющие входы автоматических переключателей 5 и 6 и синхронного детектора 14 подключены к противофазным выходам генератора 16, Устройство работает следующим образом.

Постоянное напряжение источника

1 и переменное напряжение генератора

2 через автоматический переключатель

5 поочередно воздействуют на исследуемый двухполюсник .17. Падение напряжения на шунте 9 от постоянного и переменного токов двухполюсника 17 воздействует на один вход блока 10 умножения, на другой вход которого воздействует переменное или постоянное напряжение в зависимости от положения переключателя 6.

При укаэанных на чертеже положениях переключателей 5 и 6 перемножа10 )580288

Составитель В. Степанкин

Редактор С. Пекарь Техред М,Дидык Корректор С. Шекмар

Заказ 2009 Тираж 557 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгороп, ул. Гагарина, 101 ется постоянный ток, протекающий через исследуемый днухполюсник 17 от источника 1, и переменное напряжение генератора 2, а в противоположном положении переключателей 5 и 6—

5 переменный ток двухполюсника 17 от генератора 2 и постоянное напряжение источника 1.

При непрерывной работе переключателей 5 и 6, которые управляются противофаэными импульсами напряжения генератора 16, пакеты переменных напряжений с выхода блока 10 умножения поочередно усиливаются широкопо- 15 лосным усилителем 11 и детектируются амплитудным детектором 12. Напряжение частоты коммутации усиливается избирательным усилителем 13, настроен-ным на частоту генератора 16, и выпрямляется синхронным детектором 14, который управляется противофазными импульсами генератора 16. Выпрямленное напряжение фиксируется выходным индикатором 15. 25

Сопротивление магазина 3 или проводимость магазина 4 изменяют до получения нуленого показания индикатора

15. Полные сопротивления исследуемого двухполюсника )7 определяют по фор. 30 мулам (19) — (22) с учетом показаний магазинов 3 и 4 при изменении частоты генератора 2 в заданном диапазоне частот.

Фо р мул а из о б р е т ения

Способ определения полного сопротивления двухполюсника, заключающийся в том, что на вход измеряемого двухпо.- 40 люсника подают первое и второе калиброванные напряжения, формируют сигналы, пропорциональные току через измеряемый двухполюспик при подаче калибровочных напряжений, сравнивают величины перного и нторого сигнала и изменяют значение одного из калибровочных напряжений до установления равенства сигналов, пропорциональных токам через измеряемый двухполюсник, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точ-. ности и качества первого из калиброванных напряжений, используют постоянное напряжение, в качестне второго используют переменное напряжение, величину первого сигнала получают в виде произведения величины подаваемого постоянного напряжения на переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна току через измеряемый двухполюсник, величину . второго сигнала получают н виде произведения величины второго калиброванного напряжения на постоянное напряжение, величина которого пропорциональна току через измеряемый двухполюсник, при подаче постоянного калиброванного напряжения последовательно с испытуемым двухполюсником включают калиброванное сопротивление, измеряют постоянный ток через измеряемый двухполюсник, а изменение напряжения на испытуемом двухполюснике осуществляют изменением величины калиброванного сопротивления, по значениям постоянного напряжения и постоянного тока через испытуемый днухполюсник определяют его сопротивление на постоянном токе, а величину полного сопротивления испытуемого днухполюсника определяют по величине калиброванного сопротивления в момент равенства сигналов пропорциональным токам через измеряемый двухполюсник.