Устройство для измерения добротности колебательных контуров

 

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