Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов

 

Изобретение служит для повышения точности измерения параметров кварцевого резонатора. Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, мостовой четырехполюсник 2, смесители 3,6 и 7, дискриминатор 4, синхронный гетеродин 5, регулируемые фазовращатели 10, И и 17, фазовый детектор 12, индикатор 13 фазы , регулируемый аттенюатор 16, логарифматор 22, индикатор 23 мощности рассеяния и индикатор 26 динамического сопротивления. Введение сумматора 9, смесителя 14, регулируемого фазовращателя 18, измерительных усилителей 19 и 20, двухканального коммутатора 21, инвертирующего усилителя 24, двухканального коммутатора 25 и генератора 27 тактовых импульсов исключают погрешности остаточных параметров мостового четырехполюсника 2 и начальной калибровки логарифматора 22. 2 ил. i (Л со о со о со . Фик.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1363079 А1 (51)4 G 01 R 17/10, 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Рис. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4034453/24-21 (22) 06.03.86 (46) 30,12.87. Бюл. Р 48 (72) Ю.Е.Геншафт, В.П.Глушковский, Ю.П.Кузьмин, О.В.Покидышев и А.Н.Солдатенков (53) 621.317.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 516003, кл. G Ol R 29/22, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ (57) Изобретение служит для повышен ния точности измерения параметров .кварцевого резонатора. Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, мостовой четырехполюсник 2, смесители 3,6 и 7, дискриминатор 4, синхронный гетеродин 5, регулируемые фазовращатели IO, II и 17, фазовый детектор 12, индикатор 13 фазы, регулируемый аттенюатор 16, логарифматор 22, индикатор 23 мощности рассеяния и индикатор 26 динамического сопротивления. Введение сумматора

9, смесителя 14, регулируемого фазовращателя 18, измерительных усилителей 19 и 20, двухканального коммутатора 21, инвертирующего усилителя 24, двухканального коммутатора 25 и генератора 27 тактовых импульсов исключают погрешности остаточных параметров мостового четырехполюсника 2 и начальной калибровки логарифматора

22. 2 ил.

1 136

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пьезоэлектрических резонаторов.

Цель изобретения — повышение точности измерения параметров кварцевого резонатора за счет исключения погрешности остаточных параметров мостового четырехполюсника и начальной калибровки логарифматора.

На фиг.l представлена блок-схема устройства, на фиг.2 — осциллограммы в характерных точках устройства.

Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, который первым выходом соединен с входом мостового четырехполюсника 2, в одно из плеч которого включен исследуемый кварцевый резонатор. Мостовой четырехполюсник 2 имеет обычные для мостового четырехполюсника вход, первый и второй выходы. К второму выходу ге.нератора 1 высокой частоты подключен вход первого смесителя 3, выход которого через частотный дискриминатор

4 подсоединен к входу управления синхронного гетеродина 5. Выход синхронного гетеродина соединен с вторым входом смесителя 3. Первый и второй выходы мостового четырехполюсника 2 подключены к входам второго и третьего смесителей 6 и 7, вторые входы которых соединены с выходом синхронного гетеродина 5. Выходы второго и третьего смесителей 6 и 7 соединены с первыми входами первого и второго сумматоров 8 и 9, выходы которых подключены к входам первого и второго регулируемых фазовращателей 10 и 11. Выходы первого и второго регулируемых фазовращателей 10 и

ll подключены к первому и второму входам фазового детектора 12, выход которого подключен к индикатору 13 фазы и к входу управления частотой управляемого генератора 1. Сигнал с первого выхода управляемого генератора 1 высокой частоты подается на первый вход четвертого смесителя 14, ! второй вход которого подключен к выходу синхронного гетеродина 5. Выход четвертого смесителя 14 подключен к входам первого и второго регулируемых аттенюаторов 15 и 16. Сигналы с выходов регулируемых аттенюаторов 15 и 16 подаются на входы третьего и четвертого регулируемых фазовращателей 17 и 18, выходы которых подклю3079 2 чены к вторым входам первого и второ5

ro сумматоров 8 и 9. Сигналы с выходов первого и второго сумматоров 8 и 9 подаются на входы первого и второго измерительных усилителей 19 и

20, выходы которых подключены к первому и второму входам первого двухканального коммутатора 21. Выход последнего подключен к входу логарифматора 22, выход которого подсоединен к индикатору 23 мощности рассеяния, к входу инвертирующего усилителя 24 и к первому входу второго двухканального коммутатора 25. Второй вход последнего подключен к выходу инвертирующего усилителя 24. Выход второго двухканального коммутатора 25 подключен к индикатору 26 динамического сопротивления. Управляемые входы первого и второго двухканальных коммутаторов 21 и 25 соединены с выходом генератора 27 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом, Частоту управляемого генератора

1 высокой частоты устанавливают равной номинальной частоте исследуемого кварцевого резонатора. Первый регулируемый аттенюатор 15 устанавливают в положение минимального прохождения сигнала и производят балансировку мостового четырехполюсника 2 без исследуемого кварцевого резонатора, изменяя переменную емкость, находящуюся в противоположном плече мостового четырехполюсника 2, по минимуму показаний индикатора 23 мощности рассеяния. Затем, последовательно регулируя первый регулируемый аттенюатор 15 и третий регулируемый фазовращатель !7, добиваются дальнейшего уменьшения показания индикатора

23 мощности рассеяния.

На место подключения иссЯедуемого кварцевого резонатора устанавливают короткозамкнутую перемычку; а второй регулируемый аттенюатор 16 устанавливают в положение минимального прохождения сигнала и производят балансировку второго выхода мостового четырехполюсника 2 по минимуму показания индикатора 23 мощности рассеяния, последовательно регулируя второй регулируемый аттенюатор 16 и четвертый регулируемый ф, зовращатель 18. Частоту управляемого генератора 1 высокой частоты устанавливают такой, чтобы влияние динамической ветви кварцево 3

1363079

ro резонатора было намного мЕньше, чем статической ветви, и производят балансировку мостового четырехполюсника 2 с исследуемым кварцевым реэо5 натором по, минимуму показания индикатора 23 мощности рассеяния. При перестройке управляемого генератора 1 высокой частоты происходит возбуждение кварцевого резонатора в мостовом четырехполюснике 2, при этом происходит разбаланс плеч моста, напряжение на втором выходе мостового четырех— полюсника прямо пропорционально току разбаланса. Так как ток разбаланса прямо пропорционально зависит от эквивалентного сопротивления динамической ветви Z, то на частоте последовательного резонанса напряжение U2 на втором выходе мостового четырехполюсника 2 прямо пропорционально току I через динамическое сопротивление R кварцевого резонатора,,т.е.

Ig

2 К

25 где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами мостового четырехполюсника 2. 30

При этом выполняются следующие соотношения: для мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе

U1U2K.. (1)

35 для величины динамического сопротивления кварцевого резонатора

U< U, (2)

U К

40 где U — напряжение, снимаемое с потенциального электрода кварцевого резонатора.

Информация об амплитудно-фазовых соотношениях на выходах мостового четырехполюсника 2 переносится на промежуточную частоту при помощи смесителей 6 и 7 и синхронного гетеродина

5. Частота синхронного гетеродина 5

"следит" за частотой управляемого генератора 1 высокой частоты таким образом, чтобы разница между ними была постоянной и равной промежуточной, поэтому синхронный гетеродин 5 охвачен кольцом частотной автоподстройки,. состоящей из смесителя 3 и частотного дискриминатора 4, выходной сигнал которого управляет частотой синхронного гетеродина 5.

Для охватывания кольца фазовой автоподстройки; частоты (ФАПЧ) управляемого генератора 1 высокой частоты на нуль фазовой характеристики исследуемого кварцевого резонатора установлены регулируемые фазовращатели

10 и 11, фазовый детектор 12 и индикатор 13 фазы.

Информация о мощности рассеяния на кварцевом резонаторе исходя иэ выражения (1) есть сумма логарифмов величин сигналов с выходов мостового четырехполюсника 2, которая осуществляется при помощи блоков первого коммутатора 21, логарифматора 22, индикатора 23 мощности рассеивания и генератора 27 тактовых импульсов.

Величина динамического сопротивления кварцевого резонатора согласно выражению (2) есть разность логарифмов величин сигналов с выходов мостового четырехполюсника 2, которая осуществляется при помощи бчоков инвертирующего усилителя 24, второго коммутатора 25, индикатора 26 динамического сопротивления, первого коммутатора

21, логарифматора 22, генератора 27 тактовых импульсов.

Регулируемый фазовращатель 11 в кольце ФАПЧ управляемого генератора

1 высокой частоты необходим для измерения добротности кварцевого резонатора по полосе пропуекания кварцевого резонатора. Для этого при помощи регулируемого фазовращателя 11 вводится фазовый сдвиг сигнала на + 45 или кратный этой величине.

Так как в реальном мостовом четырехполюснике при балансе напряжение с дифференциальной обмотки U Ф 0„ а при коротком замыкании цепи с кварцевым резонатором U, g О, то эти составляющие приводят к погрешности определения частоты последовательного резонанса, а также к погрешности определения динамического сопротивления.

При искусственном компенсировании указанных напряжений сигналов по модулю и фазе уменьшаются составляющие этих погрешностей на величину, равную глубине компенсации указанных выходных сигналов.

Напряжения, пропорциональные мощности рассеяния и динамическому сопротивлению, показаны осциллограммами в характерных точках на фиг.2: а— на выходе генератора 27 тактовых импульсов; б — на выходе первого изме136307 рительного усилителя 19; в — на выходе второго измерительного усилителя

20; r — на выходе первого двухканального коммутатора 21; д — на выходе логарифматора 22, где U, — напря5 жение, прямопропорциональное мощности рассеяния; е - на выходе инвертирующего усилителя 24; ж — на выходе второго двухканального коммутатора

25, где 11д — напряжение, прямо пропорциональное динамическому сопротивлению. .Формула изобретения

Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый смеситель, частотный дискриминатор и синхронный гетеродин, а также мостовой четырехполюсник, второй и третий смесители, первый и второй регулируемые фазовращатели, фазовый детектор, индикатор фазы, логарифматор, индикатор мощности рассеяния и индикатор динамического сопротивления, причем второй выход управляемого генератора высокой частоты соединен с входом мостового четырехполюсника, первый и второй выходы мостового четырехполюсника соединены с первыми входами второго и третьего смесителей соответственно, выход синхронного гетеродина соединен с вторыми входами первого, второго и третьего смесителей, выходы первого и второго регулируемых фазовращателей соединены с входами фазового детектора, выход которого соединен с входом управления частотой генератора высокой

40 частоты и входом индикатора фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров кварцевого резонатора, в него введены четвертый смеситель, 9

6 последовательно соединенные первый регулируемый аттенюатор, третий регулируемый фазовращатель и первый сумматор, последовательно соединенные второй регулируемый аттенюатор, четвертый регулируемый фазовращатель и второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, генератор тактовых импульсов, два измерительных усилителя и инвертирующий усилитель, причем первый вход четвертого смесителя соединен с вторым выходом управляемого генератора высокой частоты, выход синхронного гетеродина соединен с вторыми входами третьего и четвертого смесителей, выход последнего соединен с входами третьего и четвертого регулируемых аттенюаторов, выходы второго и третьего смесителей соединены с вторыми входами первого и второго сумматоров соответственно, выход первого сумматора соединен с входом первого регулируемого фазовращателя непосредственно и через первый измерительный усилитель — с первым входом первого двухканального коммутатора, выход второго сумматора через второй измерительный усилитель соединен с вторым входом первого двухканального коммутатора и непоссредственно — с входом второго фаэовращателя, выход первого двухканального коммутатора через логарифматор соединен с входами инвертирующего усилителя, индикатора рассеяния мощности и первым входом второго двухканального коммутатора, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а выход соединен с входом индикатора динамического сопротивления, входы управления первого и второго двухканальных коммутаторов соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

1363079

Составитель В.Семенчук

Техред Я. Сердюкова Корректор О.Кравцова

Редактор И.Рыбченко

Тираж 730 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6399/34 ф Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4