Широкополосный измеритель составляющих комплексных сопротивлений

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности,при контроле параметров МДП-структур. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих комплексных сопротивлений в широком диапазоне частот. Измеритель содержит широкополосный преобразователь 3 ток - напряжение, аналоговые умножители 4,5, аналоговые сумматоры 6, 7, фазовые детекторы 8, 9, амплитудный детектор 10, логометры 11, 12, цифровой генератор 13, содержащий ЦАП 14, 15, формирователи 16, 17, запоминающие блоки 18, 19, адресный счетчик 20, автогенератор 21. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1(ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 151)5 G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4405198/24-21 (22) 06.04,88 (46) 15.10.90. Бюл. Р 38 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) M,А.Гаврилюк, Е.B.Ïaõîäûëo и В,В.Хома (53) 621.317 (083.3) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1140058, кл. С 01 К 26/27, 1983. (54) ШИРОК011ОЛОСН1 11! И31" 11ЕРИТЕЛЬ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОИПЛЕКСН111Х СОПРОТИВЛЕНИИ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть

2 использовано при контроле параметров

ИДП-структур. Цель изобретения - повьнпение точности измерения составляющих комплексных сопротивлений в иироком диапазоне частот. Измеритель содержит широполосный преобразователь 3 ток — напряжение, аналоговые умножители 4,5, аналоговые сумматоры б, 7, фазовые детекторы 8, 9, амплитудный детектор 10, логометры 11,12, цифровой генератор 13, содержащий

ЦАП 14,15, формирователи 16,17,запоминающие блоки 18,19, адресный счетчик 20 и автогенератор 21. 1 з.п.

Ф-лы, 2 ил.

1599808

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения комплексных сопротивлений в широком диапазо5, не частот, в частности, при контроле параметров МДП-структур.

Цель изобретения — повышение точности измерения составляющих комплексных сопротивлений в широком диапазоне частот.

На фиг.l показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — вариант построения аналоговых сумматоров. 15

Широкополосный измеритель составляющих комплексных сопротивлений содержит входные клеммы 1 для подключения измеряемого объекта 2, широкополосный преобразователь 3 ток — 2О напряжение, первый 4 и второй 5 аналоговые умножители,первый би второй 7 аналоговые сумматоры, первый 8 и второй 9 фазовые детекторы, амплитудный детектор 10, первый 11 и второй 12 25 логометры и цифровой генератор 13.

Генератор 13 содержит первый 14 и второй 15 цифроаналоговые преобразователи, первый 16 и второй 17 формиро ватели, первый 18 и второй 19 запоми — 30 нающие блоки, адресный счетчик 20, и автогенератор 21, Первый, второй, третий и четвертый выходы генератора 13 соединены с соответствующими входами преобразователя 3 ток — напряжение, пятый вы— ход генератора 13 соединен одновременно с первой входной клеммой l,первым входом умножителя 4 и входом амплитудного детектора 10 шестой выход генератора 13 соединен с первым входом умножителя 5 ° Управляющий вход фазового детектора 8 и тактовые входы,логометров. Il и 12 соединены . с четвертым выходом генератора 13.

Управляющий вход Фазового детектора .9 соединен с третьим выходом генератора 13 ° Вторая входная клемма 1 соединена с пятым входом преобразователя 3 ток — напряжение, выход которого соединен с неинвертирующими входами сумматоров 6 и 7. Выход фа— эового детектора 8 соединен с вторым . входом умножителя 5 и информационным входом логометра 11. Выход Фазового детектора 9 соединен с вторым входом умножителя 4 и инФормационным входом логометра 12. Выход умножителя 4 соединен с инвертирующим входом сумматора 6, выход которого соединен с информационным входом фазового детек. тора 8. Выход умножителя 5 соединен с инвертирующим входом сумматора 7, выход которого соединен с информационным входом фазового детектора 9, Выход амплитудного детектора 10 соединен с опорными входами логометров

11 и 12, Выход автогенератора 21 через адресный счетчик 20 соединен с входами запоминающих блоков 18 и

19. Выход запоминающего блока 18 соединен с входами цифроаналогового преобразователя 14 и формирователя

16 и является первым выходом генератора 13„ Выход запоминающего блока

19 соединен с входами цифроаналогового преобразователя 15 и формирователя 17 и является вторым выходом генератора 13. Третьим, четвертым, пятым и шестым выходами генератора

13 являются соответственно выходы формирователей 16 и 17 и цифроаналоговых преобразователей 14 и 15.

Измеритель работает следующим образом.

Автогенератор 21 вь1рабатывает последовательность импульсов с частотой и . Запоминающие блоки 18 и 19 соответственно содержат в табличной форме М-разрядные значения Функций у = cosx и у = sinx в диапазоне от о

0 до 360 . Емкость адресного счетчика 20 поэтому равна m = log 11-1.

При опросе .адресным счетчиком 20 запоминающих блоков 18 и 19 на их выходах формируются временные последовательности численных значений функций cosy u sinx. Формирователи 16 и

17 выделяют переходы функций cosx и sinx через нулевой уровень,.bopмируют сигнал типа меандр (для управления фазовыми детекторами), причем положительным значениям функций соответствуют импульсы, а отрицатель- . ным — паузы, Цифроаналоговые преобразователи 14 и 15 формируют гармонические напряжения UO u jUO находящиеся в квадратуре, при этом напряжение UO является тестовым напряжением, воздействующим на измеряемый обьект. Частота ц тестового сигнала связана с частотой f автогенераГ тора соотношением

fr ю= 2я

Широкополосный преобразователь 3 ток — напряжение преобразует ток,про1599808 порциональный значению комплексного сопротивления измеряемого объекта,в пропорциональное напряжение Бк.

Предположим, что измеряемый объект характеризуется активной Гк и реактивной MC к проводимостями. Связь указанных параметров с выходным напряжением преобразонателя 3 описывается уравнением

Im(U6 ) — C„P.

Б yUP т.е. пропорционально модулю тестового напряжения UO. Логометры 11 и

12, представляющие собой аналого-цифровые преобразователи с днухтактным интегрированием, осуществляют измере-. ние отношений выходных напряжений фазовых детекторов 8 и 9 и амплитудно20 го детектора 10. Это исключает зависимость результата измерений от нестабильности амплитуды тестового напряжения UÎ. Для обеспечения независимости результатов измерения от

25 частоты ы тестового сигнала длительность первого такта интегрирования по тактовым входам логометров

ll и 12 задается кратной этой частоте.

Дальнейшие преобразования сигналов в устройстве направлены на выделение фазовыми детекторами 8 и 9 квадратурной и синфазной составляющих напряжения UX и их измерение логометрами 11 и 12.

Пусть выходными сигналами фазовых детекторов 8 и 9 являются соответственно напряжения UI и БГ, На выходах аналоговых умножителей 4 и 5 получаются синусоидальнь|е эквиваленты напряжений UR u UI т.е.

U< = a UO xURU5 ja7UO"U1 где а, и à z — коэффициенты преобразования аналоговых умножителей 4 и 5.

Напряжения U4 и U являются сигналами, компенсирующими нежелательное воздействие друг на друга синфазной и кнадратурной составляющих напряжения U â цепях преобразования фазовых детекторов. На входы фазовых детекторов 3 и 9 поступают напряжения с выходов аналоговых сумматоров 6 и 7:

40 — à, UR) UOsin8;

СР.БО+ к 5 л-О

ЮС (соэ 8 + a, UOsirF6) + G

1 + à à UO sin 8

Р.„БО у

G.(cos6 + a UOsin 8) cuC@sin 9 1 — a UOcos8) е

- о

+ a,a U0 sin

UX - (G „+ juG„)R,U0 =

- С Р,UO + jMC„R,UO.

U6 = Бк — U< = (GiRCUO — а,UO х

x UR) + jQC„RОU0 (1) + j (оСк1 оБΠ— аг БОБТ), Погрешности преобразования basoными детекторами син.глазной и кнадВ ицеальном случае фазовый детектор 8 выделяет квадратурную составляющую напряжения U т.е. а фазовый детектор 9 — синфазную составляющую напряжения U». Напряжение на выходе амплитудного детектора

lО Re(U ) С„К„БО ранно:

Если в цепях преобразования *азовых детекторов возникает Фазоная погрешность, то на выходах фазовых детекторсн 8 и 9 возникают соответ"

35 ственно напряжения:

UI = Хш(Б )соз9 + Re(U )sin8

= ы С 1 БОсов 8 + (С RO к

UR = Re(U )cos 8 — Im(U+) sin8 (" к о — а, UI) UÎs in 8. (2) Решая систему уравнений (2) относительно UR u UI получаем

in8(l — а, UOcos8) ратурной составляющих HHcbopMaIJHOHHO

".o сигнала UX определяются выражениями

1599808

cos 8+

UR

DR--- — — ——

Re (UX) а

cos B+

UI

DI

Im(U„) Они принимают минимальные значения при выполнении условий а,U0 = 1;

a7U0 1 ° где а, и а — коэффициенты преобразования аналоговых умножителей. В этом случае пorрешности равны: г аlСх сов О + sin 6 — - -- (1-соя6)

Gõ

DR — -- — — — — ——

1 + sin e

1 + sln79. oosÂ+ .. Е+ — -- (I-..e) ° 7 G»x (dCx

Вй

1 + sin18 Сх (cos8 — 1) (1 + — — — )

Gx

) юз

\»

44 Сх а UOsin B — — — -- (1 — à UOcos8)

L G

I

+ а„a,U 0 sin 6 а U0sin В + †---(I — а !!Осоз6)

° 1 Gõ !

1 + а,а UO sin 8 метра, вторая входная клемма из.мерителя соединена с пятым входом преобразователя ток — напряжение, управляющий вход фазового детектора и тактовый вход логометра соединены с четвертым выходом генератора, выход фазового детектора соединен с информационным входом логометра, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих комплексных сопротивлений в широком диапазоне частот, в него введены фазовый детектор, второй логометр, два аналоговых умножителя и два аналоговых сумматора, причем первый

1 вход первого умножителя соединен с пятым выходом генератора, вторые входы аналоговых умножителей соединены соответственно с выходами второго и первого фазовых .детекторов, а их выходы — с инвертирующими входа(соз Π— 1 ) (1 — — ) Gx

4 Сх

1 + sin1Â

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается увеличение точности измерения составляющих комплексного сопротивления в широком диапазоне частот.

Формула и э о б р е т е н и я

1. Широкополосный измеритель составляющих комплексных сопротивлений, содержащий две входные клеммы для подключения измеряемого объекта,широкополосный преобразователь ток — напряжение, амплитудный и фазовый детекторы, логометр и цифровой генератор, причем первый, второй, третий и четвертый выходы генератора соединены с соответствующими входами преобразователя ток — напряжение, пятый выход генератора соединен с первой входной клеммой измерителя и входом амплитудного детектора, выход которого соединен с опорным входом логоми соответственно первого и второго сумматоров, неинвертирующие входы первого и второго сумматоров соединены с выходом преобразователя ток— напряжение, а выходы — соответствен35 но с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, опорный и тактовый входы второго логометра соединены соответственно с выходом амплитудного детектора и чет40 цертым выходом генератора, управляющий вход второго фазового детектора. соединен с третьим выходом генератора, а выход — с информационным входом второго логометра.

45 2. Широкополосный измеритель по п 1, отличающийся тем, что цифровой генератор дополнительно содержит второй цифроаналоговый преобразователь, причем вход второго цифроаналогового преобразователя соединен с выходом второго запоминающего блока, а его выход является шестым выходом генератора и соединен с,первым входом второго аналогового умножителя.

S5

1599808 б а

В Э

Подписное

Тираж 556

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор А.Лежнина

Заказ 3141

Со ставит ель П. Тар асенко

Текред J1.0ëèéíûê Корректор Т.Малец