Преобразователь активного сопротивления кварцевого резонатора

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве измерительного преобразователя активного сопротивления кварцевого резонатора на частоте его последовательного резонанса в интервал времени. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Благодаря введению компаратора 6, элемента И 7, источника опорного напряжения 9 и генератора управляющего напряжения 10 преобразование активного сопротивления кварцевого резонатора 3 осуществляется путем регистрации момента возникновения или срыва колебаний автогенератора 1, вследствие чего нестабильность амплитуды генерируемых колебаний не сказывается на точности преобразования. Кроме того, выполнение автогенератора 1 в виде широкополосного усилителя 2 с положительной обратной связью, в цепь отрицательной обратной связи по току которого включен исследуемый кварцевый резонатор, позволяет исключить погрешность, связанную с неопределенностью фазового набега в усилителе при использовании кварцевых резонаторов с различными резонансными частотами. Преобразователь содержит также усилитель 4, амплитудный детектор 5, управляемый напряжением резистор 8, преобразователь временного интервала в цифровой код 11. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (5ц5 G 01 R 29/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗ06РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

СПИ"",.М

Га1Р.: Р" т, ". . .,„. Я Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4446361/24-21 (22) 21.06,88 (46) 23.12.90,.Бюл. М 47

{71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения

Украины с Россией (72) В.П.Канунников, В.Н.Кравченко и Д,П.Сивцов (53) 621.317 {088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 651271, кл. G 01 R 27/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР.

М 684470. кл. G 01 R 29/22, 1979. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве измерительного преобразователя активного сопротивления кварцевого резонатора на частоте его последовательного резонанса в интервал времени. Цель изо бретения — йовышение точности преобразования. Благодаря введению компаратора 6, „„5U „„1615645 А1 элемента И 7, источника опорного напряжения 9 и генератора управляющего напряжения 10 преобразование активного сопротивления кварцевого резонатора 3 осуществляется путем регистрации момента возникновения или срыва колебаний автогенератора 1, вследствие чего нестабильность амплитуды генерируемых колебаний не сказывается на точности преобразования. Кроме того, выполнение автогенератора 1 в виде широкополосного усилителя 2 с положительной обратной связью, в цепь отрицательной обратной связи по току которого включен исследуемый кварцевый резонатор, позволяет исключить погрешность, связанную с неопределенностью фазового набега в усилителе при использовании кварцевых резонаторов с различными резонансными частотами. Пре- Я образователь содержит также усилитель 4, амплитудный детектор 5, управляемый напряжением резистор 8, преобразователь

l временного интервала в цифровой код 11.

1 з.п. ф-лы, 4 ил, 1615645

Иэодре- ение относится к измеритель -1 и i û!Нике и может быть использовано в качестве измерительного преобразовател —; ак1ивного сопротивления кварцевого резонатора на частоте его последовательного резонатора в интервал времени.

Целью изобретения является повышение точности преобразования, На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — схема автогенератора; на фиг, 3 — схема переменного резистора; на фиг, 4 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразова Геля.

Преобразователь содержит уг|равляемый автогенератор 1, состоящий из первого усилителя 2 с положительной обратной связью и исследуемого кварцевого резонатора 3, второй усилитель 4, амплитудный детектор 5, компаратор 6, элемент И 7, управляемый напряжением резистор 8, источник 9 постоянного опорного напряжения, генератор 10 управляющего напряжения, преобразователь 11 временного интервала в цифровой код. Выход автогенератора 1 через последовательно включенные второй усилитель 4 и амплитудный детектор 5 соединен с первым входом компаратора 6, siuрой вход которого соединен " источником 9 ,.:.- >рного напряжения. Между выходом це1оложительной обратной связи автоге,,;ратора 1 и общей шиной включен управляемый напряжением переменный резистор 8, управляющий вход которого соединен с первым выходом генератора 10 управляющего напряжения, второй выход ,оторого соединен с первым входом эле- ента l l 7, второй вход которого соединен с

ыходом компаратора 6, а выход — с входом преобразователя интервал времени — цифровой код 11, Первый усилитель 2 с положительной абра ной связью содержит резистор 12, соединенный одним выводом с резистором

13, погенциометром 14, резистором 15 и конденсатором 16, диод 17, катодом соединенный с базой транзистора 18, коллектор ко орого соединен с одним выводом резистора 19, база транзистора 20 соединена через конденсатор 21 с конденсатором 22, эмиттер транзистора 20 соединен с коллектором транзистора 23, база которого через диоды 24 и 25 соединена с общей шиной, эмиттер транзистора 23 через резистор 26, единен с общей шиной, с которой также ,аединен один из выводов резистора 27, азу. ой вывод которого соединен с общей точкой конденсаторов 21 и 22 и резисто. 1Ч

В качестве управляемого напряжением резистора 8 может быть использован полевой транзистор (фиг. 3), причем выводами резистора являются выводы истока и стока, управляющим входом является вывод затвора полевого транзистора. С целью подбора требуемой формы напряжения последовательно с затвором и между затвором и стоком могут быть включены резисторы, Устройство работает следующим образом.

Широкополосный усилитель 2 с положительной обратной связью (ПОС) является потенциально автоколебательной системой, которая самовозбуждается при выполнении известного условия баланса амплитуд

lKt lPl 1 (1) на одной из частот, лежащих в полосе пропускания широкополосного усилителя 2 с

ПОС. В условии (1) через (К! обозначен модуль комплексного нагруженного коэффициента усиления усилителя 2, в через

lPl — модуль комплексного нагруженного коэффициента передачи цепи обратной связи.

В усилителе 2 (фиг. 2) цепь ПОС образована разделительным конденсатором 21. величина когорого выбрана настолько большой, пабы можно было считать lPl = 1 во всей полосе рабочих частот устройства. loэтому выполнение или невыполнение условия (1) достигается регулировкой только нагруженного коэффициента усиления К =

= К l, величина которого изменяется в пределах 0 К К м с.в зависимости от величины сопротивления Йз управляемого резистора 8, подключенного через разделительный конденсатор 22 большой емкости параллельно сопротивлению коллекторной нагрузки транзистора 18 широкополосного усилителя 2 с ПОС, Кроме величины Rs управляемого резистора 8, коэффициент усиления К зависит также и от величины г„активного эквивалентного сопротивления кварцевого резонатора, 3 на последовательном резонаторе, При этом, a lуtсcтTрpоoйAсcтTвsе : м еeж д у КK, Rs и гх выполняются следующие качественные соотношения; чем больше Rs, тем больше К; чем больше r . тем меньше К, Управляемый резистор 8 и широкополосный усилитель 2 с ПОС построены так, что при Rs = Яв величина К такова, что условие (1) выполняется с запасом при гх = гхмвкс, т.е. для наихудшего случая. Тогда, при уве-личении Ra от Язмин до 88макс, например, по линейному закону Нв = Rsvsv + ат, при дан1615645

10

20

35

45

50 (3) ном значении г» возникновение автоколебаний в автогенераторе 1 происходит в такой момент времени 1, при котором выполняется строгое равенство

IKl lj)l = 1, (2)

Аналогичная картина наблюдается и

ПрИ умЕНЬШЕНИИ R8 ОТ Я3мвкс до Йзмин, T.e при срыве автоколебаний. Если же вместо данного кварцевого резонатора, имеющего на частоте последовательного резонанса (очень близкой к частоте автоколебаний) сопротивление г», подключается другой измеряемый кварцевый резонатор с той же частотой последовательного резонатора и соответствующим сопротивлением rx2, например, большим, чем г», то поскольку К при этом уменьшится, возбуждение автоколебаний теперь происходит в момент времени t2. flp этОм, t2 > t1.

Таким образом, в устройстве осуществляется преобразование s интервал времени.

В некоторый момент времени, определяемый; например, подачей импульса запуска на вход генератора управляющего напряжения 10, последний вырабатывает

„строб-импульс (фиг. 4а) и линейно изменяющееся напряжение (фиг. 4б), управляющее сопротивлением резистора 8, В момент, когда усиление в петле обратной связи достигает значения l K l l jul = 1, на выходе автогенератора возникает переменное напряжение,фиг. 4в). Во время обратного хода управляющего напряжения при нарушении условия баланса амплитуд генерация прекращается. После детектирования выходного напряжения автогенератора видеоимпульс с выхода амплитудного детектора 5 (фиг. 4с) поступает на первый вход компаратора 6, где сравнивается с некоторым опорным напряжением, на выходе компаратора 6 формируется импульс, передний фронт которого задержан относительно переднего фронта строб-импульса на время ti, пропорциональное измеряемому сопротивлению rx, На выходе элемента И 7 формируется импульс, длительность которого при известной длительности строб-импульса также линейно связана с измеряемой величиной гх свык = tc t1 = l3 (Rp rx), где Ь и Rp — параметры, определяемые экспериментально.

В общем случае, зависимость R8(Uynp) может быть нелинейной. В этом случае, нелинейна. и зависимость t>b« = 1(гх), однако она может быть получена экспериментальным путем, Для измерения rx может быть также использован обратный ход управляющего напряжения (фиг. 4д). При этом передний фронт строб-импульса должен быть задержан на tc.

Усилитель 4 используется для обострения фронтов видеоимпульса на выходе

Детектора (фиг. 4г), что способствует уменьшению ошибки преобразования, возникающей вследствие конечного времени нарастания и срыва колебаний автогенератора. Преобразователь 11 временного интервала в цифровой код позволяет представить преобразуемое сопротивление гх в более удобном для измерения виде.

Кроме того, часто не требуется измерения абсолютного значения rx, а важно знать лишь отклонение его от некоторой заданной величины, либо от измеренной в предыдущем опыте величины (например, при использовании кварцевого резонатора в качестве датчика некоторого физического параметра). В этом случае предыдущее значение кода, соответствующего ранее преобразованному значению r», хранится в памяти преобразователя 11, При втором цикле преобразования на выходе преобразователя 11 формируется код, соответствуЮЩИй РаЗНОСтИ Г,2 — Г», ГДЕ rx2 ВЕЛИЧИНа активного сопротивления кварцевого резонатора во втором опыте.

Благодаря тому, что для преобразования гх используется лишь регистрация момента времени возникновения или срыва генерации, нестабильность амплитуды генерируемых колебаний не вносит погрешности в результат преобразования.

Выполнение управляемого автогенератора в виде охваченного положительной обратной связью усилителя, в цепь отрицательной обратной связи по току которого включен исследуемый кварцевый резонатор, позволяет использовать в нем широкополосный усилитель, в результате чего, исключить погрешность, связанную с неопределенностью фазового набега в усилителе при измерении г„кварцевых резонаторов с разными резонансными частотами.

Формула изобретения

1. Преобразователь активного сопротивления кварцевого резонатора, содержащий управляемый автогенератор, выход которого соединен с амплитудным детектором, а управляющий вход — с первым выводом управляемого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

1615645 точности преобразования, в него введены компаратор, источник опорного напряжения, элемент И и генератор управляющего напряжения, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого резистора, второй выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого !, соединен с выходом компаратора, а выход является выходом преобразователя, при этом первый вход компаратора соединен с выходом амплитудного детектора, а второй вход — с источником опорного напряжения.

2. Преобразователь па и, 1, о.т л и ч а юшийся тем, что управляемый автогенератор содержит усилитель, выполненный в виде двух последовательно соединенных усилительных каскадов, цепь положительной обратной связи, включенную между первым выходом второго каскада и входом первого каскада, и исследуемый кварцевый резонатор, при этом первый усилительный

5 каскад содержит транзистор, эмиттер которого через параллельно включенные стабилизатор тока и исследуемый кварцевый резонатор соединены с общей шиной, коллектор соединен с входом второго каска10 да, а также через резистор нагрузки — с источником питания, а база соединена с цепью смещения и выходом цепи положительной обратной связи, причем первый выход второго каскада является управляю15 щим входом автогенератора, а второй выход второго каскада — с выходом автогенератора.

1615б45

Составитель В. Максименко

Техред M. Моргентал Корректор А.Обручар

Редактор А. Шандор

Произаодственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3984 Тираж 558 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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