Устройство для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов

.А, Мельников и А.Н. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОЛИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ/ СВИДЕ 26А. Ерасов,А Шестернин(71) Пензенский филиал Всесоюзногонаучно-исследовательского технологического института приборостроения(56) 1. Авторское свидетельстве СССРМ 430336) кл. С 01 В 29/22, 1972.2. Генератор кварцевый технологи-ческий АМЦ 1550 нПаспорт АМЦ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЭЛЕКТРИ 4 ЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ,содержащее операционный усилитель срезистором в цепи обратной связи,первый выпрямитель, соединенный свходом сумматора, другой вход которого соединен с выходом источникаопорного напряжения, а выход сумматора соединен с входом управляемогоэлемента, усилитель переменного напряжения, а также частотомер, соединенный с входом первого выпрямителя,узел измерения динамического сопротивления и второй резистор, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измеренияЯО 1029106 в него введены два делителя переменного напряжения, второй выпрямительи два дифференциальных усилителя,неинвертирующие входы которых,объединены между собой и соединены с входом первого делителя переменного напряжения и с выходом операционногоусилителя, инвертирующий вход первогодифференциального усилителя соединенс инвертирующим входом операционногоусилителя, выход первого дифференциального усилителя подключен непосредственно к входу первого выпрямителя,а через второй делитель переменногонапряжения - к инвертирующему входувторого дифференциального усилителя,выход которого через второй выпря- Емитель соединен с входом узла измере- урния динамического сопротивления, при- %Ю Фчем выход первого делителя переменного напряжения через второй резисторсоединен с вторым сигнальным входомуправляемого элемента и с входом уси- ылителя переменного напряжения, выход фркоторого подключен к неинвертирующему рвходу операционного усилителя, а между инвертирующим входом операционногоеюфьусилителя и общей шиной устройствавключены зажимы для подключения испытуемого пьезоэлектрического резонатора.1029106 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентных электрических параметров, в частности частоты последовательного резонанса и динамического сопротивления1пьезоэлектрических резонаторов.Известно устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее автогенератор, в цепь обрат ной связи которого включен резистивный четырехполюсник с испытуемым кварцевым резонатором, и индикатор коэффициента передачи четырехполюсника. Для повышения точности измерения 15 при увеличении значений динамического сопротивления кварцевых резонаторов между входом и выходом четырехполюсника включены резисторы, общая точка которых подключена ко входу автогене ратора 1Недостатком этого устройства является малая точность измерения, обусловленная изменением уровня возбуждения испытуемых резонаторов, 25Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее операционный усилитель, охваченный положительной (испытуемый резонатор и управляемый элемен- полевой транзистор) и отрицательной обратными связями, последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, выпрямитель и сумматор, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход сумматора подключен к управляющему входу управляемого элемента, частотомер, подключенный к выходу усили. теля, вход которого соединен с выхо 40 дом операционного усилителя и узел измерения динамического сопротивления, подключенный через усилитель постоянного тока к неинвертирующему входу операционного усилителя и к выходу стабилизатора постоянного тока, при этом узел измерения динамического сопротивления выполнен в виде последовательно соединеннь 1 х преобразователя напряжения в частоту, ключа, управляю.50 щий вход которого соединен .с выходом генератора опорной частоты, счетчика и цифроаого индикатора 2.Недостатком устройства является. невысокая точность измерения парамет" 55 ров резонаторов, динамическое сопротивление которых изменяется в широких пределах. 2Цель изобретения - повышение точности измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектричес"ких резонаторов,Укаэанная цель достигается тем,что в устройство для измерения эквивалентных электрических параметровпьезоэлектрических резонаторов, содержащее операционный усилитель срезистором в цепи обратной связи,первый выпрямитель, соединенный свходом сумматора, другой вход которого соединен с выходом источникаопорного напряжения, а выход сумматора соединен с входом управляемогоэлемента, усилитель переменного напряжения, а также частотомер, соединенный с входом первого выпрямителя,узел измерения динамического сопротивления и второй резистор, введеныдва делителя переменного напряжения,второй выпрямитель и два дифференциальных усилителя, неинвертирующиевходы которых объединены между собойи соединены с входом первого делителя, переменного напряжения и с выходом операционного усилителя, инвертирующий вход первого дифференциального усилителя соединен с инвертирующим входом операционного усилителя,выход первого дифференциального усилителя подключен непосредственно квходу первого выпрямителя, а черезвторой делитель переменного напряжения - к инвертирующему входу второгодифференциального усилителя, выходкоторого через второй выпрямительсоединен с входом узла измерения динамического сопротивления, причем выход первого делителя переменного напряжения через второй резистор соединен с вторым сигнальным входом управляемого элемента и с входом усилителя переменного напряжения, выходкоторого подключен к неинвертирующемувходу операционного усилителя, а между инвертирующим входом операционногоусилителя и общей шиной устройствавключены зажимы для подключения испытуемого пьезоэлектрического резонатора.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства.Схема содержит операционный усилитель 1, испытуемый резонатор 2, управляемый элемент 3, резисторы 1и 5, усилитель 6 переменного напряжения, первый выпрямитель 7, сумматор8, источник 9 опорного напряжения,частотомер 10, узел 11 измерения ди3 1029106 намического сопротивления, содержащий преобразователь 12 напряжения в час тоту, ключ 13, генератор 14 опорной частоты, счетчик 15 и цифровой индикатор 16, второй выпрямитель 17, первый и второй делители 18 и 19 переменного напряжения и первый и второй дифференциальные усилители 20 и 21.Устройство работает следующим об,разом. 1 О 5 КК +Во+" АуОу - сооампниянеи алых О у (цо+ о цфо; К 81) КсМ ветственно 50 итуда напряжена выходе, на вертирующем и нвертирующем ах и коэффициусиления 1 опеонного усиливхо ент рац тел При подключении испытуемого резонатора 2 в автогенераторе, образованномоперационным усилителем 1 с отрица:тельной (испытуемый резонатор 2 ирезистор 4) и положительной (управляемый элемент 3, резистор 5, усилитель 6 переменного напряжения иделитель 18 переменного напряжения)обратными связями, устанавливаютсястацирнарные колебания с частотой,близкой к частоте последовательного. резонанса испытуемого резонатора 2.При этом цепь, состоящая из диффе; ренциального усилителя 20, выпрямителя 7, сумматора 8, источника 9опорного напряжения и управляекэгоэлемента 3, обеспечивает стабйлизацию амплитуды тока Э , протекающегочерез резистор 4 и, следовательно,.через испытуемый резонатор 2. Действительно, аппроксимируя характеристику управляемого элемента 3 линейнойзависимостьюВ. в К(0 -. Е)где К,О,у и Е - соответственно коэф 35фициент передачи,входное напряжениеи напряжение отсечкиуправляемого элемен 40та 3, иэ очевидныхсоотношений:="вьх Кд 1 К В ч4 КК .(,К- коэффициент передачи соответственно делителя переменного напряжения 18, выпрямителя 7 и сумматора 8; К ,К - коэффициент усиления соответственно усилителя 6 переменного напряжения и дифференциального усилителя 20; Оо - опорное напряжениеисточника 9 опорного напряжения; получим в первом приближении для амплитуды тока Э , протекающего через резистор 4 и йспытуемцй резонатор 2Оо0 ду в Поскольку величины КАу, Кв 1, Оо и В 4то же постоянна и не зависит от значения динамического сопротивления В испытуемого резонатора 2.Таким образом, устраняется погрешность измерения, обусловленная зависимостью параметров испытуемого резонатора 2 от амплитуды протекающегр через него тока.Измеряя с помощью частотомера 10 частоту выходного напряжения дифференциального усилителя 20, судят по ней о частоте последовательного резонанса испытуемого резонатора 2.Измерение. динамического сопротивления В испытуемого резонатора 2 осуществляется следующим образом. Из чертежа следует, что амплитуда напряжения на выходе операционного усилителя 1 равна(1 в" = .( + ) а на выходе дифференциального усилителя 20у 1 О 4 У 1На выходе дифференциального усилителя 21 получим для амплитуды переменного напряжения: 192 КАУ 2(1 вь 1 х 20 ду 1) = Кду 2 Рооо5 д 2 Кдз о 3 = = КдУ 23 +Эой( - К Кд Ц, где Кду 2 и Кд 2 соот Ветс т ВеЙно коэффициент усиления диф ференциального усилителя 21 и коэффициент передачи делителя 19 переменного напряжения."35, Раушская наб., д. 1/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная При выполнении равенства Кд 2 К 1 =что нетрудно реализовать путем выбора Кд 2, амплитуда чапряжения на выходе дифференциального усилителя 21 прямо пропорциональна измеряемому динамическому сопротивлению Я испытуемого резонатора 21 дз 2 КА 2 -о Р Затем это напряжение выпрямляется выпрямителем 17 и поступает в узел 11 измерения динамического сопротивления, который обеспечивает последующее преобразование и индикацию Я,Рассмотрим подробнее работу цепи положительной обратной связи, введение в которую делителя 18 переменного напряжения и усилителя 6 переменного напряжения позволяет в предлагаемом устройстве значительно уменьшить, как динамический диапазон изменения со противления Я управляемого элемента 3, так и амплитуду переменного напряжения на последнем при изменении сопротивления Я испытуемого резонатора 2 в широких пределах.Таким образом, устройство позволяет существенно уменьшить погрешность измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов за счет стабилизации тока, протекающего через резонатор, уменьшения рабочего участка характеристики управляемого элемента и снижения амплитуды переменного напряжения на этом элементе.Опытным путем установлено, что предлагаемое устройство обеспечивает, в частности, измерение динамического сопротивления часовых кварцевых резонаторов типа РВЧи МКЧс относительной погрешностью не более + 54 в диапазоне от Й до 300 кОм.