Измеритель параметров кварцевых резонаторов

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ш 1 5885 3 Союз СоветскихСоциалистических Республик К АВТОРСКОМУ СВ ТЕЛ ЬСТ(43) Опубликовано 15,0 (45) Дата опубликован юллетеньло делам изобретен и открытий псанпя 01.02.78 Автор Т. Найди И зобретения(71) Заявитель 54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРО Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в пьезокварцевом производстве при измерении частоты и динамических параметров пьезоэлектрических резонаторов.Известно устройство для измерения добротности кварцевых резонаторов, содержащее генератор, коммутатор, усилитель, прецизионный делитель, амплитудный селектор, счетчик затухающих колебаний и триггер 1.Недостатками этого измерителя являются существенное изменение амплитуды напряжения на кварцевом резонаторе в процессе измерения и отличие частоты возбужденного резонатора от частоты последовательного резонанса.Из известных измерителей параметров кварцевых резонаторов наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель частоты и динамических параметров кварцевых резонаторов, содержащий автогенератор с частотомером, четырехполюсник с кварцевым резонатором, детектор, усилитель, индикатор, пороговое устройство, симметричный триггер и интегратор 12.Существенным недостатком данного измерителя является зависимость точности измерений от величины динамического сопротивления кварцевых резонаторов, Обусловлено это следующим. Амплитудно-частотная хаО 5 О 5 рактеристика кварцевого резонатора несимметрична. Несимметрия особенно ярко проявляется с увеличением мощности рассеяния на кварцевом резонаторе. Поэтому наибольшая точность измерения частоты кварцевого резонатора при последовательном резонансе достигается, если порог срабатывания порогового устройства лежит вблизи экстремального значения напряжения на выходе усилителя. Однако в рассматриваемом измерителе порог срабатывания порогового устройства не зависит от величины экстремального значения напряжения на выходе усилителя, которое, в свою очередь, зависит от величины динамического сопротивления кварцевых резонаторов.В случае малых величин динамического сопротивления кварцевых резонаторов для Т- образной схемы четырехполюсника либо больших величин динамического сопротивления кварцевых резонаторов для П-образной схемы четырехполюсников схема работает неустойчиво, так как уровень сигнала с выхода четырехполюсника снижается до уровня шумов (схема широкополосная, поэтому уровень шумов достаточно велик).Целью изобретения является повышение точности измерений при изменении в больших пределах динамического сопротивления кварцевых резонаторов.15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 Поставленная цель достигается тем, что визмеритель параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенный перестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсннк с исследуемым кварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор, а также последовательно соединенные пороговое устройство, триггер и интегратор, вводят два селективных усилителя, сумматор и второе пороговое устройство, выход которого соединен со вторым входом триггера, причем входы селективных усилителей соединены с выходом усилителя, их выходы - со входами сумматора и пороговых устройств, а выход интегратора - с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко входу перестраиваемого генератора.блок-схема измерителя показана н фиг, 1 и содержит перестраиваемый генератор 1, частотомер 2, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, амплитудный детектор 5, усилитель 6, индикатор 7, селективные усилители 8 и 9 низкой частоты, сумматор 10, пороговые устройства 11 и 12, симметричный триггер 13 и интегратор 14.На фиг. 2 показана амплитудно-частотная характеристика четырехполюсника с кварцевым резонатором. На левом и правом скатах амплитудно-частотной характеристики тракт, состоящий из последовательно соединенных генератора 1, четырехполюсника 3 с резонатором 4, детектора 5, усилителя 6 и селективных усилителей 8, 9, представляет собой селективный усилитель с преобразованием. Входом и выходом этого усилителя является соответственно вход генератора 1 и один из выходов усилителей 8, 9 низкой частоты.Параметры селективного усилителя с преобразованием, в частности коэффициент усиления и фазовая характеристика, зависят от взаимного расположения средней частоты частотно-модулированного сигнала и частоты кварцевого резонатора при последовательном резонансе.Работа селективного усилителя низкой частоты с преобразованием сводится к следующему.Напряжение на входе селективного усилителя с преобразованием (вход перестраиваемого генератора) осуществляет частотную модуляцию генератора 1, Частотно-модулированный сигнал с выхода генератора 1 поступает на вход четырехполюсника 3 с кварцевым резонатором 4 и преобразуется последним в амплитудно-модулированный сигнал. Детектором 5 выделяется огибающая амплитудно-модулированного сигнала и усиливается усилителем 6. В зависимости от частоты напряжение на входе усилителя с преобразованием сигнала усиливается далее либо усилителем 6, либо усилителем 9. На фиг, 2 видно, что коэффициент усиления селективного усилителя низкой частоты с преобразованием прямо пропорционален первой производной выходного напряжения четырехполюсника 3 по частоте. На частоте кварцевого резонатора при последовательном резонансе коэффициент усиления равен нулю, а по мере ухода от нее влево и вправо коэффициент усиления вначале возрастает, а затем постепенно падает до нуля. Из фиг. 2, кроме того, видно, что фаза выходного напряжения усилител с преобразованием дискретно меняется нь 180 при переходе через частоту кварцевого резонатора при последовательном резонансе. В измерителе (см. фиг. 1) выход и вход усилителя с преобразованием соединяются между собой посредством сумматора 10. Эту замкнутую цепь можно рассматривать как цепь положительной обратной связи автогене. ратора,Фазовые характеристики усилителей 8 и 9 повернуты на 180 относительно друг друга и выбраны такими, что условие баланса фаз замкнутой цепи на левом н правом скатах частотной характеристики (см. фиг. 2) выполняется с участием одного из усилителей, Условие баланса амплитуд выполняется только на склонах частотной характеристики четырехполюсника с кварцевым резонатором (на частоте кварцевого резонатора при последовательном резонансе коэффициент передачи селективного усилителя с преобразованием равен нулю). Таким образом, на склонах частотной характеристики четырехполюсника происходит самовозбуждение замкнутой цепи (генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилители 8 и 9 и сумматор 10, причем на левом скате с учетом селективного усилителя 8 низкой частоты, а на правом - с учетом селективного усилителя 9 низкой частоты. На частоте кварцевого резонатора при последовательном резонансе возбуждение упомянутой замкнутой цепи не происходит.Измеритель параметров кварцевых резонаторов работает следующим образом. Генератор 1 перестраивается до тех пор, пока его частота не достигает точки(см. фиг. 2), В этом случае самовозбуждается замкнутая цепь; генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилитель 8 и сумматор 10. Напряжение низкой частоты с выхода усилителя 8 поступает на вход устройства 11, последнее срабатывает и опрокидывает триггер 13. Напряжение с триггера 13 поступает на интегратор 14 и с выхода последнего линейно увеличивающееся напряжение через сумматор 10 поступает на вход генератора 1. Полярность напряжения на входе перестраиваемого генератора выбрана такой, чтобы ча стота последней увеличивалась. Как только частота генератора перейдет точку(крутизна характеристики в точкахиодинакова), возбуждение упомянутой замкнутой цепи прекращается. Пороговое устройство 11 возвращается в исходное состояние, пе влияя на состояние триггера 13, Поэтому напряжение на выходе интегратора 14 продолжает линейно увеличиваться, перестраивая частоту генератора 1 вверх. Как только частота генератора 1 достигнет точкивозбуждается замкнутая цепь: перестраиваемый генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилитель 9 и сумматор 10. Напряжение низкой частоты с выхода усилителя 9 поступает на вход порогового устройства 12, последнее срабатывает и опрокидывает триггер 13, Происходит разряд конденсатора интегратора 14 и линейно- уменьшающееся напряжение через сумматор 10 поступает на вход генератора 1, В результате частота генератора 1 уменьшается. Как только частота генератора отойдет от точки , прекращается самовозбуждение упомянутой замкнутой цепи. Пороговое устройство 12 возвращается в исходное состояние, не влияя на состояние триггера 13, Поэтому частота генератора по-прежнему уменьшается до точки . По достижении точкисамовозбуждается замкнутая цепь: генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилитель 8, и процесс перестройки генератора 1 вверх к точке , повторяется. Период перестройки генератора 1 от частотык , и наоборот определяется в основном постоянной времени интегратора 14,Частотомер 2 фиксирует интегральную частоту генератора, перестраивающегося в пределах отдо з Формула изобретенияИзмеритель параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенные перестраиваемый генератор с часто 10 томером, четырехполюсник с исследуемымкварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор, а также последовательно соединенные пороговое устройство,триггер и интегратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем,15 что, с целью повышения точности измерений,в него введены два селективных усилителя,сумматор и второе пороговое устройство, выход которого соединен со вторым входомтриггера, причем входы селективных усилите 20 лей соединены с выходом усилителя, их выходы - со входами сумматора и пороговыхустройств, а выход интегратора - с третьимвходом сумматора, выход которого подключен ко входу перестраиваемого генератора.25Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР КО 169581,кл. 21 а 4 71, 1965,ЗО 2. Авторское свидетельство СССР Уо 460510,кл. б 01 К 23/ОО, 1976.