Измеритель добротности и с-параметров

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет ь 01 й 27/26 Госуларственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ И СС-ПАРАМЕТРОВ Изобретение относится к области радиоизмерительной техники, устройство может быть использовано для измерения таких параметров радиоэлементов и колебательных контуров, 5 как добротность, индуктивность,емкость.Известен измеритель параметров радиоэлементов, н котором имеется конденсатор переменной емкости, 10 снабженный механической шкалой для отсчета емкости 13 В этом устройстве определение емкости и индуктивности производится с использованием показаний шкалы конденсатора; 15Известному устройству присущи следующие недостатки: косвенный характер измерения емкости и индуктивности, погрешность в измерении емкости и индуктивности, обусловленная 2 ь ошибкой передачи угла поворота подвижной части конденсатора на шкалу для отсчета емкости, проявляющаяся, несмотря на применение сложных высокоточных передач; погрешность при из мерении емкости и индуктивности колебательных контуров, вызванная тем, что укаэанные параметры измеряются на частоте, отличной от резонансной частоты контура, Изменение резонанс ной частоты контура обусловлен;. подключением к нему для пронедения измерений отградуированного конденсатора.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эФФекту к изобретению является измеритель добротности, содержащий генератор, подключенный к нходу контура, образонанноГо катушкой индуктивности и конденсатором переменной емкости с механической шкалой для отсчета емкости, блок отношения, входы которого связаны с колебательньва контуром,и индикатор резонанса, подключенный параллельно колебательному контуру 1.21.Такое- устройство не обеспечивает прямого отсчета и обладает невысокой точностью.Целью изобретения является обеспечение возможности прямого отсчета и .повышение точности измерения.Цель достигается тем, что в измеритель добротности и С-параметрон, содержащий источник сигнала, подключенный к нходу колебательного контура, к выходу которого подключены вход усилителя, один из входов блока отношения, другой вход которо го связан с входом колебательного55 60 б 5 контура и выходом усилителя, и вход блока поддержания амплитуды, выходом подключенного к источнику сигнала, блок автоматической регулировки усиления, подключенный входом к входу колебательного контура, а выходом к управляющему амплитудой входу усилителя, введен блок автоматической регулировки фазы, вход которого подключен к входу и выходу колебательного контура через индикатор резонанса,а выходом - к управляющему Фазой входу усилителя, при этом усилитель охвачен цепью обратной связи через постоянную реактивность известной величины, а выход усилителя и вход колебательного контура связаны с вторым входом блока отношения через коммутатор.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого измерителя добротности и С-параметров, один из возможных вариантов.Измеритель содержит последовательно соединенные источник 1 сигнала, образованный катушкой 2 индуктивности и конденсатором 3 колебательный контур 4, усилитель 5, охваченный цепью обратной связи через последовательно соединенные реактивный элемент б и ключ 7. Параллельно контуру 4 подключен индикатор 8 резонанса, выход которого через блок 9 автоматической регулировки Фазы связан с управляющим фазой входом усилителя 5, К выходу контура 4 подсоединены блок 10 поддержания амплитуды, связанный с входом источника 1, и первый вход блока 11 отношения, Второй вход блока отношения через коммутатор 12 связан с входом контура 4 и выходом усилителя 5. Вход контура через блок 13 автоматической регулировки усиления подключен к управляющему усилением входу усилителя 5.Устройство работает следующим образом.При измерении добротности катушек индуктивности ключ 7 разомкнут, а коммутатор 12 находится в положении А, С выхода источника 1 на вход колебательного контура 4, образованного исследуемой катушкой 2 индуктивности и вспомогательным конденсатором 3 переменной емкости, поступает синусоидальное напряжение с частотой, на которой необходимо провести измерения. По индикатору 8 резонанса колебательный контур настраивается на частоту входного сигнала путем плавного изменения емкости конденсатора 3.Блок 10 подцержания амплитуды, воздействуя на источник 1, подцерживает постоянный уровень напряжения на выходе контура 4. Это зачастую необходимо при измерении параметров катушек, зависящих от величины приложенного напряжения. 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 Как известно, при резонансе напряжение, поступающее на вход контура 4 от источника 1 (Ць ), и напряжение, снимаемое с выхода контура(1)Оьхгде- добротность контура,Исходя иэ этого соотношения,в блоке 11 отношения измеряетсядобротность контура 4. С тем,чтобывеличина измеренной добротности вточности соответствовала искомойвеличине добротности катушек, усилитель 5 должен иметь входное активное сопротивление по величинемного большее, чем выходное резонансное сопротивление контура 4.При измерении индуктивности катушки 2 коммутатор 12 находитсяв положении В, а ключ 7 в исходномсостоянии разомкнутКак видно из выражения (1), величина входного напряжения, настроенного в резонанс контура, приподдержании блоком 10 амплитуды постоянного уровня его выходного напряжения несет йнформацию о добротностиконтура. Это напряжение поступаетна вход блока 13 автоматической регулировки усиления,По истечении времени, необходимого на осуществление описанных вышеопераций в блоке автоматической регулировки усиления, ключ 7 замыкается и в цепь обратной связи усилителя 5 включается реактивный элемент б,Одновременно начинает увеличиватьсякоэффициент усиления усилителя 5.Входное сопротивление усилителя 5,охваченного цепью обратной связи,не является чисто активным. Оноопределяется фазовым сдвигом в усилителе 5 и его коэффициентом усиления. Под воздействием реактивнойсоставляющей входного сопротивленияконтур 4 расстраивается ина выходеиндикатора 8 резонанса появляетсясигнал расстройки, под воздействиемкоторого блок 9 устанавливает, а затем начинает поддерживать такуюфазу усилителя 5, при которой еговходное сопротивление чисто активно,а контур 4 настроен в резонанс. При увеличении коэффициента усиления усилителя 5 входное активное сопротивление последнего уменьшается, что приводит к уменьшению добротности контура 4, а следовательно, к увеличению вводимого в контур напряжения. Когда величина напряжения на входе контура достигнет запомненной в блоке 13 величины., на выходе последнего появляется сигнал, прекращающий дальнейшее увеличение коэффициента усиления усилителя 5.Когда реактивным элементом б является катушка индуктивности с больгде О 5 О 4 авшой добротностью, индуктивностькатушки 2 можно определить, исходяиз выражения индуктивность реактивного элемента 6;постоянная добротность, по величине меньшая нижнего предела измеряемых добротностей;К - коэффициент усиления усилителя 5.Добротность 0 р определяет добротность Ореь, до которой необходимо шунтировать контур входным сопротивлением усилителя. При К = 10 индуктивность катушки 2 определяется блоком 11 отношения, исходя из выраже- ния При этом погрешность, вызванная упрощением выражения (2), не превыша ет 0,5.Когда реактивным элементом 6 явля ется конденсатор, а К Ъ 10, индуктивность катушки 2 определяется блоком 11 отношения. При этом используется представленный в цифровом коде ре- . зультат измерения блоком 11 отношения емкости конденсатора 3 переменной емкости, определяемой по фор- муле 0 С К, (4) где о - емкость реактивного элементПри измерении емкости конденсаторов колебательный контур 4 образуется испытываемым конденсатором 3 и вспомогательной катушкой 2 индуктивности. Он настраивается в резонанс путем изменения частоты источника 1 или величины индуктивности катушки 2. Процесс измерения емкости конденсатора 3 при этом аналогичен прочессу измерения индуктивности катушки 2 Для получения более простого выражения для отсчета емкости в качестве реактивного элемента 6 в цепи ,обратной связи усилителя 5 лучше испольэовать образцовый конденсатор. Искомая величина емкости при этом определяется блоком 11 отношения, исходя из выражения (4).Процесс измерения добротности и С-параметров колебательных контуров аналогичен рассмотренным процессам измерения добротности, емкости, индуктивности радиоэлементов.В рассмотренном варианте шунтирование контура 4 производится до величины добротности Юре, зависящей от исходной добротносги ЯцС контура. 0 5 0 Можно шунтировать контур 4 независимо от исходной добротности до одной и той же постоянной добротности Цо. В этом случае емкость конденсатора 3 и индуктивность катушки 2 определяются блоком 11 отношения, исходя из формул) ре)мац о 1 ( 6) выходное напряжение усисхОре - входные напря где Оуслителя, О нжения блока 13.Для проведения измерений по формулам (5) и (6) необходимо первый вход блока 11 отношения подключить к входу контура 4, а второй вход связать через коммутирукщее устройство, аналогичное коммутатору 12, с выходами усилителя 5 и контура 4.Использование такого усилителя позволит создать автоматизированный измеритель добротности, емкости, индуктивности. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве отсчет емкости измеряемого конденсатора производится не по шкале переменного конденсатора, а блоком отношения. Это позволяет уменьшить количество механических узлов за счет исключения точных механических передач к шкале, получить прямой отсчет емкости в цифровом коде, что важно при использовании устройства в автоматических системах, повысить точность измерения указанного параметра.Ошибка в измерении емкости конденсатора в предлагаемом устройстве может быть вызвана неточностью измерения отношения напряжений блоком отношения и отличием используемой упрощенной формулы (3) от формулы (2),Величина погрешности, обусловленная первой причиной, сводится к погрешности, вносимой блоком отношения (цифровым вольтметром), которая может быть много меньше, чем погрешность, вызванная неточностью передачи угла поворота подвижной части конденсатора на шкалу и сост ляющая в прототипе ориентировочно 2.Погрешность, обусловленная второй причиной, уменьшается с увеличением минимального коэффициента усиления усилителя 5. Так, при Кц = 10 эта составляющая общей погрешности равна 0,5, а при К15-0,23. Эту погрешность можно вообще исключить, если применить автоматическую коррекцию результата763817 Составитель Л. Со ТехредА.Щепанска инаКорректор И. Куска чиов Тираж 1019 Подписно ВНИИПИ,Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д./5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. тная измерений, которая возможна при применении микропроцессоров Формула изобретения Измеритель добротности и С-параметров, содержащий источник сигнала, подключенный к входу колебательного контура, к выходу которого подключены вход усилителя, один из входов блока отношения, другой вход которого связан с входом колебательного контура и выходом усилителя, и вход блока поддержания амплитуды, выход которого подключен к источнику сигнала, блок автоматической регулировки усиления, подключенный входом к входу колебательного контура, а выходом к управляюцему амплитудой входу усилителя, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью обеспеченияпрямого отсчета и повышения точности измерения, в него введен блокавтоматической регулировки Фазы, входкоторого подключен к входу и выходуколебательного контура через индикатор резонанса, а выход - к управляющему Фазой входу усилителя, приэтом усилитель охвачен цепью обратной связи через постоянную реактивность, а выход усилителя и входколебательного контура связаны с;вторым входом блока отношения черезкоммутатор. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка Англии Р 1368980,кл. 6 1 Ч, 1974,2, Заявка Англии.М 1321573,кл. С 1 Ч, 1974,