Преобразователь параметров пассивных двухполюсников

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл. с присоединением заявки М 9 С 01 К 27/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВИзобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении преобразователей параметров сложных пассивных двухполюсников, например, при измерении параметров МДП- структур, в диэлькометрии или кондуктометрии при измерении параметров бесконтактных датчиков. В указанных и во 10 многих других случаях необходимо осуществлять преобразование параметров пассивных двухполюсных цепей со сложными многоэлементными схемами. замещения, которые могут быть приведены к трехэлементным эквивалентным схемам, состояцим из отдельного элемента Е и комплексного сопротивления Е остальной (как угодно сложной) части двухполюсника с эквивалентными активной Ве Е) и реактивной 1 та(2 составляюцими.Известен преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжении, содержащий формирователь опорного напряжения, задатчик интервалов времени, усилитель постоянного тока в цепь отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящий из конденсатора и резистора, дифференциаторы, ограничитель напряжения, интеграторы, ключ, инвертируюций масштабный преобразователь, вычитатель напряжения, сумматор напряжений (1) .Недостатком указанного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет преобразовывать в напряжение параметры только трехэлементных двухполюсников, имеющих вполне конкретную трех- элементную схему замещения.Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь параметров комплексных сопротивлений, который содержит генератор синусоидального напряжения, выход которого через трансформатор напряжения с первичной и двумя вторичными обмотками соединен с преобразуемым комплексным сопротивлением, состояцигл из последовательно соединенных измеряемой емкости и измеряемого сопротивления. Образцовый элемент включен в цепь обрат" ной связи усилителя, выход которого соединен с входом управляемого делителя напряжения. Вторичная обмотка трансформатора напряжения и выходуправляемого делителя напряжения соединснь 1 с входами сумматора, выход котРогоо соединен с входом Фазочувствительного индикатора )21.Недостатком известного устройстваявляется ограниченность Функциональных возможностей, так как измеряемоекомплексное сопротивление может иметьтолько двухэлементную эквивалентнуюсхему и невозможно измерение параметров сложных двухполюсных цепей потрехэлементной эквивалентной схеме.Цель изобРетения - расширение функциональных возможностей,Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь параметров пас-)5сивных двухполюсников, содержащий генератор синусоидального напряжения,операционный усилитель с опорным резистором на входе и исследуемым двухполюсником в цепи отрицательной обратной связи, управляемый делительОнапряжения, сумматор, фазочувствительный индикатор введены ключ, нульиндикатор, интегратор, амплитудный детектор, блок сравнения, фильтр нижнихчастот, разделительный конденсатор,блок вычитания, причем выход генератора синусоидального напряжения соединенс входом нуль-индикатора и через ключ,управляющий вход которого подключен квыходу нуль-индикатора, с другим выво дом опорного резистора, выход операционного усилителя соединен с одним извходов сумматора, другой вход которого и выход интегратора соединены свходом амплитудного детектора, выход -35последнего подключен к одному из входов блока сравнения,другой вход которого подключен к выхоцу Фильтранижних частот, выход блока сравнениясоединен с управляюцим входом интегратора, выход сумматора соединен свходом фильтра нижних частот и черезразделительный конденсатор с входомуправляемого делителя напряжения ис одним из входов фаэочувствительного индикатора, выход последнего соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с одним иэ входоввычитаюцего блока, другой вход которого и вход интегратора поцключенык выходу генератора синусоидальногонапряжения, выход вычитаюцего блокасоединен с вторым входом фаэочувствительного индикатора.На фиг.1 изображена схема исследу емого двухполюсникау на фиг,2 - структурная схема преобразователя для случая, когда исследуемый двухполюсникимеет вид, изображенный на Фиг.1, ив качестве, отдельно стоящего элемента выделена емкость С.Преобразователь параметров пассивных двухполюсников содержит генератор 1 синусоидального напряжения,ключ 2, нуль-индикатор 3, опорный 65 элемент 4, операционный усилитель 5, исслеььуегщй двухполюсник 6, сумматор 7, интегратор 8, амплитудный детектор 9, блок 10 сравнения, Фильтр 11 нижних частот, разделительный конденсатор 12, управляемый делитель 13 напряжения, вычитающий блок 14, фаэочувствительный индикатор 15.Выход генератора 1 синусоидального напряжения соединен с входами ключа 2 и нуль-индикатора 3, причем выход последнего подключен к управляюцему входу ключа 2, Выход ключа 2 через опорный элемент 4 подключен к входу операционного усилителя 5, в цепи отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник б. Выход операционного усилителя 5 соединен с одним из входов сумматора 7, другой вход которого соединен с выходом интегратора 8 и с входом амплитудного детектора 9, Выход интегратора 8 соединен с выходом генератора 1 синусоидального напряжения. Выход амплитудного детектора 9 соединен с одним из входов блока 10 сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра 11 нижних частот. Выход блока 10 сравнения соединен с управляюцим входом интегратора 8.Выход сумматора 7 соединен с входом Фильтра 11 нижних частот и через разделительный конденсатор 12 с входом управляемого делителя 13 напряжения. Выход последнего соединен с одним из входов вычитаюцего блока 14, другой вход которого подключен к выходу генератора 1 синусоидального напряжения. Выход вычитающего блока 14 соединен с одним из входов Фазочувствительного индикатора 15, другой вход которого подключен к входу управляемого делителя 13 напряжения, Выход Фазочувствительного индикатора 15 соединен с управляющим входом Управляемого делителя 13 напряжения.Устройство работает следующим образом.Рассмотрим работу преобразователя на примере преобразования параметров исследуемого двухполюсника 6 (Фиг,1) для случая, когда в качестве отдельно стояцего элемента выделена емкость С а в качестве опорного элемента 4 используется резистор В(фиг,2).Синусоидальное напряжение питания( 1: ) =- з 1 п,о ьс выхода генератора 1 синусоидального напряжения через ключ 2 открываюцийся по сигналу нуль-индикатора 3 в момент перехода напряжения Очерез нулевой уровень, подключается к опорному элементу 4 (йо), включенному на входе операционного усилителя 5,В дальнейшем ключ 2 остается открытым, Операционный усилитель б осчподается через разделительный конденсатор 12 на вход управляемого делителя 13 напряжения, выходное напряжение которогои ) = Е П -),5 где ) - коэффициент передачи делителя 13 напряжения, поступает на одиниз входов вычитающего блока 14. Надругой вход вычитающего блока подается напряжение питания с выхода ге О нератора 1.Выходное напряжение вычитающегоблока 14 0 15- оозц 6 составляющая напряо .оС,О, пропорциональная параметруС исследуемогоодвухполюсника б;1ф- постоянная составляющая напряженияО 1, обусловЛеннаяийтегрированиемнапряжения О, иравная по значению 25амплитуде составляюцей напряжеЧ завыния О,Ч Ь=- составляющая напрящ о- жения О,пропорцио 30нальная сопротивлению Е остальнойчасти исследуемогодвухполюсника б.С выхода операционного усилителя 355 напряжение Ц подается на один извходов сумматора 7. На другой входсумматора 7 поступает сдвинутое поофазе на 90 относительно напряженияпитания П выходное напряжение ин Отегратора 8Б= ):,Носов об,где 1 - коэффициент передачи интегратора 8,Сумматором 7 осуществляется компенсация ссставляюцей И 1 напряженияП 1, пропорциональной параметру С .для этого коэффициент передачиинтегратора 8 изменяется по сигналублока 10 сравнения до тех пор, покаамплитуда напряжения )3 выделеннаяамплитудным детектором 9, не станетравной постоянной составляющей выходного напряжения сумматора 7, выделенной фильтром 11 нижних частот. При155этом ),= , а амплитуда компенНСБосирующего напряжения П,= проВ,.оСпорциональна параметру Е=,3,0 С лПеременная составляющая выходногонапряжения суматора 7П-.я 1 п.со13Я+1)йе)Гп 3) 65 осдвинуто по фазе на 90 относительно нащ яжения Ол- на выходе управляемого делителя 13 напряжения.При этом отношение напряжения Она выходе управляемого делителя 13 напряжения к напряжению О на его выходе пропорционально активной составляющей Ве 1 комплексного сопротивления Е.У Ре )% НОа отношенйе напряжения ц на выходе управляемого делителя 13 напряжения к напряжению 06 на выходе вычитающе" го блока 14 пропорционально тангенсу угла потерь- 2Й - 1 щ 163 9 "сТаким образом, предлагаемое устройство позволяет осуцествлять преобразование параметров пассивных двухполюсников, имеющих сложную схему замещения, которая может быть представлена трехэлементной эквивалентной схемой при постоянной частоте напряжения питания, При этом сни 60 ществляет пропорциональное преобразование сопротивления исследуемогодвухполюсника б в напряжение чоэ оч Ю=Ч- 1 Мп Ю 3+о о ЯЯ )3 Ио" оЧ О 1ооподает.к на вход фазочувствительного индикатора 15, выходное напряжение которого изменяет коэффициент передачи Е управляемого делителя 13 напряжения до тех пор, пока напряжение ), на выходе вычитающего блока 14 не станет в квадратуре с напряжением Цл на входе управляемого делителя 13 напряжения. Это происхоВодит при 1=), тогда напряжениеЕена выходе вычитающего блока 14 1ч Ц-п Ч па16 ЛпР 1924617 Формула изобретения маются ограничения по числу элементов и конфигурации схемы замещения, свойственные известным устройствам, и расширяются Функциональные воэможности. Преобразователь параметров пассивных двухполюсников, содержащий генератор синусоидального напряже ния, операционный усилитель с опорным резистором на входе и исследуемым двухполюсником в цепи отрицательной обратной связи, управляемый делитель напряжения, сумматор, Фазо чувствительный индикатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены ключ, нуль- индикатор, интегратор, амплитудный 2 О детектор, блок сравнения, фильтр нижних частот, разделительный конденсатор, блок вычитания, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом Нуль-,индикатора и через ключ, управляющий вход которого подключен к выходу нуль- индикатора, соединен с другим выводом опорного резистора, выход операционного усилителя соединен с одним иэ входов сумматора, другой вход которого и выход интегратора соединены с входом амплитудного детектора, выход последнего подключен к одному иэ входов блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, выход блока сравнения соединен с управляющим вхоДом интегратора, выход сумматора соединен с входом фильтра нижних частот и через разделительный конденсатор с входом управляемого делителя напряжения и с одним иэ входов фаэочувствительного индикатора, выход последнего соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с одним из входов вычитаю- щего блока, другой вход которого и вход интегратора подключены к выходу генератора синусоидального напряжения выход вычитающего блока соединен с вторым входом фаэочувствительного индикатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9 493021, Н 03 К 13/20, 1973.2. Авторское свидетельство СССР Р 523364, кл, С 01 В 27/00, 1974. ВНИИПИ Заказ 2809/62Тираж 719 Подписное Филиал ППП "Патент",г,Ужгород, ул.Проектная,4