Устройство для измерения добротности колебательных контуров

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4(5 С 01 К 27/26 НИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ра. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 970264, кл, С 01 К 27/26, О 1. 08. 822. Новый автоматизированный методизмерения абсолютной добротностирезонатора. А пею ацеошасей аЬво 1 оСе-щеавигь.п 8 шеЬой. А 1 суе 1 С.,Вов 1 в 1 о К. 6. "ЕЕМТК, 81. Е 1 ес. апйЕ 1 есйгоп Меапв апй Тези Ывгып.СопГ. апд Ехро., Ограда, Яер 22-24,1981, 08 "102-110,1 РЖ "Метрология"8, 1982, УДК 621,317,33,8.32.1046 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ,содержащее последовательно соединенные клеммы для подключения колебательного контура, фазосдвигающий блок ипервый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок,вход которого соединен свыходомчастотомера, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен суммирующийблок, выход которого соединен с однойиз клемм для подключения колебательного контура, первый вход - к выходупервого усилителя-ограничителя, ипоследовательно соединенные второйусилитель-ограничитель и ключ, выходкоторого соединен с вторым входомсуммирующего блока, а вход второгоусилители-ограничителя соединен сдругой клеммой для подключения колебательного конту.Изобретение относится к радиоизмерительной технике:1 ожет быть использовано для измерения добротности,тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и индуктивности. 5Известно устройство для измерениядобротностиоснованное на измеренииотношения напряжений, содержащееуснлитель, в цепь положительной обратной связи которого включены колебательный контур и фазосдвигающее устройство блок отношения напряжений,своими входами подключенный и араллельно колебательному контуру и частотомер для контроля частоты сигнала в 15контуре 111, Однако источником сигнала для контура в известном устройстве служит не отдельный генератор,а самоваэбуждающийся на резонанснойчастоте контура усилитель, Кроме 20того, известному устройству присущанизкая точность измерения добротности из-за нелинейности блока отношениянапряжений, несинусоидальностисигналов, частотной зависимости коэффициентов передачи элементов развязки колебательного контура от остальной схемы. Из-за возрастанияпогрешности блока отношения напряжений при уменьшении уровней сигна- ЗОлов на его входах устройства особенно малоэффективно при малых уровнях сигнала на измеряемом объекте,Режим малого сигнала необходим приизмерении параметров нелинейных35элементов, т.е, элементов, параметрыкоторых зависят от прилаженного кним напряжения или протекающего через них тока,Наиболее близким к предлагаемому 40является устройство для измерениядобротности, основанное на выделенииполосы прапускания колебательногоконтура, содержащее последовательносоединенные колебательный контур,Фазосдвигающий блок, усилитель, выходом подключенный к входу колебательного контура, а также частотомер для контроля частоты сигнала иподключенный к его выходу вычислительный блок 2 .Место подключения частотомера в данном устройстве не влияет на работоспособность и обеспечение точнастных характеристик данного устройства, частотомер может быть подключен как к выходу колебательного контура, так и к другим узлам устройства (к усилителю или Фазосдвига=ющему блоку .В устройстве отсутствует сложный узел - блок отношения напряжений, а добротность, как и частота,определяется исходя из показанийчастотомера,При апределечии полосы пропускання контура в данном устройствеполучают ряд частот возбуждения (меняя Фазовый сдвиг в фазасдвигающемблоке) при каждом из многих задаваемых коэффициентов усиления усилителя.На этот процесс, а также на измерение полученных частот частотомером и анализ полученных результатов в вычислительном устройстве, затрачивается большое время, вследствиечего устройство имеет низкое быстродействие (да 20 с),Для получения приемлемой точностиизмерения полосы пропускания контура,а следовательно и добротности,программируемый аттенюатар и Фаэасдвигающий блок в устройстве должныиметь высокие разрешающие способности, В условиях больших диапазоновизмерения коэффициента передачи программируемага аттенюатора и фазовогосдвига в фазасдвигающем блоке этитребования усложняют аттенюатор иФаэасдвигающий блок а следовательнои все устройство в целом.Цель изобретения - повышениебыстродействия устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее последовательно соединенные кле:.ы для подключения колебательного контура, фазосдвигающий блок и первый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходам частотомера., введен суммирующий блок выход которого соединен с одной из клемм для подключения колебательного контура, первый вход - к выходу первого усилителя-ограничителя и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом суммирующе."а блока, а вход второго усилителя-ограничителя соединен с другой клеммой для подключения колебательного контура.1153303 4ля 6, суммирующего блока 8по входу 7;Я - добротность контура 1.По мере нарастаний амплитудыавтоколебаний усилитель-ограничитель6 вступает в режим ограничения и егокоэффициент усиления уменьшается.Уменьшение коэффициента усиленияусилителя-ограничителя 6 происходит1 О до тех пор, пока в схему не поступит режим установившися автоколебаний, при котором выполняется усло- вие На чертеже представлена структурная схема устройства,Устройство содержит последовательный колебательыый контур 1, образованый последовательным соединением катушки 2 индуктивности и конденсатора3, фазосдвигающий блок 4 и второйусилитель-ограничитель 5, которыевходами подключены к выходу контура1, первый усилитель-ограничитель 6,посредством. которого выход фазосдвигающего блока 4 подключен к входу 7суммирующего блока 8, выходом подсоединенного к входу контура 1, ключ 9,посредством которого выход усилителяограничителя 5 подсоединен к входу 10суммирующего блока 8, частотомер 11,входом подключенный к выходу усилителя-ограничителя б, и вычислительныйблок 12, входом подсоединенный квыходу частотомера 11.Связь: вход частотомера И - входусилителя-ограничителя 6 некритична для предлагаемого устройства ичастотомер 11 для контроля частоты 25сигнала может быть подключен такжек другим узлам устройства, напримерк контуру 1, фазосдвигающему блоку4, усилителю-ограничителю 6.Устройство работает следующим ЗОобразом,1В первоначальный момент времениключ 9 находится в разомкнутом состоянии. При обеспечении амплитудного и фазового. условий самовозбуя; 35дения происходит самовозбуждениезамкнутой цепи: контур 1, фазосдвигающий блок 4, усилитель-ограничитель 6, суммирующий блок 8 нарезонансной частоте контура 1, при 40которой выходное напряжение контура1 отстает по фазе от его входногонапряжения на четверть периода. 20 1Добротность контура 1 вычисляетсяв вычислительном блоке 12 исходя из 45значении частот Г и Г.1. При измерении больших добротностей расчетная 1формула для добротности имеет видО 2 Йо блЯ 11 Рэ (3) 50огде Б 111 - амплитуда основных гармоник напряжений вводи"мых в контур 1 с усилителей-ограничителей 5 и 556 соответственно.(которое легко выполнить задаваяодинаковые уровни ограничения усиВыполнение фазового условия само- возбуждения на резонансной частоте контура 1 обеспечивается выбором необходимого фазового сдвига в фазосдвигающем блоке 4, а амплитудных выбором коэффициента усиления усилителя-ограничителя 6 исходя иэ ус- ловия КЦ1, (1) где К - суммарный коэффициент передачи на частоте, совпадающей с резонансной частотой контура фазосдвигающего бло 1 ка 4, усилителя-ограничитеКЯ = 1, (2)Применение режима ограничения в усилителе-ограничителе 6 (т. е. режима, при котором усилитель-ограничитель 6 имеет нелинейную характеристику) позволяет получить устойчивость автоколебаний по амплитуде в широкой полосе частот и при большом диапазоне изменения добротности контура.После измерения резонансной частоты Г контура 1 частотомером 11 ключ 9 замыкается.При фазовом сдвиге, вносимом усилителе-ограничителем 5 и суммирующим блоком 8 по входу 10 равным нулю или кратным 29, в контур 1, через замкнутый ключ 9 и. суммирующий блок 8 с усилителя-ограничителя 5 дополнительно поступает напряжение по фазе, совпадающее с напряжени. ем на выходе контура 1. Под воздействием данного напряжения частота возбуждения автогенераторной цепи уменьшается и становится равной Е 1,После прекращенияпереходных процессов в схеме, обусловленных замыканием ключа 9, частотомером 11 измеряется частота 1.(3) принимает видВ предлагаемом устройстве изменять 5частоту возбуждения автогенераторнойцепи можно не только в сторону уменьшения частоты, но и в сторону резонансной характеристики, т. е. в сторону увеличения частоты, Для этого необходимо, чтобы суммарный Фазовыйсдвиг, вносимый усилителем-ограничителем 5 и суммирующим блоком 8 повходу 10, бып равнымили кратнымТ, В этом случае после эамьпсания клю ча 9 частота возбуждения становитсяравной Г , и добротность при У =Попределяется исходя из формулыд.моили более простой формулыо = (6)гВ предлагаемом устройстве приизмерении добротности контура в отличие от известного не требуетсяполучения и измерения большого количества частот возбуждения автогенераторной цепи, поэтому быстродействие предлагаемого устройства намного вьппе, чем у известного.Время измерения добротности впредлагаемом устройстве определяетсяв основном только временем, затрачиваемым при измерении частот Г, Г 1,Е (или соответствующих периодов)и составляет менее 0,5 с (в то время как в известном время измерениядостигает 20 с),Кроме того, в предлагаемом устройстве не требуется дискретногоизменения в большом диапазоне и сбольшой. разрешающей способностьюкоэффициента усиления усилителя-ограничителя 6 и Фазосдвигающего блока4, введенные же дополнительные усилитель-ограничитель 5, ключ 9, суммирующий блок 8 -росты по исполнению,Основными источниками погрешностив определении полосы пропускания кон- Отура по заданному уровню расстройхи в предлагаемом устройстве являетсянеточность в поддержании заданногоБуотношения напряжений -- (это отПношение определяет уровень расстройки контура) и несоответствие суммарного фазового сдвига усилителяограничителя 5 и суммирующего блока8 по входу 10 требуемому (О или 7).Поддержание постоянства отношения1.1 анапряжений вможно осуществитьБс высокой точностью простыми средствами в широкой полосе частот, Бполосе частот 10 МГц набег фаз вреальных усилителях с небольшимкоэффициентом усиления (2) относительно 0 или 7 небольшой и не приводит к заметной погрешности в измерении добротности, На частотахсвыше 10 МГц с целью уменьшения влияния этого источника погрешностиусилитель-ограничитель 5 можновыполнить регулируемым по фазе иподдерживать автоматически требуемыйфазовый сдвиг в нем. В качествебазового объекта для предлагаемого устройства может быть принят измеритель добротности Е 4-13(Тг 2.728.020 ТУ), Диапазон рабочихчастот измерителя добротности 1 кГц -МГц, уровень напряжения на контурене более 50 мВ.В предлагаемом устроистве, вотличие от прибора Е 4-13, отсутствует блок отношения напряжений, занимающий в приборе Е 4-13 до 40 Ж площади печатных плат и вносящий погрешность в измерении добротности колебательного контура до 2 Е,Погрешность определения полосыпропускапия в диапазоне частот 1 кГц -МГц г предлагаемом устройстве дажепри несложной электрической схеме дополнительно введенных признаков может быть достигнута десятых долейпроцента, что меньше, чем погрешностьблока отношения в приборе Е 4-13 (остальные источники погрешности измерения добротности в сравниваемых устройствах одни и те же),1153303 Состав Техред тель Л. Ликещ окина Корректор Е. Сирохм еда Н. Воловик 2/39 каз Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 748 арственног изобретени Ж, .РаВНИИПИ Госу по дела 13035, МосквПОДписикомитета СССРи открытийская наб., д. 4