Способ определения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника

(59 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НО ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССРИ ОТНРЫТИЙ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ ТЕЛЬСТВУ 21. В 2 ЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГОДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮС спольнной иого коэ ению лите ен 2(54) СПОСОБ ОПРЕДКОЭффИЦИЕНТА ПЕРЕНИКА 88.8)А. Измерения парас изменением режима М. Сов. радио, 1965,(57) Изобретение может. быть и зовано для измерения веществе мнимой составляющих комплексн эффициента передачи (ККП), к ента передачи (КП) по направи фазового сдвига усилителей, д лей напряжения, фильтров и т лью изобретения является повыш точности определения вещественной имнимой составляющих ККП. Для достижения поставленной цели ЬС-цепь обратной связи, охватывающей исследуемыйчетырехполюсник, возбуждают на частоте ее,последовательного резонансалибо внешним гармоническим сигналомс изменяющейся частотой, а вещественную и мнимую составляющие КП К иК соответственно определяют по математическим выражениям, приведеннымв описании изобретения. Устройстводля реализации способа содержит последовательный колебательный ЬС-кон"тур 1, образованный катушкой 2 индуктивности и конденсатором 3, фазосдвигающий блок 4, согласующий. злемент5, усилитель ограничитель 6, суммирующий блок 8 с входами 7 и .13, частотомер 9, вычислительный блок 10, исследуемый четырехполюсник 11. 2 ил.(2) где Е = Зинку 5к 1Я ф щщщ щт щЗчСфкщ 2 ТГ Я в 1 ф" СЕ(г - С 11 1241Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения вещественной и мнимой . составляющих комплексного. коэффици ента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига уси лителей, делителей напряжения, фильт ров и т.д.Целью.изобретения является нови шение точности определения вещест венной и мнимой составляющих комплекс" ного коэффициента передачикНа фиг. 1 представлена эквивалент ная схема последовательного колебательного контура, включенного в цепь обратной связи исследуемого четырехполюсника; на фиг. 2 - структурнаясхема измерителя параметров четырехполюсников, реализующего способ.Комплексное напряжение б, снимае мое с одного из выводов конденсатора, колебательного контура с емкостью С подается через исследуемый четырехполюсник с комплексным коэффициентом передачиК + К на вход колеба тельного контура, где суммируется с комплексным напряжением Е гармоничес. кого сигнала от внешнего источника,Напряжение, вводимое в колебательный контур с выхода исследуемого .чеФ30тырехполюсника КУ, можно представитьв виде векторной суммы двух сдвинутыхона 90 друг относительно друга напряожений Кб и КУ , определяемых вещественной К и мнимой К составляющихкомплексного коэффициента передачичетырехполюсника.Так как напряжение на выходе настроенного в резонанс колебательного контура сдвинуто по отношению к токуоУв контуре на 90 , то напряжение КУ Осовпадает по фазе с напряжением Е итоком в контуреили находится с ни ми в противофазе. Его ввод в колебательный контур эквивалентен изменению добротности контура.Напряжение Кб сдвинуто по отиоше нию к напряжению Е и току в контуре на +90 или -90 . Его воздействие на контур эквивалентно изменению величи ны реактивного сопротивления элемен О та контура.В случае, если установление сооветствия фазы напряжения Е и тока 1в контуре происходит через изменениечастоты сигнала Е, а индуктивность Ь э 5емкость С и активное сопротивление г контура не изменяются с изменением частоты, то математическое выражение 58 1для определения, вещественной К имнимой Ка составляющих коэффициентапередачи могут быть получены следующим образом.Согласно законам Кирхгофа уравне"ния, описывающие процессы, протекающие в колебательном контуре (фиг, 1),имеют вид: 1м., (К 5 К)При совпадении фаз тока 1 и напряжения источника сигнала Е комплекЕсное сопротивление в , имеет толькоХактивную составляющую, а его реак тивная составляющая равна нулю, т.е. выполняется равенство г3 Ы Ь -- ( - К):О1 а 1Учитывая, что юо . , выражеЬСние для Кпринимает вида а а К, -1-иь,С.,- - - Г кф - Г(4)Принимая во внимание , что доброт ность Я колебательного контура опре деляется как отношение величины реактивного сопротивления конденсатораск активной составляющей ком плексного сопротивления кояебатель ного контура и.имеет вид выражение для К получим в виде124 115841, образованный последовательным соединением катушки 2 индуктивности иконденсатора 3, фазосдвигающий блок4 и согласующий элемент 5, усилительограничитель 6, выход которого подключен к первому входу 7 суммирующего блока 8, частотомер 9, вычислительный блок 10, исследуемый четырехполюсник 11, ключ 12, выход которогосоединен с вторым входом 13 суммирующего блока 8,Измеритель работает следующим образом,При разомкнутом положении ключа 12.и при выполнении амплитудного и фаэового условий происходит самовозбужде ".ние на собственной резонансной частоте колебательного контура замкнутойцепи, содержащей контур 1, фазосдвигающий блок 4, усилитель-ограничитель6 и суммирующий блок 8.Выполнение фазового условия самовозбуждения на резонансной частотеконтура 1 обеспечивается выбором необходимого фазового сдвига в фазосдвигающем блоке 4, при котором фазовый сдвиг между выходным напряжениемконтура 1 и напряжением, вводимым вконтур 1 через вход 7 суммирующегоблока 8, составляет 2 К.Г+ - ( К =/2- 1, 2, 3,Выполнение амплитудных условийобеспечивается выбором необходимогокоэффициента усиления усилителя-ограничителя 6 исходя из условияи п)1 3 1 К = цСог --1гДе Яо =2 о ГоСог- собственная добротность контура.1 ОПри этом значение Ка должно удовлетворять условию К 21 - К .В случае, если установление требуемого соотношения фаз между током Т и напряжением Е производится через15 изменение емкости контура Со, а резонансная частота контура после вво да напряжения К 6 совпадает с соб ственной резонансной частотой контура, формулы (4) и (5) принимают вид:20,СКЛ = -- 7 . (7)Саили после преобразования С 1К = ---- уЯ Со Ягде С - емкость конденсатора, настроенного в резонанс начастоте Го колебательногоконтура при отсутствии в колебательном контуре,напряже ония КБ с выхода исследуемого четырехполюсника;С - емкость конденсатора на частоте резонанса й колебательного контура при наличииз 5на входе колебательного кон"о. тура напряжения КБ с выходаисследуемого четырехполюсника.Операции настройки на резонанс че" 40 рез изменение частоты сигнала и емко" сти контура эквивалентны в силу того, что выражения (4) и (6) эквивалентны выражениям (7) и (8).Зная величины К и Кг, можно опре делить коэффициент передачи по напряжению К и фазовый сдвигв ис следуемом четырехполюснике по соот ветствующим математическим выражени ям: 50 Измеритель (фиг. 2) содержит последовательный .колебательный контур е и, суммарныи коэффициент передачи по напряжению фаэосдвигающего блока 4, усилителя ограничителя 6,суммирующего блока 8 по входу 7;п - коэффициент передачи по напряжению контура 1По мере нарастания амплитуды автоколебательный усилитель-ограничитель 6 вступает в режим ограничения и его коэффициент усиления уменьшается.Уменьшение коэффициента усиления усилителя -ограничителя 6 просходит до тех пор, пока в схеме не наступит режим установившихся автоколебаний, при котором выполняется условиел 1 о п=чПрименение режима ограничения в усилителе ограничителе 6 (т.е. режима, при котором усилитель-ограничитель 6 имеет нелинейную характеристику) позволяет получить устойчивыеавтоколебания по. амплитуде в широкойполосе частот и при большом изменениидобротности контура 1.Частотомером 9 измеряется собственная резонансная частота Ге контура 1, а вычислительный блок 10. запоминает ее. Изменение собственной добротности контура происходит в измерителе с применением известного методарасстройки по частоте по значениямверхней Геь и нижней Гон частот полосы пропускания контура по уровню0,707.При помощи фазосдвигающего блока4 фазовый сдвиг между напряжением навыходе контура 1 и напряжением, вво . 20димым в контур через вход 7 суммирующего блока 8, устанавливается равным 31 /4,Под воздействием этого частотавозбуждения уменьшается и становится 25равной Юьн . После прекращения переходных процессов частота Гоч измеряется частотомером 9, а вычислительныйблок 1 О запоминает ее.Затем при помощи фазосдвигающего ЗОблока 4 фазовый сдвиг между выходнымнапряжением контура 1 и напряжением,вводимым в контур 1 через вход 7 суммирующего блока 8, устанавливаетсяравным 3/4 3( . Под воздействием этого З 5частота возбуждения увеличивается истановитсяравной ГоВ . После прекращения переходных процессов частотаГеь измеряется частотомером 9, а вычислительный блок 1 О запоминает ее. 1 ОПо результатам измерения трех час"тот Го. оь, ои вычислительный блок10 определяет значение собственнойдобротности колебательного контура 1Яо по формуле 451 оЙо -Гоь - Гьь После замыкания ключа 12 напряжение с выхода исследуемого четырех 50 полюсника 11 через вход 13 суммирую щего блока 8 поступает в контур 1.При обеспечении фазосдвиг.ющим блоком 4 фазового сдвига между выходным напряжением контура 1 и напряже кием, вводимым в контур 1 через вход 7 суммирующего блока 8, равного %/2+ + 2 К, самовозбуждение происходит уже не на частоте Го, а на другойчастоте Г, при которой выходное напряжение контура 1 отстает по фазена четверть периода от напряжения,вводимого в контур 1 через вход 7блока 8. На частоте Г, как и начастоте Го, фазовый сдвиг между током, протекающим в контуре 1, и напряжением, вводимым в контур 1 черезвход 7 суммирующего блока 8, равен0 или кратен 2 К . Частотомером 9 измеряется новая резонансная частота Гконтура 1, а вычислительнаый блок 1 Озапоминает ее.Изменение соотношения по амплитуде между. напряжением, вводимым в контур 1 через вход 7 суммирующего блока8, эквивалентно изменению добротностиконтураили изменению полосы пропускания контура 1 по уровню 0,707.Нижняя боковая частота Гн и верхняя боковая частота ГЬ новой полосыпропускания контура 1 измеряются частотомером 9 в измерителе аналогичнокак частоты Гоь, Гцк, а эквивалентнаядобротность контура 1 при наличии внем напряжения с выхода исследуемогочетырехполюсника Я, вычисляется позначениям частот ЕН, 2 В вычислительным,блоком 10 аналогично как и доброт"ность Цо.По результатам измерения частотГр и Г и добротностей Цо и Ч, в вычислительном блоке 10 по формулам(4 )и (6) определяются вещественнаяК и мнимая К части комплексного коэффициента передачи.Кроме того, вычислительный блок10 вычисляет коэффициент передачи понапряжению К и вносимый им фазовыйсдвиг. Рабочую частоту Г, на которой проводятся измерения передаточных характеристик четырехполюсника в измерителе, можно изменять вбольших пределах, изменяя емкостьконденсатора 3 или индуктивность катушки 2 контура 1,Экспериментальные исследования,проведенные в диапазоне частот0,1 кГц1 мГц, подтвердили высокиеточностные характеристики предлагаемого устройства.Так, при измерении коэффициентапередачи по напряжению резистивныхделителей напряжения (К 11 К) в пределах 0,5 10 погрешность измеренияне превышает (0,1 0,3) . даже при вы1241158 8 2. г Г - Г Е - тФиг,1оставитель Л. Мурановехред Л,Олейник Корректор М. Пожо Лежнина едакто Подписное ного комитета ССС ний и открытий Раушская наб., даказ 3484/4 Тираж 728 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 3035, Москва, Ж 35оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна ходком напряжении исследуемого делителя, достигающем О,1 мВ. При иссле давании коэффициента передачи по напряжению делителей напряжения, имею щих фазовый сдвиг, отличный от нуля, и образованный резистором и высокодобротным конденсатором, и при выход ном напряжении, достигающем 0, мВ, погрешность не превышает (0,3-0,1)Х. 10Погрешность измерения фазового сдвига делителей напряжения, изменя/емого в пределах; -, также соста 2 .2вила небольшую величину (0,2 0,5)+ +(0,005-0,01), где ,. - измеряемый фазовый сдвиг,. формула изобретения20Способ определения комплексного коэффициента передачи четырехполюс ника, заключающийся в,возбуждении исследуемого четырехполюсника путем охвата его ЬС-цепью обратной связи и 25 определении вещественной и мнимой составляющих комплексного коэффициента передачи, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью. повышения точности определения коэффициентов З 0 передачи, ЬС-цепь обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса либо путем изменения частоты высшего гармонического сигнала, а вещественную К, имнимую К составляющие коэффициентапередачи определяют из математичес.ких выражений 1 1Кюю ее 12 . ялибо путем изменения параметра емкости ЬВ-цепи при неизменной частотевнешнего гармонического сигнала, авещественную и мнимую составляющиекоэффициента передачи определяют изматематических выраженийСо-С С 1 1К К 2 --- УСр Со Яо я Лгде о = . собственная ре2 ТМ еС озонансная частота ЬС-це"пи;Г, Си Я - резонансная частота, емкость.и добротность ЬСцепи соответственно, измеренные в составе исследуемого четырехполюсника;Го, Сои Яо- собственная индуктивность,емкость и добротностьЬС-цепи соответственно.