Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 В. 17/1 О, 27 1)4 ТЕНИЯ ИЗ ПИ ЕЛ во ССС 19761 выполюсиминаРис.1 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСНОМУ СВ(56) Авторское свидетельст РУ 516003, кл. С 01 К 29/22(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ(57) Изобретение служит для понывния точности измерения параметров.кварцевого резонатора. Устройствосодержит управляемый генераторсокой частоты, мостовой четырехник 2, смесители 3,6 и 7, дискр ЯО 1363 тор 4, синхронный гетеродин 5, регулируемые фазовращатели 1 О, 11 и 17,фазовый детектор 12, индикатор 13 фазы, регулируемый аттенюатор 16, логарифматор 22, индикатор 23 мощностирассеяния и индикатор 26 динамического сопротивления, Введение сумматора9, смесителя 14, регулируемого фазовращателя 18, измерительных усилителей 19 и 20, двухканального коммутатора 21, инвертирующего .усилителя 24,двухканального коммутатора 25 и генератора 27 тактовых импульсов исключают погрешности остаточных параметров мостового четырехполюсника 2 иначальной калибровки логарифматора1 136Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пьезоэлектрических резонаторов,Цель изобретения - повышение точности измерения параметров кварцевого резонатора за счет исключения погрешности остаточных параметров мостового четырехполюсника и начальной калибровки логарифматора.На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - осциллограммы в характерных точках устройства,Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, который первым выходом соединен с входом мостового четырехполюсника 2, в одно из плеч которого включен исследуемый кварцевый резонатор. Мостовой четырехполюсник 2 имеет обычные для мостового четырехполюсника вход, первый и второй выходы. К второму выходу ге.нератора 1 высокой частоты подключен вход первого смесителя 3, выход которого через частотный дискриминатор 4 подсоединен к входу управления синхронного гетеродина 5. Выход синхронного гетеродина соединен с вторым входом смесителя 3. Первый и второй выходы мостового четырехполюсника 2 подключены к входам второго и третьего смесителей 6 и 7, вторые входы которых соединены с выходом синхронного гетеродина 5. Выходы второго и третьего смесителей 6 и 7 соединены с первыми входами первого и второго сумматоров 8 и 9, выходы которых подключены к входам первого и второго регулируемых фазовращателей 10 и 11. Выходы первого и второго регулируемых фазовращателей 10 и 11 подключены к первому и второму входам фазового детектора 12, выход которого подключен к индикатору 13 фазы и к входу управления частотой управляемого генератора 1, Сигнал с первого выхода управляемого генератора 1 высокой частоты подается на первый вход четвертого смесителя 14, второй вход которого подключен к выходу синхронного гетеродина 5. Выход четвертого смесителя 14 подключен к входам первого и второго регулируемых аттенюаторов 15 и 16. Сигналы с выходов регулируемых аттенюаторов 15 и 16 подаются на входы третьего и четвертого регулируемых фазовращателей 17 и 18, выходы которых подклю 3079 2чены к вторым входам первого и второ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го сумматоров 8 и 9. Сигналы с выходов первого и второгосумматоров 8 и 9 подаются на входы первого и второго измерительных усилителей 19 и 20, выходы которых подключены к первому и второму входам первого двухканального коммутатора 21. Выход последнего подключен к входу логарифматора 22, выход которого подсоединенк индикатору 23 мощности рассеяния,к входу инвертирующего усилителя 24и к первому входу второго двухканального коммутатора 25. Второй вход последнего подключен к выходу инвертирующего усилителя 24. Выход второгодвухканального коммутатора 25 подключен к индикатору 26 динамическогосопротивления. Управляемые входы первого и второго двухканальных коммутаторов 21 и 25 соединены с выходом генератора 27 тактовых импульсов.Устройство работает следующим образом,Частоту управляемого генератора 1 высокой частоты устанавливают равной номинальной частоте исследуемого кварцевого резонатора. Первый регулируемый аттенюатор 15 устанавливают в положение минимального прохождения сигнала и производят балансировку мостового четырехполюсника 2 без исследуемого кварцевого резонатора, изменяя переменную емкость, находящуюся в противоположном плече мостового четырехполюсника 2, по минимуму показаний индикатора 23 мощности рассеяния. Затем, последовательно регулируя первый регулируемый аттенюатор 15 и третий регулируемыйфазовращатель 7, добиваются дальнейшего уменьшения показания индикатора23 мощности рассеяния.На место подключения иссЯедуемогокварцевого резонатора устанавливаюткороткозамкнутую перемычку; а второй регулируемый аттенюатор 16 устанавливают в положение минимального прохождения сигнала и производят балансировку второго выхода мостового четырехполюсника 2 по минимуму показания индикатора 23 мощности рассеяния, последовательно регулируя второй регулируемый аттенюатор 16 и четвертый регулируемый ф, зовращатель 18. Частоту управляемого генератора 1 высокойчастоты устанавливают такой, чтобывлияние динамической ветви кварцево 3 1363079го резонатора было намного меньше, чем статической ветви, и производят балансировку мостового четырехполюсника 2 с исследуемым кварцевым реэо 5 натором по, минимуму показания индикатора 23 мощности рассеяния. При перестройке управляемого генератора 1 высокой частоты происходит возбуждение кварцевого резонатора в мостовом четырехполюснике 2, при этом происходит разбаланс плеч моста, напряжение на втором выходе мостового четырех - полюсника прямо пропорционально току разбаланса. Так как ток разбаланса прямо пропорционально зависит от эквивалентного сопротивления динамической ветви Е, то на частоте последовательного резонанса напряжение У 2 на втором выходе мостового четырехполюсника 2 прямо пропорционально току 1, через динамическое сопротивление К кварцевого резонатора, т.е.1О2 К ф25 где К - коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами мостового четырехполюсника 2,30При этом выполняются следующие соотношения: для мощности, рассеиваемой на кварцевом резонатореР, =Ц 1=Ц,11,К; (1)35 для величины динамического сопротивления кварцевого резонатораКБ У,(2)1, П К40где Ц - напряжение, снимаемое с потенциального электрода кварцевого резонатора.Информация об амплитудно-фазовыхсоотношениях на выходах мостового четырехполюсника 2 переносится на промежуточную частоту при помощи смесителей 6 и 7 и синхронного гетеродина5. Частота синхронного гетеродина 5"следит" за частотой управляемогогенератора 1 высокой частоты такимобразом, чтобы разница между ними была постоянной и равной промежуточной,поэтому синхронный гетеродин 5 охвачен кольцом частотной автоподстройки,.состоящей из смесителя 3 и частотного дискриминатора 4, выходной сигналкоторого управляет частотой синхронного гетеродина 5. Для охватывания кольца фазовой автоподстройки; частоты (ФАПЧ) управляемого генератора 1 высокой частоты на нуль фазовой характеристики исследуемого кварцевого резонатора установлены регулируемые фазовращатели 10 и 11, фазовый детектор 12 и индикатор 13 фазы.Информация о мощности рассеяния на кварцевом резонаторе исходя иэ выражения (1) есть сумма логарифмов величин сигналов с выходов мостового четырехполюсника 2, которая осуществляется при помощи блоков первого коммутатора 21, логарифматора 22, индикатора 23 мощности рассеивания и генератора 27 тактовых импульсов.Величина динамического сопротивления кварцевого резонатора согласно выражению (2) есть разность логарифмов величин сигналов с выходов мостового четырехполюсника 2, которая осуществляется при помощи бчоков инвертирующего усилителя 24, второго коммутатора 25, индикатора 26 динамического сопротивления, первого коммутатора 21, логарифматора 22, генератора 27 тактовых импульсов.Регулируемый фазовращатель 11 в кольце ФАПЧ управляемого генератора 1 высокой частоты необходим для измерения добротности кварцевого резонатора по полосе пропуекания кварцевого резонатора. Для этого при помощи регулируемого фазовращателя 11 вводится фазовый сдвиг сигнала на + 45 или кратный этой величине.Так как в реальном мостовом четырехполюснике при балансе напряжение с дифференциальной обмотки Б Ф 0 а при коротком замыкании цепи с кварцевым резонатором У, Ф О, то эти составляющие приводят к погрешности определения частоты последовательного резонанса, а также к погрешности определения динамического сопротивления. При искусственном компенсировании указанных напряжений сигналов по модулю и фазе уменьшаются составляющие этих погрешностей на величину, равную глубине компенсации указанных выходных сигналов.Напряжения, пропорциональные мощности рассеяния и динамическому сопротивлению, показаны осциллограммами в характерных точках на фиг.2: а - на выходе генератора 27 тактовых импульсов; б - на выходе первого изме 136307 рительного усилителя 19; в - на выходе второго измерительного усилителя 20; г - на выходе первого двухканального коммутатора 21; д - на выходе логарифматора 22, где Б , - напря 5 жение, прямопропорциональное мощности рассеяния; е " на выходе инвертирующего усилителя 24; ж - на выходе второго двухканального коммутатора 25, где 11 д - напряжение, прямо пропорциональное динамическому сопротивлению..Формула изобретенияУстройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый смеси- тель, частотный дискриминатор и синхронный гетеродин, а также мостовой четырехполюсник, второй и третий смесители, первый и второй регулируемые фазовращатели, фазовый детектор, индикатор фазы, логарифматор, индикатор мощности рассеяния и индикатор динамического сопротивления, причем второй выход управляемого генератора высокой частоты соединен с входом мостового четырехполюсника, первый и второй выходы мостового четырехполюсника соединены с первыми входами второго и третьего смесителей соответственно, выход синхронного гетеродина соединен с вторыми входами первого, второго и третьего смесителей, выходы первого и второго регулируемых фазовращателей соединены с входами фазового детектора, выход которого соединен с входом управления частотой генератора высокой40 частоты и входом индикатора фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров кварцевого резонатора, в него введены четвертый смеситель,96последовательно соединенные первый регулируемый аттенюатор, третий регулируемыйсфазовращатель и первый сумматор, последовательно соединенные второй регулируемый аттенюатор, четвертый регулируемый фазовращатель и второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, генератор тактовых импульсов, два измерительных усилителя и инвертирующий усилитель, причем первый вход четвертого смесителя соединен с вторым выходом управляемого генератора высокой частоты, выход синхронного гетеродина соединен с вторыми входами третьего и четвертого смесителей, выход последнего соединен с входами третьего и четвертого регулируемых аттенюаторов, выходы второго и третьего смесителей соединены с вторыми входами первого и второго сумматоров соответственно, выход первого сумматора соединен с входом первого регулируемого фазовращателя непосредственно и через пер" вый измерительный усилитель - с первым входом первого двухканального коммутатора, выход второго сумматора через второй измерительный усилитель соединен с вторым входом первого двухканального коммутатора и непоссредственно - с входом второго фаэовращателя, выход первого двухканального коммутатора через логарифматор соединен с входами инвертирующего усилителя, индикатора рассеяния мощности и первым входом второго двухканального коммутатора, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а выход соединен с входом индикатора динамического сопротивления, входы управления первого и второго двухканальных коммутаторов соединены с выходом генератора тактовых импульсов.1363079 авцова Тираж 730 ПодписноНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. В 4/ Проектная,полиграфическое предприятие, г. Ужгоро Производств Редактор И.РыбченкоЗаказ 6399/34 Составитель В.СеменчукТехред Я. Сердюкова Коррект