Способ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника

(19) (И) 27/2 04 С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНПРИ ГКНТ СССР ИТЕТЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У АВТОРСКОМУ СВИ комплексного коэффицнен определяют по математич передач ому выр ению.На фиг. 1ная схема потельного ЬСцепь обратносоединенныхлюсника с копередачи К = на экви н ставл лебаго вельно едовательного к люч тура, в вязи по лед о ч оледуемо плексным коэффициентом К+ 3 Ки фазовращателя н х аняющую.(56) Авторское свидетельство СССР У 1241158, кл. С 01 К 27/28, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНИМОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЪРЕХПОЛЮСНИКА(57) Изобретение может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей,Изобретение относится к технике измерений и может быть использованодля измерения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, делителей напряжения и фильтров.Целью изобретения является сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника.Для достижения поставленной цели ЬС-цепь обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, синфазным входному сигналу исследуемого четыре полюсника, и регистрируют ее резон ,сную частоту, а мнимую составл делителей напряжения и фильтров. Способ реализован в устройстве. Цель -сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи последующего четырехполюсника (ИЧП). Для этого ЬС-цепьобратной связи, охватывающую ИЧП, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающимсигналом переменной частоты, квадратурным выходному сигналу ИЧП, и регистрируют ее резонансную частоту, амнимую составляющую комплексногокоэффициента передачи определяют поматематическому выражению, приведенному в описании, 2 ил. пЯна - -, где К и К - вещественная и мнимая составляющие коэффициента передачи К; Ь С г - индуктивность, емкость и активное сопротивление ЬС- Фф . цепи, Е - источник внешнего возбужда- ееЬ ющего гармонического сигнала, и =1,3,5 ; на фиг. 2 - структурная схема измерителя вещественной и м имой составляющих комплексного коэффициента передачи четырехполюсника.Измеритель (фиг.2) содержит: суммирующий блок 1, последовательный колебательный контур 2, образованный последовательным смещением катушки 3 индуктивности и конденсатора 4, согласующий блок 5, фазосдвигающий блок 6, усилитель-ограничитель 7, частотомер 8, исследуемый четырехполюсник 9, переключатель 10, ключ 11 и вычис лительный блок 12.Сущность способа заключается в сле. дующем (фиг,1),Комплексное напряжение Б,снимаемое с конденсатора колебательного конту ра с емкостью С , через фазосдвигающий блок с комплексным коэффициентомо+1передачи - 1(-1) х (соответствует Фазовому сдвигу и , где п=1,3,5)20 50 Ф Ф0 = 1 есугде г=1 ЯЬ,+г+(.2) 1- импенданс колебательногоконтура; импеданс; конденсатора; Ы=2 ФГ циклическая частота; и через исследуемый четырехполюсникс комплексным коэффициентом передачиК = К+ 1 К подается на вход ЬС-колебательного контура, где суммирует 1 25ся с комплексным напряжением Е гармонического сигнала от внешнего источника,Напряжение на выходе настроенногов резонанс колебательного контура0 сдвинуто по фазе относительно то"1ка в контуре 1 на четверть периода,а фазы напряжения Е и тока 1 приэтом совпадают.В случае если соответсвие фазынапряжения Е и тока 1 в контуре уста- З 5навливается изменением частоты сигнала Е, а индуктивность Ь , емкостьС и активное сопротивление г контура не изменяются при изменении частоты, то математическое выражение дляопределения мнимой составляющей Ккоэффициента передачи может быть получено следующим образом.Согласно законам Киргофа, уравнение, описывающее процессы, протекающие в колебательном контуре (фиг.1),имеет вид0, + Е = 1; (1),еФ Н0 = -(-1)8 текущая частота;мнимая единица;3 К 6 - напряжение вводимое в колебательный; ЬС-контур через фаэосдвигающий блок и исследуемый четырехполюсникРешая уравнения (1) и (2), получа.ем оФЕ-- =я+(-1) 1 Кг =г+1 Я Ь +1о(ЗЭ ФПри совпадении фаз тока 1 и напряжения источника сигнала Е комплексное Есопротивление имеет только активную составляющую, а его реактивнаясоставляющая равна нулю, т,е, выполняется равенство 1 3 О Ь -3 --- -1-(-1) К 1: 0,ЯС Д Э(5) где С - емкость конденсатора, наст"роенного в резонанс на частоте Г колебательного конотура при отсутствии в колебательном контуре напряжения Ф"а В случае, если требуемое соотношение фаз между током 1 и напряжением Е устанавливается изменением емкости контура, а резонансная частота кон. тура после ввода напряжения 6 совпадает с собственной резонансной частотой, формула (5) принимает видИ С2гК =(-1) (1 --- )ЯСоС -С5620 5 10 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 5 152 С - емкость конденсатора на частоте резонанса Г колебао. тельного контура при наличиина входе колебательного контура напряжения бь. Для возбуждения ЬС-цепи может быть использован не только гармонический сигнал, но и любой периодический сигнал, содержащий наряду с основной гармоникой и высшие гармонические составляющие, например сигнал прямоугольной Формы или имеющий форму ограниченной с двух сторон синусоиды. 1Благодаря высоким фильтрующим свойствам ЬС-цепи высшие гармонические составляющие практически отсутствуют на выходе ЬС-цепи. Токи, создаваемые ими в ЬС-цепи, много меньше тока, создаваемого основной гармоникой, и поэтому при рассмотрении процессов в ЬС-цепи ими можно также пренебречь (т,е, при возбуждении ЬС-це" пи несинусоидальным напряжением от внешнего источника в выражении (1) напряжение Е можно выбрать равным амплитуде основной гармоники внешнего сигнала).Таким образом, операции настройки на резонанс через изменение частоты сигнала и через изменение емкости контура эквивалентны.Измеритель (фиг.2) работает следующим образом.При разомкнутом положении ключа 11 и при выполнении условия баланса амплитуд и Фаз происходит самовозбуждение на собственной резонансной частоте последовательного колебательного контура замкнутой цепи, содержащей ЬС-контур 2, согласующий блок 5, фазосдвигающий блок 6, усилитель-ограничитель 7 и суммирующий блок 1,Выполнение условия баланса фаз для самовозбуждения на резонансной частоте контура 2 обеспечивается Фазосдвигающим блоком 6 с единичным коэффициентом усиления, фазовыф сдвиг которого установлен равным -1.-, При2 суммарном фазовом сдвиге согласующего блока 5, усилителя-ограничителя 7 и суммирующего блока 1, равном 0 или кратном 2 Т, самовозбуждение про.изойдет на частоте, при которой фазовый сдвиг в контуре 2 равен - что соответствует частоте ЬС-контура 2Выполнение условия баланса амплитуд обеспечивается выбором необходимого коэффициента усиления усилителяограничителя 7, исходя из условия и и ) 1, где и, - суммарный коэффициерт передачи по напряжению основной гармоники согласующего блока 5, фозосдвигающего блока 6, усилителя- ограничителя 7 и суммирующего блока 1; п - коэффициент передачи по напряжению ЬС-контура 2.По мере нарастания амплитуды авто-, колебания усилитель-ограничитель 7, вступает в режим ограничения и его коэффициент усиления уменьшается.уменьшение коэффициента усиления усилителя-ограничителя 7 происходит до тех пор, пока в схеме не наступит режим установившихся автоколебаний, при котором выполняется условиепп = 1.Применение режима ограничения в усилителе-ограничителе 7 (т.е. режима, при котором усилитель - ограничитель 7 имеет нелинейную характеристику) позволяет получить устойчивость автоколебаний по амплитуде в широкой полосе частот и при большом изменении добротности ЬС-контура 2.Частотомером 8 изменяется собственная резонансная частота Й, контура 1, а вычислительный блок 12 запоминает ее, После этого при нахожцении переключателя 10 в положении АВ, ключ 11 замыкается. Под воздействием этого частота возбуждения изменяется и становится равной Й . После прекра 2щения переходных процессов частотаизменяется частотомером 8, а вычислительный блок 12 запоминает ее. По результатам измерения частот 6 и й по формуле (5) вычислительным блоком 12 рассчитывается значение величины КПри наличии на конденсаторе 4 шкалы по емкости определение искомой величины К проводится следующим образом.В разомкнутом положении ключа 11 определяется собственная резонансная емкость С ЬС-цепи, а также измеряется частотомером 8 собственная резонансная частота ЬС-цепи Г . При замкнутом ключе 11, после перевода переключателя 10 в положение АВ, изменяется резонансная частота ЬС-цепиИзменяя емкость конденсатора 4, частоту возбуждения ЬС-цепи устанавлива 1525620ют равной Е, после чего обсчитывают значение емкости С конденсатора 4;По результатам изменения емкостей С и С по математическому выражению (6) определяют значение мнимой.составляющей К комплексного коэффициента передачи.При установке переключателя 10 в положение АБ устройство измеряет ве щественную составляющую К, комплексного коэффициента передачи известным способомВ измерителе (фиг.2) фазовращатель 6 имеет сдвиг фазы на п/2 (п=1). В общем случае, фазовращатель 6 измерителя должен быть выполнен с фаэовым сдвигом и й/2, В измерителе (фиг,2) источником внешнего возбуждающего сигнала для ЬС-цепи 2 является само.возбуждающийся усилитель 7, Однако возбуждение ЬС-контура 2 возможно и от сигнала внешнего генератора. При этом операции способа и расчетные25 математические выражения для определения Ки К не изменяются.Таким образом, для определения мнимой составляющей К комплексного коэффициента передачи по предлагаемо- З 0 му способу требуется только определение частоты Е или соответствующей ей емкости С , чтопозволяет по сравнению с известным способом сократить время определения мнимой состав- З 5 ляющей комплексного коэффициента передачи исследуемого четырехполюс- ника формула изобретенияСпособ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника, основанный на возбуждении ЬС-цепи обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, регист- рации значения ее резонансной частоты и математическом определении мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия определения, ЬС- цепь обратной связи возбуждает на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, синфазным входному сигналу исследуемого четырехполюсника, после чего регистрируют, значение ее резонансной частоты и определяют мнимую составляющую К комплексЯ ного коэффициента передачи по математическому выражениюо К 2 2а где й и й - собственная резонансная частота ЬС-цепи и ее резонансная частота в сос- таве исследуемого четырехполюсника, включенного последовательно с фазовращателем с квадратурным фазовым сдвигомвенно,1525620Составитель Л.МурановРедактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук , Корректор С.Шекмар КНТ СССР изводствеино-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул, . агари а,11 11га ина 10 Заказ 7220/41ВНИИПИ Государс енног 13035 ираж 14 Подписное омитета по изобретениям и открытиям пр осква, Ж, Раушская наб д, 4/5