Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЯО 1541534(51) 5 С 01 К 27/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСКОМУ С ТЕ) 1 ЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ ТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КВ НАТОРОВ(57) Изобретение относ рольно-измерительной т жет быть использовано статических параметров зонаторов, Цель изобре шение быстродействия и ЕРЕНИЯ СТАРЦЕВЫХ РЕЗОтся к контхнике и моля измерени кварцевых р ения - повы мерения за Изобр измерите использо ких пара а именно тивленияЦель тение относится к контрольно- .ная эквивалентная схема замещения ьной технике и может быть кварцевого резонатора.ано для измерения статичес- Устройство содержит блок 1 синхроетров кварцевых резонаторов, низации, источник 2 опорного напрястатицеской емкости и сопро- жения, клеммы 3 для подключения квар изоляции, цевого резонатора, опера ционный усизобретения - повышение быст- литель 4, опорный конденсатор 5 (С,), я измерения эа счет исключе- первый 6 и второй 7 измерители мгнони на перенастройку коэффи- венных значений напряжения, иасштабиредаци масштабного преобра- . рующий преобразователь 8, первый 9 и при изменении диапазонов из" второй 10 блоки вычитания, коипараараметров кварцевого резо- тор 11.Выход источника 2 опорного н ,1 лена функциональ- ж я (ИОН) соединен с одной из ус на Фиг.2 - пол я подключения кварцевого реэонародеистви ния време циента пе зователя мерения и апря- клемм тора, На фиг ени дл представ тройства я схе(56) Авторское свидетельство СССРМ 1205074, кл, С О 1 К 29/21, 1986Авторское свидетельство СССРМ 1308939, кл. С 01 К 27/26, 1985 счет исключения времени на перенастройку коэффициента передачи масштабного преобразователя при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора - достигается путем введения новых Функциональных связей, а также выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход втсрого измерителя мгновенных значений напряжения равным 2 + ас , где с - момент времени поступления синхроимпульса на управляющий вход первого измерителя мгновенных знацений напряжения, В результате этого не требуется перенастройки коэффициента передачи масштабирующего преобразователя (К ь = 2) при переходе с одного диапазона измерения измеряемых параметрцевого резонатора на другой, чительно упрощает настройку тва, 2 ил.вый выход блокасинхронизации сое"динен с входом синхронизации источника 2 опорного напряжения, второйвыход - с входом синхронизации первого измерителя 6 мгновенных значенийнапряжения, третий выход - с входомсинхронизации второго измерителя 7.мгновенных значений напряжения.Устройство работает следующим образом,Блоксинхронизации вырабатываетсинхроимпульсы которые управляют работой источника 2 опорного напряжения, на выходе последнего формируетсяпоследовательность однополярных прямоугольных импульсов амплитудойпоступающая через кварцевый резонатор, подклюценный к клеммам, на входоперационного усилителяв цепьотрицательной. обратной связи кото"рого включен опорный конденсатор 5емкостью С,Выходное напряжение ОУ в зависимости от соотношения эквивалентныхпараметров КР описывается одним извыражений Оо СС,:.при со- о 0 оСст Ое - ; е зп(сот +О ) +- - + - Со Соиз40 1где И,Ьс К - сопротивление изоляции кварцевого резонатора,С, - емкост.ь опорногоконденсатора;1,2 - амплитуда выходногонапряжения источника 2.Первый измеритель 6 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью Дс , поступающему на вход синхронизации в момент времени й фиксирует выходное напряжение 0 в момент времени С + ДСравное( + баси)Второй измеритель 7 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью д,р поступающему на вход синхронизации в момент времени Ка щ2 Ь-ш = -а - аг 55 351 тора (КР), другая клемма для подключения КР соединена при этом с инвертирующим входом операционного усилителя (ОУ) 4 в цепь отрицательной5 обратнои связи которого включен опор ный конденсатор 5 (С) неинвертирующий вход ОУ соединен с общей шиной устройства, а выход ОУ - с входами первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения (ИИЗН 1) второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения (ИИЗН 2) и первым входом второго блока 10 вычитания (БВ 2), при этом второй вход второго блока 10 вы читания соединен с выходом первого блока 9 вычитания (БВ 1), а выход с вторым входом компаратора 11, первый вход которого соединен с выходом источника 2 опорного напряжения.Выход первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения соединен через масштабирующий преобразователь 8 с первым входом первого блока 9 вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго измерителя 7 мгновенных значений напряженияПер" 4) гдинамицеские парамет. ры кварцевого резонатора (фиг,2); статицеская емкость кварцевого резонатора,е 1 0 оСст агДе 0 инзв (с 1 БцСи- БиньнйСр 5 154= 2 с + Дср, Фйксирует выходное напряжение Б ч в момент времени 2 + Дйсч + даосы = 2(С + ЬСсц)равное Уця, (2 +,2 Вс.и)6Прис,;- все процессы, описываемые показательной функцией, можно считатЬ закончившимися, так как уже при= - экспоненциальная составля 5ающая принимает значение 99,3 Ф от уста нови вшегося .Таким образом, выбрав е -, й, ) -,а т.е, выполнив условие окончания переходных процессов, получаем выражение для напряжений на выходах измерителей мгновенных значений напряжения Цямч+ ас) = --- +СстСо 11 о С11 о ( е+ д, )+- +в вСо СоКць Бо Сст11 ииьнд (2 + 26 си) = --- +Со ЦоС Бо 2 С, + 2 бЕси)Со СойНапряжение с выхода измерителя 6через масштабирующий преобразователь8 поступает на первый вход первогоблока 9 вычитания, на другой входкоторого поступает напряжение с выхода измерителя 7. Выходное напряжение первого блока 9 вычитания описывается выражениемПав = КипБимьн - 0 иньи 2где Км= 2 - коэффициент передачимасштабирующего преобразователя,Следовательно,0 ьВ 2 ц ни"01Таким образом, выходное напряжение БЬ пропорционально значению статической емкости кварцевого резонатора.Напряжение с выхода первого блока 9 вычитания поступает на один из вхо дов второго блока 10 вычитания, на другой вход которого поступает напря. жение с выхода операционного усилите. ля 4. При этом выходное напряжение второго блока 10 выцитания равно 13 т ь = Б ь ы - . Б оч15346Напряжение с выхода второго блока 10 вычитания поступает на один извходов компаратора 11, на другой вход 5которого поступает напряжение с вы"хода источника 2 опорного напряжения,при этом на выходе компаратора 11формируются импульсы, длительностьдси которых определяется иэ условия 10 "о = "ььсВыбрав величину 11 о, таким образом,цтобы компаратор изменял свое состояние в момент времени М; .рт.е. когда все переходные процессызакончатся, получают равенство Социоиз которого находится величИна ИЬ из = Сой изТаким образом, устройство осуществляет измерение статических параметров кварцевого резонатора, При этомпогрешность измерения статической емкости кварцевого резонатора в предлагаемом устройстве одинакова с известными может быть найдена из выражения Уо Сбакст = 1 ьВ 0 ЗнСо Относительная погрешность измерения статической емкости кварцевого резонатора в устройстве определяется из вы-ражения Фст Сс = ----- 100", = -"- 1000 уьнн (1) С ст40Погрешность измерения статическойемкости кварцевого резонатора в предлагаемом устройстве так же, как и визвестном, зависит только от отношения динамической и статической емкостей кварцевого резонатора и не эави 45.сит от момента фиксации выходного напряжения операционного усилителя идругих эквивалентных параметров кварцевого резонатора,Отношение С,/Сст есть величина,обратная частотному коэффициенту г,значение которого для различных типовсреза кварца лежит в пределах 1302500, т.е. 55 3 =100 = "=0,040,77С( 100 О;СстВ то же время предлагаемое устройство упрощено по сравнению с известным за счет введения новых функцио 1511531нальных связей и выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход измерителя 7 с равным 2 й, + С, В результате не требуется перенастройки коэффициента передачи масштабирующего преобразователя 8 при переходе с одного диапазона измерения параметров кварцевого резонатора. Коэффициент передачи мас штабирующего преобразователя равен двум и остается неизменным при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора. Это значительно упрощает настройку устройства и исключает потери времени на его перенастройку при переходе с одного диапазона измерения параметров на другой.20Формула изобретенияУстройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, 25 содержащии источник опорного напря,жения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения кварцевого резонатора и первым входом компаратора, вторую клемму для подключе- З 0 ния, кварцевого резонатора, соединенную с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательнойобратной связи которого включен. опорный конденсатор, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, а выход - с входами первого и второгоизмерителей мгновенных значений напряжения и первым входом первого блокавычитания, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, а выход - с вторым входом компаратора, при этом первый вход второго .блока вычитания соединен с выходомвторого измерителя мгновенных значений напряжения первый выход блокасинхронизации соединен с входом синхронизации источника опорного напряжения второй выход - с входом синхронизации первого измерителя мгновенных значений напряжения, третийвыход - с входом синхронизации второго измерителя мгновенных значенийнапряжения, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстродействия измерения, выход первого измерителя мгновенных значений напряже"ния через масштабирующий преобразователь соединен с вторым входом второго блока вычитания,Редак И.йулла орректор В. аказ 278 аж 552 дписно венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 оиз ставитель В.Семенхред М.Ходанич 1 ПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж,. Раушская н открытиям при ГКНТ СССР д. 4/5