Способ определения полного сопротивления двухполюсника

(5) где где К1 й К(О 1) Изобретение относится к измери;ельной технике и может быть использовано для определения частотной зависимости модуля полного (комплекс 5ного) сопротивления широкополосныхдвухполюсников (микропроволочных,пленочных, объемных резисторов, кондуктометрических ячеек датчиковэлектропроводности различных сред,р-и-переходов полупроводниковыхструктур и т,п,),Целью изобретения является повышение точности измерения полных сопротивлений двухполюсников в широкомчастотном и динамическом диапазонах.На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ.Сущность способа заключается вследующем. 2 ОПостоянное опорное напряжение11 = 11 О и переменное испытательноенапряжение перестраиваемой частоты112 = П здп(Яе + Ц), где П И и ц"амплитуда, частота и фаза колебаний, 25подают на вход исследуемого двухполюсника поочередно с низкой частотойкоммутации Я (Ц, В один полупериодкоммутации через двухполюсник протекает постоянный ток, значение которого определяется его омическим сопротивлением 35 где К - омическое сопротивление двухполюсника.В другой полупериод коммутации протекает переменный ток, зависящий от полного сопротивления двухполюс- ника ц 2 1101= ---- зп(Я +(. 2 К(1 + ) я - модуль полного сопротивления двухполюсника;6 2(Сд)= в- относительное частотноеКизменение модуля полного сопротивления;ЬЯ - фазовый сдвиг, создаваемый реактивными составляющими полного сопротивления.Частоту переменного напряжения изменяют в заданном частотном диапа- зонеИ -Я . При этом частоту комм и н моыс ф мутации ( выбирают в 10-20 раз меньше минимальной частоты переменногонапряжения Я ,ии В один полупериод коммутации перемножают постоянный ток 1, протекающий через двухполюсник, с переменным напряжением Пчастоты И, = Ы мине В результате перемножения формируется переменное напряжение Б 11= Б --- зп(ЯЕ+ 011 Л О 1 Кгде Б - крутизна (чувствительность)множительного преобразования,В другой полупериод коммутацииперемножают переменный ток х 2, протекающий через двухполюсник, с постоянным напряжением 111. В результате перемножения образуется переменное напряжение,5 13 = Б 1111 = Б, -- : - зп(Я,й +11 и 1 ПК(1 Ф ) Усиливают поочередно пакеты переменнь 1 х напряжений 11 и 11частоты Я следующих друг за другом с частотой коммутации Я, до значения (0,5-1)В, достаточного для детектиро.- вания (выпрямления) переменного нап- ряжения 11 = К (1 + 1 ) Б -- здп(Я+ППо1 1 11 = К (1 4) Б --здп(Я с+ Пело 6- 1К(1+Х) 1коэффициент усиленияширокополосного усилителя;относительное частотноеизменение коэффициентаусиления на частоте Я 1,Из выпрямленных пакетов усиленных напряжений 11и 11 выделяют напряжение частоты коммутации(1 г= Б- крутизна детектирования;10- отйосительное частотноеизменение крутизны детектирования;Б 1 цп зпЯ - прямоугольная огибающаяпакетного напряжения; 15Р - фаза огибающей, зависящая от знака частотногоизменения полного сопротивления ИУ 1)Напряжение частоты коммутации ц 20 усиливают и синхронно детектируют. В результате получают постоянное выходное напряжение(8) В указанных случаях напряжение Циз выражения (3) принимает вид: для последовательного включения где К г - коэффициент усиления начастоте коммутации; 30К - коэффициент выпрямлениясинхронного детектора.Изменяют постоянный ток 1(, протекающий через исследуемый двухполюсник, до исчезновения напряжения час тоты коммутации. При увеличениимодуля полного сопротивления с ростом частоты ( 1 О) указанное изменение тока осуществляют дополнительным увеличением сопротивления двухпо люсника, например, с помощью магазина сопротивлений, включаемого на полупериод коммутации последовательно с двухполюсником, в случае уменьшения модуля полного сопротивления с 45 частотой ( 1 с О) - магазином проводимостей, подключаемым на полупериод коммутации параллельно исследуемому двухполюснику, Последовательное или параллельное подключение магазинов 50 постоянного тока осуществляют в тот полупериод коммутации, когда через исследуемый двухполюсник протекает постоянный ток.(цц .е - мРз 1 г 2 (1+)(1+ х (1 4 У) (14-У ),(13) для параллельного включения 1Ц цбц = К К Б (1(ф )2 Э 2 -02 Исчезновение напряжения частоты коммутации, а следовательно, и постоянного выходного напряжения Щ =О) означает, что в случае увеличения полного сопротивления его относительное частотное изменение определяется соотношением 1 К, = - ; ,0 (15) где г и (:, - сопротивление и проводимость соответствующих магазинов;и 0 - относительные измене 1 11 1ния омического сопротивления.Тогда усиленное напряжение (5) принимает вида в случае уменьшения КСкС ; О (16)1+КС15С учетом (13) и (14) модули полных сопротивлений двухполюсника на частоте Я, имеют вид г, К(1 4 У,) К(1 +Ы,) 1 О(20)30 гдеи С - сопротивление и провог гдимость магазинов при урановешивании схемы на частоте Я.- Полное сопротивление исследуемого 35 двухполюсника на частоте Я ..,= К(+У ) = К+ (21)г ф К( в ,Р ) К( - КС ), (22) 40 По результатам измерений У" ,гможно построить частотную характеристику исследуемого двухполюсника при любом законе изменения модуля 45 полного сопротивления от частоты.Таким образом, по значениям магазина сопротивлений или проводимостей постоянного тока определяют частотные изменения модуля полного сопро тивления в заданном частотном диапазоне Я мин6 Э,611(юЮ макс При этом, как следует из формул (17) (18) или (21), (22), в результаты измерения не входятчастотные измене ния коэффициента усиления ( ,) широ кополосного .усилителя, частотные изменения крутизны (чувствительности 1 Увеличивают частоту переменного напряжения до значения Яг)Я, и повторяют указанные операции Относи тельные частотные изменения можно определить по аналогии с (13) и (14) из соотношений детектора ( ), а также частотные изменения крутизны (чувствительности) множительного преобразования (Я),Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 постоянного напряжения, генератор 2 испытательного напряжения перестраиваемой частоты, магазин 3 сопротивлений, магазин 4 проводимостей, переключатели 5 и 6, входные клеммы 7 и 8, шунт 9, блок 10 умножения, широкополосный усилитель 11, амплитудный детектор 12, усилитель 13 частоты коммутации, синхронный детектор 14, индикатор 15 и генератор 16 частоты коммутации.Исследуемый двухполюсник 17 подключается к клеммам 7 и 8, одна иэ которых соединена с выходом переключателя 5, а другая - с низкоомным шунтом 9 и одним из выходов множительной схемы 10. Один из входов блока 10 умножения соединен с выходом автоматического переключателя 6, входы которого соединены с источниками постоянного 1 и переменного 2 напряжений. Магазин 3 сопротивлений включен между источником 1 и одним из входов автоматического переключателя 5, второй вход которого соединен непосредственно с выходом генератора 2. Магазин 4 проводимостей включен между источником 1 и потенциальным зажимом шунта 9. К выходу блока 10 умножения подключены последовательно соединенные широкополосный усилитель 11, детектор 12, избирательный усилитель 13, синхронный детектор 14 и индикатор 15. Управляющие входы автоматических переключателей 5 и 6 и синхронного детектора 14 подключены к противофазным выходам генератора 16,Устройство работает следующим образом.Постоянное напряжение источника 1 и переменное напряжение генератора 2 через автоматический переключатель 5 поочередно воздействуют на исследуемый двухполюсник .17. Падение напряжения на шунте 9 от постоянного и переменного токов двухполюсника 17 воздействует на один вход блока 10 умножения, на другой вход которого воздействует переменное или постоянное напряжение в зависимости от положения переключателя б.При укаэанных на чертеже положениях переключателей 5 и 6 перемножаЗаказ 2009 Тираж 557 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгороп, ул, Гагарина, 101 ется постоянный ток, протекающий через исследуемый двухполюсник 17 от источника 1, и переменное напряжение генератора 2, а в противоположном положении переключателей 5 и 6 -5 переменный ток двухполюсника 17 от генератора 2 и постоянное напряжение источника 1.При непрерывной работе переключателей 5 и 6, которые управляются противофаэными импульсами напряжения генератора 6, пакеты переменных напряжений с выхода блока 10 умножения поочередно усиливаются широкопо лосным усилителем 11 и детектируются амплитудным детектором 12. Напряжение частоты коммутации усиливается избирательным усилителем 13, настроен-. ным на частоту генератора 16, и выпрямляется синхронным детектором 14, который управляется противофазными импульсами генератора 16. Выпрямленное напряжение фиксируется выходным индикатором 15, 25Сопротивление магазина 3 или проводимость магазина 4 изменяют до получения нулевого показания индикатора 15. Полные сопротивления исследуемого двухполюсника 17 определяют по фор -щ мулам (19) - (22) с учетом показаний магазинов 3 и 4 при изменении частоты генератора 2 в заданном диапазоне частот. 35Формула изобретения Способ определения полного сопротивления двухполюсника, заключающийся в том, что на вход измеряемого двухпо.- 40 люсника подают первое и второе калиброванные напряжения, формируют сигналы, пропорциональные току через измеряемый двухполюсник при подаче калибровочных напряжений, сравнивают величины первого и второгосигнала и изменяют значение одногоиз калибровочных напряжений до установления равенства сигналов, пропорциональных токам через измеряемыйдвухполюсник, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ-.ности и качества первого из калиброванных напряжений, используют постоянное напряжение, в качестве второгоиспользуют переменное напряжение,величину первого сигнала получаютв виде произведения величины подаваемого постоянного напряжения на переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна току через измеряемый двухполюсник, величину . второго сигнала получают в виде произведения величины второго калиброванного напряжения на постоянное напряжение, величина которого пропорциональна току через измеряемый двухполюсник,при подаче постоянного калиброванного напряжения последовательно с испытуемым двухполюсником включают калиброванное сопротивление, измеряютпостоянный ток через измеряемый двухполюсник, а изменение напряжения наиспытуемом двухполюснике осуществляют изменением величины калиброванного сопротивления, по значениям постоянного напряжения и постоянного токачерез испытуемый двухполюсник определяют его сопротивление на постоянномтоке, а величину полного сопротивления испытуемого двухполюсника определяют по величине калиброванного сопротивления в момент равенства сигналов пропорциональным токам черезизмеряемый двухполюсник.1