Цифровой измеритель rlc-параметров

(5 и 4 С О 1 К 27/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРС 4037224/24-2117.03.8607.12.87. Бюл. У 45Н.И.Грибок, В.М.Макух,ороз, С.А.Савенко и С621.317 (088.8)Авторское свидетельство СССР302, кл. С О К 27/26, 1972.торское свидетельство СССР977, кл. С 01 К 27/02,К 27/26, 1981.(57) Изобретение позволяет повысить точность измерений Ю.С-параметров в широком частотном диапазоне, Измери тель содержит образцовый двухполюс йв(21) (22) (46) (72) Б.Б.М (53) (56) У 46А У 80 С 01 ЯО 1357874 них 2, формирователь 4 временных ин,тервалов, умножитель 5, переключател7, 1 О и 15, источник 9 опорного напряжения, интегратор 11, нуль-орган12, набор 14 фазовращателей, отсчетный блок 19, селектор 21 и генератор 22 импульсов. В измеритель введены резистор 3, синтезатор 6 частот,источник 8 напряжения смещения, регистр 13, аналоговый коммутатор 16,фазоинвертор 17, переключатель 18и вычислительный блок 20. В измерителе, несмотря на наличие четырехпринципиально необходимых циклов,результат измерений формируется после каждого цикла, начиная с четвертого, что способствует уменьшениюдинамической погрешности. 2 ил, 1357874Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для построения цифровых измерителей ВЕС-параметров.5Целью изобретения является повышение точности измерений И,С-параметров в широком частотном диапазоне,На фиг.1 показана блок-схема цифрового измерителя И,С-параметров; на фиг,2 - блок-схема формирователя временных интервалов.Цифровой измеритель ВХ,С-параметров (фиг.1) содержит клеммы 1 для подключения исследуемого двухполюсника, образцовый двухполюсник 2, резистор 3, формирователь 4 временных .интервалов, умножитель 5, синтезатор 6 частот, первый переключатель 7,источник 8 напряжения смещения, источник 9 опорного напряжения, второй переключатель 10, интегратор 11, нуль-орган 12, регистр 13, набор фазовращателей 14, третий переключатель 15, аналоговый коммутатор 16, фазоинвертор 17, четвертый переключатель 18, отсчетный 19 и вычислительный 20 блоки, селектор 21 и генератор 22 импульсов.Формирователь 4 временных интер- З 0 валов (фиг.2) содержит дифференциальный усилитель 23, нуль-орган 24, элемент 2 И 25, триггер 26, реверсивный счетчик 27, регистр 28, триггер 29, блок 30 сброса и элемент 2 ИЛИ 31,Клеммы 1 для подключения исследуемого двухполюсника последовательно соединены с образцовым двухполюсником 2, регистром 3 и синтезатором 6 частот, причем одна из клемм 1 и один 10 из выводов образцового двухполюсника 2 соединены с общей шиной измерителя, а параллельно резистору 3 включен первый вход умножителя 5, первый и второй входы умножителя 5 4 также соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя временных интервалов, а к точке сое-. динения исследуемого двухполюсника и синтезатора 6 подключен первый вход переключателя 7, второй вход которого соединен с точкой соединения образцового двухполюсника 2 и резистора 3. Третий вход умножителя 5 соединен с общей шиной измерителя, четвертый вход - с выходом переключателя 18, выход умножителя 5 через источник Я напряжения смещения соединен с вторым входом переключателя 10,Первый вход последнего соединен с источником 9 опорного напряжения, а выход через интегратор 11 - с первымвходом нуль-органа 12, второй входкоторого соединен с общей шиной измерителя, а выход - с третьим входомформирователя 4, первым входом селектора 21 и входом управления вычислительного блока 20.Выход переключателя 7 соединен свходами набора фазовращателей 14 ипервым входом переключателя 15, квторому входу которого подключен выход аналогового коммутатора 16, свходами которого соединены выходынабора фазовращателей 14, а с выходом переключателя 15 соединенывход фазоинвертора 17 и первый входпереключателя 18, с вторым входомкоторого соединен выход фазоинвертора 17. Выходная шина селектора 21и первый выход формирователя 4 временных интервалов подключены к входной шине вычислительного блока 20,который выходной шиной соединен сотсчетным блоком 19 и регистром 13,выходная шина которого соединена суправляющими входами синтезатора 6,переключателей 7, 15 и 18, коммутатора 16 и четвертым входом формирователя 4, первый и второй выходы которого соединены с входами управления переключателя О, причем первый1выход формирователя 4 соединен такжес вторым входом селектора 21, с третьим входом кторого соединен выходгенератора 22 импульсов,Формирователь 4 содержит дифференциальный усилитель 23, два входа которого являются первым и вторым входами формирователя 4, а выход черезнуль-орган 24 соединен с первым входом элемента 2 И 25, вторым входомподключенного к инверсному выходутриггера 29, Б-входом соединенногос выходом перехода через Он реверсивного счетчика 27 и входом управления параллельной установкой этогосчетчика. Параллельный вход счетчика 27 подключен к выходу регистра 28,вход которого является четвертымвходом формирователя 4, а счетныйвход счетчика 27 подключен к выходуэлемента 2 И 25 и 8-входу триггера 26,В-вход которого соединен с Е-входомтриггера 29 и выходом элемента 2 ИЛИ31, второй вход которого подключенк выходу схемы 30 сброса, а первый1358 3вход является третьим входом формирователя 4. Прямые выходы триггеров 29 и 26 являются соответственно первым и вторым выходами формирователя 4, Второй вход нуль-органа 24 соединен с общей шиной.Входная и выходная шины вычислительного блока 20 соединены с подсистемой ввода-вывода, а управляющий вход соединен с входом прерывания,Если к, последовательному соединению исследуемого двухполюсника Е образцового двухполюсника 2 2, и резистора 3 К, приложить синусоидальное напряжение цц я 1 пМ, 15 то в цепи протекает ток 1(С) - яп ( ы 1 + ) а напряжение2хна Ек, 20, Ко соответственно равно см. п.о 20ц = 2 - я 1 п (ы+ 1+(,); (1)(9) ряжения;напряжение смещения перемножителя при под 55ключении к его цсм, п,х(ц ц )г второму входунапряжения наЕх ц (с) = Ея 1.п (ь) е + с 1+с ); (2) ц (е) = К -"- я 1 п (ые + ср), (3)2 где 2 - модуль комплексного сопротивления цепи;Ч - разность фаз напряжения итока.Умножая формулу (1) на формулу (3) и (2) на (3), получают цг 1 ц : -- К 2 - соя-пх 22 ок(ц ц )2+цгде ц, амплитудноезначение нап - то же, но приподключении напряжения на 2,; К(Ц, Ц )г,с(Ц Ц )г- квадратичныепогрешности перемножителяпри различныхвходных сигналах.Напряжение смещения перемножителя имеет различные значения, поскольку при изменении сопротивления источников входных сигналов изменяются обратные входные токи.Повернув фазу в (3) на 90 с по" мощью квадратурного фазовращателя 14 с коэффициентом передачи К и повторив операции умножения, получают+ о 1(цх цк ) см пх ц(С) = К -- К Е яхп свц 2Кф гКоЕо я 1 п(2 о , ) + Повернув фазу в формуле (3) на180с помощью фазоинвертора 17, ко"эффициент передачи которого равен 1,что просто реализуется, и повторивоперации умножения, получаютцгЦ= - К 2 созе+и-х 222 о кх+ -- К 2 соя(2 ы 1 ) +цг2 Его Повернув фазу в формуле (3) на 270 с помощью фазоинвертора 17 и квадратурного фазовращателя 14 и повторив те же операции, получают(18) 5 13578 2 Ц и-кКф 2 Ко Ех вдп Чк +Квадратичные погрешности перемножителя неизменны в уравнениях (4), (б), (8) и (10) и равны снап(ц,цоо)2, а также в уравнениях (5), (7), (9)и (11) и равны сп(ц ц, ), чтообъясняется неизменностью амплитуды входных сигналов в пределах каждой из групп управлений. Обозначим для ПрОстоты дп(цк ц о ) а и п(цо цй)Проинтегрируем напряжения в формулах (4)-(10) в пределах от 0до пТ цп= пТ - 2 Ко Ех сов ск+ цсм,п.х+ ц, пТ,где ц,- напряжение смещения интегратора;ц с - напряжение дополнительного смещения, вводимоедля смещения интегрируемыхнапряжений в положительнуюобласть для простоты процесса двухтактного интегрирования.Во втором такте формулы (12-(19) преобразуются в числа импульсов а ох соИ = Г -- + - а Есов; х о цц " х х аоо И = Г - -+ а Есовц; о о ц ц 1 о о оао доИ = Г - "-+ а Е.я 1 пр;х оц ц 1 ф х х 4о о 1 аоо ГоМ = Г - -+ - а Е.вдп;о о ц ц ф о оо аох ДоМ = Г ---- а Е соврИ х -х,Е совр = 2 сов ро И - Ио -ох2 вдп и = Е вдпс,огк о о Я/о -о откуда видно, что результаты измерений не зависят от величин аох Е а а, а,ф, ц При проведении измерений квадратурных составляющих Ех вдп ух в широком частотном диапазоне к значительным погрешностям может привести фазовая погрешность-О лох Их 1 Ь Ьо И - И о после пятого циклаНх 2 И - хо до 1 -о квадратурных фазовращателей, которая искажает соотношения (6), (7), (10) и (11). Поэтому для измерений в пределах каждого поддиапазона по частоте должен использоваться отдельный фазовращатель, обеспечивающий в нем стабильность своих фазовых характеристик. Фазоинвертор, который, обычно, не содержит реактивных элемен 10 тов, заметных фазовых искажений не вносит.Измеритель работает следующим образом.В процессе начальных установок в синтезатор 6 вводится код частоты, коммутатором 16 выбйрается необходимый фазовращатель 14, а в регистр 28 записывается число и тактов накопления, Накопление обеспечивает не 20 обходимую чувствительность на высоких частотах, поскольку время интегрирования невелико, а выходное напряжение интегратора пропорционально С, Режим, измерения синфазных либо квадратурных составляющих задается установкой переключателя 15.Рассмотрим режим измерения индуктивности Ь последовательной Ю,-схемы замещения, В качестве Е.230 включается образцовая индуктивность Ь. После сброса блоком 30 триггеры 26 и 29 установлены в нулевое положение. При этом переключатель 10 переводится в нейтральное положение.В момент времени С, срабатывает нуль- орган 24, устанавливается триггер 26 в единичное положение, и к входу интегратора 11 подключается напряжение (переключатель 7-.в верхнем положении, 40 переключатель 18 в верхнем положении) (6), где Езп=ыЬ. При этом из счетчика 27 вычитается единицаДопустим, вначале в счетчик 27 записано число и = 3. Интегрирование напря жения (6) продолжается до момента с, когда из счетчика 27 вычитается последний (третий) импульс). При этом в него вновь записывается число 3 из регистра 28, а триггер 29 устанавливается в единичное положение. Это приводит к тому, что элемент 2 И 25 закрывается, к интегратору 11 подключается напряжение разряда Бо, а вычислительный блок 20 переводит переключатель 18 в среднее положение, При этом открывается селектор 21 и на его внутренний счетчик поступают импульсы кода И = - а+ (Г,й,)а, Ь, о который формируется в момент С срабатывания нуль-органа 12. Срабатывание нуль-органа приводит к прерыванию программы блока 20 и вводу кода НХ 1 в память блока 20, а также к приведению формирователя 4 в исходное состояние.Поскольку переключатель 18 находится в среднем положении, на второй вход перемножителя 5 поступает напряжение, повернутое относительно (3) на 270 . Поэтому на вход интегратора поступает напряжение (10) и в процессе двухтактного интегрирования, аналогичном описанному, в память вычислительного блока вводится число имВ начале второго такта второго цикла переключатель 7 переводится в нижнее положение, поэтому в третьем цикле интегрируется напряжение (10), где Еа зп , = иЬо, а в память блока 20 заносится число В начале второго такта третьегоцикла переключатель 18 возвращаетсяв верхнее положение, и в четвертомцикле интегрируется напряжение (7),а в память блока 20 записывается чисПосле, этого повторяется первый, второй цикл и так далее циклы. При этом в памяти блока 20 формируется "таблица", в которой на места кодов И, И Ио, И, записываются ходыкоМБ ,В, итд, Как видно, после четвертого цикла в памяти постоянно находится набор из четырех кодов - результатов измерений. В вычислительном блоке 20 после четвертого цикла формируется ре- зультатпосле шестого цикла 1 1 кй уЬа О 11-хт после седьмого цикла 1 И кт к 4 о О 1после восьмого цикла 1 О 1М к - И-к хю о и так далее.Несмотря на наличие четырех прин ципиально необходимых циклов, результат измерений формируется после каждого цикла, начиная с четвертого, что способствует уменьшению динамической погрешности. гоПри изменении синфазных составляющих работа измерителя аналогична описанной, но переключатель 15 находится в нижнем положении. Цифровой измеритель Ю.С-параметров, содержащий последовательно соединенные между собой и с общей шиной ЗО измерителя клеммы для подключения исследуемого двухполюсника и образцовый комплексный двухполюсник, при этом вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника соединена с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с первым входом умножителя, вторым выводом образцового двухполюсника и первым входом формирователя времен О ных интервалов, первый и второй выходы которого соединены с входами управления второго переключателя, первыйвход которого. соединен с выходом источника опорного напряжения, 45 а выход через интегратор соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с общей шиной измерителя, а выход соединен с первым входом селектора, вторым входом соединенного с первым выходом формирователя временных интервалов, а третьим входом - с выходом генератора 25Формула изобретения импульсов, а также содержащий отсчетный блок, третий переключатель и набор фазовращателей, причем выход первого переключателя соединен с входами всех фазоврашателей и первым входом третьего переключателя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений К 1.С-параметров в широком частотном диапазоне, в него дополнительно введены синтезатор частот, аналоговый коммутатор, резистор, источник напряжения смещения, фазоинвертор, четвертый переключатель, регистр и вычислительный блок, причем первый выход синтезатора частот соединен с первым входом первого переключателя, а второй выход - с первым выводом резистора, вторыми входами умножителя и формирователя временных интервалов, второй вывод резистора соединен с первым входом формирователя временных интервалов, выход умножителя через источник напряжения смещения соединен с вторым входом второго переключателя, при этом третий вход умножителя соединен с общей шиной измерителя, а его четвертый вход - с выходом четвертого переключателя, двумя входами соединенного соответственно с входом и выходом фазоинвертора, причем вход последнего соединен с выходом третьего переключателя, вторым входом соединенного с выходом аналогового коммутатора, входы которого соединены с соответствующими выходами набора фазонращателей, а входом управления соединен с выходной шиной регистра, соединенной с входами управления синтезатора частот, первого, третьего и четвертого переключателей и четвертым входом формирователя временных интервалов, с третьим входом которого соединен выход нуль-органа, к входной шине вычислительного блока подключены выход селектора и первый выход формирователя временных интервалов, причем вход управления вычислительного блока соединен с выходом нуль-органа, а выходная шина соединена с входами регистра и отсчетногс блока.1357874 ль Н,КриноКравчук Состав Техред рректор М.Максимиш едактор О.Голов аз 5994/4 Птета СССР 5 Тираж ВНИИПИ Государствепо делам изобре 3035, Москва, Ж,ое ного к ений и ытииб., д. ская изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная