Устройство для измерения добротности колебательных контуров

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 892351(51)М, Кл,С 01 В 27/26 с присоединением заявки М 3 Ъаударстюны каннтет СССР ао делан нзабргтеннй н атерытнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВИзобретение относится к области .радиоизмерительной техники и может быть использовано для измерения добротности, тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и индуктивности радиоэлементов колебатель 5 ных контуров.Известно устройство для измерения добротности, индуктивности и емкости в цифровом виде, содержащее источник сигнала, колебательный контур, блок отношения напряжений, блок поддержания амплитуды, широкополосный усилитель, охваченный обратной связью через образцовый реактивный элемент, и бло-, ки автоматической регулировки усиления и фазы 1 .Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон частот измерения индуктивности и емкости в цифровом виде, а измерение напряжений, пропорциональных добротности колебательного контура, производится с относительно большими погрешностя ми. 2Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройствуявляется устройство для измерениядобротности колебательных контуров,содержащее перестраиваемый генераторвысокой частоты, частотный модулятор,колебательный контур, амплитудныйдетектор, блок поиска резонанснойчастоты, включающий блок выделенияпервой производной по частоте, и нульорган, блок выделения второй производной по частоте, дополнительный нульорган, два запоминающих блока, перестраиваемый генератор низкой частоты,ключ, блок отношения частот и блокуправления 21,Известное устройство не обеспечивает отсчета емкости колебательногоконтура в цифровом виде и не позволяет оценивать величину емкости на частоте измерения.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства.892351 3Поставленная цель достигается темччт о уст роист во для и амере н и я добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высочкои частоты, один выход которого соединен с первым входом частотного модулятора, второй вход которого соединен с выходом клюца, а выход частотногомодулятора через колебательный контурсоединен со входом амплитудного детек 51 О фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства,устройство содержит частотный модулятор 1, к одному входу которого подклюцен выход перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, а ко второму входу через ключ 3 - выход перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, колебательный контур 5,входом подключенный к выходу частотноготора, выход которого соединен со входом блока поиска резонансной частоты, один выход последнего соединен со входом блока выделения второй производной по частоте, а другой выход .соединен со входом первого запоминаю 1щего блока, выход которого соединен со входом перестраиваемого генератора высокой частоты, вход кпюча соединен с одним из входов блока отношения частот и с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты,вход которого соединен с выходом второго запоминающего блока, вход последнего соединен с выходом куль-органа, управляющие входы ключа, первого и второгозапоминающего блоков, частотного модулятора, блока поиска резонансной частоты и блока выделения второй производной по частоте соответственно соединены с выходами блока управления, введены три дополнительных ключа и цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов и делитель частоты, причем выход перестраиваемого генератора высокой частоты соединен через последовательно соединенные . первый дополнительный ключ, другой вход которого соединен со входом частотного модулятора и делитель частоты со входом блока отношения частот, а первый вывод второго дополнительного ключа соединен со входом нуль-органа,второй и третий выводы соответственносоединены со входом и выходом блокавыделения второй производной по частоте, а цепь из двух последовательносоединенных конденсаторов включенамежду входом амплитудного детектораи общей шиной, а общий вывод цепи издвух последовательно соединенных конденсаторов через третий дополнительный ключ соединен с общей шиной,управляющий вход которого соответственно соединен с выходом блока управления,На фиг. 1 приведена функциональнаяэлектрическая схема устройства; на5 модулятора 1 и выходом - ко входуамплитудного детектора 6, выход которого подключен ко входу блока 7 поиска резонансной частоты, содержащегопоследовательно включенные блок 8 выделения первой производной по частотеи нуль-орган 9, запоминающий блок10, входом подключенный к выходу блока 7 поиска резонансной частоты ивыходом к управляющему входу перестраиваемого генератора 2 высокой частоты,блок 11 выделения второй производнойпо цастоте, входом подключенный квыходу блока 8 выделения первой прод изводной по частоте, ключ 12, однимвходом подключенный к выходу блока11 выделения второй производной почастоте и вторым входом - к выходублока 8 выделения первой производнойпо частоте, нуль-орган 13, входомподключенный к выходу ключа 12, второй запоминающий блок 14, входом под ключенный к выходу нуль-органа 13 ивыходом к перестраиваемому генератору 4 низкой частоты; два последовавательно соединенных конденсатора15 и 16, включенные между выходом колебательного контура 5 и общей шиной,дополнительный ключ 17, включенныймежду точкой соединения конденсаторо5 и 16 и общей шиной, блок18 отношения частот, первым входом подкпюценный к выходу перестраиваемого генератора 4 низкой частоты,45делитель частоты 19, входом соединенный через дополнительный ключ 20 свыходом перестраиваемого генератора2 высокой частоты и с выходом частотного модулятора 1, блок 21 управле"ния, подключенный к управляющим входам5 ф блока 7 поиска резонансной частоты,блока 11 выделения второй производ ной по частоте, частотного модулятора1, запоминающих блоков 10 и 14 и ключей 3 и 17,Измерение добротности осуществляется следующим образом.Делитель частоты 19 переводят врежим деления на 2 и его вход через5 8 дополни тел ьный ключ 20 подключают к выходу генератора 2 высокой частоты, вход нуль-органа 13 через ключ 12 подключают к выходу блока 11 выделения второй производной по частоте, дополнительный ключ 17 размыкают. В режиме поиска резонансной частоты блок 21 управления на заданное время открывает запоминающий блок 10, закрывает второй запоминающий блок 14 и ключ 3 и переводит частотный модулятор 1 в. режим выделения несущей высокой частоты.За это время блок 7 поиска резо нансной частоты вырабатывает линейно- изменяющееся во времени напряжение О (фиг, 2 с), Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения перестраиваемого генератора высокой частоты 2, которое через частотный модулятор 1 поступает на вход колебательного контура 5.После прохождения через колебательный конт р 5 и амплитудный детектор 6 высокочастотное напряжение с изменяющейся частотой преобразуется в напряжение Од 1 изменяющееся во времени (фиг. 2 а) и соответствующее амплитудно-частотной характеристике исследуемого колебательного контура 5. Это изменяющееся во времени напряжение блок 8 выделения первой производной по частоте, управляемый блоком 21 управления, дифференцирует, в результате чего на его выходе выделяет ся напряжение О (фиг, 2 б), пропорциональное первой производной по частоте от амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5, т.е. 92351 б 5 ее И 26 с 10Ор ф ау - 1 50где Ь - постоянный коэффициент пропорциональностии.Этим напряжением управляется дополнительный нуль-орган 13, в которомпри прохождении напряжения О черезнуль устанавливается выходное напря.жение О (фиг. 2 е) и фиксируется вовтором запоминающем блоке 14, а слегде а - постоянный коэффициент пропорциональности,Этим. напряжением управляется нульорган 9, в котором при прохождениинапряжения Очерез нуль, устанавливается выходное напряжение Осо(фиг.2 с),а следовательно, устанавливается частота выходного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой частоты,равная собственной резонансной частоте колебательного контура 5.В режиме выделения полосы пропускания блок 21 управления на заданноевремя закрывает запоминающий блок 10,открывает второй запоминающий блок14 и ключ 3 и переводит частотный модулятор 1 в режим выделения боковой И Эф 35 40 4 частоты, На это время в запоминающем блоке 10 запоминается напряжение Осо . (фиг. 2 с), а следовательно, и частота выходного напряжения дерестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равная собственной резонансной частоте колебательного контура 5.За это же время нуль-орган 13 вырабатывает линейно-изменяющееся во времени напряжение Ос(фиг, 2 е).Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, которое через ключ 3 поступает на второй вход частотного модулятора 1.В результате воздействия на частотный модулятор 1 двух напряжений с частотами 1 О и Е, на выходе его получают напряжение с частотойо=+Г где 1 - частота перестраиваемого генератора 2 высокой частоты;Г - частота перестраиваемого генератора 4 низкой частоты,После прохождения этого напряжения через колебательный контур 5, амплитудный детектор 6 и блок 8 выде" ления первой производной по частоте, высокочастотное напряжение с изменяющейся частотой Г преобразуется в напряжение О 1 р (фиг. 2 б), изменяющееся во времени и соответствующее первой производной по частоте амплитудно"час тотной характеристики колебательногоконтура 5. Это напряжение блок 11 выделения второй производной по час-, тоте от амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5, управляемый блоком управления 21, дифферендирует, в результате на его выходе выделяется напряжение Оч (фиг. 2 д) пропорциональное второй производной по частоте амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5, т.е.с ОцОа=Г довательно, фиксируется частота выходного напряжения перестраиваемогогенератора 4 низкой частоты, равнаяполовине полосы пропускания колебательного контура 5 между точками перегиба его амплитудно-частотной характеристики, Переход из режима поискарезонансной частоты в режим выделения полосы пропускания производитсяавтоматически блоком 21 управлениячерез заданнь)е интервалы времени .Приэтом добротность определяется поФормуле с- дс2 Еи непосредственно измеряется блоком 18 отношения частот, которым также измеряется заданная рабочая частота, на которой производится измерение добротности.Измерение емкости измерительного контура 5 на резонансной частоте осуществляется следующим образом,Делитель частоты 19 переводят в режим деления на 4 и его вход через дополнительнь,й ключ 20 подключают к выходу частотного модулятора 1,вход нуль-органа 13 через дополнительный ключ 12 подключают к выходу блока 8 выделения первой производной по частоте, дополнительный ключ 17 переводят в управляемый режим.Блок 21 управления на заданное время открывает запоминающий блок 10, закрывает второй запоминающий блок 14, ключи 3 и дополнительный ключ 17 и переводит частотный модулятор 1 в режим выделения несущей высокой частотыЗа это время производится поиск частоты перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, соответствующей собственной резонансной частоте колебательного контура 5, как это описывалось в режиме поиска резонансной частоты.Через заданное время, достаточное для настройки перестраиваемого генератора 2 высокой частоты на собственную резонансную частоту колебательного контура 5, блок управления 21 на заданное время закрывает запоминающий блок 10, открывает второй запоминающий блок 14 и ключ 3 и дополнительный ключ 17 и переводит частотный модулятор 1 в режим выделения боковой частоты. На это время запоминается частотавыходного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равная собственной 892351 8резонансной частоте колебательного1контура 5. Открытый дополнительныйключ 7 закорачивает конденсатор 16,и следовательно, изменяет значенияемкости и собственной резонанснойчастоты колебательного контура 5соответственно на величины йс и д ).,В это время нуль-орган 13 под управлением блока 8 выделения первой произ 10 водной по частоте начинает вырабатывать линейно-изменяющееся во временинапряжение. Этим напряжением изменяется частота выходного напряженияперестраиваемого генератора 4 низкойчастоты, которое через ключ 3 поступает на второй вход частотного модулятора 1.В результате на выходе частотногомодулятора 1 получают напряжение счастотой т)д - Г. При достижениичастоты ) значения, равного собственной резонансной частоте колебательногоконтура 5, частота Г перестраиваемогогенератора 4 низкой частоты фиксируется нуль-органом 13, как зто описывалось в режиме поиска полосы пропускания.Измерение емкости колебательногоконтура 8 осуществляется при периодическом переключении устройства блоком 21 управления из режима поиска резонансной частоты в режим расстройкиколебательного контура 5При этом емкость колебательного35контура 5 определяется формулойГс - тгр разде (1)Хгде ) =)О -Г - собственная резонанснаячастота колебательногоконтура 5 в Гц при изменении значения его емкости на величину д с;Г = д 1. - значение величины рас 45стройки собственной резонансной частоты колебательного контура 8 в Гцпри изменении значенияего емкости на величинуЬ с.ЯчЕсли выбрать значения емкостеиконденсаторов 15 и 16 небольшими,при которых выполняется условие(0,05, емкость измерительного контура,с погрешностью не превышающей 1,254,можно определять выражениеми при ьс = 0,5 пф (в случае, еслизначения емкостей конденсаторов 15и 16 выбрать равными 1 пф)5с=- -- (3) При этом погрешность измерения значения емкости колебательного контура 5 за счет нестабильности д с определяется выражением оа с =ддс(1- У, (4)1дс1+ -с с (кон 5 где б" ь с - нестабильностьденсаторов 15 и 16) .Отсчет емкости колебательного контура 5 на резонансной частоте, в соответствии с выражением (3), непосредственно производится блоком 18 отнощения частот. зоПредлагаемое устройство для измерения добротности колебательных контуров 5, по сравнению с известным, позволяет с относительно высокой точностью производить измерение емкости колебательных контуров 5 в цифровом виде в широком диапазоне частот, практически до 300 МГц. формула изобретения зо Устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты, один выход которого сое- з динен с первым входом частотного модулятора, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход частотного модулятора через колебательный контур соединен со входом амплитуд о ного детектора, выход которого соединен со входом блока поиска резонанс" ной частоты, один выход последнего соединен со входом блока выделения второй производной по частоте, а45 другой выход соединен со входом первого запоминающего блока, выход которого соединен со входом перестраиваемого генератора высокой частоты, входключа соединен с одним из входов блока отношения частот и с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты, вход которого соединен с выходомвторого запоминающего блока, входпоследнего соединен с выходом нульоргана, управляющие входы ключа, пер"вого и второго запоминающих блоков,частотного модулятора, блока поискарезонансной частоты и блока выделениявторой производной по частоте соответственно соединены с выходами блокауправления, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, внего введены три дополнительных ключа и цепь из двух последовательно сое"диненных конденсаторов и делитель частоты, причем выход перестраиваемогогенератора высокой частоты соединенчерез последовательно соединенныепервый дополнительный ключ, другой .вход которого соединен со входом час-.тотного модулятора и делитель частотысо входом блока отношения частот, апервый вывод второго дополнительногоключа соединен со .входом нуль-органа,второй и третий выводы соответственно соединены со входом и выходом блока выделения второй производной почастоте, а цепь из двух последовательно соединенных конденсатороввключена между входом амплитудногодетектора и общей шиной, а общий вывод цепи из двух последовательно соединенных конденсаторов через третийдополнительный ключ соединен с общейшиной, управляющий вход которого соответственно соединен с выходом блокауправления.сточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке 1 г 2567339/18-21,кл. 6 О 1 В 27/26, 09.01,78,2. Авторское свидетельство СССРпо . заявке и 2408263/18-21,кл. а 01 К 27 Л 6, 01.10,76.89231 Составитель Л. СотниковаРедактор Н.Пушненкова Техред Л, Пекарь Корректор ЕЕ В Ю Е Ф аз 1124 филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная,/б 7ВНИИПИпо д13035,Тираж осударстве ам изобрет ква, Ж,35 Подписнного комитета СССРний и открытийРаущская наб., д. 4/5