Устройство для определения параметров трехэлементных двухполюсных цепей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 758587 А ЗОБРЕТЕН ИС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пензенский политехнический институт(72) А,Н.Андреев, В.А.Казаков, А.И.Мартяшин, С,В.Никишин и А.В,Светлов56) Боровик Л.ПА.М.Павлов, О преобразовании параметров многоэлементных двухполюсников при импульсном питании.Приборы и системы управления, М 2, 1978,с.24,25.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНЫХ ЦЕПЕЙ(57) Использование: в контрольно-измерительной технике и для измерения параметров трехэлементных двухполюсных цепей.Сущность: устройство содержит формиро-ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 5)5 0 01 В 27/02,27 ватель 1 опорного напряжения, опорныи конденсатор 2, операционный усилитель 3, клеммы 4 для подключения исследуемой двухполюсной цепи, ключ 5, блок 6 управления, блоки 7, 10, 11, 12 выборки и хранения, блоки 8, 15 вычитания напряжений, интегратор 9, масштабирующие преобразователи 13, 14, усилитель 16. Особенностью изобретения является замена непосредственного измерения напряжения на выходе операционного усилителя в первый момент времени (то), пропорциональноо значению одного из параметров цепи, на экстраполяцию этого значения напряжения после измерения значений напряжения на выходе операционного усилителя в другие моменты времени (О, 2 т 1), что позволяет повысить точность измерения. 7 ил.Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к измерению параметров трехэлементных двухполюсных ЯС или В:цепей,Задача определения параметров таких цепей встречается в случае преобразования параметров полупроводниковых и металл- диэлектрик-полупроводник-структур, в случае исследования характеристик неоднородных объектов с распределенными параметрами, в случае контроля параметров слоистых сред при помощи параметрических датчиков и т,п.Известен преобразователь параметров трехэлементного двухполюсника. Преобразователь позволяет определить параметры этих всех элементов трехэлементной цепи,Однако известный преобразователь характеризуется недостаточной точностью определения параметров трехэлементного двухполюсника вследствие невозможности непосредственного измерения нап ряжения пропорционального параметрам трехэлементного двухполюсника в начальный момент времени,Целью изобретения является повышение точности преобразователя параметров трехэлементного двухполюсника;На фиг. 1 приведена схема устройства для определения параметров трехэлементных двухполюсных цепей; на фиг, 2 - временные диаграммы изменения выходных напряжений формирователя 1 опорного напряжения, операционного усилителя 3, выхода 5 блока б управления; на фиг. 3 - схема блока управления, на фиг. 4 - схема включения микросхем К 155 АГ 1 для формирования коротких импульсов длительностью г 2= 82 С 2 с задержкой Л 1 -- т 1 = й 1 С 1 (например, при 81= 10 кОм; С 1= 0,1 мкФ; Ь = 10 зс; при В 2= 1 кОм, С 2= 1000 пфр 72 10 с) на фиг.-65 - схема масштабирующих преобразователей; на фиг. 6 - схема инвертирующего усилителя; на фиг. 7 - первый-четвертый блоки выборки и хранения.Устройство для определения параметров трехэлементных двухполюсных цепей содержитформирователь 1 опорного напряжения, опорный конденсатор 2, операционный усилитель 3, клеммы 4 для подключения исследуемой двухполюсной цепи, ключ 5, блок буправления. первый, второй, третий и четвертый блоки 10, 7, 12, 11 выборки и хранения, первый и второй блоки 15, 8 вычитания напряжений, интегратор 9, первый и второй масштабирующие преобразователи 13, 14, усилитель 16.Выход формирователя 1 опорного напряженйя через опорный конденсатор 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 3. в цепи отрицательной обратной связи которого включеныклеммы 4. При этом его неинвертирующий5 вход соединен с общей точкой схемы. Выходоперационного усилителя 3 соединен с первым входом второго блока 8 вычитания напряжений и с входом второго блока 7выборки и хранения. выход последнего сое 10 динен с вторым входом второго блока 8 вычитания напряжений,Выход второго блока 8 вычитания напряжений соединен через интегратор 9 свходом третьего блока 12 вь,борки и хране 15 ния и со входами первого и четвертого блоков 10, 11 выборки и хранения. Выходпервого блока 10 выборки и хранения соединен с входом первого масштабирующегопреобразователя 13 и первым входом пер 20 ваго блока 15 вычитания напряжений. Выход четвертого блока 11 выборки и хранениячерез второй масштабирующий преобразователь 14 соединен с вторым входом первого блока 15 вычитания напряжений, выход25 котороо соединен с входом усилителя 16,Выход усилителя 16 соединен с управляющими входами первоо и второго масштабирующих преобразователей 13, 14, Вход ивыход ключа 5 соединен с клеммами 4 для30 подключения исследуемой двухполюснойцепи.Управляющие входы формирователя 1опорного напряжения и ключа 5 соответственно соединены с выходами 1, 5 блока 635 управления. Выход 2 блока 6 управлениясоединен суправляющими входами второгои третьего блоков 7, 12 выборки и хранения,а выходы 3 и 4 блока 6 управления соответсгвенно соединены с управляющими входа 40 ми первого и четвертого блоков 10, 11выборки и хранения,Устройство работает следующим образом.45 Устройство работает в циклическом режиме, Работой устройства управляет блок б управления, который вырабатывает импульсные последовательности, поступающие на управляющие входы формирователя 1 опор ного напряжения блоков 7, 10, 11, 12 выборки и хранения, ключа 5.По команде блоха б управления формирователь 1 опорного напряжения в момент времени 10 подает на вход измерительной 55 схемы скачок постоянного напряжения амплитудой Оо, действующий в течение промежутка времени то-т 2,Выходное напряжение операционногоусилителя 3:АОо Со + Оо Со р,. 02 - Оз (ту)ОС однозначно определяемое параметром С 1.При повторной подаче скачка напряжения на вход операционного усилителя 3 вы ходное напряжение второго блока 8 вычитания напряжений Оо Со фс 2 С 2 25 У08 = Оз - 07С 1 О С С 1 С 2Интегратор 9 интегрирует это напряжение с постоянной интегрирования т О. С. В Тц35 Третий блок 12 выборки и хранения измеряет и запоминает значение выходного напряжения интегратора 9 в установившемся режиме 012 09 (1 у) Оо Сой тооднозначно определяемое параметром 45 й.Выходное напряжение второго блока 8 вычитания напряжений Ов =6 С 2х х е Фя, полученное при повторной подаче скачка напряжений на вход операционного усилителя 3, также поступает на входы первого и четвертого блоков 10, 11 выборки и хранения, которые измеряют и запоминают значения этого напряжения по команде с блока 6 управления (выходы 3 и 4) в моменты времени, равные 1=11 и 1=21 соответственно,Моменты времени т 1 и 211 соответствуют наиболее характерному этапу протекаВторой блок 7 выборки и хранения измеряет и запоминает значение выходного 5 напряжения операционного усилителя 3 в установившемся режиме (1=ту); что соответствует практическому установлению напряжения 0(1), т,е. 1 у(5-6) т, где т = ЯС 2), т,е, после практического завершения пе реходного процесса в измерительной схе- ме ния переходного процесса в измерительной схеме с постоянной времени т(т= ЯС 2), когда значение т может быть определено с малой погрешностью, т.е,И 10,5 т, 2 О5 т.Алгоритм определения значенияОВ(т) = 0 2 в- =О(т 1)К (ГдЕО0(т 1)О (2 г 11 )необходимого для получения 01 з = 08(1 о) =Оо Со, однозначно определяемого пара 2метром С 2, реализован в аналоговой форме путем масштабирования аналоговых сигналов масштабирующим преобразователем 13 с коэффициентом передачи, пропорциональным заеию К =, При этом0О 211требуемое значение коэффициента передачи масштабирующего преобразователя устанавливается по критерию равенства напряжений О(т 1) и 0(2 т 1) К,Действительно, 0(2 т 1) К = О(11) при К = О 11, Данная операция осуществля 11ется первым блоком 15 вычитания напряжений, один вход которого подключен к выходу первого блока 10 выборки и хранения, а второй вход через второй масштабирующий преобразователь 14 - к выходу четвертого блока 11 выборки и хранения, и усилителем 16, вход которого соединен с выходом первого блока 15 вычитания напряжений, а выход - с управляющими входами первого и второго масштабирующих преобо раэователей 13, 14, .Поскольку устройство работает в циклическом режиме с многократным повторением процесса измерения, за несколько тактов измерения достигается точное равенство напряжений 0(т 1) и 0(211) К на входах блока 15 вычитания напряжений, а следовательно, на выходе масштабирующего преобразователя 13 получаем точное значениеОв = Ов (вв ) -- +-11- -ты задержки, обеспечивающие срабатывание одновибраторов в моменты времени 5Генератор импульсов 6 может быть реализован по любой из многочисленных схем, опубликованных в технической литературе, например, на микросхемах серии 155. Одновибраторы и элементы задержки 10 также могут быть реализованы множеством способов, например, на микросхемах К 155 АГ 1.Формирователь 1 опорного напряжения может быть реализован, например по 15 известным схемам.В качестве операционного усилителя 3 может быть использован любой высококачественный интегральный операционный усилитель, например, отечественная 20 микросхема К 544 УД 2 А.В качестве масштабирующих преобразователей 13 и 14 может быть использована схема (фиг. 5), содержащая инвертирующий усилитель А 1 на микросхеме К 544 УД 2 А с 25 оптроном АОР 104 Б во входной цепи и формирователь управляющего оптроном сигнала на микросхеме А 2.В качестве усилителя 16 может быть использована схема инвертирующего усили теля (фиг. 6), содержащая интегральный операционный усилитель А 1, например, отечественная микросхема К 553 УД 2 А,Усилитель 16 выполняет роль сглаживающего усилителя, необходимого для прида ния астатизма цепи автоматического регулирования коэффициента передачи масштабирующих преобразователей 13, 14.Интегратор 9, первый и второй блоки 15, 8 вычитания напряжений могут быть вы полнены по типовым схемам.Первый, второй, третий и четвертый блоки 10, 7, 12, 11 выборки и хранения могут быть построены по схеме, приведенной на фиг. 7. Схема содержит ключ (транзистор 45 КП 304 А), запоминающий конденсатор емкостью 1000 пФ, повторитель с большим входным сопротивлением (микросхема К 544 УД 2 А) и формирователь управляющего ключом сигнала на транзисторах КТ 315 Б. 50В качестве ключа 5 может быть использован любой высококачественный ключ с малым остаточным сопротивлением, например, полевой транзистор КП 304 А.55 Указанные примеры реализации блоков предлагаемого устройства не являются единственно возможными.Формула изобретения Устройство для определения параметров трехэлементных двухполюсных цепей, содержащее формирователь опорного напряжения, опорный конденсатор, операционный усилитель с клеммами для подключения исследуемой двухполосной цепи в цепь отрицательной обратной связи, первый, второй и третий блоки выборки и хранения, первый и второй блоки вычитания напряжений, интегратор, причем выход формирователя опорного напряжения соединен через опорный конденсатор с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход которого соединен с первым входом второго блока вычитания напряжений и с входом второго блока выборки и хранения, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания напряжений, выход которого соединен через интегратор с входом третьего блока выборки и хранения, выход первого блока выборки и хранения соединен с первым входом первого блока вычитания напряжений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности, в устройство введены первый и второй масштабирующие преобразователи, четвертый блок выборки и хранения, усилитель, блока управления и ключ, причем вход первого масштабирующего преобразователя соединен с выходом первого блока выборки и хранения, вход четвертого блока выборки и хранения соединен с выходом второго блока вычитания напряжений, а его выход соединен с входом второго масщтабирующего преобразователя, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания напряжений, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго масштабирующих преобразователей, вход и выход ключа соединены с клеммами для подключения исследуемой двухполюсной цепи, с первого по пятый выходы блока управления соединены с управляющим входами соответственно формирователя опорного напряжения, второго и третьего, первого и четвертого блоков выборки и хранения и ключа, 1758587рек алко водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гага Заказ 2998 Тираж ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 5, Раушская наб 4/5