Цифровой измеритель rlc-параметров

,ЯО 1337820 А 1 1)4 С 01 Е 27/О ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУД ПО ДЕ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вский Г,Ром во ССС 1972 СССР 1981ВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ И,С-ПАРА 54) ЦИФРО МЕТРОВ 57) Изобр оизмерите спольэова к электожет бытьЮ,С-парачастот. сит ение о ной те змерении иапаэоне напряжения, генер интегратор 17, с при и разцимп18,лектор сов метров в широком дЦель изобретенияти измерений при обчувствительности и овышение точнос слительции,управления, вы и блок 21 янди лок .по к л, 2 и высокойействия спече быстр ны1(21) 4 (22) 0 (46) 1 (72) Н В.М.Ма (53) 6 (56) А У 4673Авт В 8686 52428/24-21 ,04,86 .09.87. Бюл И.Грибок, В ух, С.А.Сав 1.317.33 (О торское сви 2, кл. С 01 рское свиде 9, кл, С 01 Р 34В. Бинкнко и С8.8)детельсК 27/26тельствК 27/О достигается путем адаптивно-мультипликативных коррекций и режима накопления, а также формирования результатов после каждого цикла измерений.Дпя этого в устройство дополнительно введены дифференциальный усилитель 5, источник 7 напряжения смеще -ния, набор фазовращателей 10, аналоговый коммутатор 11, переключатель12, фаэоинвертор 13 и компараторы 14и 15. Кроме того, устройство содержит синтезатор 1 частот, исследуемыйдвухполюсник 2, образцовый двухполюсник 3, активное сопротивление 4,переключатели 6 и 9, источник 8 об78 "0 2 ццяц втэрму эыхэ;у синтезатора 1 О 1, 20 2 3) 3Д э эО с с 1133И.обретение Отцосцтся к электрон мерительной технике и может бьть цс -пользвано ри измерении К,С-прдкетров в широком частотном дцдпдэоце,Целью изобретения является повышение точности измерений К 1,С-параметров в широком диапазоне частотпри обеспечении высокой чувствительности и быстродействия путем введенияэффективных адаптивно-мультигликативных коррекций и режима накоплецця иформирования результатов после каждого цикла измерений.Пд фиг. 1 представлена структурцдясхема цифрового измерителя К 1,С в параметров; на фиг, 2 - структурная схема блока управления.Цифровой измеритель ЮХ-параметров содержит синтезатор 1 частот,исследуемый двухполюсник 2, образцовый двухполюсник 3, активное сопротивление 4, дифференциальный угилитель 5, переключатель 6, источникнапряжения смещения, источник 8 образцового напряжения, переключатель9, набор фазовращателей 1 О, аналоговый коммутатор 11, переключатель 12,фаэоинвертор 13, компараторы 14 и15, генератор 16 импульсов, интегратор 17, селектор 18, блок 19 управления, вычислительный блок 20 иблок 21 индикации,Селектор 18 состоит из нуль-органа 22, триггера 23, элемента 2 И 24и счетчика 25,Влок 19 управления (фиг. 2) содержит коммутатор 26, формирователь 27,элемент 2 ИЛИ 28, триггеры 29 и 30,злемгнть 2 И 31-33 лемент 2 И.1 И 34,триггер 35, элемец 2 ИЛИ 36, триггер37, регистр 38, ре; рсцвцый счетчик39, элемент 2 И 1 И 4 ), формирователь41, элемент 2 ИЛИ 42, счетчик 43,триггер 44, дешифратор 45, формирователи 46 и 47, элементы 2 ИПИ -8 и49, формирователь 50 ц блок 51 сброса,Синтезатор 1 частот первым выходом связан с первым чджимом исследуемого двухполюснцка 2 и первым неподвижным контактом переключателя 6,вторым неподвижным контактом подключенного к точке соеинеия первогозажима образцового двухполюсникд 3,активного сопротивления 4 и первоговхода дифференциального усилителя 5,второй вход которого подклнчен кэторому зажиму активного сопротив.ечпстот, прц ем вторые .джимы вухпо:нэсццкоц 2 ц 3 гэедццгцы с корпусом, и поцижцый контакт переклнэчдтеля 6 грез источник 7 напряжения смещения свяэдц г третьим цецэдццжцьм контдктом переключателя 9, второй цеподнижцый контакт которого остается свободцым, д к первому подклнэчен выход источцкд 8 Образцового напряжения.Подвижный контдкт перек:ючателя 9 соедцнец через интегратор 17 с первымходом селектора 1 Й, к второму входукоторого подключец выход генератора16 импул,сов, д третин и етэертыйвходы подключены гоотцетгтвенно кпятому ц четвертому цхэдлм б:ока 19 управ:ения, к трет,ему ходу которого подключен .ервьй выход селектора18, второй выхц которог гоедцнец свходцой шиной э цсэтеэьного блсэкл20, к которой подклнэчец, кроме того,шестой выход блока 19 управления.Первый выход гелекторд 18 соедицецтакже с входом управления блока 20,1)ыхо; дифференциального усилителя 5полк:ючен к входам набора фдчоцрщдтелей 1) и первому цеподэнОмукоцтакту переключателя 12, с втсэры"цеподвижцым контдктом которого соедццец вхэ аналогового коммутатора11, эхо 1 ы котоОГО связанлцыхо -дами 1 дзоврддтеле 1 10. )1 Одвжныйконтакт перекэцпчлтеля 12 соединенчерез комплрдтор 14 с первым входомбсока 19 упрдвгеця ц через Фдчоиннертор 13 и компарлтор 15 с вторымвхо:Ом блока 19 упрдвлецця. Вторыенходь компардторов 1415 полк:нэчецы к корпусу, упрэлн 1 й вход сицтез;торп 1 частот соединен с цыходцоц шиной вычислцтел ного блока 20,к которой подклнэчецы также упрдвляюццй вхо) дерек:нэ 1 этеля 12, вход блока 21 ццдцкаццц, эх; урлвлецця аналогового коммутатора 11 ц четвертыйгхо блока 19 управления. Упрлцлян -пий вход переключателя 6 и двд управлянншцх входа переключателя 9 гоевдинены соответственно с ирным, вт -рым и третьим выходами блокд 19 уп 1 эдвленця. Вход и выход нуль - сргаца 2" ясян 1 тся первым входом и выходом селектора 18 соответствеццо, причем к цы - ходу нул -органа 22 подключен К-вхо, триггера 23, В-ход которого яц:яется г тигр ты; вхоОм Ге е кто)эд 1 Я и нь13378 30 1(Т) = 1 з 1 п г.,45 а напряжения на 2и на 2 относительно заземленной точки их соединения соответственно будут равны: ход триггера 23 связан с первым входом элемента И 24, второй вход которого является вторым входом селектора 18, а выход иодк:ьючец к входусчетчика 25, вход сброса которого является третьим входом селектора 18,а выход - его вторым выходом,В блоке 19 управления два входакоммутатора 26 являются соответственно первым и вторым входами блока 19.Первый выход коммутатора 26 соединенс первым входом элемента 2 И 31 к второму входу которого подключен выходтриггера 30, Р-входом связанного с 15корпусом, а С-входом подключенного квыходу триггера 35, являющемуся первым выходом блока 19 управления,подключенным к входу формирователя 41 исчетчика 43. Выход элемента 2 И 31подключен к входу реверсивного счетчика 39 и С-входам триггеров 35 и 37,Р-входы которых соединены с корпусом,причем выход триггера 37 являетсявторым выходом блока 19 управления. 5Б-вход триггера 35 подключен к выходу элемента 2 ИЛИ 34, первый входкоторого подсоединен к выходу элемента 2 И 32, первым входом связанного с инверсным выходом триггера44, а вторым входом - с вторым выходом коммутатора 26 и первым входомэлемента 2 И 33, выход которого связан с первым входом элемента 2 ИЛИ36, выходом подключенного к Б-входу35триггера 37. Вход параллельной установки реверсивного счетчика 39 соединен через регистр 38 с четвертымвходом блока 19 управления, а выходперехода через "ноль" счетчика 39подключен к Й-входу триггера 44 ипервому входу элемента 2 ИЛИ 42, выход которого соединен с входом установки реверсивного счетчика 39. Прямой выход триггера 44 подключен квторому входу элемента 2 И 33. Выходыформирователя 41 и формирователя 50,включенного входом к первому выходублока 19 управления, являются соответственно пятым и четвертым выходами блока 19 управления. Вход сбросасчетчика 43 подключен к выходу элемента 2 ИЛИ 40, первым входом связанного с точкой соединения выхода формирователя 47 и входа элемента 2 ИЛИ48, к второму входу которого подключен выход формирователя 46, Вход формирователя 46 является выходом состояния "2" лешифратора 45, а вход 201формирователя 47 - выходом его сос - тояния "4", Выход;п состояний "1" и "3" дешпфратора 45 сое;пгцецы с входами элемента 2 И.1 И 49, выход которого является третьим выходом блока 19 управления. Второй вход элемента 40 подключен к выходу блока 51 сброса, входу элемента 2 ИЛИ 28 и К-входу триггера 29, Р-вход которого связан с его инверсным выходом, при этом прямой и инверсный выходы триггера 29 подключены к управляющим входам коммутатора 26, а С-вход соединен с выходом элемента 2 ИЛИ 48, прйчем второй вход элемента 2 ИЛИ 28 через формирователь 27 соединен с третьим входом блока 19 управления, а выход элемента 2 ИЛИ 28 соединен с Б-входом триггера 30, вторым входом элемента 2 ИЛИ 34, вторым входом элемента 2 ИЛИ 36, вторым входом элемента 2 ИЛИ 42 и Б-входом триггера 44, Шина состояний "0", " 1", "2", "3" дешифратора 45 является шестым выходом блока 19 управления, а выход счетчика 43 подключен к входу дешифратора 45.Вычислительный блок 20 является микропроцессорной системой, входная и выходная шины которой являются элементами подсистемы ввода-вывода, а вход управления - входом запроса на прерывание,Сущность изобретения заключается в следующем.Если к последовательному соединению образцового 3 (2 О) и исследуе-мого 2 двухполюсников (2) приложить синусоидальное напряжение, то ток в цепи будет равен: П(С) = 1 2 з 1 пЬг+ ,)13 с(С) = Т 2 ов 1 п(И-+ Сс) где 1, - амплитуда тока в цепи,соответствующие начальныефазы,Проинтегрировав на интервале отаТ до ЬТ с постоянной времени ",(Тпериод входного напряжения) суммынапряжений У(Т)+Г , и 11+П%п 2 Ф п 7,655при однородности 2 и го в случаеизмерения ЬС-параметров - и от ихчастоты.В пределах получения пар реэультатоВ (М пМ) и (М 6 МО) 6 (М 5 фМ) и а,Е, соя чо ++ д. , Гг(г",)-/(г",)1 о Ь 7,6. и аналогично для синфаэной составляющейКак видим в выражениях (14) и (15); исключены аддитивная составляющая погрешности, а также все нелинейные члены погрешности четных степеней.Полагая сумму нелинейных членов погрешности нечетных степеней начиная с третьего ничтожно малой, полу- чим 2 п 1 пП, (2,я 1 пЧ ) - , (16) М 7 З ОЕсоя=(г,соя Ч ) - М с-М 61 Е Спедовательно, выполнив измерения для получения М -М и вычисли 1тельные операции (16) и (17), можно получить значения синфаэной и квадратурной составляющих исследуемых комплексных двухполюсников. При этом результаты не зависят от ГО, Бо, а9133 40 45 0 00 1 1 0 501 1 Нижнее Среднее Верхнее Среднее(11 Л ) входной измеряемый параметр изменяет только знак, сохраняя неизменным свое абсолютное значение, Это гарантирует стабильность аддитивных погрешностей, поскольку режим работы входных цепей (в частности, обратные токи) не изменяется. Поэтому при образовании разностей 11 -И И -Мф З1И-И, И,-И обеспечивается их эффективная коррекция,Поскольку для определения И,-11 используется процесс двухтактного интегрирования, то для того, чтобы избежать сложностей при определении знака, введено напряжение Б смещающее все напряжения в положительную область, Величина Пс на реэультаты измерений невлияет, ее стабильность необходимо обеспечить на время измерений, что просто технически реалиэуется,Цифровой измеритель Ю.С-параметров работает следующим образом,Рассмотрим работу измерителя напроизвольной частоте в случае измерения индуктивности двухполюсника,представляемого последовательной К 1. -схемой замещения, В качестве 2 подключается образцовая индуктивность 1, Вектор тока для формирования пределов интегрирования снимается с активного сопротивления 4. Для измерения реактивных составляющих на раэличных частотах фазу управляющего наопряжения поворачивают на 90 с помощью набора фазовращателей 10, обеспечивающих стабильность своих характеристик в конкретном диапазоне частот.С целью увеличения чувствительности на высоких частотах в блоке 19 управления введены регистр 38, реверсивный счетчик 39, элемент 2 ИЛИ 42 и триггер 44, обеспечивающие режим накопления проинтегрированных напряжений,В процессе начальных установок в регистр 38 программно заносится число тактов накопления. Это число заносится в счетчик 39, иэ которого по истечении одного такта вычитается единица. Переходом через "0" счетчика 39 заканчивается цикл накопления. В рассматриваемом примере в счетчик 39 записано число 3, Кроме того, при начальном диалоге вычислительным блоком в синтезатор 1 заносится код частоты и посредством коммутатора 11 вы 7820 10бирается необходимый фазовращатель изнабора 10 фазовращателей. При измерении реактивных составляющих переключатель 12 устанавливается в верхнее )положение.После начальных установок прогоам.ма вычислительного блока 20 зацикливается на ожидание внешнего прерывания.Из напряжения, пропорциональногоЬьзп(ыг.+ ,1 (точка А), посредствомфазоинвертора 13 и компараторов 14 и15 формируется две последовательнос ти импульсов (В и С) по которым выбираются необходимые пределы интегрирования.При начальном сбросе (точка О)сбрасываются в нуль счетчик 43 и 20 триггер 29, а триггеры 30, 35, 37 и44 устанавливаются в "1" по Я-входам.При этом коммутатор 26 соединяетвыход компаратора 14 (точка В) с входом элемента 2 И 3 1, а выход компара тора 15 (точка С) - с входами элементов 2 И 32 и 33. Если первым приходитимпульс. по линии С, то он состоянияблока 19 управления не изменяет, поскольку поступает на Б-вход находяЗ 0 щегося в единичном состоянии триггера 37, Приход первого импульса полинии В после сброса соответствуетначалу первого такта накопления. Этотимпульс через элемент 2 И 31 по С-входу записывает в триггеры 35 и 37 нули. Выходы этих триггеров (Е и Г)управляют состоянием переключателя9, для которого таблица истинностиимеет вид: гЕ Р Положение переключателя В соответствии с этой таблицей на вход интегратора 17 (после начальных установок переключатель 6 находится в верхнем положении) прикладывается напряжение 2. Процесс интегрирова 13 133 эобновляются в каждом цикле иэ четырех описанных, Это позволяет по истечении первых четырех циклов после каждого следующего формировать результат измерений. В самом деле (обозначив вторым индексом порядковый номер результата) уже после пятого цикла в вычислительном блоке 20 вычисляется11 ч112Ь,после шестого цикла)10 ным контактом второго переключателя, подвижный контакт соединен с входом интегратора, выходом подключенного к входу селектора, к второму входу которого подключен генератор импульсов, первый выход блока управления подключен к входу управления первого переключателя, второй и третий выходы - к управляющим входам второго переключателя, а четвертый и пятый - к управляющим входам селектора, причем выход нуль-органа селектора соединен с третьим входом блокао 11 Р 131 И 1 - И 2 1х оз 4 после седьмого цикла после восьмого цикла и т.д., т,е, несмотря на наличие принципиально необходимых четырех циклов быстродействие лишь немногим меньше, чем с одним циклом измерения.При измерениях активных сопротивлений и проводимостей, а также синфаэных составляющих комплексных сопротивлений работа измерителя отличается только тем, что переключатель 12 находится в нижнем положении, а коды, считываемые в память вычислительного блока 20, описываются уравнением (13) Формула изобретения Цифровой измеритель К 1.С-параметров, содержащий синтезатор частот, выходами подключенный к последовательно соединенным клеммам для подключения исследуемого двухполюсника, образцового двухполюсника и активного сопротивления, причем общий вывод исследуемого и образцового двухполюсников подключен к корпусу, общий вывод синтезатора частот и исследуемого двухполюсника соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя, второй неподвижный контакт которого подключен к общему выводу соединения образцового двухполюсника и активного сопротивления, а источник образцового напряжения соединен с первым неподвиж 15 20 2 г 30 35 40 45 50 55 управления и управляющим входом вычислительного блока, к входной информационной шине которого подключенывыходная шина селектора и выходнаяшина блока управления, а к выходнойшине вычислительного блока подключен вход блока индикации, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений И,С-параметров в диапазоне частот при обеспечении высокой чувствительности ибыстродействия, введены дифференциальный усилитель, источник напряжения смещения, набор фазовращателей,аналоговый коммутатор, третий переключатель на два положения, фаэоинвертор и два компаратора, причем дифференциальный усилитель двумя входами подключен параллельно активному сопротивлению, а выходом соединен свходами всех фаэовращателей и первым неподвижным контактом третьего переключателя, причем выходы всех фазовращателей подключены к соответствующим входам аналогового коммутатора,выход которого соединен с вторым неподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которого соединен с входами фаэоинвертораи первого компаратора, а выход фазоинвертора через второй компараторподключен к второму входу блока управления, с первым входом которогосоединен выход первого компаратора,причем вторые входы обоих комлараторов соединены с корпусом, а выходная шина вычислительного блока подключенак входам управления синтезатора частот, третьего переключателя, аналогового коммутатора и к четвертому входублока управления, причем источник напряжения смещения включен между подвижным контактом первого переключателя и третьим неподвижным контактомвторого переключателя,13378201 7/4 Тираж 7301 11ос удар с тв е ни по делам изобретен 11 О 3, Москва, Ж-З., 3 ак Подписного комитета СССР и открытии аушская наб д, ул. 1 роектная, 4 У рои н,па ти но в полиграфическ предприят Составитель Н,Михалевдактор Л,1 ежнина Техред М.Ходанич Корректор А.Тяск