SU1075193A1 - Устройство дл измерени добротности и резонансной емкости колебательных контуров - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ И РЕЗОНАНСНОЙ ЕМКОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержащее генератор высокой частоты, выходом соединенный е клеммой дл  подключени  исследуемого колебательного контура и блока .отсчета частоты, добротности и резонансной емкости, амплитудный детектор, входом подЙлюченный к другой клемме дл  подключени  колебательного контура, а выходом соединенный с блоком поиска резонансной частоты, выход которого соединен с управл ющим входом генератора высокой частоты, цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов , включенную между входом амплитудного детектора и общей шиной, запоминающий блок, три ключа, один из которых включен между общей шиной и общей точкой цепи из двух последо-, вательно соединенных конденсаторов, блок управлени , выходами соединённый с соответствуюи1ими управл ющими входами запоминающего блока и первого и второго ключей, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  резонансной емкости и добротности низкодобротных колебательных контуров, в него введены блок сравнени , одним входом соединенный с выходом амплитудного детектора и входом запоминающего блока, а другим входом - с выходом запоминающего блока, инвертор пол рности напр жени , вход которого соединен с выходом блока сравнени  и с входом второго ключа, а выход с входом третьего ключа, управл ющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управлени . i 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, блок поСЛ иска резонансной частоты содержит последовательно соединенные триггер Шмитта, первый вход которого  вл етс  входом блока поиска резонансной частоты, а второй вход - соединен с вторым выходом запоминающего блока генератор линейно измен ющегос  напр жени , управл ющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управлени , и сумматор напр  СП жений, второй вход которого соединен с выходами второго и третьего ключей а выход - с управл ющим входом генератора высокой частоты, управл ющие СО входы блока отсчета частоты, до.бротГности и резонансной емкости соедине00 ны с соответствующими выходами блока управлени .

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть ис пользовано дл  измерени  добротности , тангенса угла потерь, активного сопротивлени , емкости и индуктивно ти радиоэлементов колебательных кон туров . Известно устройство дл  измерени  добротности, индуктивности и ем кости в цифровом виде, содержащее источник сигнала, колебательный кон тур, блок отношени  напр жений, блок автоматического поддержани  амплитуды напр жени , широкополосны усилитель, охваченный обратной св з через образцовый реактивный элемент и блоки автоматической регулировки усилени  и фазы IT . Недостатком известного устройств  вл етс  относительно больша  погреш ность измерени  резонансной емкоети и добротности низкодобротного колебательного контура, так как определение указанных емкости и доб ротности производитс  посредством измерени  отношени  напр жений на выходе и входе колебательного конту ра на частоте резонанса, т.е. на на именее чувствительном участке ампли тудно-частотной характеристики,(АЧХ колебательного контура, а также ограниченный частотный диапазон измерени  добротности и емкости за счет большой частотной зависимости в широком (Частотном диапазоне исходных дл  градуировки характеристик: фазо вого сдвига широкополосного усилите л , коэффициентов передачи детекторов и коэффициентов св зи входного и выходного элементов св зи измерительного колебательного контура с внешними цеп р и. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  добротности и резонансной емкости колебательного контура, содержащее генератор высо кой «астоты, частотный модул тор, соединенный с одной клеммой дл  подключени  исследуемого колебательного контура, амплитудный детектор, блок поиска резонансной частоты, включающий блок выделени  первой производной по частоте и нуль-орган, блок выделени  второй производной по частоте , дополнительный нуль-орган, два запоминающих блока, перестраиваемый генератор низкой частоты, блок отсче та частоты, добротности и резонансной емкости колебательного контура (блок отношени  частот), цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов, делитель частоты, четыре ключа и блок управлени  2J. , Данное устройство позвол ет измер ть добротность и резонансную ем- кость колебательного контура в-цифровом виде в широком диапазоне частот (до 300 МГц), так как определение указанных добротности и емкости производитс  посредством измерени  отношени  резонансной частоты к полосе пропускани  колебательного контура , в св зи с чем частотна  зависимость измерительной схемы и элементов св зи колебательного контура с внешними цеп ми ограничено полосой пропускани  колебательного контура (менее 10% от резонансной частоты ), что в свою очередь значительно уменьшает ,ее вли ние на измерение указанных добротности и емкости. Однако данное устройство имеет относительно большую погрешность измерени  резонансной емкости и добротности низкодобротного колебательного контура, так как последние определ ютс  резонансной частотой колебательного контура, котора  определ етс  по максимуму АЧХ, т.е. на наиболее пологом (малочувствительном) ее участке. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  резонансной емкости и добротности низкодобротных колебательных контуров. Поставленна  цель .достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  добротности и резонансной емкости колебательных контуров, содержащее генератор высокой частоты, выходом соединенный с одной клех-ФЮй дл  подключени  исследуемого колебательного контура и-блока отсчета частоты , добротности и резонансной емкости , амплитудный детектор, входом подключенный к другой клемме дл  подключени  колебательного контура, а выходом соединенный с блоком поиска резонансной частоты, выход которого соединен с управл ю дим входом генератора высокой частоты, цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов, включенную между входом амплитудного детектора и общей шиной, запоминающий блок, три ключа, один из которых включен между общей шиной и общей точкой цепи из двух последовательно соединенных конденсаторов , блок управлени , выходами соединенный с соответствующими управл ющими входами запоминающего блока и первого и второго ключей, введены блок сравнени , одним входом соединенный с выходом амплитудного детектора и входом запоминающего блока, а другим входом - с выходом запоминающего блока, инвертор пол рности напр жени , вход которого соединен с выходом блока сравнени  и с входом второго ключа, а выход с входом третьего ключа, управл ющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управлени . Блок поиска резонансной частоты содержит последовательно соединенны триггер Шмитта, первый вход которог 1 вл етс  входом блока поиска резона сной частоты, а второй вход соединен с вторым выходом запоминающего блока, генератор линейно измен ющегос  напр жени , управл ющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управлени , и сумматор напр жений, второй вход которого соединен с выходами второго и третьего ключей, а выход - с управл ющим входом генератора высокой частоты, управл ющие входы блока от счета частоты, добротности и резонансной емкости соединены с соответ ствующими выходами блока управлени  На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства/ на фиг. 2 диаграммы , по сн ющие работу устрой ства . Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, выход которого соединен с входом колебательного контура 2 и с входом блока 3 отсчета частоты, добротности и емкости, цепь 4 из двух последовательно соединенных конденсаторов, включенную между общей шиной и выходом колебательного контура 2, первый ключ 5, включённый между общей шиной и общей точкой конденсаторов цепи 4. йлход колебательного контура 2 соединен с входом амплитудного детектора б, выход которого соединен с входами запоминающего блока 7 блок 8 сравнени  и блок 9 поиска резонансной частоты, содержащего последовательно соединенные триггер 10 Шмитта, первый выход которого  вл етс  входом блока 9, а второй вход соединен с первым выходом запоминающего блока 7, генератор 11 линейно измен ющегос  напр жени  и сумматор 12 напр жений, выход которого соединен с управл ющим входом генератора 1 высокой частоты. Второй вход блока 8 сравнени  соединен с вторым выходом запоминающего блока , а выход - с входами второго клю ча 13 и инвертора 14 пол рности напр жени , выход которого соединен с входом третьего ключа 15. Выходы ключей 13 и 15 соединены с входом сумматора 12 напр жений, а управл ющие входы запоминающего блока 7, генератора 11 линейно Измен ющегос  напр жени , блока 3 отсчета частоты добротности и емкости и ключей 5, 13 и 15 соединены с соответствующими выходами блока 16 управлени . При измерении собственной зезона сной частоты и добротности колебательного контура устройство работае следующим образом. Ключ 5 перевод т в неуправл емый режим, при котором он находитс  в закрытом состо нии. С выхода генератора 11 линейно измен ющеес  напр жение (фиг. 26) через сумматор 12 поступает на управл ющий вход генератора 1 высокой частоты, измен   частоту его выходного напр жени . Указанное напр жение с мен ющейс  частотой подаетс  через колебательный контур 2 на вход амплитудного детектора 6, на выходе которого напр жение измен етс  в соответствии с АЧХ колебательного контура (фиг. 2в). Выходное напр жение амплитудного детектора 6 поступает на первый вход триггера 10 Шмитта и через запоминающий блок 7 на второй вход указанного триггера 10 Шмитта. В момент времени t t выходное напр жение амплитудного детектора достигает своего максимального значени  Одд (фиг. 2в), при котором частота генера.тора 1 становитс  равной собственной резонансной частоте fg колебательного контура 2 Указанное максимальное напр жение на период времени запоминаетс  в запоминающем блоке 7. Дальнейшее незначительное изменение частоты генератора 1, начина  с времени под действием напр жени  (фиг. 2б) генератора 11 приводит к уменьшению выходного напр жени  амплитудного детектора (в соответствии с АЧХ колебательного контура) и к по влению небольшой разности напр жений между входами триггера Шмитта 10. Под действием указанной разности напр жений триггер Шмитта 10 в момент времени t i t опрокидываетс , вырабатываетс  импульс напр жени  (фиг. 2д), поД управлением которого в генераторе 11 линейно измен ющегос  напр жени  на период времени , устанавливаетс  посто нное напр жение (фиг. 2б), а в генераторе 1 на период времени устанавливаетс  частота, примерно равна  собственной резонансной частоте fj колебательного контура. Под действием управл ющего импульса (фиг. 2е) блока 16 управлени  на период времени открываетс  ключ 13, образу  цепь автоподстройки частоты (АПЧ),.содержащую генератор 1 высокой частоты, колебательный контур 2, амплитудный детектор 6, блок 8 сравнени  и сумматор 12 напр жений. На втором выходе запоминающего блока 7 с помощью делит;ел  напр жени , вход щего в состав запоминающего блока 7, получают опорное на- пр жение и 0,707 (фиг. 2г), которое подаетс  на второй вход блодл  предлагаемого устройства, исход из определени  напр жени  .ка колеба тельном контуре и обобщенной расстройки а ц и Q где и - напр жение, вводимое в колебательный контуру и - напр жение на выходе конту ра в момент резонанса -«&., do получим Ua :gU a;i%SQ. i/1 При обобщенной расстройке a 1 имеем . Принима  разрешающие способности схем автоматики известного и предла гаемого устройства по напр жению одинаковыми в соответствии с (4) и (10), получим . . (11 Учитыва , что выражение (4) имее смысл при условии п-0. то при Q 10 имеем (Jt,7 т.е. резонансна  частота колебательного контура в предлагаемом устройстве по сравнению с известным измер етс ( устанавливаетс ) точнее более чем в 10 раз, а следовательно, во стол ко же раз точнее измер ютс  малые значени  добротности и резонансные емкости колебательного контура при малых значени х добротности. При и мерении высокодобротных контуров погрешность определени  указанных параметров в предлагаемом и извест ном устройствах примерно сравнимы, т.е. наибольший эффект предлагаемо устройство дает при измерении пара метров низкодобротных колебательны контуров. В качестве базового объекта мож быть прин то устройство дл  измере ни  добротности Е4-11, содержащее перестраиваемый вручную генератор высокой частоты, измерительный колебательный контур, кувольтметр. Дл  измерени  добротности в приборе Е4-11 используетс  резонанс напр жений в последовательном колебательном контуре, при этом добротность определ етс  отношением напр жени  на измерительном конденсаторе к входному напр жению контура при настройке его в резонанс. В приборе Е4-11 при измерении добротности выполн ютс  вручную следующие операции: установки нул , калибровка и настройка измерительного контура в резонанс. Отсчет добротности производитс  по шкале стрелочного прибора , а частоты и емкости по механическим шкалам, при этом шкала измерительного конденсатора проградуирована на частоте 1000 Гц. Предлагаемое устройство дл  измерени  добротности и резонансной емкости колебательных контуров по сравнению с базовым имеет следующие преимущества: отсутствуют операции установки нул  и калибровки, автоматизированы операции настройки измерительного контура в резонанс и. выборы пределов измерени  добротности,, отсчет частоты, добротности и емкости на частоте измерени  добротности производитс  в цифровом виде. В св зи с тем, что собственна  резонансна  частота, резонансна  емкость и добротность колебательного контура определ етс  по граничным .частотам его полосы пропускани , которым соответствуют наиболее чувствительные участки АЧХ, снижены погрешности отсчета частоты до 0,1% и емкости до 0,13-1,3% вместо соответственно 1% и 1-5,5%, снижены погрешность измерени  добротности.до 3-5% вместо 15-30% при измерении параметров колебательных контуров с добротностью более 10. Повышение метрологических характеристик достигнуто за счет того, что в предлагаемом устройстве реализовано измерение параметров методом вариации частоты, при этом автоматически осуществл етс  настройка генератора на частоты, характеризующие параметры колебательного контура. В предлагаемом устройстве повышена также технологичность изготовлени  за счет исключени  сложных механических и верньерных механизмов в генераторе высокой частоты и измерительном блоке и достигнута тем самым более высока  рентабельность его производства.

в

k

e

4

tf tl t3и 5 is

Фиг. 2

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ И РЕЗОНАНСНОЙ ЕМКОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержащее генератор высокой частоты, выходом соединенный е клеммой для подключения исследуемого колебательного контура и блока отсчета частоты, добротности и резонансной емкости, амплитудный детектор, входом подключенный к другой клемме для подключения колебательного контура, а выходом соединенный с блоком поиска резонансной частоты, выход которого соединен с управляющим входом генератора высокой частоты, цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов, включенную между входом амплитудного детектора и общей шиной, запоминающий блок, три ключа, один из которых включен между общей шиной и общей точкой цепи из двух последо-, вательно соединенных конденсаторов, блок управления, выходами соединенный с соответствующими управляющими ^; входами запоминающего блока и перво го и 'второго ключей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения резонансной емкости и добротности низкодобротных колебательных контуров, в него введены блок сравнения, одним входом соединенный с выходом амплитудного детектора и входом запоминающего блока, а другим входом - с выходом запоминающего блока, инвертор полярности напряжения, вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом второго ключа, а выход с входом третьего ключа, управляющий вход которого соединен с соответст вующим выходом блока управления.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что, блок поиска резонансной частоты содержит последовательно соединенные триггер Шмитта, первый вход которого является входом блока поиска резонансной частоты, а второй вход - соединен с вторым выходом запоминающего блока_? генератор линейно изменяющегося напряжения, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления, и сумматор напряжений, второй вход которого соединен с выходами второго и третьего ключей_/ а выход - с управляющим входом генератора высокой частоты, управляющие входы блока отсчета частоты, до.бротГности и резонансной емкости соединены с соответствующими выходами блока управления.