SU1153303A1 - Устройство дл измерени добротности колебательных контуров - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержап1ее последовательно соединенные клеммы дл  подключени  колебательного контура, фазосдвигающий блок и первый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом частотомера, отличающеес  тем, что, с целью повьппени  быстро действи , в него введен суммирующий блок, зыход которого соединен с одной из клемм дл  подключени  колебательного контура, первый вход - к выходу первого усилител -ограничител , и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом ч суммирующего блока, а вход второго, (Л усилител -ограничител  соединен с другой клеммой дл  подключе1ш  колес: бательного контура.

Description

Изобретение относитс  к радиоизм рительной технике :: южет быть испо зовано дл  измерени  добротности, тангенса угла потерь, активного сопротивлени ,, емкости и индуктивност Известно устройство дл  измерени добротности, основанное на измерени отношени  напр жений, содержащее усилитель, в цепь положительной обр ной св зи которого включены колебательный контур и фазосдвигающеё уст ройство, блок отношени  напр жений, своими входами подключенный параллел но колебательному к.онтуру и частото мер дл  контрол  частоты сигнала в контуре РJ Однако источником сигн ла дл  контура в известном устройстве служит не отдельный генератор, а самовозб57ждающийс  на резонансной частоте контура усилитель. Кроме того, известному устройству присуща низка  точность измерени  добротнос ти из-за нелинейности блока отношен напр жений, несинусоидальност  сигналов, частотной зависимости козффициентов передачи элементов разв зки колебательного контура от остальной схемы. Из-за возрастани  погрешности блока отношени  напр жений при уменьшении уровней сигналов на его входах устройство особенно малозффективно при малых урон н х сигнала на измер емом объекте. Режим малого сигнала необходим при измерении параметров нелинейных злементов, т.е. элементов, параметр которых завис т от приложенного к ним.напр жени  или протекающего через них тока. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  добротноеTHj основанное на ввделени полосы пропускани  колебательного контура, содержащее последовательно соединенные колебательный контур, фазосдвигающий блок, усилитель, выхбдом подключенный к входу колебательного контура, а также частотомер дл  контрол  частоты сигнала и подключенный к его выходу вычислительный блок 2 . Место подключени  частотомера в данном устройстве не вли ет на работоспособность и обеспечение точностных характеристик данного устройства , частотомер может быть подключен как к выходу колебательного контура, так и к другим узлам уст032 ройстеа (к усилителю или фазосдвига- ющему блоку . В устройстве отсутствует сложный узел - блок отношени  напр жений , а добротность, как и частота, определ етс  исход  из показаний частотомера. При определении полосы пропускани  контура в данном устройстве получают р д частот возбуждени  (мен   фазовый сдвиг в фазосдвигающем блоке) при каждом из многих задаваемых козффициентов усилени  усилител . На этот процесс, а также на измерение полученных частот частотомером и анализ полученных результатов в вычислительном устройстве, затрачиваетс  большое врем , вследствие чего устройство имеет низкое быстродействие (до 20 с). Дл  получени  приемлемой точности измерени  полосы пропускани  контура, а следовательно и добротности. Программируемый аттенюатор и фазосдвигающий блок в устройстве должны иметь высокие разрешающие способности . ,В услови х больших диапазонов измерени  коэффициента передачи программируемого аттенюатора и фазового сдвига в фазосдвигающем блоке эти требовани  усложн ют аттенюатор и фазосдвигающий блоКр а следовательно и все устройство в целом. .Цель изобретени  - повьш1ение быстродействи  устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  добротности колебательных контуров,содержашее последовательно соединенные клемгФ дл  подключени  колебательного контура, фазосдвигающий блок и первьй усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом частотомера введен суммирующий блок, выход, которого соединен с одной из клемм дл  подключени  колебательного контура, первый вход к выходу первого усклител -ограничител , и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом суммирующего блока, а вход второго усилител -ограничител  соединен с другой клеммой дл  подключени  колебательного контура.

На чертеже представлена структурна  схема устройства.

Устройство содержит последовательный колебательный контур I, образованый последовательным соединением катушки 2 индуктивности и конденсатора

3,фазосдвигающий блок 4 и второй усилитель-ограничитель 5, которые входами подключены к выходу контура

1, первый усилитель-ограничитель 6, посредством которого выход фазосдвигающего блока 4 подключен к входу 7 суммирующего блока 8, выходом подсоединенного к входу контура 1, ключ 9 посредством которого выход усилител  ограничител  5 подсоединен к входу 10 суммирующего блока 8, частотомер 11, входом подключенный к выходу усилител -ограничител  6, и вычислительный блок 12, входом подсоединенный к выходу частотомера 11.

Св зь: вход частотомера И - вход усилител -ограничител  6 некритична дл  предлагаемого устройства и частотомер I1 дл  контрол  частоты сигнала может быть подключен также к другим узлам устройства, например к контуру I, фазосдвигающему блоку

4,усилителю-ограничителю 6. Устройство работает следующим

образом.

В первоначальный момент времени ключ 9 находитс  в разомкнутом состо нии . При обеспечении амплитудного и фазового, условий самовозбуждени  происходит самовозбуждение замкнутой цепи: контур 1, фазосдвигающий блок 4, усилитель-ограничитель 6, суммирующий блок 8 на резонансной частоте контура 1, при которой выходное напр жение контура 1 отстает по фазе от его входного напр жени  на четверть периода.

Выполнение фазового услови  самовозбуждени  на резонансной частоте контура 1 обеспечиваетс  выбором необходимого фазового сдвига в фазосдвигающем блоке 4, а амплитудных выбором коэффициента усилени  усилител -ограничител  6 исход  из услови 

KQ I,(1)

где К - суммарный коэффициент передачи на частоте, совпадающей с резонансной частотой контура фазосдвигагоцего бло к а 4, усилител -ограничител  6, суммирующего блока 8 по входу 7; Q - добротность контура 1.

По мере нарастаний амплитуды автоколебаний усилитель-ограничитель 6 вступает в режим ограничени  и его коэффициент усилени  уменьшаетс .

Уменьщение коэффициента усилени  усилител -ограничител  6 происходит до тех пор, пока в схему не постулит режим установившис  автоколебаний , при котором вьтолн етс  условие

KQ 1.(2)

Применение режима ограничени  в усилителе-ограничителе 6 (т.е. режима , при котором усилитель-ограничи1тель 6 имеет нелинейную характеристику ) позвол ет получить устойчивость автоколебаний по амплитуде в широкой полосе частот и при большом диапазоне изменени  добротности контура.

После измерени  резонансной частоты fy контура 1 частотомером 11 ключ 9 замыкаетс .

При фазовом сдвиге, вносимом усилителем-ограш чктелем 5 и суммирующим блоком 3 по входу 10 равным нулю или кратным 2ii, в контур 1, через замкнутьш ключ 9 и- суммирующий блок 8 с усилител -ограничител  5 дополнительно поступает напр жение по фазе, совпадающее с напр жением на выходе контура 1. Под воздействием данного напр жени  частота возбуждени  автогенераторной цепи уменьшаетс  и становитс  равной f..

После прекращени  переходных процессов в схеме, обусловленных замыканием ключа 9, частотомером 1 измер етс  частота fy.

Добротность контура 1 вычисл етс  в вычислительном блоке 12 исход  из значений частот f и f. При измерении больших добротностей расчетна  формула дл  добротности имеет вид

Q -У1 - )

и, fj-ff 3)

где Uy, и - амплитуда основных гармоник напр жений вводимых в контур I с усилителей-ограничителей 5 и 6 соответственно.

.При соблйздении равенства (которое легко выполнить задава  одинаковые уровнн ограничени  yewлителей-ограничителей 5 и 6) формул ( 3) принимает вид f« - |j2 (4) 1 f2 о -Ч В предлагаемом устройстве измен  частоту возбуждени  автогенераторно цепи можно не только в сторону умен шени  частоты, но и в сторону резонансной характеристики т.е. в стор ну увеличени  частоты. Дл  этого не обходимо, чтобы суммарный фазовый сдвиг, вносимьй усршителем-огранйчи телем 5 и суммирующим блоком 8 по входу 10, был равным IT или кратным . В этом случае после замыкани  кл ча 9 частота возбуждени  становитс  равной fg, и добротность при определ етс  исход  из формулы г, - Ё1-.-±2. rs) Чfj с2 2 о ИЛИ более простой формулы f. - f, В предлагаемом устройстве при измерении добротности контура в отличие от известного не требуетс  получени  н измерени  большого коли чества частот возбуждени  автогенераторной цепи, поэтому быстродействие предлагаемого устройства намного выше, чем у известного. Брем  измерени  добротности в предлагаемом устройстве определ етс в основном только временем, затрачи ваемым при измерении частот f(, f, f- (или соответствующих периодов) и составл ет менее 0,5 с (в то врем  как в известном врем  измерени  достигает 20 с). Кроме того, в предлагаемом устройстве не требуетс  дискретного изменени  в. большом диапазоне и с большой разрешающей способностью коэффициента усилени  усилител -огр ничител  6 и фазосдвигающего блока 4, введенные же дополнительные усилитель-ограничитель 5, ключ 9, суммирующий блок 8 просты по исполнени Основными источниками погрешност в определении полосы пропускани  ко тура по заданному уровню расстройки 36 в предлагаемом устройстве  вл етс  неточность в поддержании заданного отношени  напр жений (это отношение определ ет уровень расстройки контура) и несоответствие суммарного фазового сдвига усилител ограничител  5 и суммирующего блока 8 по входу 10 требуемому (О или 1). Поддержание посто нства отношени  „ Иг напр жении --- можно осуществить с высокой точностью простыми средствами в широкой полосе частот. В полосе частот 10 МГц набег фаз в реальных усилител х с небольшим коэффициентом усилени  (2) относительно О или f небольшой и не приводит к заметной погрешности в измерении добротности. На частотах свыше 10 МГц с целью уменьшени  вли ни  этого, источника погрешности усилитель-ограничитель 5 можно выполнить регулируемым по фазе и поддерживать автоматически требуемый фазовый сдвиг в нем. В качестве базового объекта дл  предлагаемого , устройства может быть прин т измеритель добротности Е4-|3 (Тг2.728.020 ТУ). Диапазон рабочих частот измерител  добротности 1 кГц 1 МГц, уровень напр жени  на контуре не более 50 мВ. . В предлагаемом устройстве, в отличие от прибора Е4-13, отсутствует блок отношени  напр жений, заниающий в прибора Е4-13 до 40% площади печатных плат и внос щий погрешность в измерении добротности колебательного контура до 2%. Погрешность определени  полосы пропускани  в диапазоне частот 1 кГц 1 МГц F .предлагаемом устройстве даже при несложной электрической схеме дополнительно введенных признаков может быть достигнута, дес тых долей процента, что меньше, чем погрешность блока отношеьш  в приборе Е4-13 (остальные источники погрешности измерени  добротности в сравниваемых устойствах одни и те же).

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержащее последовательно соединенные клеммы для подключения колебательного контура, фазосдвигающий блок и первый усилитель-ограничитель, а также частотомер и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом частотомера, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен суммирующий блок, выход которого соединен с одной из клемм для подключения колебательного контура, первый вход - к выходу первого усилителя-ограничителя, и последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и ключ, выход которого соединен с вторым входом суммирующего блока, а вход второго, усилителя-ограничителя соединен с другой клеммой для подключения колебательного контура.