SU748293A1 - Измеритель динамических параметров кварцевых резонаторов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике пьезокварцевого производства и может быть использовано дл  измерени  па- раметров пьеэокварцевых резонаторов на различных этапах его изготовлени . Известно устройство дл  измерени  параметров кварцевых резонаторов, которое содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор , измерительный четырехполюсник с исследуемым кварцевым резонатором, усилитель высокой частоты, высокочастотный детект,ор, фазовый детектор и интегратор, а также модул -ционный генератор, избирательный м усилитель, детектор и аттенюатор 1 . Недостатком его  вл етс  проведение измерений только в узкой полосе частот, не превышгиощей полосы пропускани  частот кварцевого резонатора.

Известен также измеритель частотных динамических параметров кбарцевых резонаторов, который содержит последовательно соединенные перестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсни.к с кварцевым резонатором , амплитудный детектор, усилитель и индикатор, а также последовательно соединенные компаратор, триггер и интегратор 2 , Недостатком его  вл етс  значительна  погрешность измерений в динамическом диапазоне измерений параметров кварцевых резонаторов.

5 Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Цель достигаетс  тем, что в изме-. ритель динамических параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенные перестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсник с исследуемым кварцевым резонатором, амплитудный детектор , усилитель и индикатор и послеt5 довательно соединенные компаратор, триггер и интегратор, выходом подключенный к управл ющему входу перестраиваемого генератора с частотомером , введены преобразователь период20 аналог, преобразователь амплитудных значений, два диода, второй компаратор , второй триггер и два резистора делител  напр жени , при этом выход усилител  соединен с одним

из входов преобразовател  амплитудных Значений, непосредственно и через диод, включенный в пр мом направлении - с другим входом упом нутого преобразовател  и через диод,

30 .включенный в обратном направлении, С третьим входом преобразовател  амплитудных значений, выход которого соединен с одним из входов первого и второго компараторов, другой вход первого иэ которых соединен с одним из выводов первого резистора делител  напр жени , соединенного с уп равл  вдим входом интегратора и с выходом преобразовател  период-аналог, ВХОД которого подключен к выходу первого триггера, входом соединенног с выходом второго триггера, первый вход которого подключен к выходу п.ёрвого компаратора, а еговторой вход соединен с выходом второго компа рат6ра ,вторым входом подключенного к другсиму выводу первого резистора делител  напр жени  и к выводу второго резистора делител  напр жени , другой вывод которого соединен с корпусом устройства.

На фиг, 1 изображена структурна  схема измерител ; на фиг. 2 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) кварцевого резонатора с малым (1) и большим (2) динамическим эквивалентным сопротивлением} на фиг.З АЧХ кварцевого резонатора с малым (1) и большим (2) динамическим эквивалентным сопротивлением; преобразованное в измерителе, на фиг. 4 - эпгоры сигналов в различных точках измёрител . .., .

Структурна  схема измерител  содержит перестраиваемый генератор с частотомером 1, измерительный чётйреполюсник , с кварцевым резонатором 2, амплитудный детектор 3, усилитель 4, двухканальный преобразователь 5 амплитудных значений, диоды 6 и 7, компаратор 8, второй компаратор 9, триггеры 10-и 11, интегратор 12, преобразователь период-аналог 13, два резистора 14 делител  напр жени  и индикатор 15.

Погрешность измерени  параметров ,кварцевого резонатора определ етс  погрешностью интегрировани  частотномодулированного способа электронным частотомером. Максимальна  погрешность измерени  в этом случае может быть определена из выргшёни :

,/AlY 1(г

(О

cf&

U 1

4VT

-скорость перестройки часгде V тоты генератора в относительных единицах,

-врем  счета частотомера;

Т &f/f девиаци  частоты генератора .

Из неравенства видно, что дл  уменгашёнй  погрешности измерений необходимо увеличить скорость перестройки частоты генератора и врем  счета частотомера. Однако беспредельно наращивать величину этих параметров невозможно, так как максимальна  величина скорости перестройки генератора ограничена добротностью кварце748293

вого резонатора и параметрами измерительного четырехполюсника, а врем  счета частотбмера ограничено производительностью измерений и составл ющей дрейфа частоты кварцевого резонатора . Минимальна  величина девиации ограничена величиной паразитной частотной модул ции частоты генератора.

При измерении параметров кварцевых резонаторов в широком динамичег .ком диапазоне погрешности измерений

o достигают значительной величины из-за динамического расширени  АЧХ кварцевого резонатора,имек дего различные величины параметров эквивалентного сопротивлени  и добротности.

5

На фиг.1 видно, что при динамическом расширении АЧХ кварцевого резонатора измерение частоты производитс  с погрешностью,обусловленной сравнением сигнала с разрешеннь1М пороговым уровнем выбираег им из

0

UOH- Uoa

U«

где Uo - поУСЛОВИЯ

рог отпускани ; порог срабатывани ; DUJ - уровень шумов, обусловленный паразитной частотной модул цией генератора на входе порогово5 го элемента.

Дл  кварцевого резонатора с минимальным динамическим сопротивлением невозможно получить малую девиацию частоты при выбранном порого0 вом уровне дл  кварцевого резонатора с минимальным динамическим сопротивлением . Ширина АЧХ по уровню порога св зана следующим соотношением с максимальным RpiaK минимальной

5fl R

niin величинами измер емого сопротивлени 

1

()

0

R min

Rmcux

где b,

i RH + f rrtn RH нагрузочное сопротивление измерительного четырехполюсника.

Двухполюсный преобразователь амплитудных значений (ПАЗ) . совмест5 но с диодами б и 7 обеспечивает таким образом преобразование АЧХ, приведенных на фиг. 1, к виду, приведенному на. фиг.З.

Чтобы обеспечить такое преобразо0 вание ПАЗ 5 должен удовлетворить следующим требовани м: врем  зар да конденсаторов обоих каналов ПАЗ 5 должно быть одинаковым, врем  разр да этих конденсаторов должно быть суще5 ственно отличным.

Если скорость нарастани  сигнала на входе преобразовател  посто нно или мало измен етс , а максимальные значени  сигналов также имеют ма0 лый разброс, то подобрав соответствующим образом диоды конденсаторы и входные сопротивлени  дифференциального усилител  преобразовател  можно не вводить диоды б и 7. Однако в услови х больших разбросов ско5 рости измерени  сигнала и его ампли туды требуетс  введение встречно включенных диодов 6 и 7,так как их отсутствие приводит к значительному уплощению впадины выходного сигнгша Благодар  их наличию врем  зар д конденсаторов ПАЗ 5 одинаково, тогда максимальна  обобщенна  расстройка частоты (см.рис.3) может бытьопред лена из равенства ,(V Сравним равенства (3) и (.) , например, при Ь 0,14, Ь 0,8, что соответствует R. 5-200 Ом и 300 м. Тогда: : ч---. Учитыва  равенство (1), получим что погрешность измерений после введени  двухканального преобразовател  5 с диодами 6 и 7 уменьшаетс  в 313 раз. {). В общем случае уменьшение погреш ности измерений видно также из сра нени  рис. 1 и 3. На выходе преобразовател  5 экстремальные значени сигнала совпадают между собой и с нулем. Поэтому девиаци  сигнала да -при посто нном пороге срабатывани  и большом разбросе динамических сопротивлений кварцевых резонаторо измен етс  мало (сравнительна фиг. и tK, на фиг. 3) . Измеритель динамических парамет .ров кварцевых резонаторов работает следующим образом (см.фиг.1 и фиг. В исходном состо нии на выходе ПАЗ 5 отсутствует напр жение (см. фиг.4, напр жение U до времени tf Режимы компараторов 8 и 9 выбраны таким образом, что при отсутствии сигнала на их входах компаратор 8 выдает сигнал Ug/ соответствующий логической единице, а компаратор 9 напр жение U, соответствующее логическому нулю. На выходе триггера 10 напр жение Q равно нулю, а напр жение и с выхода триггера 11 воздействует на интегратор 12, выходное напр жение Щз, которого пос пает на вход генератора 1 и перестраивает его частоту, приближа  ее к частоте кварцевого резонатора.Пр перемещении частоты генератора 1 по левому склону АЧХ измерительног четырехполюсника 2 с кварцевым резонатором (фиг.2) напр жение на вы ходе ПАЗ 5 равно нулю, так как пос то нные времени зар да его конденс торов равны между собой. В момент t частота г;енератора совпадает с частотой f, кварцевого резонатора при последовательном резонансе. Посто нные времени разр да конденсаторов ПАЗ 5 cyiaecTBBHHO отличаютс  друг от друга, поэтому при последующем повышении частоты генератора на выходе ПАЗ 5 растет напр жение U. В момент t напр жение Ug с выхода ПАЗ 5 равно порогу срабатывани  компаратора 8. Здесь необходимо отметит что на входы компа раторов одновре- менно воздействует сигнал,несущий информацию об АЧХ измерительного четырехполюсника и шум. Поэтому выходные напр жени  и Ug компараторов 8,9 переход т от единицы к нулю и наоборот после выдачи р да коротких импульсов, равных единице. Таким образом,в момент t компаратор 8 вначале выдает р д коротких единичных импульсов и затем нуль. Состо ние триггера 10 не мен етс . В момент t напр жение Ug с выхода ПАЗ 5 равно порюгу }о срабатывани  компаратора 9, последний выдает р д единичных импульсов. Первый положительный перепал напр жений опрокидывает триггер 10, который опрокидывает триггер 11. В итоге напр жение с выхода интегратора 12 уменьшаетс  и перестраивает частоту генератора 1 вниз. В момент t напр жение Ug на выходе ПАЗ 5 равно порогу DO срабатывани  компаратора 8. Компаратор 8 выдает р д единичных импульсов и затем единицу. Первым положительным перепадом триггер 10 опрокидываетс , не вли   на сбсто ние триггера 11. В момент tg- частота генератора 1 совпадает с частотой f кварцевого резонатора. В момент t напр жение на выходе ПАЗ 5 равно порогу срабатывани  Uj, компаратора 8. Компаратор 8 выдает р д единичных импульсов , а затем нуль. Триггер 10 не ме-. н ет состо ни . В момент t напр жение и5 на выходе ПАЗ 5 равно порогу срабатывани  U, компаратора 9, Компаратор 9 выдает р д единичных импульсов. Первым положительным перепадом напр жени  триггер 10 срабатывает и опрокидывает триггер 11. В итоге напр жение с выходом интегратора 12 начинает нарастать, повыша  частоту генератора 1. Далее процесс повтор етс . Преобразователь 13 период-аналог выдает напр жение, обратно-пропорциональное интервалу времени между t и t-;. Поэтому с уменьшением добротности кварцевого резонатора уменьшаетс  порог срабатывани  компараторов, что приводит к уменьшению девиации частоты генератора 1, кроме того, воздейству  на вход управлени  посто нной времени интегрировани  интегратора 12, сигнал с выхода преобразовател  13

период-аналог, увеличивает скорость перестройки частоты генератора 1. Поэтому в соответствии с равенствЪм 1 сохран етс  мала  погрешность интегрировани  частотно-модулированного сигнала электронным частотомером.

Таким образом, преобразователь 5 амплитудных значений, диоды 6 и 7 в р сновном обеспечивают высокую точность измерений при изменении динамического сопротивлени  кварцевого резонатора, а элементы 8,9,10 и 11,13,14 обеспечивают высокую точность измерений при изменении добротности кварцевого резонатора.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 437979, кл. G 01 R 27/00, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР 1 460510, кл. G 01 R 23/00, 1974

(прототип).

/4

hCZHCZ}

Фиг./