Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов Советский патент 1983 года по МПК G01R29/22 G01R27/28 

(54) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ -V. . Изобретение относится к радиоизмерительной технике., По основному авт. св. № 437979 известно устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов . Недостаткам этого устройства является значительная погрешность измерения динамических реактивностей, увеличивало. шаяся с ростом частоты измерений из-за увеличения ЕЛИЯНИЯ трудно учитываемых паразитных реактивностей генераторной схемы и эталонных емксютей при использовании метода трех частот. Цепь изобретения - повышение точности измерения динамических параметров квардевых резонаторов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство Для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее последовательно соединеннью управляемый генератор, измерительный четырехполюсник с исследуемь1м резонатором, усилитель и детектор, которого соединен с входом избирательно1о усилителя и с одним из входов фазового детектора, второй вход которого через генератор модулируюшей частоты соединен с управляюшим входом аттенюатора, а выход через Интегратор соединен с первым у1 равляк щим входом управляемого генератора, второй управляющий вход которого nofrключей к выходу аттенюатора, а первый сигнальный вход аттенюатора через детектор подключен к выходу избирательного усилителя, введены источник эталонных напряжений)два резистора, операцвш- ный усилитель, переключатель и двухпозиционный переключатель, 1фи этом выход источника эталонных напряжений соединен через последовательно соединенные первый и второй резисторы с выходом операционного усилителя и с подвижным контактом переключателя, один из непрДвижных контактов которого подключен к управлякущему входу аттенюатора, а 1попнеиного двухвходным, инвертирующий вхоД операifflOHuoro усилителя соединевг с первыми неподвижными контактами двухоперацион310ного переключателя, первый подвижный контакт которого подключен к корпусу уст ройства, а вторые неподвижные контактык неинвертируквдему входу операционного усилителя, второй подвижный контакт двух позиционного переключатепя подключен к точке соедаЕнения последовательно включе ных резисторов. На чертеже представлена структурявя схема устройства. Устройство содержит управляемый автогенератор 1, измерительн)ый четырехполюсник 2 с измеряемым кварцевым резонатором, систему 3 фазовой автоподстройки частоты,двухвхадовый атт.енюатор суммптрр 4, коммутатор 5, состоящий из оп ационного усилителя Ю с резисторами 11 и 12, источник эталонных напряжений 6 и управляемые элементы 7, В которое уходят переключатели 8 и 9 и двухпозиционный переключатель. Устройство работает следующим образом. ,. Высокочастотный сигнал автогенератора 1 поступает, на вход измерительного четырехполюсника2, содержащего измеряемый кварцевый резонатор. С четырехполюсника 2 сигнал подается на систе му 3 фазовой автоподстройки частоты, с выхода которой управляющий сигнал поступает на первый вход сумматора 4, на второй вход которого .через коммутатор . 5 подается напряжение источника 6 эталонных напряжений. Коммутатор 5 управляется сигналами с выхода соедий нного с ним управляемым элемент ов 7. Рассмотрим работу устройства на при мере одного из возможных вариантов схемной реализации коммутатора 5 и элементов 7. При перестройке, управляем го автогенератора 1 происходит возбуждение кварцевого резонатора, включенного в измерительный четырехполюсник 2. Высокочастотный сигнал на выходе четырехполюсника -2 в этом ел у чае-является носителем фазовой информации, зависящей от 4f - величины абсолютной расстройки частоты генератора 1 относи,тель но частоттд последовательного резонанса кварцевого резонатора. Эта информация выделяется системой фазовой автопод стройки частоты 3 и в виде медленноменяющегося напряжения поступает через сумматор 4 на управляющий влод генератора 1. При изображенном на фиг. 1 положении контактов переключателя 8 выход коммутатора 5 .отключен от второго . вХоДа сумматора 4, и величина напряжения Уфощ на выходе системы 3 в первом 184 приближении прямо пропорциональна величине д. Напряжение через сумматор 4 подается на управляющий вход генератора 1, и частота сигнала генерагора 1 изменяется в сторону уменьшения величины Д до тех пор, пока сигнал на выходе устройства 3 не станет минимальным (близким к нулю). Таким образом, реализуется удержание частоты генератора 1 вблизи частоты последовательного резонанса кварцевого резонатора. В этом режиме проводится измерение частоты нулевой фазы (последовательного резонанса) резонатор е и соответствующего динамического сопротивления R1. Для измерения реактивных динамических параметров последовательного резонанса кварцевого резонатора (динамической емкости С1 или динамической индуктивности ) переключением контактов переключателя 8 обеспеивается соединение коммутатора 5 со вторым входом сумматора 4. Постоянное эталонное напряжение положительной полярности от источника 6 подается на вход коммутатора 5, состоящего из операционного усилителя 1О с зависящим от отношения номиналов резисторов 11 и 12 коэффициентом передачи -Кг, который может регулироваться, например, изменением номинала резистора 11. При изображенном на фиг. 1 положении контактов двухпозцционного переключателя 9 напряжение источника 6 поступает на неинвертирующий вход усилителя 1О, в результате чего на второй вход сумматора 4 поступает положительное напряжение Происходит смещение -частоты генера- тора 1 f е на величину л -зависящую от величины VL МЭИ flf 5 упр иэН где крутизна управления управляемого автогенератора. Затем переключением контактов переключателя 9 производится изменение полярности напряжения что приводит к смещению частоты tc в протйвоположном направлении на величину й. Величина напряжения устанавливается изменением номинала резистора 11 из условий реализации равенства ) д. В этом случае смещения частоты /3f и л происходят в пределах наиболее 510 крутого, линейного участка фазо-частот ной характеристики кварцевого резонатора, выражаемой соотношением д f d|rc9in(-A Д1и) , .2J7V; где величина А оависит от.наBbfX ВХ пряжений Vgy ,.,:на входной и выхоРЙ ной клеммах резистора и от к тивного сопротивления измерительного четьфехпойюсника в точке подключения выходной клеммы резонатора. При Af. «2u можно считать Vg(,jj(/Vgy con5t в резуль тате/ чего А cons-fc. После подстановки выражения (1) в (2) получим Д.о,гС81п(А5.,,).СЗ) С другой стороны, введение напряжег ния V на выходе системы фазовой автоподстройки частоты 3 эквивалентно смещению амплитудно-фазовой характерис тики (АФХ) системы 3 по оси напряжений, что при условии работы на линейном участке АФХ эквивалентно смещению нуля характеристики на величину , ,„C±V;эн), (4,) ,с1п- крутизна линейного участка АФХ системы 3. В стационарном режиме величины в выражениях (3) и (4) равны и противополржны по знаку, исходя из чего после преобразований получим .п иэн) Остальные динамические параметры кварцевого резонатора могут быть полу181ены из известных соотношений ,),4, Экспериментальная проверка устройства показала, что: частотах порядка ЗОО МГц точность и повторяемость результатов измерюннй в 2-3 раза превышали соответствующие параметры стандартного изм ительного прибора ТГК-56. ормула изобретения Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов по авт. св. № 437979, отличающееся .тем, что, с цепью повышеН1ая точности измере- . НИИ, в него введены источник эталонных ч. . напряжений, два резистора, операционный усилитель, переключатель и двухпозиционный переключатель, при этом источника эталонных напряжений соединен через последовательно соединенные первый и второй резисторы с выходом операционного усилителя и с подвижным контак том переключателя, один из неподвижных контактов которого подключен к управляющему входу аттенюатора, выполненного двухвходоиым, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с первыми неподвижными контактами двухпозиционного переключателя, подвижный контакт которого подключен к корпусу устройства, а вторые неподвижные контакты - к неинвертирующему входу операционного усшштеля второй подвижный контакт двухпозипионного переключателя подключен к. точке соешнения последовательно включенных резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Автор ое свидетельство СССР NO 437979,кл. Q 01 R 27/ОО, 1972 (прототип).