Устройство для измерения добротности колебательных контуров Советский патент 1984 года по МПК G01R27/26 

f Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения добротности, тангенса угла потерь диэлектриков, активного сопротивления, емкости и индуктивности, Известно устройство для измерения добротности резонансных конту ров, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты, измерительный блок, содержащий входной и выходной элементы связи, измеритель ный конденсатор и зажимы для подключения измеряемого двухполюсника индуктивного характера, измерительную схему ij . Однако данное устройство измеряе только эффективную добротность двухполюсника индуктивного характер (т.е. добротность с учетом его собственной емкости не измеряет ; доб ротность двухполюсника индуктивного характера без учета ее собственной емкости. При этом измерение эффек-. тивной добротности.производится с относительно большой погрешностью з счет частотной зависимости коэффициентов связи измерительного колеба телиного контура с внешними цепями через входной и выходной элементы сзязи, так как добротность колебательного контура в данном устройсiз определяютвыражением . г /i 2 соответственно входное где и, , Ug и выходное напряжения измерительного блока; коэффициенты связи входного и выходного элементов связи. в котором п и п считают постоянны величинами во всем рабочем диапазон частот. Погрешность измерения э4зфективно добротноеги за счет частотной зависимости элементов связи в указанном устройстве достигает 15% в диапазон частот 30-300 МГц. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения добротност колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты (ГВЧ), подключенный к одном входу частного модулятора, выход ко рого подключен к измеритальному блоку, содержащему измерительный ко 7 денсатор, входной и ныходиой элемен-тысвязи и зажимы для подключения измеряемого двухполюсника индуктивного характера, выход которого подключен к входу индикатора настройки / 1 аьа1питудному детектору , блок поиска резонансной частоты, включающий блок выделения первой производной по частоте и куль-орган, входом подключенньй к выходу амплитудного детектора, а первым выходом - к ходу блока выделения второй производной по частоте, второй нульорган, два запоминающих блока, пв pecтpaивae ый генератор низкой частоты (ГНЧ), выход которого через ключ подключен к второму входу частотного модулятора, блок измерения частоты и отношения частот, входы которого подключены к вьпсодам перестраиваемах ГНЧ и ГВЧ, и блок управления, при этом входы запоминающих устройств подключены к выходам соответствующих нуль-органов, выходык соответствунлцим входам ГНЧ и ГВЧ, а управляющие входы нуль-органов, блоков вьвделения первой и второй производнык по частоте, запоминающих устройств, частотного модулятора и ключа подключены к соответствующим выходам блока управления 2j . Известное устройство обеспечивает измерение добротности двухполюсника индуктивного характера /т.е. добротности без учета его собственной ег.гкости и не обеспечивает измерение эффективной добротности двухполюс- . нкка (т.е. добротности с учетом его собственной емкости). Однако Е данном устройстве исключается погрешность измерения добротности, обусловленкак частотной зависимостью элементов связи измерительного блока, так как добротность определяется по формуле ,707 собственная резонаиснак частота колебательного контура; 2tkf. .полоса проггускзнил колеСа те.гльного контура мe:л: y точкамм перегиба eio амплитудно--частотиой ; av а :тернсткки (А« ) . Цель изобретения - расш рение функциональных возможноетей устройства за счет обеспеченная ; змеоенкя 311 эффективной добротности двухполюсника индуктивного характера (т.е. добротности двухполюсника с учетом его собственной емкости). Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее перестваиваемый генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом блока измерения частоты и отношения частот и с первым входом частотного модулятора , второй вход которого через первый ключ соединен с выходом первого перестраиваемого генератора ни кой частоты и с вторым входом блока измерения частоты и отношения частот, а выход частотного модулятора через измерительный блок, содержащий входной и выходной злементы связи, измерительный конденса тор и зажимы для подключения измеряемого двухполюсника индуктивного характера, соединен с входом индикатора настройки, введены дополнительный конденсатор переменной емкости, второй и третий ключи и втарой перестраиваемый генератор низко частоть при этом дополнительный конденсатор переменной емкости чере второй ключ соединен параллельно с измерительным конденсатором и его ротор механически жестко связан с ротором измерительного коьзденсатора одной осью, выход второго перестраи ваемого генератора низкой частоты через первый ключ соединен с вторым входом частотного модулятора, а через третий ключ - с первым входом блока измерения частоты и отношения частот. На чертеже приведена функциональ ная схема устройства. Устройство содержит перестраивае мый генератор 1 высокой частоты, выход которого подключен к первому входу частотного модулятора 2 и чер первый вход йлюча 3 соединен с первым входом блока 4 измерения частоты к отношения частот, перестраиваемый генератор 5 низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом блока 4 измерения частоты и отношения частот и через первый вхо ключа 6 - с вторым входом частот- него модулятора 2, перестраиваемый генератор 7 низкой частоты, выход которого соединен через второй вход 7 ключа 3 с первым входом блока 4 измерения частоты и отношения частот и через второй вход ключа 6 - с вторым входом частотного модулятора 2. Выход частотного модулятора 2 соединен с входом измерительного блока 8, содержащего последовательно включенные входной элемент 9 связи, измеряемый двухполюсник 10 индуктивного характера и измерительный конденсатор 11 , параллельно которому через ключ 12 включен дополнительный конденсатор 13 переменной емкости, ротор которого механически жестко связан с ротором конденсатора 11 одной осью из изоля1Д1онно1о мате риала, и выходной элемент 14 связи. Выход выходного элемента 14 связи подключён к входу индикатора 15 настройки. Устройство работает следующим образом. При измерении добротности двухполюсника индуктивного характера (без учета его собственной емкости) включают ключ 3 в положение 1, выклю чаюс ключи 6 и 12, генератор 1 высокой частоты настраивают на собственную резонансную частоту f колебательного контура измерительного блока 8 по экстремуму его амплитудно-частотной характеристики (ЛЧХ) с помощью индикатора 15 настройки. Резонансную частоту колебательного контура (частоту генератора 1) измеряют блоком 4. Далее включают ключ 6 3 положение 1 и изменяют частоту Р генератора 5 низкой частоты. В результате на выходе частотного ноду.пятора 2 частота напряжения изменится на величину . При чадакной обобщенной расстрой-. ке колебательного контура измерительного блока 8 частоту генератора 5 изменяют до значения, при котором уровень напряжения на .выходе измерительного блока 8 станет равным 0,7 от своего максимального значения, Изненешге уровня контролируют индикатором 15, а установленная частота генератора 5F Д определяет половину полосы пропускания колебательного контура блока 8. Сигнал с частотой F поступает на второй вход блока 4, При этом добротность измеряемого двухполюсника 10определяется отношеf f нием f):-ie.. 2i. 2F, S1 которое измеряют блоком 4. Данный режим аналогичен режиму измерения добротности, осуществляемому в прото типе . При измерении эффективной доброт кости двухполюсника (т.е. добротности с учетом его собственной емкости) включают ключи 3 и 6 в положение П и ключом 12 подключают конденсатор 13 параллельно конденсатору 11. При этом емкость измерительного конденсатора изменяется в (1+п) раз (п const - заданное значение отношения емкости конденсатора 13 к ек кости конденсатора 10 , изменяя собственную резонансную частоту коле бательного контура на величину Afo Изменением частоты F генератора 7 низкой частоты устанавливают по индикатору 15 максимум выходного напря женин колебательного контура блока В результате на выходе частотного модулятора 2 устанавливается частота, равная f fo-ufg , ,где uf,,F,4 - частота генератора 7, сигнал с которого поступает на первый вход блока 4. При выборе величины n|:-0,05 nonv-чим следующее соотношение: CR- 2AfiL.2Fz с f где Сц емкость измерительного конденсатора 11; ,+C суммарная емкость коле . : батедьного контура, включая собственнута ем кость измеряемого двух полюсника О, - Известно что , эффективная добротность двухполюсника индуктивного характера с учетом его собственной емкости определяется п (5) Таким образом, подставляя в выра жение (5) значения из выразгсейий (З) и (4)5 получим 7 Указанная добротность непосредственно измеряется блоком 4. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более широкие функциональные возможности, так как позволяет с относительно высокой точностью производить измерение одновременно как добротности, так и эффективной добротности (т.е. добротности с учетом их собственной ег осости) двухполюсников индуктивно го характерана высоких частотах (до 300 МГц. Погрешность измерения добротности двухполюсников индуктивного характера -Зез уч&та их собственной емкости в предлагаемом устройстве та же, что и в прототипе, так как измерение указанной добротности производится в обоих устройствах аналогично, и источники погрешности одинаковы. При этом погрешность измерения эффективной добротности двухполюсников индуктивного характера определяется§Qg,(l+2Sn), (7) где Сц - емкость измерительного кон-денсатора 1 ; С - суммарная емкость колебательного контура с учетом собственной емкости измеряе мого двухполюсника; bf - погрешность калибровки дополкительногоконденсатора13 по отношению его емкости к емкости измеритель ного конденсатора П. Если взять наиболее неблагоприятный случай5 когда: С.,95 С; §„ 0,1 J пьО,05, погрешность измерени; эффективной добротности согласно выражению (7) будет не более ±3%, т.е, в 5 раз меньша, чем в измерителе добротности

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом блока измере НИИ частоты и отношения частот и с первым входом частотного модулятора, второй вход которого через первый ключ соединен с выходом первого перестраиваемого генератора низкой частоты и с вторым входом блока измерения частоты и.отношения частот, а выход частотного модулятора через измерительный блок, содержащий входной и выходной элементы связи, И5 мерительнь1й конденсатор и зажимы для подк,точения измеряемого двух полюсного индуктивного характера, соединен с входом индикатора настройKri, отличающе-зся тем, что, с целью расширения функциональ ных возможностей устройства за счет обеспечения измерения :эффективной добротности, в него введены дополнительный конденсатор переменной емкости, второй и третий ключи и второй перестраиваемь Й генератор низкой частоты,-при этом, дополнительный конденсатор переменной емкости через второй ключ соединен С параллельно с измерительным конденсатором и его ротор механически жестко связан с ротором измерительного конденсатора одной осыо, вы ход второго перестраиваемого генератора низкой частоть через первый кшэч соединен с вторым входом частотнога нодулятора, а через третий КЛЮЧ - с первым входом блока измерения частоты и отношения частот.