Преобразователь параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников в напряжение Советский патент 1986 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников.

Цель изобретения - повьппение быст- родействия и упрощение преобразователя ,

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема преобразователя параметров трехэлементных вере- зонансных двухполюсников в напряжение; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие его работу.

Преобразователь (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, выход которого через генератор 2 трапецеидальных импульсов подключен к входным цепям операционных усилителей 3 и 4, причем исследуемый двухполюсник 5 включен во входную цепь усилителя 3, а ггере- менный резистор 6 - во входную цепь усилителя 4, при этом цепи отрицательной обратной связи обоих усилителей 3 и 4 образованы идентичными резисторами 7 и 8, вычитающий блок 9, первый вход которого соединен с выходом усилителя 3 непосредетвенно, а второй вход с выходом усилителя 4 через ключ 10, причем выход вычитающего блока 9 подключен к информационным входам элементов 11 - 13 выборки и хранения, управляющий вход элемента 13 соединен с задающим генератором 1 непосредственно, а управлякядие входы элементов 11 и 12 через блок 14 управления, состоящий из элементов 15 и 16. задержки. К выходу элемента 11 выборки и хранения подключен нуль-орган 17.

На фиг. 2 приняты обозначения:18 - импульсы на выходе генератора 2 трапецеидальных импульсов; 19 и 20 - импульсы на выходах усилителей 3 и 4 соответственно; 21 и 22 - импульсные сигналы на выходе вычитающего блока 9 до и после уравновешивания по первому параметру соответственно; 23 - 25 - импульсы на управляющих входах элементов 13, 11 и 12 соответственно.

Задающий генератор 1, элементы 16 и 15 задержки реализованы на микросхемах серии К218. В качестве операционных усилителей 3 и 4 вычитающего блока 9 применены микросхемы серии К140. Элементы 11 - 13 выборки и хра- нения реализованы на микросхемах серии К140 и полевых транзисторах КП305Б. Генератор 2 трапецеидальны;ч

импульсов собран на транзисторах прь- тивоположного типа проводимости ГТ311Б и КТ313Б. В качестве нуль-органа 17 применен цифровой вольтметр, а в качестве ключа 10 - тумблер типа МТ-1.

Преобразователь работает следующим образом.

Импульсы 18 трапецеидальной формы с амплитудой U , длительностью t и длительностью плоской вершины tj через исследуемый двухполюсник 5 и переменньгй резистор 6 поступают на входы операционных усилителей 3 и 4 Применяя интеграл Дюамеля, можно показать, что выходное напряжение - импульс 19 усилителя 3 на интервалах времени , и t,tttu определяется вьфажениями:

Uj(t)-Ue, , (O)h(t); (1)

U(t)Ug, ,(0)h(t)+J Up, (t)h(t-Odt,

, (2)

где h(t) - переходная функция усилителя 3 по напряжению, i - переменная интегрирования. Изображение переходной функции h(P) можно определить из известного соотношения:

bfpw а гч-i

Р Z(P) Р R,(UPR,C) где Р - оператор Лапласа;

R, - сопротивление образцового

резистора 7; RjjRj,

С - параметры исследуемого двухполюсника 5;

Z(P) - полное сопротивление двухполюсника 5, выраженное в оперативной форме. Выражению (3) во временной облас ти соответствует оригинал:

h(t)R,(i-+ Ь eTf).

о к, Kj

(4)

В соответствии с (1), (2) и (4) выходное напряжение усилителя 3 на интервалах времени , Ht, ist ta.i

U,(t)-UeR( еМ); (5)

./J,(t),(|-|-e -U R --l--.

(t-t,)-fC(1-e )l . (6)

Аналогично можно показать, что выходное напряжение - импульс 20 усилителя 4 на соответствующих интервалах времени

U4(t)U R /R;

(7) U4(t)U„R„/R-U„|(t-t(), (8)

где R - сопротивление переменного

резистора 6; Rg - сопротивление образцового

резистора 8, равное сопротивлению резистора 7. Из (5) следует, что после окончания переходных процессов в установив шемся режиме с учетом того, что завевыдомо выбрано t, ty-t,R,.,C ходное напряжение определяется параметром R, :

U,(t,,), . (9) Так как в исходном состоянии ключ 10 разомкнут, то выходное напряжение - импульс 19 вычитакмцего блока 9

U,(t.,)U,(t.,),.

Это напряжение запоминается элементом 11 выборки и хранения, который управляется натряжением - сиг- налом 22 с выхода элемента 15 задержки ( 7 RjC) . Затем ключ 10 замыкается и на второй вход вьгчитающего блока 9 поступает напряжение с выхода усилителя 4. Выходное напряжение вычитающего блока 9 определяется разностью напряжений на его входах

U,(t)U,(t)-U,(t).

После окончания переходных процессов в установившемся режиме на интервале О jfe t i t,

U,(t),. (10)

Изменяя сопротивление R переменного резистора 6 добиваются равенства нулю выходного напряжения (10) вы- читающего блока 9 (сигнал 22). Как следует из (10) это условие выполняется при

R R,.(11)

Состояние равновесия фиксируется нуль-органом 17.

Выходное напряжение вычитающего блока 9 в момент подачи скачка напряжения при , как следует из(5) и (7) с учетом выполнения условия (11 определяется параметром R,

и, (0)и, (0) -и (0)и Rj,/R. (12)

Это напряжение запокшнается элементом 13 выборки и хранения, который управляется напряжением - импульсом 23 непосредственно с выхода- задающего генератора 1.

Выходное напряжение вычитающего блока 9 после окончания переходных процессов во время действия линейно изменякяцейся части импульса 18 с учетом выполнения условия (11) зависит только от параметра С

.(t) . г-.(13)

и

Ч-t.

15°

Это напряжение запоминается эле- 0 ментом 12 выборки и хранения, управляемого напряжением - импульсом 25 с выхода элемента t6 задержки.

Таким образом, напряжения (9), (12); (13) элементов 11-13 выборки и хранения однозначно определяют искомые параметры R,,R,,C исследуемого двухполюсника 5. Эти напряжения измеряются нуль-органом 17 (цифровым вольтметром), либо непосредственно вводятся в устройство для обработки результатов измерения.

0

s

5

0

5

5

Формула изобретения

Преобразователь параметров трехэлементных нереэонансных двухполюсников в напряжение, содержащий задающий Iгенератор, два операционных усилителя, цепи отрицательной обратной связи которых образованы идентичными образцовыми резисторами, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом вычитающего блока, переменный резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, два элемента выборки и хранения, ключ, нуль-орган, блок управления, два выхода которого соединены соответственно с управляющими.входами 1двух элементов выборки и хранения, неинвертирующие входы операционных усилителей соединены с корпусом, две клеммы для подключения исследуемого |Двухполюсника, одна из которых соединена с инвертирующим входом первого операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, введены третий элемент выборки и хранения и генератор трапецеидальных импульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора, с входом блока управления и управляющим входом третьего элемента выборки и хранения, а выход соединен с вторым выводом переменного резистора и второй клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, выход второго операционного усилителя

51250985«

через ключ соединен с вторым входом которых являются выходами преобразователя, выход первого элемента выборки и хранения соединен также с входом нуль-органа.

вычитаюп1его блока, выход которого соединен с информационными входами элементов выборки и хранения, выходы

19

20

которых являются выходами преобразователя, выход первого элемента выборки и хранения соединен также с входом нуль-органа.

tu

21

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников. Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение преобразователя. Для достижения поставленной цели в устройство введены третий элемент выборки и хранения и генератор трапецеидальных импульсов. На чертеже показаны задающий генератор 1, генератор 2 трапецеидальных импульсов, операционные усилители 3 и 4, исследуемый двухполюсник 5, переменный резистор 6, резисторы 7 и 8, вычитающий блок 9, ключ 10, элементы 11, 12 и 13 выборки и хранения, блок 14 управления, элементы 5 и 6 задержки, нуль-орган 17. Работа преобразователя поясняется эпюрами формируемых сигналов, приведенными в описании изобретения. 2 ил. i (Л yt ;0 эо :п фав i

фив.2

Составитель Л.Фомина Редактор Л.Пчелинская Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

- -., - „ - - .-..„,„..«. - . - -

Заказ 4405/41 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открь тий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4