Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

to

11308939

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, а именно статической емкости и сопро- j тивления ИЗОЛЯЦИИ

Целью изобретения является повышение точности измерения- статической емкости кварцевых резонаторов.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения статических параметров кварцевых резонаторов.

Устройство содержит блок 1 синхронизации, источник 2 опорного напряже- 15 кия, клеммы для подключения кварцевого резонатора 3, операционный усилитель 4, опорный конденсатор 5 (С), первый измеритель 6 мгновенных значений напряжения, второй измеритель 7 20 мгновенных значений напряжения, первый блок 8 вычитания, масштабирующий, преобразователь 9, второй блок 10 вычитания, третий блок 11 вычитания и компаратор 12. .25

выход источника 2 опорного напряжения соединен с одной из клемм для подключения кварцевого резонатора 3, другая клемма для подключения которого соединена с инвертирующим входом 30 операционного усилителя 4 (ОУ).В цепь отрицательной обратной связи последнего включен опорный конденсатор 5 (Cjj), неинвертирующий вход ОУ 4 соединен с общей щиной устройства, а выход - с входами первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения, второго измерителя 7 мгновен- затухания кварцевого резонатора, все ных значений напряжения, выходы кото- процессы, описьтаемые .пока;зательной рьк соединены с входами первого блока 40 ФУ«кДией, можно считать закончившими-/

35

опорного напряжения, второй выход блока 1 синхронизации соединен с входом синхронизации первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения, третий выход блока 1 синхронизации со.гдине н с входом синхронизации второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения.

Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов работает следующим образом.

Блок 1 синхронизации вырабатывает синхроимпульсы, которые управляют работой источника 2 опорного напряжения, на выходе последнего формируется по-, следовательность однополярных прямоугольных импульсов амплитудой U, поступающая через кварцевый резонатор 3, подключенный к клеммам, на вход операционного усилителя 4, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный конденсатор 5 емкостью GO .

Первьй измеритель 6 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью ut,, поступающему на вход синхронизации в момент времени t,, фиксирует выходное напряжение Ug (t) в момент времени t, +ut(,.

Второй измеритель 7 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью ut, поступающему на вход синхронизации в момент времени t, фиксирует выходное напряжение и (t)

с t

При t,7t,-- , где - - декремент

в момент времени .

,.а

8 вычитания, вьпсодом соединенного через масштабирующий преобразователь 9 с одним из входов второго блока 10 вычитания, другой вход которого соединен с выходом второго измерителя 5 7 мгновенных значений напряжения, а выход второго блока 10 вычитания соединен с одним из входов третьего блока 11 вычитания, другой вход которого соединен с выходом ОУ 4, а выход Q третьего блока 11 вычитания соединен с одним из входов компаратора 12, другой вход которого соединен с выхо-. дом источника 2 опорного напряжения. Синхронная работа узлов устройства достигается с помощью блока 1 синхронизации, имеющего три выхода. Первый выход блока 1 синхронизации соединен с входом синхронизации источника 2

ся, так как уже при

t - экспоненци- а

альная составляющая принимает значение 99,3% от установившегося.

Таким образом, выполнив условие окончания переходных процессов, описываемых показательной функцией, получают следующие выражения для напряжений на вьпсодах измерителей мгновен- ньк значений напряжения

Uимзи.( + UoiEitutcBi .

им. + .

,

Со

UoCcT . С.

УоС Со

o

j

5 0 5

0 затухания кварцевого резонатора, все процессы, описьтаемые .пока;зательной 0 ФУ«кДией, можно считать закончившими-/

35

опорного напряжения, второй выход блока 1 синхронизации соединен с входом синхронизации первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения, третий выход блока 1 синхронизации со.гдине н с входом синхронизации второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения.

Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов работает следующим образом.

Блок 1 синхронизации вырабатывает синхроимпульсы, которые управляют работой источника 2 опорного напряжения, на выходе последнего формируется по-, следовательность однополярных прямоугольных импульсов амплитудой U, поступающая через кварцевый резонатор 3, подключенный к клеммам, на вход операционного усилителя 4, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный конденсатор 5 емкостью GO .

Первьй измеритель 6 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью ut,, поступающему на вход синхронизации в момент времени t,, фиксирует выходное напряжение Ug (t) в момент времени t, +ut(,.

Второй измеритель 7 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью ut, поступающему на вход синхронизации в момент времени t, фиксирует выходное напряжение и (t)

с t

При t,7t,-- , где - - декремент

в момент времени .

,.а

ся, так как уже при

t - экспоненци- а

альная составляющая принимает значение 99,3% от установившегося.

Таким образом, выполнив условие окончания переходных процессов, описываемых показательной функцией, получают следующие выражения для напряжений на вьпсодах измерителей мгновен- ньк значений напряжения

Uимзи.( + UoiEitutcBi

им. + .

31308939

статическая емкость кварцевого резонатора;

сопротивление изоляции кварцевого резонатора; динамическая емкость кварцевого резонатора. ое напряжение блока 8 вычивно разности входных напря

ко U,

чт ни ко ч ве

тт -п п BSi HjMHi им}ц1

UoC .UoU

GO GO

Ug utcti UiGcT UoG, - --Со и5

CoRn3

Uo-itcj, .

.CoR«, ,, Далее напряжение с выхода первого блока 8 вьиитайня через масштабируют щий преобразователь 9 поступает на вход второго блока 10 вычитания, на другой вход которого поступает напряжение с выхода второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения. Выходное напряжение второго блока 10 вычитания описьгоается выражением

UoG, U iti+utcsi

,J

) У|

Со

30

эг

где коэффициент передачи масштабирующего преобразователя 2 и bton известны,то

Так как t , t.

устанавливая К

и,

.

ti + tc« Уд

вУг , , - -« GO + УйС + ,l ,r UoC,

, получают (, )ч- - +

0

где С

CoR,

40

Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, содержащее источник опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения кварцевого резонатора, вторую клемму для подключения кварцевого резонатора, соединенную с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорньм конденсатор, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, а выход соединен с входом первого измерителя мгновенных значений напряжения, выход кото- рого соединен с одним из входов пер- эг вого блока вычитания, компаратор, один из входов которого (подключен к выходу источника опорного напряжения отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй измеритель мгновенных значений напряжения, масштабирующий преобразователь, второй и третий блоки вычитания, блок синхронизации, причем вход второго измерителя мгно-

, и G - динамическая и статичес- кая емкости кварцевого

резонатора соответст венных значении напряжения соединен

в ыходом операционного усилителя, а

венно.

Напряжение с выхода второго блока 10 вычитания поступает на один из входов третьего блока 11 вычитания, на Другой вход которого поступает напряжение с выхода операционного усилите- О ля 4.

с

выход - с другим входом первого блока вычитания, выход которого соединен через масьчтабирующий преобразователь с одним из входов второго бло ка вычитания, другой вход которого соединен с выходом второго измерителя мгновенных значений напряжения,

ка

Напряжение с выхода третьего бло- 11 вычитания поступает на один из

« блока вычитания, другой вход которовходов компаратора 12, на другой.вход 55 го соединен с выходом операционного

которого поступает напряжение с выхода источника 2 опорного напряжения, при этом на выходе компаратора формируются импульсы, длительность U tj,5

которых определяется из условия U,Ueaj.

Выбрав величину U таким образом, чтобы компаратор изменял свое состояние в моменты времени utj,., , т.е. когда все переходные процессы закончатся, можно получить следующее равенство:

10

0

У2.ЁЛ1

из которого находится величина it ut 3 o H3из

Формула изобретения

Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, содержащее источник опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения кварцевого резонатора, вторую клемму для подключения кварцевого резонатора, соединенную с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорньм конденсатор, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, а выход соединен с входом первого измерителя мгновенных значений напряжения, выход кото- рого соединен с одним из входов пер- вого блока вычитания, компаратор, один из входов которого (подключен к выходу источника опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй измеритель мгновенных значений напряжения, масштабирующий преобразователь, второй и третий блоки вычитания, блок синхронизации, причем вход второго измерителя мгно-

в ыходом операционного усилителя, а

с

выход - с другим входом первого блока вычитания, выход которого соединен через масьчтабирующий преобразователь с одним из входов второго блока вычитания, другой вход которого соединен с выходом второго измерителя мгновенных значений напряжения,

а выход - с одним из входов третьего

« блока вычитания, другой вход которого соединен с выходом операционного

усилителя, а выход - с вторым входом компаратора, первый выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации источника опорного напряже513089396

НИИ, второй выход - с входом синхро- с входом синхронизации второго изме- низации первого измерителя мгновенных рителя мгновенных значений напряже- значений напряжения третий выход - ния.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Цель изобретения - повьппение точности измерения статической емкости кварцевых резонаторов. Устройство содержит источник 2 опорного напряжения, операционный усилитель 4, опорный конденсатор 5, блок 8 вычитания, измеритель 6 мгновенных значений напряжения и компаратор 12. Устройство оснащено блоком 1 синхронизации, измерителем 7 мгновенных значений напряжения, блоками 10 и 11 вычитания, масштабирующим преобразователем 9. Введение вышеуказанных элементов и образование новых функциональных связей способствуют достижению поставленной цели. 1 ИЛ1 i (Л Сст со о СХ) со со со