Устройство для измерения параметров @ -двухполюсников,входящих в состав замкнутой электрической цепи Советский патент 1987 года по МПК G01R27/02 

11

Изобретение относится к области контрольно измерительной техники и может, быть использовано для измере-г ния параметров пассивных двухполюсников, установленных на печатных платах и в гибридных узлах.

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения параметров RyC;(-двухполюсников; на фиг. 2 - временные диаграммы работы всего устройства.

Устройство содержит генератор 1, счетчик 2,первый постоянный запоминающий блок (ПЗБ) 3, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, источник 5 опорного напряжения (ИОН), первый 6 и второй 7 переключатели, измеряемый двухполюсник, состоящий из конденсатора 8 и резистора 9,операционный усилитель (ОУ) 10, первый 1 и второ 12 образцовые резисторы, первый 13 и второй 14 ключи, интегратор 15, выполненный на операционном усилителе (ОУ) 16 с конденсатором 17 в цепи отрицательной обратной связи и резистором 18 на входе, второй постоянный запоминающий блок (ПЗБ) 19, блок 20 выборки и хранения (БВХ), первый 21 и второй 22 аналого-цифровые преобразователи (АЦП), триггер 23 и делитель 24,

Генератор 1 подключен к входам счетчика 2 и делителя 24, выход которого соединен с четвертыми входами АЦП 21 и 22, выход счетчика 2 соеди- .нен с входами ПЗБ 19 и 3, выход последнего соединен с первым входом ЦАП 4, второй вход которого соединен с ИОН 5 и первым входом АЦП 21, выход ЦАП 4 соединен с первыми неподвижными контактами переключателей 6 и 7, вторые неподвижные контакты которых соединены с общей шиной, подвижный контакт переключателя 6 соединен через образцовый резистор 12 с входом ОУ 10, выход которого соединен с его входом образцовым резистором 11, вход ОУ 10 соединен с подвижным контактом переключателя 7 исследуемым двухполюсником, содержащим эквивалентные конденсатор 8 и резистор 9, выход ОУ 10 соединен с вторьм входом АЦП 21 и через ключ 13 соединен с входом интегратора 15, содержащего ОУ 16, вход которого соединен с выходом конденсатора 17 и через резистор 18 подключен к вхо89322

ду интегратора 15, параллельно конденсатору 17 подключен ключ 14, выход интегратора 15 соединен с первым входом АЦП 22 и входом БВХ 20, выход с которого соединен с вторым входом АЦП 22, выходы ПЗБ 19 соединены соответственно: первый и второй - с управляющими входами ключей 13 и 14, третий - с управляющими входами БВХ

JO 20 и переключателей 6 и 7, четвертый - с третьим входом АЦЦ 22, выход которого является выходом Конец измерения и соединен с вторым входом триггера 23, первый вход которо15 го соединен с выходом АЦП 21, а выход - с вторым входом счетчика 2, третий вход АЦП 21 соединен с шиной Пуск устройства.

Устройство работает следующим об0 разом.

В исходном состоянии триггер 23 и счетчик 2 обнулены, на выходе ЦАП 4 формируется напрйжение постоянного уровня (фиг. 2,а), которое через пе5 реключатель 7 поступает на измеряемый двухполюсник, а образцовый резистор 12 через переключатель 6 подключен к общей шине.

Учитывая то, что сопротивление

30 конденсаторов постоянному току стремится к бесконечности, с достаточной степенью точности напряжение на выходе ОУ 10 определяется выражением

г -TI -ll.

V о R .

где U(3 - напряжение на выходе ЦАП 4;

К g и R - соответственно сопротивления измеряемого 9 и образцового 11 резисторов.

При этом влияние шунтирования входа операционного усилителя 10 мало, так как реальные операционные усиители на постоянном токе имеют довольно значительный 7/ 10 коэффициент усиления без обратной связи.

Это напряжение преобразуется в цифровой эквивалент АЦП 21, начало преобразования которого определяется командой Пуск (фиг. 2,6). Результат преобразования определяется выражением

о- «.

5l1

may D

Q

Из формулы ВИДНО, ЧТО полученньй код обратно пропорционален измеряемому резистору R. и не зависит от величины напряжения U..

313

По окончании цикла преобразования на выходе АЦП 21 формируется команда, по которой триггер 23 устанавливается в единичное состояние (фиг, 2, б), разрешая тем самым работу счетчика 2 в счетном режиме. Восемь младших разрядов счетчика 2 формируют адреса, по которым информация, записанная в постоянном запоминающем блоке 3, преобразуется в аналоговый эквивалент ЦАП 4, При этом на его выходе формируется напряжение UpCoswt (фиг. 2, и).

Вследствие этого на выходе операционного усилителя 10 возникает напряжение, равное

v«-1Й1 т-.1г

30

x2U

+u)R CjSinwt)20

где К(ы) - коэффициент усиления ОУ 10 без обратной связи на частоте ы;

- коэффициент обратной связи.

Напряжение Uj((t) интегрируется в течение полупериода интегратором 15, на выходе которого сформируется напряжение, равное

4.--i4;iv )- :-;TR г О

SuSi.

Vn

где Rjj и Ср - соответственно сопротивление резистора 18 и емкость конденсатора 17 интегратора 15. Время интегрирования определяется управляющими сигналами, один из кото рых замыкает ключ 13 (фиг. 2,-j), а другой размыкает ключ 14 (фиг,2,), и которые формируются соответственно на первом и втором выходах ПЗБ 19, синхронизируемого четырьмя старшими разрядами счетчика 2,

По окончании интегрирования ключ 13 размыкается, а на третьем выходе ПЗБ 19 формируется управляющий сигнал (фиг, 2,е), по которому БВХ 20 запоминает напряжение U. , а переключатели 6 и 7 устанавливаются в положения, указанные на Лиг. 1, Затем в

/5 „. течение четверти периода (-- -2)

ключ 14 замыкается (фиг, 2, ), разряжая тем самым конденсатор 17 интегратора 15,

35

-40

45

50

25

55

89324

Так как напряжение Ug coswt с выхода ЦАП 4 через переключатель 6 поступает На образцовый резистор 12, а измеряемый двухполюсник через пере- ключатель 7 подключен к общей шине, на выходе ОУ 10 формируется напряжение, равное

U,,(t)

Kj(u)/i K(w)+T

IL R

U.cosutt,

IT.

0

Это напряжение интегрируется в течение полупериода интегратором 15, что осуществляется управляющими сигналами ключей 13 и 14 (фиг. 2, г , 3), 5 По окончании интегрирования на выходе интегратора 15 хранится напряжение , равное

1

L -2U,

.

Л ., Г«/2

U,(t)dt

K(u))/3 + r

Множители K(u))/5/CK(u))/J+l в выра0

i.g и Ujj определяют погреш- 5 ность преобразования емкости С„

жениях для Uj. ность преобрг образцового резистора К.„ в постоян ъ

и

п

ные напряжения, обусловленные шунтированием входа ОУ 10 и его частотными свойствами. Разделив выражения для и и Ujj друг на друга, эти множители сокращаются, Функцию деления выполняет второй АЦП 22, на опорный вход которого поступает напряжение

35

и.

-чг

а на аналоговый вход - напряжение Uc, Начало преобразования АЦП 22 определяется управляюш 1м сигналом с четвертого выхода ПЗБ 19 (фиг,2,), а результат преобразования имеет вид

40

и,

UcL

т т

S.

1

mnx J

iZ

5

0

5

Из формулы видно, что полученный код пропорционален измеряемой емкости и не зависит от частоты и амплитуды тестового воздействия, шунтирования входа ОУ 10 и его частотных свойств, а также от значений сопротивлений образцового резистора 11, резистора 18 и емкости конденсатора 17,

По окончании цикла преобразования на выходе АЦП 22 формируется команда КИ, по которой триггер 23 и счетчик 2 обнуляются, вследствие чего выходы ПЗБ 19 установятся в исходное состояние.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров R C -двухполюсников, входящих

513

в состав замкнутой электрической цепь, содержащее клеммы для подключения измеряемого двухполюсника, соединенные с входом операционного усилителя с образцовым резистором в цепи отрицательной обратной связи и интегратор, в толненный .на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи и резисторов на входе, генератор, о т- л и чаю щ-ее с я тем, что, с целью повьшейия точности и уменьшения времени измерения, содержит последовательно .соединенные генератор, счетчик, первый постоянный запоминающий блок и цифроаналоговый преобразователь, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения и к первому входу первого аналого-цифрового преобразователя, два переключателя, первые неподвижные контакты которых соединены с выходом цифроаналогового преобразователя, вторые неподвижные контакты соединены с общей шиной, подвижный контакт первого переключателя через второй образцовый резистор соединен с входом операционного усилителя, а подвижньй контакт второго переключателя соединен с вторым выводом измеряемого двухполюсника, первый ключ, через который вход интег6

атора соединен с выходом операцинного усилителя и с вторым входом ервого аналого-цифрового преобразователя, второй ключ, подключенный

параллельно конденсатору интегратора, выход которого непосредственно подключен к первому входу и через блок выборки и хранения - к второму входу второго аналого-цифрового преобразователя, триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а выход - с вторым входом

счетчика и второй постоянный запоминающий блок, вход которого подключен к выходу счетчика, первый и второй выходы соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, третий выход соединен с управляющими входами блока выборки и хранения и двух переключателей, а четвертый - с третьим входом второго аналого-цифрового преобразователя,

при этом третий вход первого аналого- цифрового преоб15азователя подключен к шине Пуск, выход второго аналого- цифрового преобразователя является

вькодом Конец измерения устройства, четвертые входыпервого ивторого аналого-цифровых преобразователейчерез -делитель подключенык в-ыходу генератора.

UiCOSiJt

Фиг. 2

Редактор Л.Гратилло

Составитель В.Кузьмин Техред М.Ходанич

Заказ 2505/38 Тираж 730. Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к контрольно-измерительной, технике и может быть использовано для измерения параметров пассивных двухполюсников, установленных на печатных платах и в гибридных узлах. Введение в устройство для измерения параметров RyC -двухполюсников, входящих в состав замкнутой электрической цепи, генератора 1, счетчика 2, запоминающего блока 3 и цифроаналогового преобразователя 4, а также новьк электрических связей между функциональными элементами повьшает точность и уменьшает 2 ил. время измерения. (Л со 00 со ьэ