Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R17/10 G01R27/02 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пьезоэлектрических резонаторов.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров кварцевого резонатора за счет исключения погрешности остаточных параметров мостового . четырехполюсника и начальной калибровки логарифматора.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - осциллограммы в характерных точках устройства.

Устройство содерзшт управляемый генератор 1 высокой частоты, который первым выходом соединен с входом мостового четырехполюсника 2, в одно из плеч которого включен исследуемый кварцевый резонатор. Мостовой четы- рехполюсник 2 имеет обьиные для мостового четырехполюсника вход, первый и второй выходы. К второму выходу ге- .нератора 1 высокой частоты подключен ,вход первого смесителя 3, выход ко- торого через частотный дискриминатор 4 подсоединен к входу управления синхронного гетеродина 5. Выход синхронного гетеродина соединен с вторым входом смесителя 3. Первый и вто- зо гулируемый аттенюатор 15 устанавлирой выходы мостового четырехполюсника 2 подключены к входам второго и третьего смесителей 6 и 7, вторые входы которых соединены с выходом синхронного гетеродина 5. Выходы второго и третьего смесителей 6 и 7 соединены с первыми входами первого и второго сумматоров 8 и 9, выходы которых подключены к входам первого и второго регулируемых фазовращателей 10 и 11. Выходы первого и второго регулируемых фазовращателей 10 и 11 подключены к первому и второму входам фазового детектора 12, выход которого подключен к индикатору 13 фазы и к входу управления частотой управляемого генератора 1. Сигнал с первого выхода управляемого генератора 1 высокой частоты подается на первый вход четвертого смесителя 14, второй вход которого подключен к выходу синхронного гетеродина 5. Выход четвертого смесителя 14 подключен к входам первого и второго регулируемых аттенюаторов 15 и 16. Сигналы с выходов регулируемых аттенюаторов 15 и 16 подаются на входы третьего и четвертого регулируемых фазовращателей 17 и 18, выходы которых подключены к вторым входам первого и второго сумматоров 8 и 9. Сигналы с выходов первого и второго сумматоров 8 и 9 подаются на входы первого и второго измерительных усилителей 19 и 20, выходы которых подключены к первому и второму входам первого двух- канального коммутатора 21. Выход последнего подключен к входу логарифма- тора 22, выход которого подсоединен к индикатору 23 мощности рассеяния, к входу инвертирующего усилителя 24 и к первому входу второго двухканапь- ного коммутатора 25. Второй вход последнего подключен к выходу инвертирующего усилителя 24. Выход второго двухканального коммутатора 25 подключен к индикатору 26 динамического сопротивления. Управляемые входы первого и второго двухканальных коммутаторов 21 и 25 соединены с выходом генератора 27 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Частоту управляемого генератора 1 высокой частоты устанавливают равной номинальной частоте исследуемо- го кварцевого резонатора. Первый ре5

вают в положение минимального прохождения сигнала и производят балансировку мостового четырехполюсника 2 без исследуемого кварцевого резонатора, изменяя переменную емкость, находящуюся в противоположном плече мостового четырехполюсника 2, по минимуму показаний индикатора 23 мощности рассеяния. Затем, последова- п тельно регулируя первый регулируемый аттенюатор 15 и третий регулируемый фазовращатель 17, добиваются дальнейшего уменьшения показания индикатора 23 мощности рассеяния.

На место подключения иссЛедуемого кварцевого резонатора устанавливают короткозамкнутую перемычку а второй регулируемый аттенюатор 16 устанавливают в положение минимального прохождения сигнала и производят балансировку второго выхода мостового четырехполюсника 2 по минимуму показания индикатора 23 мощности рассеяния, последовательно регулируя второй регулируемый аттенюатор 16 и четвертый регулируемый фГ-Зовращатель 18. Частоту управляемого генератора 1 высокой частоты устанавливают такой, чтобы влияние динамической ветви кварцево5

0

5

го резонатора было намного меньше, чем статической ветви, и производят балансировку мостового четырехполюсника 2 с исследуемым кварцевым резонатором по, минимуму показания индикатора 23 мощности рассеяния. При перестройке управляемого генератора 1 высокой частоты происходит возбуждение кварцевого резонатора в мостовом четырехполюснике 2, при этом происходит разбаланс плеч моста, напряжение на втором выходе мостового четырех - полюсника прямо пропорционально току разбаланса. Так как ток разбаланса прямо пропорционально зависит от эквивалентного сопротивления динамической ветви Z, то на частоте последовательного резонанса напряжение Uj на втором выходе мостового четырехполюсника 2 прямо пропорционально току I, через динамическое сопротивление R кварцевого резонатора, т.е.

Ii

2

К

где К

коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами мостового четырехполюсника 2.

При этом выполняются следующие соотношения: для мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе

и,

для величины динамического сопротивления кварцевого резонатора

R --U I,

где и - напряжение, снимаемое с потенциального электрода кварцевого резонатора. Информация об амплитудно-фазовых соотношениях на выходах мостового че- тьфехполюсника 2 переносится на промежуточную частоту при помощи смесителей 6 и 7 и синхронного гетеродина 5. Частота синхронного гетеродина 5 следит за частотой управляемого генератора 1 высокой частоты таким образом, чтобы разница между ними была постоянной и равной промежуточной, поэтому синхронный гетеродин 5 охвачен кольцом частотной автоподстройки, состоящей из смесителя 3 и частотного дискриминатора 4, выходной сигнал которого управляет частотой синхронного гетеродина 5.

10

15

20

25

30

35

, , 40

45

50

55

Для охватывания кольца фазовой ав- топодстройки; частоты (ФАПЧ) управляемого генератора- 1 высокой частоты на нуль фазо1вой характеристики исследуемого кварцевого резонатора установлены регулируемые фазовращатели 10 и 11, фазовый детектор 12 и индикатор 13 фазы.

Информация о мощности рассеяния на кварцевом резонаторе исходя из выражения (1) есть сумма логарифмов величин сигналов с выходов мостового четырехполюсника 2, которая осуществляется при помощи блоков первого коммутатора 21, логарифматора 22, индикатора 23 мощности рассеивания и генератора 27 тактовых импульсов. Величина динамического сопротивления кварцевого резонатора согласно выражению (2) есть разность логарифмов величин сигналов с выходов мостового четырехполюсника 2, которая осуществляется при помощи бчоков инвертирующего усилителя 24, второго коммутатора 25, индикатора 26 динамического сопротивления, первого коммутатора 21, логарифматора 22, генератора 27 тактовых импульсов.

Регулируемый фазовращатель 11 в кольце ФАПЧ управляемого генератора 1 высокой частоты необходим для измерения добротности кварцевого резонатора по полосе пропускания кварцевого резонатора. Для этого при помощи регулируемого фазовращателя 11 вводится фазовый сдвиг сигнала на ± 45 или кратный этой величине.

Так как в реальном мостовом четырехполюснике при балансе напряжение с дифференциальной обмотки Uj О, а при коротком замыкании цепи с-кварцевым резонатором U )t О, то эти составляющие приводят к погрешности определения частоты последовательного резонанса, а также к погрешности определения динамического сопротивления. При искусственном компенсировании указанных напряжений сигналов по модулю и фазе уменьшаются составляющие этих погрешностей, на величину, равную глубине компенсации указанных выходных сигналов.

Напряжения, пропорциональные мощности рассеяния и динамическому соп- . ротивлению, показаны осциллограммами в характерных точках на фиг.2: а - на выходе генератора 27 тактовых импульсов; б - на выходе первого измерйтельного усилителя 19; в - на выходе второго измерительного усилителя 20; г-на выходе первого двухканаль- ного коммутатора 21; д - на выходе логарифматора 22, где U , - напряжение, прямопропорциональное мощности рассеяния; е - на выходе инвертирующего усилителя 24; ж - на выходе второго двухканального коммутатора 25, где Ucpj - напряжение, прямо пропорциональное динамическому сопротивлению .

Формула изобретения Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов,содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый смеситель, частотный дискриминатор и синхронный гетеродин, а также мостовой четырехполюсник, второй и третий смесители, первый и второй регулируемые фазовращатели, фазовый детектор, индикатор фазы, логарифматор, индикатор мощности рассеяния и индикатор динамического сопротивления, причем второй выход управляемого генератора высокой частоты соединен с входом мостового четырехполюсника, первый и второй выходы мостового четырехполюсника соединены с первыми входами второго и третьего смесителей соответственно, выход синхронного гетеродина соединен с вторыми входами первого, второго и третьего смесителей, выходы первого и второго регулируемь1Х фазовращателей соединены с входами фазового детектора, выход KioToporp соединен с входом управления частотой генератора высокой частоты и входом индикатора фазы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров кварцевого резонатора, в него введены четвертый смеситель.

0

5

0

5

0

5

0

последовательно соединенные nepBbrti регулируемый аттенюатор, третий регу- лируемыйсфазовращатель и первый сумматор , последовательно соединенные второй регулируемый аттенюатор, четвертый регулируемый фазовращатель и второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, генератор тактовых импульсов, два измерительных усилителя и инвертирующий усилитель, причем первый вход четвертого смесителя соединен с вторым выходом управляемого генератора высокой частоты, выход синхронного гетеродина соединен с вторйми входами третьего и четвертого смесителей, выход последнего соединен с входами третьего и четвертого регулируемых аттенюаторов, выходы второго и третьего смесителей соединены с вторыми входами первого и второго сумматоров соответственно, выход первого сумматора соединен с входом первого регулируемого фазовращателя непосредственно и через первый измерительный усилитель - с первым входом первого двухканального коммутатора, выход второго сумматора через второй измерительный усилитель соединен с вторым входом первого двухканального коммутатора и непос- средственно - с входом второго фазовращателя , выход первого двухканального коммутатора через логарифматор соединен с входами инвертирующего усилителя, индикатора рассеяния мощности и первым входом второго двухканального коммутатора, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а выход соединен с входом индикатора динамического сопротивления, входы упра,вления первого и второго двухканальных коммутаторов соединены с выходом гене ратора тактовых импульсов.

8

КЛЛЛЛАЛЛЛАЛЛЛАу

Изобретение служит для повышения точности измерения параметров кварцевого резонатора. Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, мостовой четырехполюсник 2, смесители 3,6 и 7, дискриминатор 4, синхронный гетеродин 5, регулируемые фазовращатели 10, И и 17, фазовый детектор 12, индикатор 13 фазы, регулируемый аттенюатор 16, лога- рифматор 22, индикатор 23 мощности рассеяния и индикатор 26 динамического сопротивления. Введение сумматора 9, смесителя 14, регулируемого фазовращателя 18, измерительных усилителей 19 и 20, двухканального коммутатора 21, инвертирующего усилителя 24, двухканального коммутатора 25 и генератора 27 тактовых импульсов исключают погрешности остаточных парамет- ров мостового четырехполюсника 2 и начальной калибровки логарифматора 22. 2 ил. i (Л со о со о со . Фик.1

1 .г |J

t--J ti- I

Редактор И.Рыбченко

Составитель В.Семенчук Техред Л.Сердюкова

Заказ 6399/34

Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

фае. 2

Корректор О.Кравцова