Устройство для измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника Советский патент 1991 года по МПК G01R19/02 

ON

ю о ю ю

Изобретение относится к измерениям флуктуации активных и реактивных компонент имитансов конденсаторов, варикапов, катушек индуктивности, резисторов и др. двухполюсников и может быть использовано для исследования шумовых свойств двухполюсников, а также их разбраковки. Цель - повышение достоверности путем обеспечения одновременного раздельного измерения флуктуации компонент имитанса двухполюсника. Устройство содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, балансный мост 2, полосовой фильтр 3, усилитель 4, демодулятор 5 флуктуации амплитуды и фазы, регистратор 6, фазовый детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эталонный двухполюсник 9, измеряемый двухполюсник 10, фазовращатель 11, реактивный элемент 12, резисторный элемент 13. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к технике измерений флуктуации активных и реактивных компонент имитансов конденсаторов, варикапов, катушек индуктивности, резисторов и других двухполюсников и может быть использовано для исследования шумовых свойств двухполюсников, а также для их разбраковки.

Цель изобретения - повышение достоверности путем обеспечения одновременного раздельного измерения флуктуации компонент имитанса двухполюсника.

На фиг. 1 и 2 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения флуктуации компонент имитэнса двухполюсника, примеры исполнения.

Устройство для измерения флуктуации компонент имитзнса двухполюсника содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, балансный мост 2, полосовой фильтр 3, усилитель 4, демодулятор 5 флуктуации амплитуды и фазы и регистратор 6, а также фазовый детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эталонный двухполюсник 9, измеряемый двухполюсник 10 и фазовращатель 11. Двухполюсник 9 содержит высокостабильный реактивный элемент 12 и резистивный элемент 13с изменяемым значением сопротивления.

Генератор 1 синусоидальных сигналов последовательно соединен с балансным мостом 2, к первому плечу которого подключен эталонный двухполюсник 9, а к второму плечу исследуемый двухполюсник 10, полосовым фильтром 3, усилителем 4, фазовым детектором 7 и фильтром 8 нижних частот.выход фильтра 8 нижних частот соединен с управляемым входом эталонного двухполюсника 9, вход фазовращателя 11 соединен с выходом генератора 1,аего выход-с опорным входом фазового детектора 7, Вход демодулятора 5 соединен с выходом усилителя 4, а его выход- с входами двухканального регистратора б.

Устройство для измерения флуктуации компонент имиганса двухполюсника работает следующим образом.

Генератор 1 синусоидальных сигналов формирует сигнал

lf(t) +dT(t)eJWotгде Ео - амплитуда сигнала; частота сигнала;

5(t) -вектор, определяемый относительными фл уктуациями амплитуды Ео и фазы сигнала EJt).(t )l « 1. .

Сигнал E(t) поступает на балансный мост 2, в плечи которого включены измеряемый двухполюсник 10 и эталонный вухпо; люсник 9 с имитансами Xi, Х2 соответственно;

0

5

0

X/ + 5ai(t) + +dbi (t); (t) + + 5b2(t); где ai, 32 - активные части имитзнсов двухполюсников 10 и 9 соответственно;

(3 ai (t ) ,д 32 (t ) - относительные флук- туационные составляющие активных частей имитансов двухполюсников 10 и 9 соответственно;

bi, 02 - номиналы реактивных элементов, характеризующих реактивные части имитансов двухпож осников 10 и 9 соответственно;

д bi (t ) ,6 02 (t ) -относительные флук- туационные составляющие номиналов реак- тивных элементов, характеризующих реактивные части имитансов двухполюсников 10 и 9 соответственно;

Р -т-- оператор дифференцирования.

Балансный мост 2 обеспечивает модуляцию амплитуды и фазы квазигармонического сигнала генератора 1 за счет флуктуации синфазной и ортогональной компонент имитанса измеряемого двухполюсника 10 относительно компонент имитанса эталонного двухполюсника 9. Сигнал U(t) на выходе балансного моста 2

u(t) (t), где д U (t) - вектор, определяемый относительными флуктуациями амплитуды сиг- HanaJJ(t), при этом U (t )l 1 ; ;

U - амплитуда сигнала на выходе балансного моста 2, представленная вектором, так как она имеет фазовый сдвиг относи- тельно сигнала на входе с амплитудой E(t).

При этом, как следует из уравнения Кирхгофа для балансного моста 2, связь флукту- Q ационных частей сигнала U(t) и имитансов измеряемого двухполюсника 10 выражается следующим образом;

2-2(1 + )Q)5u(t)bi(t)(t).

СО

5

0

5

45 где Q

ШрЬт ai

добротность измеряемого

-комплексный коэфдвухполюсника 10; +J0ki Ео 1+JQ фициент передачи балансного моста 2;

ко, ki - коэффициенты разбаланса моста 2 по активной и реактивной компонентам имитанса двухполюсника 10,

ь ai-82 . fc bi-b2. .

K° 2a2 1 2b2 Полосовой фильтр З выделяет сигнал в полосе исследования флуктуации компонент имитанса двухполюсника 10. Этот сигнал усиливается с помощью усилителя 4 и

поступает на сигнальный вход фазового детектора 7 и на вход демодулятора 5. Свдзь флуктуационных частей сигнала IT (t) К U(t) на входе демодулятора 5 и имитанса двухполюсника 10 имеет вид

. jL.2(i )5i/(t)5ai(t)+jQdbi(t),

till

где dCr(t)dll(t); К - общий коэффициент передачи полосового фильтра 3 и усилителя 4 (поскольку поло- совой фильтр 3 и усилитель 4 выполнены с пренебрежимо малым фазовым набегом, то К - скалярная величина);

Vi

IU.I

Ео

k2+Q2H

- модуль ко

1 +Q2 эффициента передачи балансного моста 2.

- еJ - ar«9Q фазоаый

множитель коэффициента передачи балансного моста 2.

Фазовый детектор 7, фазовращатель 11, фильтр 8 нижних частот и реэистивный элемент 13 с изменяемым значением со- противления компенсируют сигнал разбаланса моста по активной составляющей имитанса исследуемого двухполюсника 10 относительно активной части имитанса эталонного двухполюсника 9. Фазовращатель 11 обеспечивает задержку сигнала генератора 1 на величину arctg Q, При этом фазовый детектор 7 осуществляет сравнение по фазе сигнала генератора 1 и сигнала с выхода усилителя 4. Выходной сигнал фазового детектора 7 после выделения низкочастотной составляющей фильтром 8 нижних частот поступает на вход резистизного элемента 13 с изменяемым значением сопротивления. Равенство нулю сигнала на выходе фазового детектора 7 наступает, когда его входные сигналы находятся в квадратуре, а это обеспечивается при балансе моста по активной составляющей имитансов двухполюсников 10 и 9. В резуль- тате для двухполюсников, имитанс которых является преимущественно реактивным (конденсаторы, катушки индуктивности) - Q 1, или активным (резисторы) - Q 1, связь флуктуационных частей сигнала и имитанса измеряемого двухполюсника 10 имеет вид:

2Q ki б iT(t) Q dbi (t) + j (5 ai (t).

Демодулятор 5 обеспечивает подавление сигнала с несущей частотой оь и выде- ляет флуктуационные составляющие квазигармонического сигнала 1Г(т) вблизи несущей. Демодуляционные флуктуационные компоненты сигнала IT (t) нз выходах демодулятора 5 равны:

М0

1 (о-Йгту-т Тр )

где Ко т - коэффициент передачи

f Т t р

демодулятор 5 для синфазной (амдлитуд- ной) фяуктуациониой части сигнала l/(t);

- коэффициент передачи

демодулятора 5 для кв5дратурной(фазо- вой) флуктуацмокной части сигнала IT (t);

Т т-1 ,П - полоса режекторного

Л. tflf i i

фильтра нз входе демодулятора 5; 5iT()); V0(t) Ko UF| - -iL-dVoO);

vi(t) KihTi ).

Если в качестве регистратора 6 использовать два анализатора спектра, то нэ их выходах формируются сигналы, пропорциональные спектоэльным плотностям сигналов на выходах демодулятора 5 lV0(F)iiVi(F) I .

При этом спектрал ьн ые пг отнести флуктуации активной и реактивной составляющих имитанса измеряемого двухполюсника 10 связаны с выходными сигналами демодулятора 5 следующим образом:

(F)mrr-v ( аь (р)(р

Учитывая, что ki .. с ,

toIN to

(р)

дЬ1(р)(Р).

Если измеряемым двухполюсником является конденсатор.то

5ai(F)dgi(F)(F)5ci(F), где dgi (F )и dci (F )-спектральные плотности относительных флуктуации проводимости и емкости конденсатора.

Если измеряемым двухполюсником является катушка индуктивности, то dai(F)5n(F),5bi(F)dLi(F), где д п (F )и d Ц (F )- спектральные плотности относительных флуктуации сопротивления потерь и индуктивности катушки.

Для двухполюсников, имитанс которых является преимущественно активным (резисторы)- Q 1, измерение флуктуации компонент имитансов осуществляется аналогично.

Выбор индуктивной или емкостной модели эталонного двухполюсника зависит от технической реализации и его номинала.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения флуктуации компонент имитанса двухполюсника, содержащее генератор синусоидальных сигналов, балансный мост, в первое плечо которого включен эталонный двухполюсник, включающий реактивный и резистив- ный элементы, второе плечо служит входом для подключения измеряемого двухполюсника, последовательно включенные усилитель, детектор и фильтр нижних частот, регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности путем обеспечения одновременного раздельного измерения флуктуации компонент имитанса двухполюсника, введены полосовой фильтр, фазовращатель и демодулятор флуктуации

фазы и амплитуды, детектор выполнен фазовым, резистивный элемент эталонного двухполюсника выполнен регулируемым, регистратор -двухканальным, причем генератор синусоидальных сигналов последовательно соединен с балансным мостом, полосовым фильтром и входом усилителя, выход фильтра нижних частот соединен с управляемым входом эталонного двухполюсника, вход фазовращателя соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, а выход его - с опорным входом фазового детектора, вход демодулятора соединен с выходом усилителя, а выход его

- с регистратором.

3.Устройство по п. 1 ,о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью обеспечения измерений двухполюсников индуктивного типа, реактивный и резистивный элементы эталонного двухполюсника соединены последовательно.