Делитель импульсного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G01R15/04 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям импульсов напряжения с наносекундной длительностью фронтов.

Целью изобретения является снижение стоимости, сложности изготовления и повышение качества.

На фиг. 1 представлен делитель импульсного напряжения; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство, электрическая схема замещения; на фиг. 4-амплитудно-частотная характеристика.

Источник импульсного напряжения 1 на фиг. 1 подключен к клеммам 2 делителя, который состоит из проводника 3, разорванного зазором 4 на две равные части, и проводника 5, разделенных диэлектриком 6. К выходным клеммам 7 подключена нагрузка 8, которая в данном случае представляет собой запоминающий осциллограф. На схеме замещения фиг. 3 делитель напряжения изображен в виде П-образной экривалентной электрической схемы замещения, где Ci - емкости плоских конденсаторов, образованных верхними разделенными частями токопровода и нижним токопроводом, между которыми расположен диэлектрик. Разрыв прямого сигнального провода представлен емкостью Са, L - собственная индуктивность токопровода, М - взаимоиндуктивность между прямым и обратным токопроводом, Ry - сопротивление утечки в изоляции; Rp - сопротивление рассеивания в зазоре; RH. Сн - сопротивление и емкость нагрузки.

Работа устройства по фиг. 1, 2 поясняется по схеме замещения фиг. 3. При подаче напряжения IV на клеммы 2 на нижних частотах емкость С2 представляет собой настолько большое сопротивление в цепи, что переча и деление напряжения происходят по активным сопротивлениям с коэффициентом деления.Кд, определяемым из выражения

(/)

С

-ч

vQ 09

ч

О Ю

Кг

Ry Rp 4 RH Rp т- RH Ry

RH Ry

При увеличении частоты емкостное сопротивление уменьшается и до нижней граничной частоты коэффициент деления определяется совместным участием активных и емкостных-сопротивлений, Нижняя граница полосы пропускания определяется из выражения,1 ,

1

R С

где

Rp RH Ry

Ry Rp 4 RH Rp г RH Ry

C Сн+С1+С2. .V:

Коэффициент деления в полосе пропускания определяется из выражения

С1.+ с2 + Сн . .-. : -

Кд- ----7 ----:- .

Са, .. .. Л .

При дальнейшем увеличении частоты ;в область высоких (сверхвысоких) частот емкостное сопротивление настолько уменьшается, что емкости Ci и С2 становятся практически проводниками и с постоянной времени

T Ti-T2(RH;c2).(L-ci), .;.;

определяют резкое увеличение коэффициента деления с верхней граничной частотой

V

0в

1

RH L С2 Ci

На фиг. 5 изображен вариант делителя импульсного напряжения. Нумерация элементов делителя соответствует нумерации на фиг, 1. Коэффициент деления данного делителя определяется из выражения

К ( (о j Ki( со ).К2 (ш ).К3(со ); . К9

где Ki( а)), К2( о), Кз (и ) - коэффициенты передачи трех одинаковых П-образных звеньев, соответствующих каждому звену делителя.

На фиг. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика, построенная по результатам расчета для делителя с геометрическими размерами:

,396 м-длина делителя;

,013 м - ширина сигнального токо- провода;.

,OOT м-толщина диэлектрика.

Из рисунка видно, что коэффициент деления при ш 0 равен Кд з 107 в полосе пропускания при (а)шв, ° 105С;1, ft) с-1 Кд 1000 (условно полосу пропускания определяем рядом частот, ограниченных частотами tu н и (о в, где выдерживается постоянство коэффициента деления). ;, -..

5

0

5

0

5

0

5

0

5

На нижних частотах коэффициент деления настолько большой, что в этом диапазоне частот подавляется всякий сигнал, поступающий на вход делителя, чем обеспечивается надежная отстройка от помех на. нижних частотах.. . .

В области сверхвысоких частот, за счет емкости Сз (), которая присутствует в формуле по вычисления WB, верхняя граничная частота отодвинута в область более высоких частот, чем .обеспечивается возможность применения делителя для уверенной передачи коротких импульсов, с наносекундной длительностью.фронтов без искажения. Рассчитанный делитель может передавать без искажения импульсы вплоть :до частоты ш - 1,28.10 с , но при этом начиная от и) в, коэффициент деления постоянно возрастает.. :

Для рассчитанного делителя проведены испытания. Результаты измерений помещены в протоколе..Амплитудно-частотные характеристики, получение расчетным и опытным путем, отличаются не больше, чем на 10%. Основная погрешность вызвана неточностью выполнения элементов конструкции делителя,.

Существенным отличием формулы изобретения от аналогичных технических решений является то, что делитель импульсного напряжения выполнен на полосе двусто- ронне фольгированного диэлектрика, кото- р ый .являетсядешевым . и распространенным материалом, и использование которого приведет к достижению положительного эффекта. выраженного в экономии материальных средств, направленных на изготовление устройства. Кроме того, делитель в полосе пропускания работ как емкостный делитель импульсного напряжения, конденсаторы Ci которого, размещенные в поперечной ветви схемы з амещения, за счет общего электрода 5 и общей диэлектрической основы 6, имеют безындуктивное соединение, не требующее

специальных соединительных узлов (соединений). Конденсаторы Са в продольной ветви схемы замещения имеют также, бесконтактное, безындуктивное соединение, за счет чего в делителе присутствуют только собственные индуктивности электродов конденсаторов, благодаря чему до- стигается положительный эффект по уменьшению искажений выходного сигнала и по расширению полосы пропускания в область более высоких частот. Дополнительно в делителе достигается положительный эффект, выраженный в том, что в зависимости от спектрального состава в измеряемом импульсе, подбором геометрических размеров, используя известные выражения по расчету: Кд, we, шн. можно регулировать ширину полосы пропускания таким образом, чтобы отстроиться от помех на низких и средних частотах. Кроме того, достаточным преимуществом делителя, ведущим к положительному эффекту, является возможность регулировки коэффициента деления в широком диапазоне значений. Дополнительным существенным отличием делителя является то, что делитель соединяется с осциллографом без кабеля и без согласования.

Технико-экономическая эффективность делителя импульсного напряжения выражена в том, что он выполнен на дешевом, серийно изготовляемом двусторонне фольги- рованном диэлектрике, прост в изготовлении и наладке. Это снижает его стоимость по сравнению с прототипом и другими аналогичными устройствами.

Применение метода безындуктивного, . бесконтактного соединения элементов делителя, а также исключение соединительного кабеля к осциллографу, открывает

возможность увеличить качество воспроизведения измеряемого импульса и расширить возможности делителя по передаче крутых импульсов с наносекундной длительностью фронта, что ведет к экономии материальных и-энергетических ресурсов, направленных на достижение качественных измерений в более короткие сроки. Формула изобретения Делитель импульсного напряжения, содержащий диэлектрик, на поверхность которого нанесен проводящий слой, который подключен с одной стороны к источнику импульсного напряжения, а с другой стороны - к нагрузке, отличающийся тем. что,

с целью увеличения точности и расширения диапазона измерений, диэлектрик выполнен в. виде пластин, с двух противоположных сторон которого нанесен проводящий слой, причем один из проводящих слоев

разделен на п равных мастей с (п-1)-м зазором между ними.

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям импульсов напряжения с наносекундной длительностью фронта. Сущность изобретения: источник импульсного напряжения подключен к клеммам делителя, который состоит из проводников, разделенных диэлектриком. К выходным клеммам подключена нагрузка. Обеспечение возможности деления проводника на равные части позволило увеличить точность и расширить диапазон измерения. 5 ил.

--1- Фиг. 2.

Ч

10

П

8

(