Устройство для измерения параметров составных фильтров с RC и LC - звеньями третьего порядка Советский патент 1993 года по МПК G01R27/26 

00

о

00

&

второй выход второго преобразователя 12 напряжение-код соединен с четвертым входом вычислительного блока 14, к переключающемуся выводу управляемого ключа 4 подключен и первый вход преобразователя 10 частота-код, первый выход которого соединен с пятым входом вычислительного блока 14, второй выход преобразователя 10 частота-код соединен с .пятым входом вычислительного блока 14, второй выход преобразователя 10 частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока 14, выход которого соединен с блоком управления 13, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены, соответственно, с управляющим входом управляемого ключа 5, вторыми входами первого и второго преобразователей 11. 12, напряжение- код и преобразователя 10 частота-код, средняя точка между выходом фильтра 6 и первым входом второго преобразователя 12 напряжение-код через эталонные резистор 8 или конденсатор 9 емкость или катушку индуктивности соединена с общей шиной, второй вход фильтров б также соединен с общей шиной.

Использование: в измерительной технике. Выходы четырех источников 1, 2, 3, 4 переменного напряжения соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входными контактами управляемого ключа 5, переключающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя 11 напряжение-код, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 14, второй выход первого преобразователя 11 напряжение- код соединен со вторым входом вычислительного блока 14, средняя точка между переключающимся выводом управляемого ключа 5 и первым входом первого преобразователя 11 напряжение-код через измеряемый фильтр 6 подключена к первому входу второго преобразователя 12 напряжение- код, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока 14, Ј

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров фильтров с RC- и LC-звеньями третьего порядка и может быть использовано в системах технологического контроля электроизмерительных и радиотехнических устройств.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG -двухполюсника от номинальных значений, содержащее два источника переменного напряжения, управляемый ключ, эталонный резистор, два преобразователя напряжение-код, блок управления и вычислительный блок, дополнительно введены два источника переменного напряжения и преобразователь частота-код, причем четыре источника переменного напряжения соединены с четырьмя входными контактами управляемого ключа, переключающийся выходной контакт которого соединен одновременно с первыми входами преобра- зователя частота-код и первого преобразователя напряжение-код и через трехзвенный RC-фильтр с первым входом второго преобразователя напряжение-код, который через эталонное сопротивление соединен с общей шиной; первый и второй выходы первого преобразователя напряжение-код соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, первый и второй выходы второго преобразователя напряжение-код соединены соответственно с третьим и четвертым входами вычислительного блока, первый и второй выходы преобразователя частота-код соединены соответственно с пятым и шестым входами вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены, соответственно с управляющим входом управляемого

ключа, с вторыми входами первого и второго преобразователей напряжение-код и преобразователя частота-код.

Предлагаемое устройство позволяет измерить параметры составных фильтров с RC-звеньями третьего цорядка двух видов, а также с LC-звеньями третьего порядка также двух видов, что расширяет функциональные возможности устройств подобного

типа.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство. На фиг.2а,б - LC-фильтры третьего порядка. На фиг.З - схема блока управления. На фиг.4 - схема преобразователя

частота-код. На фиг.5а,б - схемы двух одинаковых преобразователей напряжение- код.

Устройство (фиг.1) содержит четыре источника 1, 2, 3, 4 переменного напряжения,

управляемый ключ 5, первый трехзвенжый RC-фильтр 6, где RX - сопротивление, Сх - конденсатор одного звена, второй RC- фильтр 7, эталонный резистор 8, эталонный конденсатор 9, преобразователь 10 частота-код, два преобразователя 11 и 12 напряжение-код, блок 13 управления и вычислительный блок 14. При этом источники 1, 2, 3 и 4 переменного напряжения подключены к четырем вводным контактам

управляемого ключа 5, переключающийся контакт которого одновременно соединен с .. первыми входами преобразователя 10 частота-код и первого преобразователя 11 напряжение-код и через RC-фильтр 6 с входом

второго преобразователя 12 напряжение- код, который соединен через эталонное сопротивление с общей шиной, первый и второй выходы первого и второго преобразователей 11 и 12 напряжение-код и преобразователя частота-код соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами вычислительного блока 14. выход которого соединем с входом блока 13 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены, соответственно, с управляющим входом управляемого ключа 5, вторыми входами первого и второго преобразователей 11 и 12 напряжение-код и преобразователя 10 частота-код.

Устройство работает следующим образом. По сигналу Пуск блока 13 управления управляемый ключ 5 подключает к RC-филь- тру б источник 1 переменного напряжения с частотой ал. По первому сигналу блока 13 управления преобразователь 10 частота- код преобразует частоту сгл в код, а по второму сигналу блока 13 управления первый преобразователь 11 напряжение-код преобразует в код амплитуду напряжения Uot на входе RC-фильтра б, с задержкой по времени для достижения установившегося режима в RC-фильтре б по третьему сигналу блока 13 управления второй преобразователь 12 напряжение-код преобразует в код амплитуду напряжения Ui на выходе RC- фильтра б, значения которых заносятся в память вычислительного блока 14, после чего поступает сигнал в блок 13 управления, от которого в нем вырабатывается последовательно сигнал,, подключающий к RC- фильтру б источник 2 переменного напряжения, начала преобразования частоты ад в код, амплитуд напряжения Uoa и Ua в код на входе и выходе RC-фильтров с последующим занесением их значений в память вычислительного блока 14, после чего аналогичным образом подключается источник 3 переменного напряжения и заносятся в память значения саз,-Поз, Us, а после подключения источника 4 переменного напряжения заносятся в память вычислительного блока 14 цифровые значения ш, Uo4, 1/4, после чего определяются параметры RC- фильтра - частота среза, сопротивление Rx и емкость Сх конденсатора единичного звена. При измерениях параметров LC-фильт- ров также определяется частота среза, индуктивность Lx катушки индуктивности и емкости Сх конденсатора одного звена.

Далее процесс измерения параметров фильтров повторяется до тех пор, пока в блоке 13 управления не будет осуществлен Останов (фиг.З).

На фиг.2а,б представлены два LC-филь- тра 15 и 16 с нагрузочными элементами.- катушки индуктивности 1 н-17и конденсатора 18 емкостью Сн.

Блок 13 управления (фиг.З) содержит два ключа 19 и 20. троичный счетчик 21, триггер 22 и два элемента задержки 23 и 24. При этом вычислительный блок 14 через

ключ 19 и триггер 22 соединен с управляющим входом управляемого ключа 5, с первым входом преобразователя 10 частота-код, триггер 22 через элементы за5 держки 23 и 24 соединен, соответственно, с первыми, входами первого и второго-преобразователя 11 и 12 напряжение-код. При Пуске ключ 20 на второй вход триггера 22 подается положительное напряжение от ис0 точника постоянного напряжения питания, от которого триггер 22 срабатывает и входной сигнал последовательно подключает к RC-фильтру б первый источник 1 переменного Напряжения с частотой ом, запускает

5 преобразования на преобразователе 10 частота-код и через элементы задержки 23 и 24 соответственно первый и второй преобразователи 11 и 12 напряжение-код. При записи значений wi, Uoi, Ui в память вычис0 лительного блока 14 с его выхода поступают последовательно три сигнала об окончании записи, от чего срабатывает троичный счетчик 21 и запускает триггер 22, который вьн ходным сигналом подключает источник 2

5 переменного напряжения и запускает последовательно преобразования % в преобразователе 10 частота-код, Uo2 и U2 в первом и втором преобразователях 11 и 12 напряжение-код. После трех сигналов с вычисли0 тельного блока 14 опять срабатывает

троичный счетчик 21 и запускает триггер 22

и аналогичным образом происходят циклы

. записи в память вычислительного блока 14

значений (Оз, Коз и Us, а затем соответствен5 но ом, 1Ы и , после чего в вычислительном блоке вычисляются параметры RC- или LC-фильтров.

Преобразователь 10 частота-код (фиг.4)

0 содержит формирователь 25 импульсов, две схемы совпадения 26 и 27, счетчик 28 импульсов, кварцевый генератор 29 опорной частоты, делитель 30 частоты и схему 31 управления и может быть построен на стан5 дартных микросхемах. При этом сигнал с выхода управляемого ключа 5 поступает на формирователь 25 импульсов, а сигнал с второго выхода блока 13 управления поступает на вход начала преобразования схемы

0 31 управления, с выхода которой сигнал готовности данных поступает на шестой вход разрешения записи в память вычислительного блока 14. Разрядные выходы кода счетчика 28 импульсов соединены с пятым

5 входом данных вычислительного блока 14. В качестве схемы 31 управления может быть использован интервальный таймер-счетчик, в котором имеется возможность схемотехнического управляемого строба (см. Микроl «brj u c BM i6C

,(«i e « ctR«-r

fi, «,1

I l г г i/ «i «i

i;VQlC 4 er/nV

R,ii « г , /R, R

(

н4сХ Ис «Х

I R«r 1 г (к, R« .)

где Ki - . K2 - , Кз

Ui

U04

U2

УОЗ U3

(4) K4

- отношения амплитуд напряжений

(W-TZTTZ

«

процессоры. Под ред. Л.Н.Преснухина, Минск, Высшая школа, том 1,1987, Стр. 167).

Преобразователи 11 и 12 напряжение- код (фиг.5а,б) аналогичны и содержат амплитудные детекторы 32 и 23 и 5 функционально законченные аналого-циф- ровые преобразователи 33 и 35 типа К1113ПВ1, в которых имеются клеммы 10- разрядного цифрового выхода, готовности данных, а также питания и аналоговые вхо- 10 ды. При поступлении сигнала с блока 13 управления на АЦП 33 и 35 в течении 35 мксек осуществляется преобразование сигнала в код и после передачи сигнала готовность на вход разрешение записи 15 осуществляется запись разрядного кода в Щ память вычислительного блока 14.На частотах toi, ад, и ом входных сигнаВ качестве вычислительного блока 14 лов, соответственно, могут быть использованы стандартныеРешения (4) микропроцессорные наборы, которые мо- 20 тут реализовать функции выполнения предлагаемого решения (см. Микропроцессоры. Под ред. Л.Н.Преснухина, Минск. Высшая школа, том 1 и 2. 1987).

Комплексные напряжения в трехзвен- 25 ном RC-фильтре 6 с нагрузкой-резистором

(u4v w c R(fe)lt ( 30 «-.(««(fe)- (1)

где Uo и Увых - комплексные напряжения на входе и выходе, трехзвенного фильтра.35

Преобразуя (1), получим комплексную обратную передаточную функцию

- ЈД(,«Н4р

()(2)

Модули комплексных напряжений на входе и выходе цепи есть наблюдаемые амплитуды напряжений соответственно. Тогда квадрат модуля. (2) будет. 45

«(«.4:4)

((,

tl twl-w.Hu -colHi 4-wi)

. (wVM Hwl-6 t)(tat-o +

i, . ... - . eaJ-ta tMi-«i)-()

j, w.

lt|ilvai(

к;

(5)

40

I, «lif. to|j|wl ,

rS ll 4ilsT- )

кг

.(6)

Й- )Й-)Й-

Квадрат модуля обратной передаточной функции 3-х звенного RC-фильтра 7 (см. фиг.1) с емкостной нагрузкой

i(

1ы« .cl) ЕРГ

® 2r;iii ,

с с i , coscU6x

(7)

k v , . .4 v, ,г, пх .,х,При измерениях на четырех частотах ом, ., 1нз i+сз r.R..ioK4.(u -u ftiz,шз и «м входных сигналов получим систе.t(o4cUt b), (3)му изчетырех равнений. где нужноопредегде Do и ивых - амплитуды напряжений на 50 лить ( ) и CxRx. входе и выходе цепи, соответственно; К - отношение амплитуд напряжений.

При измерениях на четырех частотах OJi, i%, ОД. входных сигналов получим систему из четырех уравнений55

Решения зтой системы уравнений будут L,.

(c.R.l «-«Vu tK - tla Hi-u to l

18108408 t

l «brj u c BM i6C

,(«i e « ctR«-r

а, ).

fi, «,1

I l г г i/ «i «i

i;VQlC 4 er/nV

R,ii « г , /R, R

(

тах toi, ад, и ом вхо

н4сХ Ис «Х

тах toi, ад, и ом вход

I R«r 1 г (к, R« .)

- . K2 - , Кз

Ui

U2

УОЗ U3

(4) K4

- отношения амплитуд напряжений

отах toi, ад, и ом входных сигнаW-TZTTZ

«

тветственно, ения (4)

((,

tl twl-w.Hu -colHi 4-wi)

. (wVM Hwl-6 t)(tat-o +

i, . ... - . eaJ-ta tMi-«i)-()

j, w.

lt|ilvai(

к;

(5)

I, «lif. to|j|wl ,

rS ll 4ilsT- )

кг

.(6)

Й- )Й-)Й-

Квадрат модуля обратной передаточной функции 3-х звенного RC-фильтра 7 (см. фиг.1) с емкостной нагрузкой

i(

1ы« .cl) ЕРГ

® 2r;iii ,

с с i , coscU6x

(7)

ь ( ) и CxRx.

Решения зтой системы уравнений будут L,.

(c.R.l «-«Vu tK - tla Hi-u to l

),Uwi/w;-0 . U-u W Ku /wVn l/wl -o

.и (wi/wb«)(u4./wi-iHw:/J rj

f,.,cH 2xo LxCx-K5+|-)«4Lx С;-«/4x42,

-LH

W

Уравнение (13) аналогично уравнению

- („г, -л. л(.Лг ,,Л2 i( , @) АЛЯ RC-фильтра 6 (фиг.1) с той лишь раэ1Ш21СО|-«ци |СЛ1-1ЦСдЭ4-/со,-)ницей. что свободный член уравнения (13) и

чобратный коэффициент передачи в первой

+ -------------------- -степени, а степень неизвестной величины

(-СО JcOzUco ltol-ilCco fcOi- 1° LxCx в два раза меньше. Следовательно при

,г« измерениях на четырех частотах wi, , ,

- t. ом входных сигналов параметры LC-фильтра

.((j3)(-tol()4(to |-- lбудут определяться по аналогичным алгопритмам, для LxCx с обратным знаком

kЈ15 I. ,.у .

+ Г--о, г.,,--г , г.,--- , ,. (ы -«1Н«1-ю1К 1-«.(((-COl/Cp|)( {9)Rt

1ы1-и1Нь)-«1)(

Таким образом предлагаемое устройст-t к )

во позволяет определить частоту среза20 ,-а«Км1-)

ш 1 /CxRx. а также емкость Сх конденсато-- к ,

ра и сопротивление Rx в обоих типах RC-./ , L К- Н -ыЩсо -

фильтров 6 и 7(фиг.1). При этом для фильтра пГГ ыТи Jtu u fT

низких частот 6 частоты ал. wk, шз, ом вход- ul ru H uf

ных сигналов выбираются в низком диапа-25 г

ium IICI/IUD ODIwvijjciru i D пкюк-им диаМа tu ч ту --- -T

зоне частот, а для фильтра 7 в высоком... )

диапазоне частот, Соотношение между час-, кь

тотами входных сигналов выбирается как и(.Л/,.

в устройстве-прототипе 3:4:5:6. Iw1, /

В LC-фильтрах 15 и 16(фиг.2а,б) нагру-30 . Mg)

зочные элементы 17 и 18 выбираются в со-()))

ответствии горизонтальных элементовДля 3-х звенного LC-фильтра 16 (фиг2б)

фильтров, в результате чего напряжения наобратная передаточная функция при емковходе и выходе фильтров имеют действи-стной нагрузке будет

тельные значения. одного звена LC-35

фильтра 15 напряжение на входе.Umn равно- /, .сн / сн

А(н( (W|

итп йвых + иВЫхО Сх+ 1--)й;1х,М™ 4«c

(л) LHj

(10) 40

Преобразуя (10), получимРешения системы уравнений при измерениях на четырех частотах

Отп 0вых(1 +-}--) -О LxCx. (11)-L Ji2l LH : : (L.C.I i Q W ш« .45I SllrssK -STl.

Обратная передаточная функция этого (Ж (iLt . звена имеет действительное значение и Ur H SYll1)

равна отношению амплитуд напряжений « a °

входа к выходу цепи-,, Ivwl ))

50, -

-Ч,)-, „2) : К ЙН;ивыхLH („jEij. --

: i с (4-.(1-,)К-«1 I

Для 3-х звенного LC-фильтра 15 (фиг,2а)t.

обратная передаточная функция будет, со- 55VsDtsHdl -1)

ответственно: „

гайшш

(1+3т )(6+4rL) 08)

ивь|хL LH rfflflrsrH -sr)

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерить параметры RC-филь- тров и LC-фильтров. состоящих из трех звеньев, что позволяет расширить функциональные возможности устройств такого ти- па.

Формула изобр.етения Устройство для измерения параметров составных фильтров с RC- и LC-звеньями третьего порядка, содержащее два источни- ка переменного напряжения, два преобразователя напряжение-код, управляемый ключ, эталонный элемент, один вывод которого соединен с общей шиной, блок управления и вычислительный блок, выходы первого и второго источника переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входными контактами управляемого ключа, переключающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя напряжение-код, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй выход первого преобразователя напряжение-код соединен с вторым входом вычислительного блока, первый выход второго преобразователя напряжение-код подключен к третьему входу вычислительного блока, второй выход второго преобразователя напряжение-код соединен с четвертым

входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим входом управляемого ключа, вторыми входами первого и второго преобразователей напряжение-код, о т л ичающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены преобразователь частота-код и два источника переменного напряжения, выходы которых соединены с третьим и четвертым входными контактами управляемого ключа, переключающийся вывод которого подключен к первому входу преобразователя частота-код, к - второму входу преобразователя частота-код подключен четвертый выход блока управления, первый выход преобразователя частота-код соединен с пятым входом вычислительного блока, второй выход преобразователя частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока, переключающийся вывод управляемого ключа через RC- или LC-фильтр подключен к первому входу второго преобразователя напряжение-код и к второму выводу эталонного элемента, в качестве которого используется либо эталонный резистор, либо эталонная катушка индуктивности, либо эталонный конденсатор.

б Фиг.2

останов

«Пуск

г .от 10

. (отТЗ |

Фиг.5

-.- J