СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МНОГОПОЛЮСНИКА Советский патент 1973 года по МПК G01R27/00 G01R17/10 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и решает задачу раздельного измерения синфазной и квадратурной компонент собственных и взаимных комплексных сопротивлений и проводимостей, а также коэффициентов передачи по току и напряжению электрического многополюсника в заданных энергетических режимах на полюсах. Устройства, реализующие способ, могут найти широкое применение при измерении и контроле параметров электрических многополюсников, в особенности таких, которые могут считаться линейными только вблизи заданных энергетических режимов на их полюсах, например изделий микроэлектроники и транзисторов.

Известен способ измерения коэффициентов передачи многополюсники, заключаюшийся в использовании многомерной электроизмерительной цепи уравновешивания, составленной из исследуемого и образцового регулируемого многополюсников, на одноименные полюса которых подают от независимых источников токи или напряж-ения (в зависимости от вида измеряемых коэффициентов), обеспечивающие заданные энергетические режимы. Коэффициенты передачи образцового многополюсника при этом изменяют до тех пор, пока разности зависимых активных электрических величин на всех одноименных )полюсах исследуемого и

образцового многополюсника не будут равны нулю. Способ предусматривает задание требуемых энергетических режимов на все полюса исследуемого многаполюсн 1ка и одновременное определение всех измеряемых коэффициентов, однако о раздельности измерения здесь Говорить не приходится. Уравновешивающие регулировки при таком способе не однозначны; процесс уравновешивания сильно

усложняется и удлиняется при увеличении числа полюсов исследуемого объекта больше двух.

Предлагаемый способ обеспечивает раздельное измерение одной из составляющих одного из комплексных коэффициентов передачи многополюсника благодаря тому, что задают приращение модулю одной из независимых активных величин на двух одноименных полюсах многополюсников, а воздействие, управляющее уравновешиванием по соответствуюшей составляющей, формируют по величаше и знаку приращений соответствующей составляющей разности одной из зависимых активных Величин исследуемого многополюсника «

одноименной с ней зависимой активной величины образцового многополюсника относительно вектора изменяемой независимой активной величины.

Способ оозволяет измерять составляющие

всех коэффициентов передачи, для чего приращения задают, например, поочередно, модулям всех независимых активных величин. Ыа фИГ. представлена принцилиальная схема устройства для раздельного измерения синфазной компоненты проходной проводимости {коэффициента -передачи напряжения в ток) трехполюсника; на фиг. 2-образцовый грехлолюсник. Устройство содержит источники напряжения / и 2 с э. д. с. EI и EZ (источники независимых активных электрических величин), обеспечивающие для исследуемого многополюсника 5 с полюсами 4, 5 к 6 заданные режимы по напряжению, трансформатор напряжения 7 с обмотками 8, 9, 10 .и 11 (соответственно витки «8-f-«ii) коммутатор 12, компаратор токов 13 с обмотками 14, 15 и 16 (соответственно витки «и-г-Л1б), усилитель 17 рабочей частоты oj, охваченный через резистор 18 с сопротивлением RIB глубокой отрицательной обратной связью по напряжению, синхронный детектор 19, усилитель коммутационной частоты 20, синхронный детектор на реверсивном двигателе 21, генератор 22 коммутационной частоты Q и образцовый трехполюсник 23 с полюсами 24, 25 и 26 и управляющим входом 27. В соответствии с предлагаемым способом обеспечения раздельного измерения синфаз ой компоненты 4,5 коэффициента передачи напряжения L/4 на полюсе 4 исследуемого трехполюсника 3 в ток через полюс 5 (комплексная проводимость V4,5 g4,5 + /B4,5) Задают приращения модулю независимой активной электрической величины L/4 на одноименных входных полюсах 4 и 24 исследуемого 3 и образцового 23 трехполюсников, что обеспечивается с помощью трансформатора напряжения 7 и управляемого от генератора 22 коммутационной частоты коммутатора 12, включающего последовательно с выходной обмоткой 8 поочередно равные (), но противоположно намотанные модуляционные обмотки .9 и 10. Формирование управляющего воздействия по величине и знаку приращения синфазной компоненты разностей зависимых электрических величин-токов /5 и Лз - через одноименные выходные полюса 5 и 25 исследуемого 3 и образцового 23 трехполюсников относительно вектора-i/4, или то же самое относительно вектора EI, производится с помощью вычитающего устройства ни компараторе токов 13 (принято «1б) и усилителя 17, синхронного детектора 19, на опорный вход которого подается напряжение с источника i, усилителя 20 коммутационной частоты и реверсивного двигателя 21, в качестве опорного напряжения на который подается напряжение, управляющее коммутатором 12. Двигатель изменяет синфазную компоненту g24,25 комплексной проводимости 24,25 -fe,2a + b.i,2r) образцового трехполюсника 23 через управляющий вход 27 до тех пор, пока напряжение коммутационной частоты на выходе усилителя 20 не будет равно нулю. При этом будет соблюдаться равенство g4,5 §24,25. Действительно, Напряжение равно - (п, 4- «9 sign sin Qt}, «II а токи /5 и /25 равны: 7, t/«y4.5 + ,}5,6+/B.. /JS и 24,25 + Е Y25,26 , где Уз.б и ,26 - выходные проводимости трехполюсников 3 и 23, а /ЕЗ - ток, вызываемый внутренними независимыми источниками трехполюсника 3 (рассматривается наиоолее общий случай автОНОмного многополюсника). Напряжение на входе синхронного детектора 19, пренебрегая погрещностью статизма усилителя 17, можно записать в виде: и, , {(},( Г4.5 - ,25 ) + 4 ( У5.6 - 25,26 ) + + /Bj/,s, Напряжение на выходе синхронного детектора 19 с коэффициентом передачи /Cia равно (для простоты принято, что arg 1 ); 7J - («. + «9 Sign sin Ш) (§4,5 - §24.25 ) + Пц + ,(gS.e - g25.26) + IB, COS (/a..) ,,-K Усилитель 20 с коэффициентом пе(редачи Kzo усиливает только переменное напряжение с частотой коммутации Q, поэтому напряжение на его выходе имеет вид: « , - ./Ci9/r,, (g4,5 - g24.25) X «11 X sign sin Ш, откуда видно, что при g4,,25 фазы этого :и опорного напряжения с генератора 22 совпадают, а при §4,,25 отличаются на 180°. При f/2o 0 имеем §4,5 §24,25. Образцовый многополюсник может быть реализован самыми различными способами (см. фиг. 2), так образцовый трехполюсник, редставляемый У - параметрами реализован на зсилителях 28 и 29, охваченных относительно входа и выхода через комплексные проводимости 30 (Узо), 31 (),32 (Уз2), емкость 33 (Сзз) и активную проводимость 34 (§34) глубокой отрицательной обратной связью по току. ЕСЛИ пренебречь погрещностями статизма усилителей, то уравнения трехпалюсника можно записать в виде + .е5.. (§,4 + ).вПг и.нфазной компонентой образцовой провоимости, одноименной с измеряемой, является данпом случае активная проводимость §34, оэтому вал двигателя 21 необходимо соединить с движком переменного резистора 34.

Очевидно, что точно также можно измерить компоненты и всех остальных проводимостей исследуемого трехиолюсника.

Процессы измерения всех яроводимостей можно совместить во времени, если, например, так же, как и в цифровых экстремальных мостах, модулировать оба независимых напряжения низкочастотными налрялсениями, сдвинутыми :по фазе на 90° (с так называемой фазовой селекцией огибающих). Величина модуляции может быть выбрана настолько малой, что заданные энергетические режимы на .полюсах исследуемого многополюсника пракгически не изменяются.

Предмет изобретения

1. Способ измерения коэффициентов передачи электр-ического многополюсника при заданных энергетических режимах на всех его полюсах путе.м сравнения их с одноименными регулируемыми коэффициентами передачи образцового многополюсника, при котором на

каждые два одноименных полюса многополюсников подают независимую активную велич,ину, например напряжение, отличающийся тем, что, с целью обеспечения раздельности измерения одной лз составляющих одного из комплексных коэффициентов передачи, задают приращения модулю одной из независимых активных величин, а воздействие, управляющее уравновешиванием по соответствующей составляющей, формируют по величине и знаку приращений соответствующей составляющей разности одной из зависимых активных величин исследуемого многополюсника и одноименной с ней зависимой активной величины

образцового многополюсника относительно вектора изменяемой независимой активной величины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения составляющих всех коэффицнентов передачи, приращения задают, например, поочередно, модулям всех независимых активных величин.