Измеритель параметров кварцевых резонаторов Советский патент 1978 года по МПК G01R27/28 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ Поставленная цель достигается тем, что в измеритель параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенный перестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсник с исследуемым кварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор, а также последовательно соединенные пороговое устройство, триггер и интегратор, вводят два селективных усилителя, сумматор и второе пороговое устройство, выход которого соединен со вторым входом триггера, причем входы селективных усилителей соединены с выходом усилителя, их выходы - со входами сумматора и пороговых устройств, а выход интегратора - с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко входу перестраиваемого генератора. Блок-схема измерителя показана HI фнг. 1 и содержит перестраиваемый генератор 1, частотомер 2, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, амплитудный детектор 5, усилитель 6, индикатор 7, селективные усилители 8 и 9 низкой частоты, сумматор 10, пороговые устройства И и 12, симметричный триггер 13 и интегратор 14. На фиг. 2 показана амплитудно-частотная характеристика четырехполюсника с кварцевым резонатором. На левом и правом скатах амплитудно-частотной характеристики тракт, состоящий из последовательно соединенных генератора 1, четырехполюсника 3 с резонатором 4, детектора 5, усилителя 6 и селективных усилителей 8, 9, представляет собой селективный усилитель с преобразованием. Входом и выходом этого усилителя является соответственно вход генератора 1 и один из выходов усилителей 8, 9 низкой частоты. Параметры селективного усилителя с преобразованием, в частности коэффициент усиления и фазовая характеристика, зависят от взаимного расположения средней частоты частотно-модулированного сигнала и частоты кварцевого резонатора при последовательном резонансе. Работа -селективного усилителя низкой частоты с преобразованием сводится к следующему. Напряжение на входе селективного усилителя с преобразованием (вход перестраиваемого генератора) осуществляет частотную модуляцию генератора 1. Частотно-модулированный сигнал с выхода генератора 1 поступает на вход четырехполюсника 3 с кварцевым резонатором 4 и преобразуется последним в амплитудно-модулированный сигнал. Детектором 5 выделяется огибающая амплитудно-модулированного сигнала и усиливается усилителем 6. В зависимости от частоты напряжение на входе усилителя с преобразованием сигнала усиливается далее либо усилителем 6, либо усилителем 9. На фиг. 2 видно, что коэффициент усиления селективного усилителя низкой частоты с преобразованием прямо пропорционален первой производиой выходного напряжения четырехполюсника 3 по частоте. На частоте кварцевого резонатора при последовательном резонансе коэффициент усиления равен нулю, а по мере ухода от нее влево и вправо коэффициент усиления вначале возрастает, а затем постепенно падает до нуля. Из фиг. 2, кроме того, видно, что фаза выходного напряжения усилител с преобразованием дискретно меняется HI 180° при переходе через частоту кварцевого резонатора при последовательном резонансе. В измерителе (см. фиг. 1) выход и вход усилителя с преобразованием соединяются между собой посредством сумматора 10. Эту замкнутую цепь можно рассматривать как цепь положительной обратной связи автогенератора. Фазовые характеристики усилителей 8 и 9 повернуты на 180° относительно друг друга и выбраны такими, что условие баланса фаз замкнутой цепи на левом и правом скатах частотной характеристики (см. фиг. 2) выполняется с участием одного из усилителей. Условие баланса амплитуд выполняется только на склонах частотной характеристики четырехполюсника с кварцевым резонатором (на частоте кварцевого резонатора при последовательном резонансе коэффициент передачи селективного усилителя с преобразованием равен нулю). Таким образом, на склонах частотной характеристики четырехполюсника происходит самовозбуждение замкнутой цепи (генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилители 8 и 9 и сумматор 10, причем на левом скате с учетом -селективного усилителя 8 низкой частоты, а яа правом - с учетом селективного усилителя 9 низкой частоты. На частоте кварцевого резонатора при последовательном резонансе возбуждение упомянутой замкнутой цепи не происходит. Измеритель параметров кварцевых резонаторов работает следующим образом. Генератор 1 перестраивается до тех пор, пока его частота ие достигает точки /i (см. фиг. 2). В этом случае самовозбуждается замкнутая цець: геиератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилитель 8 и сумматор 10. Напряжение низкой частоты с выхода усилителя 8 поступает на вход устройства 11, последнее срабатывает и опрокидывает триггер 13. Напряжение с триггера 13 поступает на интегратор 14 и с выхода последнего линейно увеличивающееся напряжение через сумматор 10 поступает на вход генератора 1. Поярность напряжения на входе перестраичаемого генератора выбрана такой, чтобы чатота последней увеличивалась. Как только астота генератора перейдет точку /а (круткз-а характеристики в точках fi и /2 одинакоа), возбуждение упомянутой замкнутой цепи рекращается. Пороговое устройство 11 возвращается в исходное состояние, ие влияя на состояние триггера 13. Поэтому напряжение на выходе интегратора 14 продолжает линейно увеличиваться, перестраивая частоту генератора 1 вверх. Как только частота генератора 1 достигнет точки fa, возбуждается замкнутая цепь: перестраиваемый генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилитель 9 и сумматор 10. Напряжение низкой частоты с выхода усилителя 9 поступает на вход порогового устройства 12, последнее срабатывает и опрокидывает триггер 13. Происходит разряд конденсатора интегратора 14 и линейноуменьшающееся напряжение через сумматор 10 поступает на вход генератора 1. В результате частота генератора 1 уменьшается. Как только частота генератора отойдет от точки /3, прекращается самовозбуждение упомянутой замкнутой цепи. Пороговое устройство 12 возвращается в исходное состояние, не влияя на состояние триггера 13. Поэтому частота генератора по-прежнему уменьшается до точки /2. По достижении точки /2 самовозбуждается замкнутая цепь: генератор 1, четырехполюсник 3 с кварцевым резонатором 4, детектор 5, усилитель 6, усилитель 8, и процесс перестройки генератора 1 вверх к точке /з повторяется. Период перестройки генератора 1 от частоты /2 к fs и наоборот определяется в основном постоянной времени интегратора 14.

Частотомер 2 фиксирует интегральную частоту генератора, перестраивающегося в пределах от /2 до /3Формула изобретения

Измеритель параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенные перестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсник с исследуемым кварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор, а также последовательно соединенные пороговое устройство, триггер и интегратор, отличающийся тем,

что, с целью повышения точности измерений, в него введены два селективных усилителя, сумматор и второе пороговое устройство, выход которого соединен со вторым входом триггера, причем входы селективных усилителей соединены с выходом усилителя, их выходы - со входами сумматора и пороговых устройств, а выход интегратора-с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко входу перестраиваемого генератора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №169581, кл. 21а4 71, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР №460510, кл. G 01R 23/00, 1976.