Устройство для измерения полых проводимостей и добротности нелинейных элементов Советский патент 1979 года по МПК G01R27/26 G01R27/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНЫХ ПРОВОДИМОСТЕЙ И ДОБРОТНОСТИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ; Для этого в устройство для измерения полных проБодимостей и добротности не3 п1инё1№нШШёйШтбб7сбдаржащбё генератор запускающих импульсов, блок управлеййя, соединенный с одним из зажимов дйя тгодключения измерительного контура, блок дифференцирования, соединенный с входом усилителя-ограничителя, блок срав нения, аналоговый делитель,-индикатор, Tidсочник напрйжёнйя смещения, соединен ньгй с йзШрителем напряжения смешения тй с Ьдним из зйжймов для подключения ™ Чйбёледуе його нелинейного элемента, а также управляемые образцовые активную и реактивную проводимости, одни выводы «аг1кРКй:; ;У13 - ясг; XсЬёдйнены ЬЬответствённо с первым и вторым входами аналогового делителя, введены блок регистрации экстремума, переключатель, два синхронных демодулятора, RS- и Т-тр1тггеры, два элемента И, элемент НБ, элемент ИЛИ, а -Гйкже ийтегратор, причем вход блока ре гйстрацйиэкстрему1ла подключен к Друго му зажиму для подключения измерительного контура и к одному из входов переклтатёлй, выход которого соединён е другим за НАЙМОМ дли подКлкйений исследуемого нелинейного элемента и с другими вывбдами управляемых образцовых ак тивной и реактивнрй проводимое тей, а выход блока регистрации экстремума соединен с входом блока дифференцирования и с информационными входами каждого синхронного демодулятора, выходы которйх сботве гствённо ере дине йы с входами блока сравнения, а управляющие входы cHHlcpoHHbix демодуляторов соответственно соединены с выходами одного и другого-элемента И и с одним идрутш вх ЬДами интегратора, выход которого сое динен с одним входом аналогового делителя и с первым входом индикатора, второй вхойKOtoporo соединен с выходом блока сравнения, а третий вход - с вь1ходом аналогового делителя, другой вход последнего соединен с выходом блока сравнения, а также один из выходов уси Ш еля-ограничителя через элемент ИЛИ, 0 другой выход через элемент НЕ соотве ственно ерединены с S- и R-входами RS -триггера, R-вхрд которого соединен со счётным входом Т-триггера, установочнь1й вход последнего соединен с выходом генератора запускающих импульсов и с другим входом элемента ИЛИ, прямой выход Т-триггера соединен с другим входом переключателя и с одним из вхо дОв первого элемента И, инверсный выход Т-триггера соединен с одним из входов второго элемента И, другие входы первого и второго элементов И соединены с выходом RS-триггера и с входом блока управления. На чертеже приведена структурная Электрическая схема устройства для измерения полных проводимостей и добротно ти нелинейных элементов. Устройство для измерения полных ;1роводимостей и добротности нелинейных элементов содержит измерительный контур 1, к которому через переключатель 2 прдключенб управляемые образцовые активная 3 и реактивная 4 проводимости, а также исследуемый элемент 5с источйиком 6 и измерителем 7 напряжения смещения, с помощью которых задается необходимый режим измерения нелинейного элемента. Образцовая реактивная, проводимость 4 выполнена отрицательней. Управляющие входы управляемых образцовых активнрй и реактивной проводимортей 3 и 4 соединены с соответствующиKiii входами аналогового делителя 8, позйОлйющегО получить непосредственный отсчет добротности с помощью индикатора 9, который подключен к выходу аналогового делителя 6. Возбуждение колебаний специальной формы в измерительном контуре 1 осуществляется с помощь ю системы, в состав которой входят блок регистрации экстремума 1О, блок дифференцирования 11, усилитель-ограничитель 12, элемент НЕ 13, элеметн ИЛИ 14, RS-триггер 15 и блок управления 16; ЙЁй ёинхроннь1Х демощглятора 17 и 18, подключенные к выходу блока регйстрации экстремума 10, и блок сравнения 19, со едйненный с управляемой образцовой активной проводимостыб 3 и аналоговым делителем 8} Т-триггер 2 О, два элемента И 21 и 22 и интегратор 23, соединенный с управляемой образцовой реактивной проводимостью 4 и аналЬгОВым делителем 8. Синхронизация контура уравновешивания, активной составляющей осу шее твляется импульсами, образуюЩимися на выходах логических элементов И 21 и 22, которые соединены е еоответствующимн входами синхронных демодуляторов 17 и 18. Работа переключателя 2 управляет Т-триггер 2О. Начальные условия всех систем устройства Ьбеепечивйютея генератором запускающих импульсов 24. Работа устройства в наиболее неблагоприятном случае, когда при включении

...i.: ..,с,,:.. -:;,. , прибора в сеть исходное состояние схемы управления 16 таково, что она шунтГ рует измерительный контур 1 и колебания в нем отсутствуют, заключается в том, что генератор запускающих импульсов 24 выдает короткий импульс, .который через элемент ИЛИ 14 воздействует на 3 -вход RS-триггера 15 и переводит его в единичное состояние, при котором блок управления 16 в измерительном кон туре 1 ударно возбуждает колебания. Одновременно с этим импульс генератора запускающих импульсов 24 устанавливает в исходное состояние Т-триггер 20, который, в свою очередь, размыкает переключатель 2, предотвращает появление импульса на выходе элемента И 21, пропускает сигнал с выхода RS-триггера 15 на выходе элемента И 22 и,, тем самым, воздействует на один из входов интегратора 23 и открывает синхронный --детектор 18. Возникающее в результате ударного возбуждения колебание в измери тельном контуре 1, например, положитель ной полярности, проходит через блок регистрации экстремума Ю, работающий в данный момент времени в режиме повторителя напряженияр на информационный вход синхронного детектора 18, где информация об амплитуде кЬлебаний непрерывно накапливается и запоминается.. Приобретаемая информация в интеграторе 2 3 и синхронном детекторе 18, воздействуя, (первая непосредственно, а втораячерез сравнивающее устройство 19 на управляющие входы управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4, смещает их под влиянием боль шого разностного сигнала в область максимума значений отрицательных проводимостей. При достижении через, четверть периода TQ максимальной амплитуды Оцю блок регистрации экстремума 1О переходит в режим компаратора, и на его выходе образуется резкий перепад напряжения, т ршштельный перепад этого напряжения обрабатывается дифференцирующей цепью 12 и усилителем-ограничителем 13, усч роенным таким образом, что на одном из его выходов возможно появление импульсов только отрицательной полярности, а на другом - положительной, и после инвертирования элементом НЕ 13 воздействует на R-вход RS-триггера 15,и счетный вход Т-триггере 20 и опрокиды,вает их. При этом блок управления 16, получая низкий потенциал с выхода RS-- i a(ii34(Lsi«asEvku-;4-i jic триггера 15, щунтирует измерительный контур 1, И колебание 6 нем, быстро затухая по экспоненте, прекращается, соверщив лишь полную четверть периода, соответствующего резонансной частоте измерительного контура 1. Возникающий высокий потенциал на прямом выходе Т-триггера 20 переводит переключатель 2 в замкнутое состояние и подключает, таким образом, управляемь1е образцовые активную и реактивную проводимости 3 и 4, а при измерениях - и исследуемый элемент 5 с источником 6 и измерителем 7 напряжения смещения,, к измерительному контуру 1, причем сущ,ествующие одновременно низкие потенциалы на инверсном выходе Т-триггера 20 и выходе RS-триггера 15 исключаютимпульс на выходе элемента И 22, и синхронный детектор IS переходитв 1рёШМ 7сраНения накопленной информации о максимуме амплитуды колебания икпо-.нформация о периоде колебаний TQ, сосредоточенная в длительности импульса, существовавшего на выходе элемента Ц 22, к этому моменту времени накопилась в виде напряжения определенной полярности в интеграторе 23. Спустя некоторое время tTgjj блок регистрации экстремума 10 возвращается в исходное состояние, образуя положительный перепад напряжения на своем выходе, который после обработки в блоке дифференцирования 11 и в усилителеограничителе 12 поступает через элемент ИДИ 14 на S-вход RS-триггера 15, который опять переходит в единичное состояние, вызывая посредством блока упра&ления 16 снова ударное возбуждение колебания в измерительном контуре 1 и разрещая прохождение единичного сигнала с прямого выхода Т-триггера 2О на выход логического элемента И 21. Образующийся импульс поступает на второй вход интегратора 23 и открывает для приема информации синхронный детектор 17. По мере бурного нарастания амплитуды и сокрагцения периода ударновозбуждаемого колебания в рассматриваемый момент BjjeMeHH из-за того, что в измерительный контур 1 внесены отрицательные активная и реактивная проводимости, информация о текущей амплитуде колебания, поступающего с выхода блока регистрации экст ремума 10, непрерывно накапливаясь в синхронном детекторе 17, преодолевает в сравнивающем блоке сравнения 19 хранимую синхронным детектором 18 информаПИЮ и смещает управляемую образцовую активную проводимость 3 в область малых значений отрицательной составляюще ограничивая рост амплитуды колебания в измерительном контуре 1. Одновременно с этим информация о текущем периоде колебания, непрерывно поступающая с выхода элемента И 21 на второй вход интегратора 2 3, компенсирует в нем ранее накопленную информацию о начальном периоде TQ и смешает управляемую образцовую реактивную проводимость 4 в область малых значений отрицательной составляющей, способствуя росту периода колебания. В результате отмеченных противодействий мало вероятным является то, что к моменту окончания формирования возбуждаемого колебания его амплитуда и период совпадают с первоначальными. Наиболее вероятным оказываются случаи, когда амплитуда и период колебания не равны и Т, причем они могут быть как больше, так и меньще их, все зависит от инерционности контуров уравновешивания по активной и реактивной составляющей, а также от того, подключается или не подключается к измерительному контуру 1 исследуемый элемент 5 с учетом характера его составляющих полных проводимбстей. Независимо от того, какой из случаев будет преобладающим в данный момент, на динамику процессов, происходящих в схеме это не оказывает решающего влияния.

Пусть к моменту окончания четверти периода возбуждаемое колебание характеризуется амплитудой и и периодом при этом, достигнув максимума амплитуды, снова срабатывает блок регистрации экстремума 1О, формируя резК1Й перепад напряжения и описанным выше способом возвращая в исходное состояние F{S-триггер 15, Т-триггер 20 и блок управления 16, который, шунтируя измерительный контур 1, прекращает в нем колебательный процесс. Появление н йкого потенциала на прямом выходе Т-триггера 2О переводит йереключатель 2 в разомкнутое состояние, отключая управляемые образцовые активную и реактивную проводимости 3 и 4 от измерительного контура 1, а также заканчивает формирование импульса на выходе элемента И 21, переводящего синхронный детектор 17 в режим хранения накопленнсй информации о максимуме амплитуды, и прекращающего поступление

на второй вход интегратора 23 информации о периоде Т, текущего колебания.

В дальнейшем процессы формирования колебаний в измерительном контуре 1 и разделения информации о периоде и амплитуде этих колебаний повторяются периодически, создавая непрерывно поступающую информацию об амплитуде и,0 и периоде Тр идеализированных колебаний, соответствующих собственным параметрам измерительного контура 1, в синхронный детектор 18 и по одному из входов интегратора 23, а информацию об амплитуде и периоде колебаний, зависящих о состояршя во времени управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4 и характера измеряемых составляющих исследуемого элемента 5 в синхронный детектор 17 и по другому входу интегратора 23. В результате непрерывного сравнения уровней сигналов с выходом синхронного детектора 17 и элемента И 21 с опорными уровнями сигналов с выходов синхронного детектора 18 и элемента И 22 соответственно в блоке сравнения 19 интеграторе 23 образуются разностные сигналы, стремящиеся изменить раздельно состояния управляемых образцовых активной и реактивной проводймостей 3 и 4 таким образом, чтобы возбуждаемые колебания приблизить к идеализированным и привести системы стабилизации амплитуды и периода в уравновешенное состояние независимо от того, подключаются или не подключаются к измерительному контуру 1 управляемые образцовые активная и реактивная проводимости 3 и 4 и исследуемый элемент 5. Спустя 3-4 полных такта возбуждения колебаний системы стабилизации уравновешиваются с заданной степенью точности и в дальнейшем осуществляют, слежение за изменением параметров исследуемого элемента 5, вызванных, например, изменением напряжения смешения источника 6 или другими воздействующими факторами, полностью компенсируя измеряемые составляющие проводимости соответствующими отрицательными составляющими управляемых образцовых активной и реактивней проводймостей 3 и 4. При таких условиях напряжения управления управляемыми образцовыми активной и реактивной проводимостями 3, 4 пропорциональны измеряемым полным проводимостям и поступают для регистрации на индикатор 9, а также на