Устройство для измерения добротности колебательных контуров Советский патент 1980 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к радиоиамери тельной технике и может быть использовано для измерения добротности, тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и индуктивности. Известно устройст-во для измерения добротности радиотехнических элементов содержащее последовательный измеритель ный контур, входной и выходной согласующие элементы, широкополосные усилители, блок автоматической регулировки амплитуды, блок регистрации моментов возбуждения и ключи fl. Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения за счет значительной погрешности определения полосы пропускания контура. Наиболее близким по техническому ре шению к предлагаемому является устройство для измерения добротности резонансных контуров содержащее генератор перестраиваемой высокой частоты, подключенный к входу частотного модулятора, измерительный колебательный контур, входом подключённый к выходу частотно- го модулятора, амплитудный детектор, входом подключенный к выходу измерительного колебательного контура, и блок поиска резонансной частоты, подключенный к выходу амплитудного детектора L2J. Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения добротности в широком диапазоне частот за счет частотной зависимости элементов связи измерительного контура. Цель изобретения - повышение точности измерения добротности колебательных контуров. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее г перестраиваемый генератор высокой частоты, подключенный к одному входу частотного модулятора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения колебательного контура, другой зажим для подключения колебательного контура соединен с входом амплитудного детекто- pa, выход которого соединен с входом блока поиска резонансной частоты, включающий блок выделения первой производной по частоте, выход которого соединен с входом нуль-органа, введены блок выде ления второй производной, дополнительный нуль-орган, два запоминающих блока, перестраиваемый генератор низкой частоты, клю.ч, блок отношения частот, блок управления, причем вход блока выделения второй производной соединен с выходом блока выделения первой производной, выход блока выделения второй производной через дополнительный нуль-орган соединен с входом одного запоминающего блока, выход последнего через перестраиваемый генератор низкой частоты соединен с входом ключа, выход которого соединен с другим входом частотного моаулятора, при этом вход перестраиваемого генератора высокой частоты соединен с выходом другого, запоминающего блока, вход которого соединен с выходом блока поиска резонансной частоты, а выходы пере- страиваемого генератора высокой частоты и перестраиваемого генератора низкой частоты соединены с входами блока отношения частот, управляющие входы запоминающих блоков, блоков выделения первой и блока выделения второй производной, частотного модулятора, ключа соответственно соединены с выходами блока управления. На фиг. 1 пр1тедена функциональная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит частотный модулятор 1, к одному входу которого подключен выход перестраиваемого генерато ра высокой частоты 2, а ко второму входу через ключ 3 - выход перестраивавмого генератора низкой частоты 4; колебательный контур 5, входом подключенный к выходу частотного модулятора 1 и выходом - к входу амплитудного детектора 6, выход которого подключен к входу блока 7поиска резонансной частоты, содержащего последовательно включен ные блок 8 выделения первой производной по частоте и нуль-орган 9; запомина ющий блок 1О, входом подключенный к выходу блока 7 .поиска резонансной частоты и выходом к управляющему входу перестраиваемого генератора высокой час тоты 2; блок 11 выделения второй произ водной по частоте, входом подключенный к выходу блока В выделения первой производной по частоте и выходом - к входу нуль-органа 12, запоминающее уст794 ройство 13, входом подключенное к выходу дополнительного нуль-органа 12 и выходом к перестраиваемому генератору низкой частоты 4; блок отношения частот14, подключенный к выходам перестраиваемого генератора высокой частоты 2 и перестраиваемого генератора низкой частоты 4; блок управления 15, подключенный к управляющим входам блока 7 поиска резонансной частоты, блока 11 выделения второй производной по частоте частотного модулятора 1 и запоминающих блоков 10 и 13 и ключа 3. Измерение добротности осуществляет- ся следующим образом. В режиме поиска резонансной частоты блок управления 15 на заданное время открывает запоминающий блок 1О, закрывает запоминающее устройство 13 и ключ 3 и переводит частотный модулятор 1 в режим выделения несущей высокой частоты. За это время нуль-орган 9 вырабаты вает линейно-изменяющееся во времени напряжение U (см. фиг. 2с). Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения перестраиваемого гене- ратора высокой частоты 2, которое через частотный модулятор 1 поступает на вход колебательного контура 5. После прохождения через колебательный контур 5 и амплитудный детектор 6 высокочастотное напряжение с изменяющейся частотой преобразуется в напря- жение Uc( изменяющееся во времени {см. фиг. 2а) и соответствующее амплитудно-частотной характеристике исследуемого колебательного контура. Это изменяющееся во времени напряжение блок 8 выделения первой производной по частоте, управляемый блоком управления 15, дифференцирует , в результате чего на его выходе выделяется напряжение U(f (см. фиг. 26), пропорциональное пер- БОЙ производной по частоте от амплитудно-частотной характеристики контура, т. е. U где Q - постоянный коэффициент пропорциональности. Этим напряжением управляется нульорган 9, в котором при прохождении напряжения U сГ через нуль устанавливается выходное напряжение UCQ (см. фиг. 2с), а следовательно, и частота выходного напряжения перестраиваемого генера гора высокой частоты 2, равная собствен- иой резонансной частоте колебательного контура 5. В режиме выделения полосы пропуск ния блок упра1зления 15 но заданноо вр сязакрывает запоминающий блок 10, открывает запоминающее устройств 13 и ключ 3 и переводит частотный модуля тор 1 в режим вьщеления боковой частоты. На это время в запоминающем блоке 10 запоминается напряжение Uj. (см. фиг. 2с), а следовательно, и частота выходного напряжения перестра ваемого генератора 2 высокой частоты, равная собственной резонансной частоте колебательного контура 5. За это же время нуль-орган 12 выра батывает линейно-изменяющееся во времени напряжение UQ (см. фиг. 2е). Этим напряжением изменяется частота выкодного напряжения перестраиваемого .генератора низкой частоты 4, которое |Через ключ 3 поступает на второй вход частотного модулятора 1. В результате воздействия на частотный модулятор двух напряжений с часто тами f Q и F на выходе его получают напряжение с частотой i-,±B, tg - частота перестраиваемого генератора высокой частоты 2; f - частота перестраиваемого генератора низкой частоты 4. После прохождения этого напряжения через колебательный контур 5, амплитудный детектор 6 и блок 8 выделения первой производной по частоте вы- кочастотное напряжение с изменяющейся частотой : преобразуется в напряжение U (фиг. 260, изменяющееся во времени и соответствующее первой прои водной по частоте амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5. Это напряжение блок 11 выделения второй производной по частоте от амплитудно-частотной характеристики конту ра, управляемый блоком управления 15, дифференцирует, в результате чего на его выходе выделяется напряжение и (51 (см. фиг. 2д) пропорциональное второй производной по частоте амплитуд но-частотной характеристики контура, т. е. и,.в-. , где 5 - постоянный коэффициент пропорциональности. Этим напряжением управляется дополнительный нуль-орган 12, в котором при прохождении напряжения и о1 через нуль устанабливается выходное напряжение Og (см. фиг. 2е ) и фиксируется в запоминающем устройстве 13, а следовательно, фиксируется частота выходного напряжения перестраиваемого генератора низкой частоты 4, равная половине полосы пропускания колебательного контура 5 между точками перегиба его амплитудночастотной характеристики. Переход из режима поиска резонансной частоты в режим выделения полосы пропускания производится автоматически блоком управления 15 через заданные интервалы времени. При этом добротность определяется по формуле Q..0,7075if-0,707 || и непосредственно измеряется блоком отношения частот- 14. Этим же блоком 14 измеряется заданная рабочая частота, на которой производится измерение добротности. Устройство для измерения добротности колебательных контуров позволяет сни- зить погрешность измерения добротности за счет более точного измерения резонансной частоты и полосы пропускания} повышение точности достигается непосредственным измерением частот перестраиваемых генераторов высокой и низкой частот без преобразования в напряжение или в импульсы напряжения. Поиск резонансной частоты и выделение полосы пропускания с помощью первой и второй производных по частоте амплитудно-частотной характеристики колебательного контура дает возможность реализовать предлагаемое техническое решение в широком диапазоне частот, практически в диапазо- не частот от 1 кГц до ЗОО МГц, с относительно высокой точностью измерения добротности, так как операции поиска резонансной частоты и выделения полосы пропускания производятся на огибающей амплитудно-частотной характеристики колебательного контура, т. е. в низкочастотной части устройства (после детектирования). Формула изобретения Устройство для измерения добротности олебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высокой часто ты, подключенный к одному вкоду частотного модулятора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения колебательного контура, другой зажим для подключения колебательного контура соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом блока поиска резонансной частоты, включающий блок выделения первой производной по частоте, выход которого соединен с входом нуль-органа, отличаю-, щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок выделения второй производной, дополнительный нуль-орган, два запоминающих блока, перестраиваемый генератор низкой частоты, ключ, блок отношения частот, блок управления, причем вход блока выделения второй производной соединен с выходом блока выделения первой производной, выход блока выделения второй производной через дополнительный нульорган соединен с входом одного запоминающего блока, вход последнего через

перестраиваемый генератор низкой частоты .соединен с входом ключа, выход которого соединен с другим входом частотного модулятора, при этом вход перестраиваемого генератора высокой частоты соединен с выходом другого запоминающего блока, вход которого соединен с выходом блока поиска резонансной частоты, а выходы перестраиваемого генератора высокой частоты и перестраиваемого генератора низкой частоты соединены с входами блока отношения частот, управляющие входы запоминающих блоков, блоков выделения первой и блока выделения

второй производной, частотного модулятора, ключа соответственно соединены с выходами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

№ 523366, М., кл(3 О1 R 27/26, 11.01.74.

2, Авторское свид етельство СССР № 51965О, М. 01 R 27/26,

1974 (прототипit

W|

/p- /c

I 4.fW

V/

«/(

ry;

Uc

г

f{f}

5