Устройство для измерения входного сопротивления и входной емкости повторителя напряжения Советский патент 1981 года по МПК G01R27/00 G01R27/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ВХОДНОЙ ЕМКОСТИ ПОВТОРИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ Г.... Изобретение относится к измерител ной технике и предназначено для измерения входного сопротивления и входной емкости повторителей напряже ния. Известно устройство для измерения входного сопротивления и входной емкости повторителя напряжения содержащее повторитель напряжения, генератор входного напряжения с регулируемой частотой, измеритель напряжения, переключатель, калиброванное активное сопротивление, вклйченное между выходом генератора входного напряжения и входом повторителя напряжения, к выходу которого подклю чен измеритель напряжения, а средняя точка и вход переключателя подключен соответственно к выходу генератора входного напряжения и входу повторителя напряжения 1. Недостатком этого устройства является низкая точность измерений изза невозможности измерений больших входных сопротивлений и мгшых емкостей, сравниваемых по величине с величиной калиброванных резистора и конденсатора. Известно также устройство для измерения входных сопротивлений и емкости повторителя напряжения, содержащее два последовательно соединенных калиброванных полных сопротивлений, первое из которых соединено с выходом генератора напряжения, а второе - с входом измерителя напряжения и с одним из входов устройства, второй вход которогоподключен к точке соединения первого и второго калиброванных Т1ОЛНЫХ сопротивлений 2. Недостатком данного устройства является низкая точность измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее первое калиброванное полное сопротивление, одним из выводов соединенное с выходом генератора переменного напряжения и первью4 неподвиЛнЕ контактом переключателя, подвижный контакт которого подключен к входу измерителя напряжения, корпусом связанный с корпусом генератора переменного напряжения, а второй неподвижный контакт переключателя соединен с одним из входов устройства непосредственно и через второе калиброванное полное сопротивление - с вторым выводом первого калиброванного полного сопротивления, введены второй переключатель, калиброванные резистор и конденсатор, причем один из выводов калибро ванных резистора и конденсатора соединен с вторым выводом первого калиброванного полного сопротивления, а вторые выводы калиброванных резистора и конденсатора подключены к первому и второму неподвижным контактам второго переключателя соот ветственно, подвижный контакт которого соединен с вторым входом устройства. На чертеже представлена блоксхема устройства. Устройство содержит повторитель 1напряжения с входным активным сопротивлением (R) , входной емкостью,) .коэффициентом передачи (К) и выходным сопротивлением (г1), генератор 2входного напряжения, измеритель 3 напряжения с входным сопротивлением 4 (Zf,) , калиброванное активное сопротивление 5 (R1), калиброванный конденсатор 6 (С1). В математически выражениях сопротивление R1 и сопротивление --pY обозначено Z. ) , вто рое и третье калиброванное полные сопротивления 7 и 8 - соответственно (Z2) и (Z3). устройство содержит также первый переключатель 9, второ переключатель 10, выход генератора переменного напряжения 11, входы 12 и 13 устройства. Устройство работает следующим об разом. Из последовательно включенных полных сопротивлений Z2 и Z3 собран делитель напряжения, включенный меж ду выходом генератора 2 напряжения и выходом повторителя 1 напряжения Так как напряжени на входе и выходе повторителя напряжения практически равны (у современных повторит лей .напряжения коэффицие.нт передачи близок к единице), ток сопротивлению 5 или конденсатору 6 в зависим сти о.т режима работы схемы приклады вается напряжение-в Z2/Z3 раз меньше (выбирает ). Это приводит к уменьшению тока через сопротивление 5 или б в Z2/Z3 раз. Например, если до подключения сопротивлений Z2 и Z3 протекает ток через, например/ сопротивление 5 (R1), а выходное напряжение равно {U2), то после подключения калиброванных сопротивлений Z2 и Z3 для обеспечеZ2A. |1 2 й-||иУ f д гъ} 2.ъ гъ у ZH гъ -гъиг

().iHi()

Ш. Ui Учитывая, 4TQ обычно используется I измеритель напряжения с высоким вхрдным сопротивлением (10 -10 Ом) ко- 65

(1) ния первоначального режима схемы необходимо увеличить входное напряжение в Z3/Z2 раз. Это позволяет применить в устройстве меньшие номиналы активных сопротивлений и большие номиналы калиброванных конденсаторов, что позволяет существенно повысить точность и упростить устройство, так как сопротивления меньших номиналов ( Ом) выпускаются более точными, чем резисторы .больших номиналов (10ом и выше) и имеют более высокую стабильность. Калиброванные конденсаторы больших номиналов (больше 100 пФ) выпускаются прецизионными. При малых емкостях конденсаторов большую погрешность вносит его паразитная емкость. При больших значениях резистора его сопротивление часто бывает сравнимо с сопротивлением паразитной емкости, что существенно снижает точность измерений (погрешность измерений достигает до 30% и выше).1 При использовании предлагаемого устройства значительно повышается точность измерений в связи с тем, что значительно уменьшается сопротивление R1(или емкост- ное сопротивление 1/сьср в Z2/Z3 раз, а величина паразитной емкости остается неизменной или незначительно изменяется. При зтом влияние паразитной емкости уменьшается в Z2/Z3 раза. При включении этого сопротивления 5 (конденсатора 6) в устройство одновременно повышается как эквивашентное значение сопротивления, так и эквивалентное сопротивление паразитной емкости, но соотношение между ними остается постоянным. Отсюда за счет применения калиброванных конденсаторов меньших номиналов имеем существенное увеличение точности измерений в области больших значений входных сопротивлений и .в области малых значений входных емкостей. Измерения входного сопротивления или входной емкости производятся следующимобразом. Подключая вход измерителя 3 с помощью переключателя 9 к выходу генератора 2 входного напряжения измеряют напряжение на его выходе U1, а подключая переключателем 9 вход измерителя 3 к выходу повторителя напряжения, измеряют напряжение на его выходе U2. I При расчете схемы получают для входного импеданса эффициент передачи высокочастотного повторителя напряжения обычно близок к единице, а-его выходное сопротивление очень мало rl/Zj.«l и отношение резисторов Z2/Z3 выбираем так, чтобы

Н, Z2/- Щ . Н 21

Z(I-M)« V А; -г«

получаем 2Ю Z ZMma/ZjO (3)

При Z2/Z3 1 можно считать

7 n-ZlZi ,,.

- ХЭ W|Ui-1 В высококачественных повторителях напряжения входное сопротивление на низких и средних частотах определяется сопротивлением входной емкости СЮ, так как входное сопротивление повторителя напряжения намного больше и становится сравнительным с сопротивлением, емкости лишь в области низких частот при Гц, В повторителях более низкого качества входное сопротивление определяется сопротивлением входной емкости в области средних и высоких частот. Поэтому измерение входного сопротивления необходимо производить в области низких и иифранизких частот там, где сопротивление входной емкости значительно больше входного сопротивления При измерении входного сопротивления переключатель 10 подключает вход повторителя 1 к калиброванному активному сопротивлению 5. В этом случае R-1Z2

°- гъ-тп::Т

Погрешность измерений уменьшается в 22/Z3 раз. При измерении входной емкости как и при измерении входных сопротивлений на переменном токе в качестве калиброванных полных сопротивлений Z2 и Z3 желательно использовать калиброванные конденсаторы С2 и СЗ. Измерения входной емкости необходимо производить в той области частот, где входное сопротивление определяется реактивным сопротивлением входной емкости, а сопротивлением активнозго входного сопротивления можно пренебречь. При измерении входной емкости переключатель 10 подключает вход повторителя напряжения к калиброванному конденсатору 6. При этом из выражения (2) следует, что

°- cl+Cl o{ulV, 15)

или выбрав имеем

--(4-)

значения выражений (4)

Расчетные (6) подтверждаются

экспериментальной проверкой,

Формула изобретения

Устройство для измерения входного

0 сопротивления и входной емкости повторителя напряжения, содержгицее первое калиброванное полное сопротивление, одним из выводов соединенное с выходом генератора переменного на5пряжения и с первым неподвижным контактом переключателя, подвижный , контакт которого подключен к входу измерителя напряжения, корпусом связанный с корпусом генератора пере0менного напряжения, а второй неподвижный контакт переключателя соединен с одним из входов устройства непосредственно и через второе кгшиброванное полное сопротивление - с вторым выводом первого калиброванного пол5ного сопротивления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй переключатель, калиброванные резистор и кЬнденсатор, при0чем один из выводов калиброванных резистора и конденсатора соединен с вторым выводом первого калиброванного полного сопротивления, а вторые выводы калиброванных резистора и

5 конденсатора подключены к первому и второму неподвижным контактам второго переключателя соответственно, подвижный контакт которого соединен с вторым входом устройства.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Грибанов Ю.И. Измерения в вы45 сокоомных цепях. М., Энергия, 1967, с. 57-60, рис. 20а.

2. Кучис В.Е. Измерение параметров высококачественных повторителей на50 .пряжения. - Измерительная техника} 1976 (прототип).

Л