Преобразователь параметров пассивных двухполюсников Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении преобразователей параметров с.пэж ных пассивных двухполюсников, например, при измерении параметров МДПструктур, в диэлькометрии или кондук тометрии при измерении параметров бе контактных датчиков. В указанных и в многих других случаях необходимо осу ществлять преобразование параметров пассивных двухполюсных цепей со слож ными многоэлементными схемами,замещения, которые могут быть приведены к трехэлементным эквивалентным схемам, состоящим из отдельного элемен та Z и комплексного сопротивления Z остальной (как угодно сложной) части двухполюсника с эквивалентными активной Re Z и реактивной составляющими. Известен преобразователь парамет ров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжении, содержаний формирователь опорного напряжения, задатчик интервалов времени, усилитель постоянного тока в цепь отрицательной обратной связи которо го включен исследуемый двухполюсник представляющий собой п о следов ат ельное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящий из конденсатора и резистора, дифференциаторы, ограничитель напряжения, интеграторы, ключ, инвертирующий масштабный преобразователь, вычитатель напряжения, cyMj.iaTOp напряжений 111 . Недостатком указанного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет преобразовывать в напряжение параметры только трехэлементных двухполюсников, имеющих вполне конкретную трехэлементную схему замещения. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь параметров комплексных сопротивлений, который содержит генератор синусоидального напряжения, выход которого через трансформатор напряжения с первичной и двумя вторичными обмотками соединен с преобразуемым комплексным сопротивлением, состоящим из последовательно соединенных измеряемой емкости и измеряемого сопротивления. Образцовый элемент включен в цепь обратной связи усилителя, выход которого соединен с входом управляемого делителя напряжения. Вторичная обмотка трансформатора напряжения и выход у;(зарляемого делителя напряжения сое динсны с Бходами сумматора, выход ко тзрого coeдиf eн с входом фазочувстви тельного индикатора 2. Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей, так как измеряемое комплексное сопротивление может имет только двухэлементную эквивалентную схему и невозможно измерение парамет ров сложных двухполюсных цепей по трехэлементной эквивалентной схеме. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь параметров nac сивных двухполюсников, содержащий ге нератор синусоидального напряжения, операционный усилитель с опорным резистором на входе и исследуемым двух полюсником в цепи отрицательной обратной связи, управляемый делитель напряжения, сумматор, фазочувствител ный индикатор, введены ключ, нульиндикатор, интегратор, амплитудный д тектор, блок сравнения, фильтр нижних частот, разделительнкгй конденсатор, блок вычитания, причем выход генерато ра синусоидального напряжения соедине с входом нуль-индикатора и через ключ управляющий вход которого подключен к выходу нуль-индикатора, с другим выво дом опорного резистора, выход операци онного усилителя соединен с одним из входов сумматора, другой вход которого и выход интегратора соединены с входом амплитудного детектора, выход последнего подключен к одному из входов блока сравнения , другой вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, выход блока сравнения соединен с управляющим входом интегратора, выход сумг атора соединен с входом фильтра нижних частот и через разделительный конденсатор с входом управляемого делителя напряжения и с одним из входов фазочувствительного индикатора, выход последнего соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с одним из входов вычитающего блока, другой вход которого и вход интегратора подключены к выходу генератора синусоидального . напряжения, выход вычитающего блока соединен с вторым входом фаэочувствительного индикатора. На фиг.1 изображена схема исследуемого двухполюсника; на фиг.2 - струк турная схема преобразователя для случая, когда исследуемый двухполюсник имеет вид, изображенный на фиг.1, и в качестве, отдельно стоящего элемента выделена емкость С. Преобразователь параметров пассивных двухполюсников.содержит генератс р 1 синусоидального напряжения, ключ 2, -нуль-индикатор 3, опорный элемент 4, операционный усилитель 5, иccлeдye wn двухполюсник 6, сумматор 7, интегратор 8, амплитудный детектор 9, блок 10 сравнения, фильтр 11 нижних частот, разделительный конденсатор 12, управляемый делитель 13 напряжения, вычитающий блок 14, фазочувствительный индикатор 15. Выход генератора 1 синусоидального напряжения соединен с входами ключа 2 и нуль-индикатора 3, причем выход последнего подключен к управляющему входу ключа 2. Выход ключа 2 через опорный элемент 4 подключен к входу операционного усилителя 5, в цепи отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник б. Выход операционного усилителя 5 соединен с одним из входов сумматора 7, другой вход которого соединен с выходом интегратора 8 и с входом амплитудного детектора 9. Выход интегратора 8 соединен с выходом генератора 1 синусоидального напряжения. Выход амплитудного детектора 9 соединен с одним из входов блока 10 сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра 11 нижних частот. Выход блока 10 сравнения соединен с управляющим входом интегратора 8. Выход сумматора 7 соединен с входом фильтра 11 нижних частот и через разделительный конденсатор 12 с входом управляемого делителя 13 напряжения. Выход последнего соединен с одним из входов вычитающего блока 14, другой вход которого подключен к выходу генератора 1 синусоидального напряжения. Выход вычитающего блока 14 соединен с одним из входов фазочувствительного индикатора 15, другой вход которого подключен к входу управляемого делителя 13 напряжения. Выход фазочувствительного индикатора 15 соединен с управляющим входом управляемого делителя 13 напряжения. Устройство работает следующим образом . Рассмотрим работу преобразователя на примере преобразования параметров исследуемого двухполюсника б (фиг.1) для случая, когда в качестве отдельно стоящего элемента выделена емкость а в качестве опорного элемента 4 используется резистор Кд(фиг.2). Синусоидальное напряжение питанияи (t) U5SinjDot с выхода генератора 1 синусоидального напряжения через ключ 2 открывающийся по сигналу -нуль-индикатора 3 в момент перехода напряжения 0 через нулевой уровень, подключается к опорному элементу 4 (Rg), включенному на входе операционного усилителя 5. В дальнейшем ключ 2 остается открытым. Операционный усилитель б осутествляет пропорциональное пре вание сопротивления исследуемо двухполюсника 6 в напряжение V SinvO.t I, ,J o Reltl j V sinuJgl Vn.,V SinUJ ........ ;- -0-co5w l)4«eW ,1)1-- - --cosujgt составляющая напр о о жения йп, пропорци нальная параметру Ci исследуемого двухполюсника б; 41 г постоянная составляющая напряжения 0,, обусловленная интегрированием напряжения U, и равная по значению амплитуде составляющей напряжения Ui ; V SAnUO,.t ) составляющая напря Ч n f -1 ) жения и ,пропорцио нальная сопротивле нию Z остальной части исследуемого двухполюсника 6. С выхода операционного усилителя 5 напряжение Uo подается на один из входов сумматора 7. На другой вход сумматора 7 поступает сдвинутое по фазе на 90 относительно напряжения питания Пд выходное напряжение интегратора 8 Ul,(t) К ,U COSib-ot, где k - коэффициент передачи интегратора 8. Сумматором 7 осуществляется компенсация составляющей (Jri напряжения й(., пропорциональной параметру C-j. Для этого коэффициент передачи k интегратора 8 изменяется по сигналу блока 10 сравнения до тех пор, пока амплитуда напряжения Uj, выделенная амплитудным детектором 9, не станет равной постоянной составляющей выход ного напряжения сумматора 7, выделен ной фильтром 11 нижних частот. При 1 этом k -га амплитуда компен Uo сирующего напряжения Uo - . проRj-OyC-iпорциокальна параметру Z -- . XgC1 Переменная составляющая выходного напряжения cyr-MciTopa 7 п , t -iliIiini « г i . i) Н , ,,- г г , I подается через разделительный конденсатор 12 на вход управляемого делителя 13 напряжения, выходное напряжение которого U5{t) ,i-(t), где k - коэффициент передачи делителя 13 напряжения, поступает на один из входов вычитающего блока 14. На другой вход вычитающего блока подается напряжение питания с выхода генератора 1. Выходное напряжение вычитающего блока 14 , Rertrj:.ri )ot о i + J подаетс/т на вход фазочувствительного индикатора 15, выходное напряжение которого изменяет коэффициент передачи kr управляемого делителя 13 напряжения до тех пор, пока напряжение и., на выходе вычитающего блока 14 не станет в квадратуре с напряжением Од на входе управляемого делителя 13 напряжения. Это происходит при k( --г, тогда напряжение на выходе вычитающего блока 14 ..,uJot j3n,t4 сдвинуто по фазе tia 90 относительо напгяжения Uj на выходе управляемого делителя 13 напряжения. При этом отношение напряжения 0 на. вы-ходе управляемого делителя 13 напряжения к напряжению 0, на его выходе пропорционально активной сотавляющей комплексного сопроивления Z. U-t- 1 a отношение напряжения Uj на выходе управляемого делителя 13 напряжения к напряжению Uj, на выходе вычитающего блока 14 пропорцис-.нально таих-енсу угла потерь ... л RTUT - Tai-им образом, предлагаемое устройство позволяет осуществлять преобразование параметров пассивных двухполюсников, имеющих сложную схему замеи ения, которая может быть представлена трехэлементной эквивалентной схемой при постоянной частоте напряжения питания. При зтом сиимаются ограничения по числу элементов и конфигурации схемы замещения, йвойственные известным устройствам, и расширяются функциональные возмож ности. Формула изобретения Преобразователь параметров пассивных двухполюсников, содержащий генератор синусоидального напряжеНИН, оперс.ционный усилитель с опорным резистором на входе и исследуемым двухполюсником в цепи отрицательной обратной связи, управляемый делитель напряжения, сумматор, фазо чувствительный индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены ключ, нульиндикатор, интегратор, амплитудный детектор, блок сравнения, фильтр ни них частот, разделительный конденса тор, блок вычитания, причем выход ., генератора синусоидального напряжения соединен с входом Нульт-индикато ра и через ключ, управляющий вход которого подключен к выходу нульиндикатора, соединен с другим выводом опорного резистора, выход опера ционного усилителя соединен с одним из входов сумматора, другой вход которогЬ и выход интегратора соединены с входом амплитудного детектора, выход последнего подключен к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, выход блока сравнения соединен с управляющим входом интегратора, выход сумматора соединен. Ъ входом фильтра нижних частот и рез разделительный конденсатор с входом управляемого делителя напряжения и с одним из входов фазочувствительного индикатора, выход последнего соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с одним из входов вычитающего блока, другой вход которого и вход интегратора подключены к выходу генератора синусоидального напряжения, выход вычитающего блока соединен с вторым входом фазочувствительного индикатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 493021, Н 03 К 13/20, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 523364, кл. G 01 R 27/00, 1974.