Способ определения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника

 

Изобретение может.быть использовано для измерения вещественной и мнимой составляющих комплексного козффициента передачи (ККП), козффициента передачи (КП) по направлению фазового сдвига усилителей, делителей напряжения, фильтров и т.п. Целью изобретения является повышение точности определения вещественной и мнимой составляющих ККП. Для достижения поставленной цели LC-цепь обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее. последовательного резонанса либо внешним гармоническим сигналом с изменяющейся частотой, а вещественную и мнимую составляющие КП К и К, соответственно определяют по математическим выражениям, приведенным в описании изобретения. Устройство для реализации способа содержит последовательный колебательный LC-контур 1, образованный катушкой 2 индуктивности и конденсатором 3, фазосдвигающий блок 4, согласующий, элемент . 5, усилитель ограничитель 6, суммирующий блок 8 с входами 7 и .13, частотомер 9, вычислительный блок 10, исследуемый четырехполюсник 11. 2 ил. I (Л 1C 4 Фиг. 2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН (gg 4 G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3768796/24-21. (22) 13.07.84 (46) 30.06.86. Бюл. В 24 (72) В. А. Тукай (53) 621.317.73(088.8)

{56) Двинских В. А. Измерения параметров усилителей с изменением режима самовозбуждения. М. Сов. радио, 1965, с. 113, рис. -23. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮС

НИКА (57) Изобретение может быть использовано для измерения вещественной и мнимой составляющих комплексного коэффициента передачи (ККП), коэффици ента передачи (КП) по направлению фазового сдвига усилителей, делите лей напряжения, фильтров и т.п. Целью изобретения является повышение

„„SU„„3243158 А 1 точности определения вещественной и мнимой составляющих ККП. Для достиже ния поставленной цели LC-цепь обрат ной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее.последовательного резонанса либо внешним гармоническим сигналом с изменяющейся частотой, а вещест венную и мнимую составляющие КП К и

К> соответственно определяют по мате матическим выражениям, приведенным в описании изобретения. Устройство для реализации способа содержит по следовательный колебательный ЬС-кон тур 1, образованный катушкой 2 индуктивности и конденсатором 3, фазосдви» гающий блок 4, согласующий. злемент

5, усилитель ограничитель 6, суммиру ющий блок 8 с входами 7 и 13, частотомер 9, вычислительный блок 10, исследуемый четырехполюсник ll, 2 ил.

° °

Е +KU IZ

U IQу (2) где Е = цЬу

1S

Я ф

) Co

2flf

Q ж

")СЕ(Г - 4

1 12411

Изобретение относится к технике

C измерений и может быть использовано для измерения вещественной и мнимой . составляющих комплексного. коэффици ента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига уси лителей, делителей напряжения, фильт ров и т.д.

Целью изобретения является нови шение точности определения вещест венной и мнимой составляющих комплекс" ного коэффициента передачи

На фиг. 1 представлена эквивалент» ная схема последовательного колеба тельного контура, включенного в цепь обратной связи исследуемого четырех полюсника; на фиг. 2 - структурная схема измерителя параметров четырех полюсников, реализующего способ.

Комплексное напряжение б, снимае мое с одного из выводов конденсатора, колебательного контура с емкостью Со

1 подается через исследуемый четырехполюсник с комплексным коэффициентом передачи К„ + Кь на вход колеба тельного контура, где суммируется с комплексным напряжением Е гармоничес кого сигнала от внешнего источника.

Напряжение, вводимое в колебатель ный контур с выхода исследуемого .че ю ° 30 тырехполюсника KU можно представить в виде векторной суммы двух сдвинутых о на 90 друг относительно друга напря о жений К б и KpU определяемых вещест» венной К и мнимой К> составляющих комплексного коэффициента передачи четырехполюсника.

Так как напряжение на выходе на строенного в резонанс колебательного контура сдвинуто по отношению к току о

У в контуре на 90, то напряжение K>U 40 совпадает по фазе с напряжением Е и током в контуре E или находится с ни ми в противофазе. Его ввод в колеба

I тельный контур эквивалентен измене нию добротности контура.

Напряжение KqU сдвинуто по отноше нию к напряжению Е и току в контуре на +90 или -90 . его воздействие на контур эквивалентно изменению величи ны реактивного сопротивления элемен та контура.

В случае, если установление соот ветствия фазы напряжения Е и тока Й в контуре происходит через изменение частоты сигнала Е, а индуктивность Ly SS емкость С» и активное сопротивление

r контура не изменяются с изменением частоты, то математическое выражение

58 2 для определения, вещественной К и мнимой Ка. составляющих коэффициента передачи могут быть получены следу ющим образом.

Согласно законам Кирхгофа уравне ния, описывающие процессы, протекаю щие в колебательном контуре (фиг. 1)-, имеют вид:

1 м

+ r + - импеданс

)ИС 0 колебательного контура; импеданс конденсатора, циклическая частота; — текущая частота;

= V-1 мнимая единица.

Решая уравнения (1) и (2), полу чим Е-KcK = r + )aJLo+

Е

1 1

1с С ) Сф

Ф

При совпадении фаз тока I и на пряжения источника сигнала Е комплек»

E сное сопротивление вЂ, имеет только

Х активную составляющую, а его реак» тивная составляющая равна нулю, т.е. выполняется равенство

r Ы - 5 — (1 - К ) =О1

Учитывая, что o ., выраже

? фС ° ние для К принимает вид

L а а к, - i- ь,с„- i--Г fo- f (4)

Принимая во внимание, что доброт ность Q колебательного контура опре» деляется как отношение величины ре активного сопротивления конденсатора с

1 м активной составляющей ком» плексного сопротивления колебатель ного контура и..имеет вид выражение для К получим s виде

124

1158 4

1, образованный последовательным соединением катушки 2 индуктивности и конденсатора 3, фазосдвигающий блок

4 и согласующий элемент 5, усилительограничитель 6, выход которого подключен к первому входу 7 суммирующего блока 8, частотомер 9, вычислительный блок 10, исследуемый четырех полюсник 11, ключ 12, выход которого соединен с вторым входом 13 суммиру ющего блока 8, Измеритель работает следующим об разом.

При разомкнутом положении ключа 12 .и при выполнении амплитудного и фаэо вого условий происходит самовозбужде ние на собственной резонансной часто те колебательного контура замкнутой цепи, содержащей контур 1, фазосдвигающий блок 4, усилитель-ограничитель

6 и суммирующий блок 8.

Выполнение фазового условия само возбуждения на резонансной частоте контура 1 обеспечивается выбором необходимого фазового сдвига в фазо сдвигающем блоке 4, при котором фазо вый сдвиг между выходным напряжением контура 1 и напряжением, вводимым в контур 1 через вход 7 суммирующего блока 8, составляет 2К%+ — (К = ф /

2 — 1, 2, 3,...

Выполнение амплитудных условий обеспечивается выбором необходимого коэффициента усиления усилителя-огра ничителя 6 исходя из условия п.1 п2 ) 1

K< =dC r ——

Я (5) f . 1

Ку =

fo Qo

Q (6) I гДе Яо =

>f ÃîСо г собственная добротность контура.

l0

При этом значение Ка должно удовлетворять условию Kg<<1 К .

В случае, если установление требуемого соотношения фаз между током

I и напряжением Е производится через

f5 изменение емкости контура Со, а резонансная частота контура после вво да напряжения KU совпадает с соб ственной резонансной частотой конту ра, формулы (4) и (5) принимают вид:

20, С

К,=l- — ) . (7)

С (8) 25

К Кх + Ка

Кг.

= arctg—

К4 или после преобразования

С l

К

Со Я где С@ - емкость конденсатора, настроенного в резонанс на частоте fo колебательного контура при отсутствии в колебательном контуре.напряже-30

° I ния KU с выхода исследуемого четырехполюсника;

С вЂ” емкость конденсатора на ча» стоте резонанса Я колебательного контура при наличии на входе колебательного кон-.° о . тура напряжения KU с выхода исследуемого четырехполюс ника.

Операции настройки на резонанс че" 40 рез изменение частоты сигнала и емко" сти контура эквивалентны в силу того, что выражения (4) и (6) эквивалентны . выражениям (7) и (8).

Зная величины К„ и К, можно опре- 45 делить коэффициент передачи по напряжению К и фазовый сдвиг (в ис следуемом четырехполюснике по соот ветствующим математическим выражени ям: 50

Измеритель (фиг. 2) содержит последовательный .колебательный контур где п4 — сУммарный коэффициент пере дачи по напряжению фаэо» сдвигающего блока 4, усили теля ограничителя 6, суммирующего блока 8 по входу 7;

n - коэффициент передачи по напряжению контура 1 °

По мере нарастания амплитуды автоколебательный усилитель-ограничитель 6 вступает в режим ограничения и его коэффициент усиления уменьшается.

Уменьшение коэффициента усиления усилителя ограничителя 6 просходит до тех пор, пока в схеме не наступит режим установившихся автоколебаний, при котором выполняется условие

n4- n< - =1

Применение режима ограничения в усилителе ограничителе 6 (т.е. режи

1241158 ма, при котором усилитель-ограничи тель 6 имеет нелинейную характеристи ку) позволяет получить устойчивые автоколебания по. амплитуде в широкой полосе частот и при большом изменении добротности контура 1.

Частотомером 9 измеряется собст венная резонансная частота fy конту ра 1, а вычислительный блок 10. sano- !о минает ее. Изменение собственной добротности контура происходит в измерителе с применением известного метода расстройки по частоте по значениям . верхней Геь и нижней Гоя частот поло I5 сы пропускания контура по уровню

0,707.

При помощи фазосдвигающего блока

4 фазовый сдвиг между напряжением на выходе контура 1 и напряжением, вво 2р димым в контур через вход 7 суммирующего блока 8, устанавливается рав ным 3! /4, Под воздействием этого частота возбуждения уменьшается и становится 25 равной Юьн . После прекращения пере ходных процессов частота Гоц измеря» ется частотомером 9, а вычислительный блок 10 запоминает ее.

Затем при помощи фазосдвигающего 30 блока 4 фазовый сдвиг между выходным напряжением контура I и напряжением, вводимым в контур 1 через вход 7 сум . мирующего блока 8, устанавливается равным 3/4 Х . Под воздействием этого З5 частота возбуждения увеличивается и становится равной foL . После прекра щения переходных процессов частота

fee измеряет:я частотомером 9, а вы числительный блок 10 запоминает ее.,!О

По результатам измерения трех час тот fo fob > fan вычислительный блок

l0 определяет значение собственной добротности колебательного контура 1

Qq по формуле 45

fo

Qo—

fog — ьь

После замыкания ключа 12 напряжение с выхода исследуемого четырех полюсника ll через вход 13 суммирую щего блока 8 поступает в контур 1.

При обеспечении фазосдвиг.ющим блоком 4 фазового сдвига между выходным напряжением контура 1 и напряже- 55 кием, вводимым в контур 1 через вход

7 суммирующего блока 8, равного 7/2+

+ 2К%; самовозбуждение происходит уже не на частоте fo, а на другой частоте f, при которой выходное на пряжение контура 1 отстает по фазе на четверть периода от напряжения, вводимого в контур 1 через вход 7 блока 8. На частоте f, как и на частоте fa, фазовый сдвиг между током, протекающим в контуре I, и напряжением, вводимым в контур 1 через вход 7 суммирующего блока 8, равен

0 или кратен 2 К . Частотомером 9 измеряется новая резонансная частота f контура 1, а вычислительнаый блок 10 запоминает ее.

Изменение соотношения по амплиту де между. напряжением, вводимым в кон тур 1 через вход 7 суммирующего блока

8, эквивалентно изменению добротности контура или изменению полосы про пускания контура 1 по уровню 0,707.

Нижняя боковая частота Гн и верхняя боковая частота fg новой полосы пропускания контура 1 измеряются ча стотомером 9 в измерителе аналогично как частоты fee fvv а эквивалентная добротность контура 1 при наличии в нем напряжения с выхода исследуемого четырехполюсника Я, вычисляется по значениям частот fH, fB вычислительным, .блоком 10 аналогично как и доброт ность Ц

По результатам измерения частот

<е и Г и добротностей Qo u Q в вычислительном блоке 10 по формулам (4 )и (6) определяются вещественная

К и мнимая К части комплексного коэффициента передачи.

Кроме того, вычислительный блок

10 вычисляет коэффициент передачи по напряжению К и вносимый им фазовый сдвиг . Рабочую частоту f, на ко торой проводятся измерения передаточных характеристик четырехполюсника в измерителе, можно изменять в больших пределах, изменяя емкость конденсатора 3 или индуктивность катушки 2 контура 1, !

Экспериментальные исследования, проведенные в диапазоне частот

0,1 кГц .1 мГц, подтвердили высокие точностные характеристики предлагаемого устройства.

Так, при измерении коэффициента передачи по напряжению резистивных делителей напряжения (К! >р К ) в пре-ф делах 0,5 10 погрешность измерения не превышает (0,10,3) даже при вы124!!58

2. г

fO - К °

К

Фиг, f

Составитель Л. Муранов

Редактор А. Лежнина Техред Л.Олейник Корректор N. Пожо

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3484/40

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ходком напряжении исследуемого делителя, достигающем 0,1 мВ. При иссле давании коэффициента передачи по напряжению делителей напряжения, имею щих фазовый сдвиг, отличный от нуля, и образованный резистором и высоко добротным конденсатором, и при выход ном напряжении, достигающем О,l мВ, погрешность не превышает (0,3-0,1)X. 10

Погрешность измерения фазового сдвига делителей напряжения, изменяемого в пределах; -, также соста2 2 вила небольшую величи11у (0,2 0,5)+

+(0,005-0,01) 1,, где 1@ измеряемый фазовый сдвиг,.

Формула изобретения

Способ определения комплексного коэффициента передачи четырехполюс ника, заключающийся в .возбуждении исследуемого четырехполюсника путем охвата его LC-цепью обратной связи и определении вещественной и мнимой составляющих комплексного коэффициента передачи, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью. повышения точности определения коэффициентов З0 передачи, LC-цепь обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса либо путем изменения частоты высшего гармонического сигнала, а вещественную К1 и мнимую К1. составляющие коэффициента передачи определяют из математичес» ких выражений

1 1

К 1 г., Q либо путем изменения параметра емко сти LS-цепи при неизменной частоте внешнего гармонического сигнала, а вещественную и мнимую составляющие коэффициента передачи определяют из математических выражений

Се-С С 1 1

К э К2

С Co Qg Q

Ю

l где fy =, собственная ре» .

2АЕС о зонансная частота LC-це пи;

f, Си Я вЂ” резонансная частота, ем» кость.и добротность ЬСцепи соответственно, из меренные в составе иссле дуемого четырехполюсни ка;

fo, Сои Qo- собственная индуктивность, емкость и добротность

ЬС-цепи соответственно.