Способ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника

 

Изобретение может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициета передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, делителей напряжения и фильтров. Способ реализован в устройстве. Цель - сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи последующего четырехполюсника (ИЧП). Для этого LC - цепь обратной связи, охватывающую ИЧП, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, квадратурным выходному сигналу ИЧП, и регистрируют ее резонансную частоту, а мнимую составляющую комплексного коэффициента передачи определяют по математическому выражению, приведенному в описании. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИН (19) (И) .(50 4 G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4044697/24-21 (22) 28.03.86 (46) 30.11.89. Бюл. N 44 (72) В.А.Тукай и А.В.Фурсевич (53) 62 1.317.73 (088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

N 1241158, кл. С 01 R 27/28, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНИМОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, коэффициента передачи по напряжению и фазового сдвига усилителей, делителей напряжения и фильтров.

Целью изобретения является сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника.

Для достижения поставленной цели

LC-цепь обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, синфазным входному сигналу исследуемого четырехполюсника, и регистрируют ее резонан» ,сную частоту, а мнимую составляющую делителей напряжения и фильтров. Способ реализован в устройстве. Цель— сокращение времени определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи последующего четырехполюсника (ИЧП). Для этого ЬС-цепь обратной связи, охватывающую ИЧП, возбуждают на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, квадратурным выходному сигналу ИЧП, и регистрируют ее резонансную частоту, а мнимую составляющую комплексного коэффициента передачи определяют по математическому выражению, приведенному в описании. 2 ил. комплексного коэффициента передачи определяют по математическому выражению.

На фиг. 1 представлена эквивалентная схема последовательного колебательного LC-контура, включенного в цепь обратной связи последовательно соединенных исследуемого четырехполюсника с комплексным коэффициентом передачи К = К < + 1К и фазовращателя

ll É на — -, где К„ и К вЂ” вещественная и мнимая составляющие коэффициента передачи К; Ь, С,, r — индуктивность, емкость и активное сопротивление LC- Ф цепи, Š— источник внешнего возбужда- Ь ющего гармонического сигнала, и =

1,3,5 ...; на фиг. 2 — структурная схема измерителя вещественной и мнимой составляющих комплексного коэффициента передачи четырехполюсника.

1525620

Измеритель (фиг.2) содержит . суммирующий блок 1, последовательный колебательный контур 2, образованный последовательным смещением катушки 3 индуктивности и конденсатора 4, согласующий блок 5, фазосдвигающий блок

6, усилитель-ограничитель 7, частотомер 8, исследуемый четырехполюсник

9, переключатель 10, ключ 11 и вычис- 10 лительный блок 12.

Сущность способа заключается в следующем (фиг.1).

Комплексное напряжение U,ñíèìàåìîå с конденсатора колебательного конту- 15 ра с емкостью С, через фазосдвигающий блок с комплексным коэффициентом

И+1 передачи - j(-1) (соответствует фаИ зовому сдвигу и где п=1,3,5...)

50

Ф 4

0=Хг где z=j QL,+ã+ (.2) 1 — импенданс колебательного контура;

° 1

z = —.- —— ЧС, импеданс: конденсатора; (д=2Ф f циклическая частота; и через исследуемый четырехполюсник с комплексным коэффициентом передачи

К = К» + jK подается на вход LC-колебательного контура, где суммирует25 ся с комплексным напряжением Е гармонического сигнала от внешнего источника.

Напряжение на выходе настроенного в резонанс колебательного контура

U сдвинуто по фазе относительно то"

1 ка в контуре I на четверть периода, а фазы напряжения Е и тока I npu этом совпадают.

В случае, если соответсвие фазы напряжения Е и тока I в контуре уста- 35 навливается изменением частоты сигнала Е, а индуктивность L, емкость

С и активное сопротивление r контура не изменяются при изменении частоты, то математическое выражение для определения мнимой составляющей К коэффициента передачи может быть получено следующим образом.

Согласно законам Киргофа, уравнение, описывающее процессы, протекающие в колебательном контуре (фиг.1), имеет вид

+ К = jz (1) текущая частота; мнимая единица;

jKU — напряжение вводимое в колебательный;

1.С-контур через фаэосдвигающий блок и исследуемый четырехполюсник °

Решая уравнения (1) и (2), получа-ем

n+I

Е

- - =z+(-1) jKz =r+jQL +

C о (-f) j о 1 о

Ф

При совпадении фаз тока I и напряжения источника сигнала Е комплексное

Е сопротивление - - имеет только активную составляющую, а его реактивная составляющая равна нулю, т,е, выполняется равенство

Учитывая, что О, = -- — —, Ы

Q О

= 2 Я К, выражение для К принимает вид

2 2 (1-ы 1.,C,) =(-1) -р- ° о

nit

К =(-1)

Д (5) где С вЂ” емкость конденсатора, наст" роенного в резонанс на частоте f колебательного коно тура при отсутствии в колебательном контуре напряжения

"ь

В случае, если требуемое соотношение фаз между током I и напряжением

Е устанавливается изменением емкости контура, а резонансная частота контура после ввода напряжения U совпадает с собственной резонансной частотой, формула (5) принимает вид

hfdf С

2 г

К =(-1) ° (1 — — — )

Я

Со

С -С

= (-1) (- — — -)

2. (6)

5620

5 152

С вЂ” емкость конденсатора на частоте резонанса f колебао . тельного контура при наличии на входе колебательного контура напряжения бь.

5 l0

ЗО

Для возбуждения LC-цепи может быть использован не только гармонический сигнал, но и любой периодический сигнал, содержащий наряду с основной гармоникой и высшие гармонические составляющие, например сигнал прямоугольной формы или имеющий форму ограниченной с двух сторон синусоиды. 1

Благодаря высоким фильтрующим свойствам LC-цепи высшие гармонические составляющие практически отсутствуют на выходе LC-цепи. Токи, создаваемые ими в LC-цепи, много меньше тока, создаваемого основной гармоникой, и поэтому при рассмотрении процессов a LC-цепи ими можно также пренебречь (т.е. при возбуждении 1.С-цепи несинусоидальным напряжением от внешнего источника в выражении (1) напряжение Е можно выбрать равным амплитуде основной гармоники внешнего сигнала).

Таким образом, операции настройки на резонанс через изменение частоты сигнала и через изменение емкости контура эквивалентны.

Измеритель (фиг.2) работает следующим образом.

При разомкнутом положении ключа 11 и при выполнении условия баланса амплитуд и фаз происходит самовозбуждение на собственной резонансной частоте последовательного колебательного контура замкнутой цепи, содержащей LC-контур 2, согласующий блок 5, фазосдвигающий блок 6, усилитель-ограничитель 7 и суммирующий блок 1.

Выполнение условия баланса фаз для самовозбуждения на резонансной частоте контура 2 обеспечивается фазосдвигающим блоком 6 с единичным коэффициентом усиления, фазовьй сдвиг которого установлен равным -Ь-. При

2 суммарном фазовом сдвиге согласующего блока 5, усилителя-ограничителя

7 и суммирующего блока 1, равном 0 или кратном 2Т, самовозбуждение про.изойдет на частоте, при которой фа зовый сдвиг в контуре 2 равен— что соответствует частоте LC-контура 2 °

Выполнение условия баланса амплитуд обеспечивается выбором необходимого коэффициента усиления усилителяограничителя 7, исходя из условия и и ) 1, где n — суммарный коэф1 фициерт передачи по напряжению основной гармоники согласующего блока 5, фозосдвигающего блока 6, усилителяограничителя 7 и суммирующего блока

1; п — коэффициент передачи по напряжению LC-контура 2.

По мере нарастания амплитуды авто-, колебания усилитель-ограничитель 7, вступает в режим ограничения и его коэффициент усиления уменьшается. уменьшение коэффициента усиления усилителя-ограничителя 7 происходит до тех пор, пока в схеме не наступит режим установившихся автоколебаний, при котором выполняется условие п„п = 1.

Применение режима ограничения в усилителе-ограничителе 7 (т.е. режима, при котором усилитель — ограничитель 7 имеет нелинейную характеристику) позволяет получить устойчивость автоколебаний по амплитуде в широкой полосе частот и при большом изменении добротности LC-контура 2.

Частотомером 8 изменяется собственная резонансная частота f, контура

1, а вычислительный блок 12 запоминает ее. После этого при нахожцении переключателя 10 в положении АВ, ключ 11 замыкается. Под воздействием этого частота возбуждения изменяется и становится равной f . После прекра2 щения переходных процессов частота изменяется частотомером 8, а вычислительный блок 12 запоминает ее.

По результатам измерения частот f u

f по формуле (5) вычислительным блоком 12 рассчитывается значение величины К

При наличии на конденсаторе 4 шкалы по емкости определение искомой величины К проводится следующим образом.

В разомкнутом положении ключа 11 определяется собственная резонансная емкость С LC-цепи, а также измеряется частотомером 8 собственная резонансная частота LC-цепи f . При замкнутом ключе 11, после перевода переключателя 10 в положение АВ, изменяется резонансная частота ЬС-цепи. ! Изменяя емкость конденсатора 4, частоту возбуждения LC-цепи устанавлива1525620 ют равной f, после чего обсчитывают значение емкости С конденсатора 4;

По результатам изменения емкостей

С и С по математическому выражению (6) определяют значение мнимой составляющей К комплексного коэффициента передачи.

При установке переключателя 10 в положение АБ устройство измеряет ве- 10 щественную составляющую К, комплексного коэффициента передачи известным способом., В измерителе (фиг. 2) фазовращатель

6 имеет сдвиг фазы на и/2 (n=1). В общем случае, фазовращатель 6 измерителя должен быть выполнен с фаэовым сдвигом и й/2. В измерителе (фиг.2) источником внешнего возбуждающего сигнала для ЬС-цепи 2 является само.возбуждающийся усилитель 7, Однако возбуждение LC-контура 2 возможно и оТ сигнала внешнего генератора. При этом операции способа и расчетные

25 математические выражения для определения К и К не изменяются.

Таким образом, для определения мнимой составляющей К комплексного коэффициента передачи по предлагаемо- З0 ! му способу требуется только определение частоты f или соответствующей ей емкости С, что позволяет по сравнению с известным способом сократить время определения мнимой состав- З5 ляющей комплексного коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника формула изобретения

Способ определения мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи четырехполюсника, основанный на возбуждении LC-цепи обратной связи, охватывающей исследуемый четырехполюсник, на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, регистрации значения ее резонансной частоты и математическом определении мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия определения, LCцепь обратной связи возбуждает на частоте ее последовательного резонанса внешним возбуждающим сигналом переменной частоты, синфазным входному сигналу исследуемого четырехполюсника, после чего регистрируют, значение ее резонансной частоты и определяют мнимую составляющую К комплекс 2 ного коэффициента передачи по математическому выражению о

К

2 f2 о где f u f — собственная резонансная частота LC-цепи и ее резонансная частота в составе исследуемого четырехполюсника, включенного последовательно с фазовращателем с квадратурным фазовым сдвигом венно.

1525620 Составитель Л.Муранов

Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук, Корректор С.Шекмар

Заказ 7220/41 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. . агари а, tl 11 га ина 101