Устройство для измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника
Изобретение относится к измерениям флуктуации активных и реактивных компонент имитансов конденсаторов, варикапов , катушек индуктивности, резисторов и др. двухполюсников и может быть использовано для исследования шумовых свойств двухполюсников, а также их разбраковки. Цель - повышение достоверности путем обеспечения одновременного раздельного измерения флуктуации компонент имитанса двухполюсника. Устройство содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, балансный мост 2, полосовой фильтр 3, усилитель 4, демодулятор 5 флуктуации амплитуды и фазы, регистратор 6, фазовый детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эталонный двухполюсник 9, измеряемый двухполюсник 10, фазовращатель 11, реактивный элемент 12, резисторный элемент 13. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 R 19/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ВЕЯОЯА1
ЙТР(М - i - "-)3 -"@
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4635421/21 (22) 10,01.89 (46) 15.01.91. Бюл. и 2 (71) Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт и Горьковский государственный университет им. Н.И.Лобачевского (72) Г.Н. Бочков, A.È.×èêèí и В.А.Шемагин (53) 621.317.725(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
hL 1187091, кл. G 01 R 23/00, 1984.
Авторское свидетельство СССР
N 251085, кл. G 01 R 19/02, 1966. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ФЛУКТУАЦИЙ КОМПОНЕНТ ИМИТАНСА
ДВ УХ ПОЛ Ю СН И КА (57) Изобретение относится к измерениям флуктуаций активных и реактивных компо„„50„„1620949 А1 нент имитансов конденсаторов, варикапов, катушек индуктивности, резисторов и др. двухполюсников и может быть использовано для исследования шумовых свойств двухполюсников, а также их разбраковки.
Цель — повышение достоверности путем обеспечения одновременного раздельного измерения флуктуации KoMlloHOHT имитанса двухполюсника. Устройство содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, балансный мост 2, полосовой фильтр 3, усилитель
4, демодулятор 5 флуктуаций амплитуды и фазы, регистратор 6, фазовый детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эталонный двухполюсник 9, измеряемый двухполюсник 10, фазовращатель 11, реактивный элемент 12,. резисторный элемент 13. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.
1620949
Изобретение относится к технике измерений флуктуаций активных и реактивных компонент имитансов конденсаторов, варикапов, катушек индуктивности, резисторов и других двухполюсников и может быть ис- 5 пользовано для исследования шумовых свойств двухполюсников, а также для их разбраковки, Цель иэобрете ия — повышение достоверности путем обеспечения одновремен- 10 ного раздельного измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника.
На фиг, 1 и 2 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения флуктуаций компонент имитанса 15 двухполюсника, примеры исполнения, Устройство для измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, балансный мост 2, полосовой фильтр 3, уси- 20 литель 4, демодулятор 5 флуктуаций амплитуды и фазы и регистратор 6, а также фазовый детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эталонный двухполюсник 9, измеряемый двухполюсник 10 и фаэовращатель 11. 25
Двухполюсник 9 содержит высокостабильный реактивный эле)лент 12 и резистивный элемент 13 с изменяемым значением сопротивления.
Генератор 1 синусоидальных сигналов 30 последовательно соединен с балансным мостом 2, к первому плечу которого подключен эталонный двухполюсник 9, а к второму плечуисследуемый двухнолюсник 10, полосовым фильтром 3, усилителем 4, фазовым детекто- 35 ром 7 и фильтром 8 нижних частот, выход фильтра 8 нижних частот соединен с управляемым входом эталонного двухполюсника 9, вход фазовращателя 11 соединен с выходом генератора 1, а его выход — с опорным входом 40 фазового детектора 7, Вход демодулятора 5 соединен с выходом усилителя 4; à его выход— с входами двухканального регистратора 6.
Устройство для измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника рабо- 45 тает следующим образом, Генератор 1 синусоидальных сигналов форми рует сигнал
E(t) =Eo(1+67(t))e!" где Ео — амплитуда сигнала; во- частота сигнала;
BF(t) — вектор, определяемый относительными флуктуациями амплитуды Ер и фазы сигнала E t},!äÒ(t)! < <1.
Сигнал E(t} поступает на балансный мост 2, в плечи которого включены измеряемый двухполюсник 10 и эталонныйдвухпо- люсник 9 с H éT Hc ìè Х1, Х2 соответственно;
X1 = а1 (1 + да1 (t .) ) + P Ь1 (1 + дЬ1 (t ));
Хг = а2 (1 + да2 (t ) 1 + Р Ь2 (1 + дЬ2 (t )), где а „аг — активные части имитансов двухполюсников 10 и 9 соответственно; д а (t ),д аг (t ) — относительные флуктуационные составляющие активных частей имитансов двухполюсников 10 и 9 соответственно;
b>, b2 — номиналы реактивных элементов, характеризующих реактивные части имитансов двухпол осников 10 и 9 соответственно; д ь1 (t ),ä ьг (t ) -относительные флуктуационные составляющие номиналов реактивных элементов, характеризующих реактивные части имитансов двухполюсников 10 и 9 соответственно; о
P = оператор дифференцироваdt ния.
Балансный мост 2 обеспечивает модуляцию амплитуды и фазы квазигармонического сигнала генератора 1 за счет флуктуаций синфазной и ортогональной компонент имитанса измеряемого двухполюсника 10 относительно компонент имитанса эталонного двухполюсника 9, Сигнал
U(t} на выходе балансного моста 2
U () = U(1+ä U (t))е о", где д U (t ) — вектор, определяемый относительными флуктуациями амплитуды сигнала U(t}, при этом !д U (t ) с <1;;
U — амплитуда сигнала на выходе балансного моста 2, представленная вектором, так как она имеет фазовый сдвиг относительно сигнала на входе с амплитудой E(t}.
При этом, как следует иэ уравнения Кирхгофа для балансного моста 2, связь флуктуационных частей сигнала U(t} и имитансов измеряемого двухполюсника 10 выражается следующим образом: и .2(q+!q)4U(t)=д,(t)+jадЬ!(), Ео
wb> где 0 = — — добротность измеряемого
8t двухполюсника 10; и kî+}0k
1+jG †комплексн коэффициент передачи балансного моста 2;
kp, kt — коэффициенты разбаланса моста
2 по активной и реактивной компонентам имитанса двухполюсника 10, "о "1 а1 — аг b< — Ьг.
2аг " 2Ь2
Полосовой фильтр 3 выделяет сигнал в полосе исследования флуктуаций компонент имитанса двухполюсника 10, Этот сигнал усиливается с помощью усилителя 4 и поступает на сигнальный вход фазового детектора 7 и на вход демодулятора 5. Связь флуктуационных частей сигнала U (t) = К U{t) на входе демодулятора 5 и имитанса двухполюсника 10 имеет вид ф ° " ° 2 (1 + J о ) Ь )) (t ) = б at (t ) + i Q д ь1 (t ), где д <(t ) = д LI (t );
К- общий коэффициент передачи полосового фильтра 3 и усилителя 4 (поскольку полосовой фильтр 3 и усилитель 4 выполнены с пренебрежимо малым фазовым набегом, то
К вЂ” скалярная величина); э
ILII k, +Q — модуль коЕО . 1+Ц эффициента ередачи балансного моста 2.
) (arctg „— arctgQ)
I@I о(1
I.
)(О аз(.„at-.! A множитель коэффициента передачи балансного моста 2.
Фазовый детектор 7, фазовращатель
11, фильтр 8 нижних частот и резистивный элемент 13 с изменяемым значением сопротивления компенсируют сигнал разбаланса моста по активной составляющей имитанса исследуемого двухполюсника 10 относительно активной части имитанса эталонного двухполюсника 9, Фазовращатель
11 обеспечивает задержку си нала генератора 1 на величину arctg Q. При этом фазовый детектор 7 осуществляет сравнение по фазе сигнала генератора 1 и сигнала с выхода усилителя 4. Выходной сигнал фазового детектора 7 после выделения низкочастотной составляющей фильтром 8 нижних частот поступает на вход резистивного элемента 13 с изменяемым значением сопротивления. Равенство нулю сигнала на выходе фазового детектора 7 наступает, когда его входные сигналы находятся в квадратуре, а это обеспечивается при балансе моста по активной составляющей имитансов двухполюсников 10 и 9. В результате для двухполюсников, имитанс которых является преимущественно реактивным (конденсаторы, катушки индуктивности)—
Q» 1, или активным (резисторы) — Q < 1, связь флуктуационных частей сигнала и имитанса измеряемого двухполюсника 10 имеет вид;
2Q k> д Г() = С1 до1 (t ) + j д а1 (t ) .
Демодулятор 5 обеспечивает подавление сигнала с несущей частотой m, и выделяет флуктуационные составляющие квазигар лонического сигнала Г{т) вблизи несущей. Демодуляционные флуктуационные компоненты сигнала ),((t) на выходах демодулятора 5 равны: где КО - — коэффициент передачи
Т
1 +Тр
10 демодулягор 5 для синфазной (амплитудной) флуктуационной части сигнала К{ );
К1 — -- коэффициент передачи
Т
1 +Tp
15 демодулятора 5 для квадратурной (фазовой) флуктуационной части сигнэла U (t);
Т =,П вЂ” полоса режекторного
2л фильтра на входе демодулятора 5; д)г(t) =дU;(т)+) д& ();
V,(т)=К, IVt — -t дЧГ,(t);
Ч (r) =К1 Я ) — -йt(t).
Если в качестве регистратора 6 использовать два анализатора спектра, то на их выходах формируются сигналы, пропорциональные спектоальным плотностям сигналов на выходах демодулятора 5
30 IV.(F) V (F)
При этом спектральные плотнссти флуктуаций активной и реактивной составляющих имитанса измеряемого двухполюсника
10 связаны с выходными сигналами демоду-, 35 лятора 5 следующим образом; и С д в1 (F ) = -„— (+ Ч (F ); дь,(о)-„ ", ч.(с).
1Г1 I V I
Учитывая, что kt
О О д (") Е К К Ч1(Е)
fbi(F)- К ()
Если измеряемым двухполюсником явля50 ется конденсатор,то
Dai (F) --ду (Р);д 01(Р) =дc< (F ), где д g> (F ) и д ct (F ) — спектральные плотности относительных флуктуаций проводимости и емкости конденсатора.
55 Если измеряемым двухполюсником является катушка индуктивности, то д at (F ) = д г (F ), д b t (F ) = д L< (F ), где
0 г1 (F ) и д Lt (F ) — спектральные плотно1620949
Составитель В.Ежов
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Шекмар
Редактор А.Огар
Заказ 4243 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35..Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 сти относительных флуктуаций сопротивления потерь и индуктивности катушки.
Для двухполюсников, имитанс которых является преимущественно активным (резисторы) — 0 < 1, измерение флуктуаций компонент имитансов осуществляется аналогично.
Выбор индуктивной или емкостной модели эталонного двухполюсника зависит от технической реализации и его номинала.
Формула изобретения
1. Устройство для измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника, содержащее генератор синусоидальных сигналов, балансный мост, в первое плечо которого включен эталонный двухполюсник, включающий реактивный и резистивный элементы, второе плечо служит входом для подключения измеряемого двухполюсника, последовательно включенные усилитель, детектор и фильтр нижних частот, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности путем обеспечения одновременного раздельного измерения флуктуаций компонент имитанса двухполюсника, введены полосовой фильтр, фазовращатель и демодулятор флуктуаций фазы и амплитуды, детектор выполнен фазовым, резистивный элемент эталонного двухполюсника выполнен регулируемым, регистратор — двухканальным, причем гене5 ратор синусоидальных сигналов последовательно соединен с балансным мостом, полосовым фильтром и входом усилителя, выход фильтра нижних частот соединен с управляемым входом эталонного двухпо10 люсника, вход фазовращателя соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, а выход его — с опорным входом фазового детектора, вход демодулятора соединен с выходом усилителя, а выход его
15 — с регистратором.
2. Устройство по и. 1,о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью обеспечения измерения двухполюсников емкостного типа, реак20 тивный и резистивный элементы эталонного двухполюсника соединены параллельно.
3. Устройство по и. 1,отл и ча ю ще ес я тем, что, с целью обеспечения измерений двухполюсников индуктивного типа, ре25 активный и резистивный элементы эталонного двухполюсника соединены последовательно.
