ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4912942/21 (22) 19.02.91 (46) 23.04.93. Бюл. ¹ 15 (71) Научно-исследовательский институт фотоэлектроники (72) Т.Б.Рзаев (56) Сб. Измерение комплексных проводимостей в физико-химическом эксперименте, под ред. К.М.Соболевского, Новосибирск, СО АН СССР, 1972, с. 96 — 106, рис,7.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1688196, кл. 6 01 R 27/26, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТР0В СОСТАВНЫХ ФИЛЬТРОВ С
RC- И LC-ЗВЕНЬЯМИ, ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА (57) Использование: в измерительной технике, Выходы четырех источников 1, 2, 3, 4
„„ Ы„„1810840 А1 переменного напряжения соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входными контактами управляемого ключа 5, переклЬчающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя 11 напряжение-код. первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 14, второй выход первого преобразователя 11 напряжениекод соединен со вторым входом вычислительного блока 14, средняя точка между переключающимся выводом управляемого ключа 5 и первым входом первого преобразователя 11 напряжение-код через измеряемый фильтр 6 подключена к первому входу второго преобразователя 12 напряжениекод, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока 14, 1810840
25
40 второй выход второго преобразователя 12 напряжение-код соединен с четвертым входом вычислительного блока 14, к переключающемуся выводу управляемого ключа 4 подключен и первый вход преобразователя
10 частота-код, первый выход которого соединен с пятым входом вычислительного блока 14, второй выход преобразователя 10 частота-код соединен с.пятым входом вычислительного блока 14, второй выход пре.образователя 10 частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока 14, выход которого соединен с блоком управлеИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров фильтров с RC- u LC-звеньями третьего порядка и может быть использовано в системах технологического контроля электроизмерительных и радиотехнических устройств.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG — двухполюсника от номинальнь х значений, содержащее два источника ° переменного напряжения, управляемый ключ, эталонный, резистор, два преобразователя напряжение-код, блок управления и вычислительный
D. блок, дополнительно введены два источника переменного напряжения и преобразователь частота-код, причем четыре источника переменного напряжения соединены с четырьмя входными контактами управляемого ключа, переключающийся выходной контакт которого соединен одновременно с первыми входами преобразователя частота-код и первого преобразователя напряжение-код и через трехзвенный RC-фильтр с первым входом второго преобразователя напряжение-код, который через эталонное сопротивление соединен с общей шиной; первый и второй выходы первого преобразователя напряжение-код соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, первый и второй выходы второго преобразователя напряжение-код соединены соответственно с третьим и четвертым вхо- 3 дами вычислительного блока. первый и второй выходы преобразователя частота-код соединены соответственно. с пятым и шестым входами вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй. третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с. управляющим входом управляемого ния 13, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены, соответственно, с управляющим входом управляемого ключа 5, вторыми входами первого и второго преобразователей 11, 12, напряжениекод и преобразователя 10 частота-код. средняя точка между выходом фильтра 6 и первым входом второго преобразователя 12 напряжение-код через эталонные резистор
8 или конденсатор 9 емкость или катушку индуктивности соединена с общей шиной, второй вход фильтров 6 также соединен с общей шиной. ключа, с вторыми входами первого и второго преобразователей напряжение-код и преобразователя частота-код.
Предлагаемое устройство позволяет измерить параметры составных фильтров с
RC-звеньями третьего г орядка двух видов, а также с LC-звеньями третьего порядка также двух видов, что расширяет функциональные возможности устройств подобного типа.
На фиг.1 представлено предлагаемое устройство. На фиг,2а,б — LC-фильтры третьего порядка. На фиг.3 — схема блока управления. На фиг.4 — схема преобразователя частота-код, На фиг.5а,б — схемы двух одинаковых преобразователей напряженчекод.
Устройство (фиг.1) содержит четыре источника 1, 2, 3, 4 переменного напряжения, управляемый ключ 5, первый трехзвенный
RC-фильтр 6, где Rx — сопротивление, Cx— конденсатор одного звена, .второй RCфильтр 7, эталонный резистор 8, эталонный конденсатор 9, преобразователь 10 частота-код, два преобразователя 11 и 12 напряжение-код, блок 13 управления и вычислительный блок 14, При этом источники 1, 2, 3 и 4 переменного напряжения подключены к четырем вводным контактам управляемого ключа 5, переключающийся контакт которого одновременно соединен с первыми входами преобразователя 10 частата-код и первого преобразователя 11 напряжение-код и через RC-фильтр 6 с входом второго преобразователя 12 напряжениекод, который соединен через эталонное сопротивление с общей шиной. первый и второй выходы первого и второго преобразователей 11 и 12 напряжение-код и преобразователя частота-код соединены соответственно с первым, вторым. третьим, четвертым. пятым и шестым входами вычис лительного блока 14. выход которого соеди1810840 нен с входом блока 13 управления, первый, ключ 19 и триггер 22 соединен с управляювторой. третий и четвертый выходы которо- щим входом управляемого ключа 5, с пего соединены, соответственно, с управляю- вым входом преобразователя 10 щим входом управляемого ключа 5, частота-код, триггер 22 через элементы эавторыми входами первого и второго преоб- 5 держки 23 и 24 соединен, соответственно, с разователей 11 и 12 нап я ряжение-код и пре- первыми входами первого и второго преобобразователя 10 частота-код.
Устройство работает следующим абра- "Пуске" ключ 20 на второй вход триггера 22 зом, По сигналу "Пуск" блока 13 управления подается положительное напряжение от исуправляемый ключ 5 подключает к RC-филь- 10 точника постоянного напряжения питания. тру 6 источник 1 переменного напряжения . от которого триггер 22 срабатывает и входс частотой в1. По первому сигналу блока 13 ной сигнал последовательно подключает к управления преобразователь 10 частота- RC-фильтру 6 первый источник 1 перемен код преобразует частоту с01 в код, а по вто- ного напряжения с частотой ш зап ом сигнал л т той ш1, запускает р у лу блока 13 управления первый 15 преобразования на преобразователе 10 чапреобразователь 11 напряжение-код пре- стота-код и через элементы задержки 23 и образует в код амплитуду напряжения Оо1 24 соответственно первый и второй нреобна входе RC-фильтра 6, с задержкой по вре- разователи 11 и 12 напряжение-код; При мени для достижения установившегося ре- записи значений в1, Uîp, U в память вычисжима в RC-фильтре 6 по третьему сигналу 20 лительного блока 14 с его выхода поступают блока 13 управления второй преобразова- последовательно три сигнала об окончании тель 12 напряжение-код преобразует в код записи, от чего срабатывает троичный счетильта6 зн ч амплитуду напряжения U> на выходе RC- чик 21 и запускает триггер 22 кото ф р, значения которых заносятся в ходным сигналом подключает источник 2 память вычислительного блока 14, после че- 25 переменного напряжения и запускает пого поступает сигнал в блок 13 г л в блок 13 управления, следовательно преобразования rw в преоб.откоторого в нем вырабатывается последо- раэователе10 —,О U частота-код, ог и г в первом вательно сигнал . подключающий к RC-. и втором преобразователях 11 и 12 напря фильтру 6 источник 2 переменного жение-код. После трех сигналов с вычислинапряжения,началапреобразованиячасто- 30 тельного бло 14 лока опять сраоатывает ты а в код, амплитуд напряжения Оог и Ог троичный счетчик 21 и запускает триггер 22. в код на входе и выходе RC-фильтров с по- и аналогичным образом происходят циклы. следующим занесением их значений в па- . записи в память вычислительного блока 14 мять вычислительного блока 14, после чего значений и, Ооз и Оз, а затем соответственаналогичным образом подключается источ- 35 но в4, Up4 и 04, после чего в вычислительр жения и заносятся ном блоке вычисляются параметры RC- или в память значения вз, Ооэ, Оз, а после под- 1 С-фильтров. ключения источника 4 переменного напряжения заносятся в память вычислительного Преобразователь 10 частота-код (ч иг, (ф 4) лока цифровые значения в4, Оо4, О4. 40 содержит формирователь 25 импульсов, две после чего определяются параметры RC- схемы совпадения 26 и 27. счетчик 28 имфильтра — частота среза, сопротивление йх пульсов,. кварцевый генератор 29 опорной и емкость Сх конденсатора единичного зве- частоты, делитель 30 частоты и схему 31 на. При измерениях параметров LC-фильт- управления и может быть построен на станров также определяется частота среза, 45 дартных микросхемах. При этом сигнал с индуктивность LX катушки индуктивности и выхода управляемого ключа 5 поступает на емкости Сх конденсатора одного звена, . формирователь. 25 импульсов а сигнал с
Далее процесс измерения параметров второго выхода блока 13 управления постуфильтров повторяется до тех пор, пока в пает на вход начала преобразования схемы блоке 13 управления не будет осуществлен 50 31 управления, с выхода которой сигнал готовности данных поступает на шестой вход
На фиг,2а,б представлены два LC-филь- разрешения записи в память вычислительтра 15 и 16 с нагрузочными элементами.— ного блока 14. Разрядные выходы кода счеткатушкииндуктивности н-17иконденсато- чика 28 импульсов соединены с пятым
Блок 13 управления (фиг.3) содержит качестве схемы 31 управления может быть два ключа 19 и 20, троичный счетчик 21, использован интервальный таймер-счетчик, триггер 22 и два элемента задержки 23 и 24. в котором имеется возможность схемотехПри этом вычислительный блок 14 через ническогоуправляемогостроба(см. Микро1810840
8 () ° .(1
622 2 г 2(22 (,3 —" (<3,C„R „26t(6 — -3: . С К (3,Ч вЂ” —, с.к,.
„1 (Кг2 6. (t3 — 183 С R 26t<6 — t — t
t<>RCRRR RR
"н Ки ( а„кг (Ъ t833CRRR 26((6 — + + г (—,„„( кгг гг г RR
2 (» — t и3(сл Q„R6t(6 — + — 24+
10 (4) 20
30 (6) 45 и роцессоры. Под ред. Л ..Н. П реснухин а, Минск, Высшая школа, том 1, 1987. стр. 167).
Преобразователи 11 и 12 напряжениекод(фиг.5а,б) аналогичны и содержат амплитудные детекторы 32 и 23 и функционально законченные аналого-цифровые преобразователи 33 и 35 типа
К1113ПВ1, в которых имеются клеммы 10разрядного цифрового выхода, готовности данных, а также питания и аналоговые входы. При поступлении сигнала с блока 13 управления на АЦП 33 и 35 в течении 35 мксек осуществляется преобразование сигнала в код и после передачи сигнала готовность на вход разрешение записи осуществляется запись разрядного кода в память вычислительного блока 14.
В качестве вычислительного блока 14 могут быть использованы стандартные микропроцессорные наборы, которые мо. гут реализовать функции выполнения предлагаемого решения (см. Микропроцессоры.
Под ред. Л.Н.Преснухина, Минск, Высшая школа, том 1 и 2, 1987).
Комплексные напряжения в трехзвенном RC-фильтре 6 с нагрузкой-резистором
t UÎ „„juc>Rx((l 2 — „-и 2„2„1 <и<к<*(3 2j)
К
"66(» р <3) Сх "х +)СОСх)<к 2 <3
6 О2 „((и2 — -и C„A„)+jQC
Ф где U<, и 066(х — комплексные напряжения на входе и выходе. трехзвенного фильтра.
Преобразуя (1), получим комплексную обратную передаточную функцию (+Ъ вЂ” Я (:RR» 5+A + иь,(х RR г (ис„R„(3 (2-и CÄR„ (<2)
Модули комплексных напряжений на входе и выходе цепи есть наблюдаемые амплитуды напряжений соответственно. Тогда квадрат модуля. (2) будет
Uo / Их1г а 2 и< Кх К ч = " 1+< 3 Сх)(х 2б+(б + г )+ "С3 CRRxj)3+2R" „) Q Слк» (3) где U< и U»< — амплитуды напряжений на входе и выходе цепи, соответственно; К— отношение амплитуд напряжений, При измерениях на четырех частотах N>, 0)2, в3, о)4 входных сигналов получим систему из четырех уравнений где К) =, Кг = вЂ, Кз = . K4 -=
01, 02 U03
U) Ог ()3
15 U04 — — — отношения амплитуд напряжений
04 на частотах с<)), с0г,с03 и с<)4 входных сигналов, соответственно, Решения (4) (с„к, =(Я, - 63, \ (И - (д, ) (
g2
2 (<32 632)(632,\(г „2) (г (8 )(8 632)(< Оа 638)
25 . кг (63 -ra )(63,— <3 2)(638-62,)
R2 ч кг (5)
" (-: —,)(-Ж("— к, (-Я -Й5- 1
К (- 1(—::,- }(—;-)
35 (—;-И5- @+)
Квадрат модуля обратной передаточной функции 3-х эвенного RC-фильтра 7 (см. фиг.1) с емкостной нагрузкой
40 г Си Си
U8blR Сх 63 С„R»
СR CR
8 6 8 6
<3 c„„R„63 с„К„ (7)
При измерениях на четырех частотах с<)), . о)2, са и u)4 входных сигналов получим систему из четырех уравнений. где нужно онреде50 лить (1+3 — )и Сх х
С, Сх
Решения этой системы уравнений будут (К 838
+ (C RR)8 () г)„,)((,2)8,2)((„,г, г)
55 к,ц, (< 83 2 (и3 3 ) ((и3 2 <63 2 ) (< 3, I 63, - ()
+al63i)(<28l63i ()(63 l<О2-<) к и8 (83!)«31 ()(63((632-()(<3„,<,3, — <) 10
1810840 с
1 (+,>— сх
5 Уравнение (13) аналогично уравнению (3) для RC-фильтра 6 (фиг,1) с той лишь разницей, что свободный член уравнения (13) и обратный коэффициент передачи в первой степени, а степень неизвестной величины
10 LxCx в два раза меньше. Следовательно при измерениях на четырех частотах о)1, ар, вз, в4 входных сигналов параметры LC-фильтра будут определяться по аналогичным алгоритмай, для LxCx с обратным знаком
15 (ь„с, (< - )Ь -ы,)(;-а 1
Кк (ы1 < 1М +el(4 М к,, lH)
Ф (ы -Ю(и*,-аМ(ы -а к1 к+ (1(Й)(-"— .,1
K -: +%1(-".-*;) кв
+ — )6- I(-Й)
К
— (- - )В- l
Для 3-х звенного1 С-фильтра 16 (фиг.2б) обратная передаточная функция при емкостной нагрузке будет
20
25, ("— я 4,с, ю L „ с „
50 (122
Для 3-х звенного С-фильтра 15 (фиг.2а) обратная передаточная функция будет, со- 55 ответственно: (18) (21 4 (1 )(+ к (l-Ы,(,Иа;),-l)(u,iu,- !
ki ь
- .(<-я, 1Ы,)(<-> (О,)(С аФъ-ll
Р (l- Я (Я )(" u 2 lu à,)(l "31 к с (9) Таким образом предлагаемое устройство позволяет определить частоту среза
m= 1/CxRx, а также емкость Сх конденсатора и сопротивление Rx в обоих типах RCфильтров 6 и 7 (фиг.1), При этом для фильтра низких частот 6 частоты в, ое, ез, ац входных сигналов выбираются в низком диапазоне частот, а для фильтра 7 в высоком диапазоне частот, Соотношение между частотами входных сигналов выбирается как и в устройстве-прототипе 3 4:5:6.
В (С-фильтрах 15 и 16 (фиг,2а,б) нагрузочные элементы 17 и 18 выбираются в соответствии горизонтальных элементов фильтров, в результате чего напряжения на входе и выходе фильтров имеют действительные значения. Так,для одного звена LCфильтра 15 напряжение на входе. Umn равно
Ь
Umn = Овых + Овых (j (l> Cx +,. ) j N Lx
j O>Lн (10)
Преобразуя (10), получим
° к Lx
Umn = Овых((1 + — — ) — И LxCx), (11) -н
Обратная передаточная функция этого звена имеет действительное значение и равна отношению амплитуд напряжений входа к выходу цепи;
=(1 + ) — Р хC
Овых 1н
К= =(1 +Л--:-- ) — (6+4 )x
Оных 1-н
x(telõ Сх+(5+ )(u) Lx Сх 0> LxСх, х 4 2 2 в 3 э
Le (13).
Решения системы уравнений при измерениях на четырех частотах
1 k uC "" (Ы)(-Йп -)
И G) (— "-! - )(-Й!(-= ;)
+ о* (:,- )(— "- :- )("* .) (-;-)(Я-)(3- )
Сн1 kg
" (Я-)(М-)(5- ) к, (н= .)(="-)(М-1 ()(-Й(Я- ) к, (-Яи -Й)(- —. : !
1810840 с
Фиг.2
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерить параметры RC-фильтров и 1С-фильтров. состоящих из трех звеньев, что позволяет расширить функциональные возможности устройств такого типа.
Формула изобретения
Устройство для измерения параметров составных фильтров с RC- u LC-звеньями, третьего порядка, содержащее два источника переменного напряжения, два преобразователя напряжение-код, управляемый ключ, эталонный элемент, один вывод котоpolo соединен с общей шиной, блок управления и вычислительный блок, выходы первого и второго источника переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входными контактами управляемого ключа, переключающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя напряжение-код, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй выход первого преобразователя напряжение-код соединен с вторым входом вычислительного блока, первый выход второго преобразователя напряжение-код подключен к третьему входу вычислительного блока, второй выход. второго преобразователя напряжение-код соединен с четвертым входом вычислительного блока. выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим
5 входом управляемого ключа, вторыми входами первого и второго преобразователей напряжение-код, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены преобразо10 ватель частота-код и два источника переменного напряжения, выходы которых соединены с третьим и четвертым входными контактами управляемого ключа, переключающийся вывод которого подключен к пер15 вому входу:преобразователя частота-код, к второму входу преобразователя частота-код подключен четвертый выход блока управления, первый выход преобразователя частота-код соединен с пятым входом
20 вычислительного блока, второй выход преобразователя частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока. переключающийся вывод управляемого ключа через RC- или LC-фильтр подключен к
25 первому входу второго преобразователя напряжение-код и к второму выводу эталонного элемента, в качестве которого используется либо эталонный резистор, либо эталонная катушка индуктивности, либо
30 эталонный конденсатор.
1Я10840
KI4.
К?2
Фиг.3
KI4
Фиг.
KI4
";;I4
Фиг.5
Составитель Т.Рзаев
Редактор T.Èâàíîâà Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор, В ПетРаш
Заказ 1444 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
Г
Х2 от?4
2I
Оссианов р
К5
KI0
