Способ измерения параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

234508

Союз Советски»

Социалистических

Республик

МОТБ(А

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21е, 29,102

Заявлено 18.XI1.1967 (¹ 1204361/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.1.1969. Бюллетень № 4 ПК 6 01г

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.733,025 (0SS.8) Дата опубликования описания 25Л!.1969

Авторы изобретения

К. M. Соболевский, С. M. Казаков и С. П. Новицкий

Заяв1псль Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения АН СССР

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕРЕЗОНАНСНЫХ

ПАССИВНЬ|Х ТРЕХЭЛЕМЕНТНЬ|Х ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится к области измерений параметров сложных электрических двухиолюсииков и может быть использовано в полупроводниковой технике, электрохимии и других областях. 5

Известен способ измерения параметров нерсзоиаисных пассивных трехэлементных двухполюсииков с помощью моста переменного тска, схема плеча сравнения которого идентична схеме замещения исследуемого объекта, пита- 10 ющегося от генератора качающейся частоты, когда последовательной регулировкой элементов плеча сравнения добиваются частотонезависимого баланса и по значениям элементов плсча сравнения отс иитывают значения эле- 15 ментов исследуемого объекта.

Предложенный способ отличается от известного тем, то комплексное сопротивление (комплекснмю проводимость) исследуемого двухполюсника преобразуют в активную вели- 20 чину А вида где К вЂ” коэффициент преобразования;

Р, и Р2 — частотонезависимые, à P,, — частотозависимое сопротивления (проводимости), прямо или обратно пропорциональныс 30 искомым параметрам исследуемого двухполюсника, изменяют частоту напряжения питания измерительной цепи до наступления квазиравновесия, характеризуемого максимальным значением реактивной составляющей величины . -1, компенсируя часть активной составляющей этой величины, приводят измерительную цепь во второе квазиравновесие, характеризуемое равенством упомянутой реактивной и нескомпенсированнои активной составляющих величины 1, после чего искомый параметр, функционально связанный с величиной

Р,, отсчитывают по значению компенсирующего сигнала, искомый параметр, функционально связанный с величиной Р, отсчитывают по значеншо одной пз составляющих или модуля нескомпенсированной части величины А, а искомый параметр, функционально связанный с величиной Р. „отсчитывают по значению одной из составляющих или модуля сигнала, получаемого путем умножения или деления на частоту упомянутой нескомпенсированной части величины А.

Это позволяет упростить и автоматизировать процесс измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 — вариант принципи234508 альной схемы устройства для измерения параметров резистивно-емкостного двухполюсника.

К выходу источника напряжения 1 изменя1ощейся частоты подключены преобразователь

2 комплексного сопротивления (комплексной проводимости) исследуемого двухполюсникаактивный сигнал Л вида

1 1

Р,,Р3() и формирователь 8 компенсирующего сигнала

Лк. С выхода вычитающего устройства 4 сигнал, пропорциональный величине

А в- — К Р,— к з

1|P., 1!!Р.,(< ) подается на входы указателя 5 максимума реактивной составляющей, устройства умножения и.ш деления на частоту. б и указателя

7 равенства активной и реактивной составляющих сигнала Л,„,. Указатель 5 формирует уп равляющее воздействие, посредством которого изменяется частота «) источника напряжения 1 до тех пор, пока реактивная составляющая сигнала А„„не буде1 равна

1,„(Лв) = — P, = — P,() = птах ! !(2 2

Указатель 7 формирует управляющее воздействие, посредством которого величина комиеисиру1ощего сигнала - 1 в изменяется таким образом, чтобы выполнялось равенство

R,,(Ав) —. 1,„(Лв), При этом Р1 ——

Ау-! ( т. е. показания отсчетного прибора 8 прямо или обратно пропорциональны искомому параметру, связанному с величиной Р1. После приведения измерительной цепи в оба указанных

I;17aaIlpa!IIloIIecI сигнал Лв будет равен

Ав — К "- - (1 )- i) - - К - - -" (1 = i) 2 2

Из последнего выражения видно, что искомый параметр, функционально связанный с Р2, можно отсчитывать !70 значеншо одной из составляющих или модуля сигнала Лв, ITo осуществляется отсчетным прибором 9. Для незаи симого отсчета искомого параметра, функционально связанного с Р;, (6)), необходимо сигнал Лв преобразовать таким образом, чтобы Р; не зависело от частоты.

Искомый параметр, связанный с Р>, отсчи1ываетс)1 с помощью прибора 10 по значению сл)гнала па выходе детектора 11, который может быть либо амплитудным;либо фазочувствптельным. Искомые параметры, связанные с

В 0711чи11ам11 P2 Il Р;ь 7101 T oblTb отc 111131!h! ио значениям реактивных составляющих сигнаАв лов Л в и в сразу же после приведения цеы пи в первое квазиравновесие.

В качестве примера рассмотрим работу измерителя параметров резистивно-емкостного двухполюсника.

К выходу источника напряжения 1 рабочей частоты и подключен трансформатор напряжения 12, с помощью которого комплексная проводимость исследуемого двухполюсника и образцовая проводимость преобразуются соответственно в сигналы

1l ) 1

Л = = Е, — - ) 1, -7 — — - - — и о

)2< .У "СЗ„

Л вЂ” — Е 1 - ).

Где !)p — э. д. с. источника 1! — ток, протека)ощий в ветви с исследуемым двухполюсником;

25 !, — ток, протекающии в ветви с образцовой проводимостью; и„, и„22 — количество витков обмоток

18, 14 и 15 трансформатора напряжения 12;

30 д ) — образцовая проводимость;

gIu g2u C3u — ПаРаМЕтРЫ ИСС.7ЕДУЕМОГО двухполюсника, Сигналы и 1„суммируются с помощью операционного усилителя 1б, в цепи обратной связи которого включен резистор 17 с сопротивлением R2. Папря>кение на выходе усилителя 1б равно

) л

40 с)1: Л1: — О и Й)

/12 Л) 1 1

1 « Сзд

Для приведения измерительной цепи в квазиравновесие, характеризуемое максимумом

45 реактивной составляющей тока 1, а значит и иапря2кения U,, использована модуляционная экстремальная система уравновешивания 18, подключенная к выходу нулевого фазочувст50 ьительного детектора 19 и модулирующая частоту источника 1 по одному из законов трехточечной модуляции (например, в — ppp, «), :i) + P)p, I)," ).

Указатель равенства активной и реактивной

55 составляющих напряжения UI, выполнен в ви. де квадратурного фазочувствительного детектора 20 и вычитающего устройства 21, H l вход которого подаются сигналы с детекторов 19 и

60 20. Чтобы модуляция частоты не мешала приьеден11ю цепи во второе квазираи1овесие и не вносила погрешности в отсчет 11скомых парам Tpo!), вычитающее устройство 21 и отсчетиые приборы 9 и 10 вклпочаются только на то65 промежуток времени, когда на вход трансфор234508 матора подасTcH э. д. с. с частотой в>. После приведения измерительной цепи первое квазиравновесие, характеризуемое 1 (U,) = max, напрян(енис на входе отсчетного прибора 9 равно

7717 «: ..«2и 7, - ««(71 " Зи

« «i 7-O 19 О 7«Ь«««

77«7 2 771«2 где К,1 — — коэффициент передачи детектора 19.

Из приведенного выражения видно, что g,« можно отсчитать непосредственно по напря>кению U;, а для независимого отсчета параметра С,, I:.aïðFIII(cí11å U7, необходимо поделить на частоту, что ll обеспечивается интегрирующим усилителем 22, включающим резистор 2д с сопротивлением R;I и конденсатор 24 с емкостью СО, напряжение иа выходе которого после обоих уравновешиваний будет равно

U„-.=-Е, " . — 7 (1+1)

77о Лз 2Со

Таким образом, иско»ый параметр С,«, можно oTc«IIITûâàòü либо по одной из составляющнх иаиряжен1гя Uqq (детектор 11 при этом фазочувствительный), либо по модулю этого напряжения (детектор 11 — амплитудный).

ПаРаметР «7,и может быть полУчен из УРавнеиия второго квазиравиовесия !

7о о - л.

«11« — «: 1 !. 1

После приведения цепи в оба квазиравновесия параметр 0,, можно отсчитать по модулю напряжения U„, В рассмотренном варианте устройства отсутствует сие1шальиый преобразователь комплексных сопрот11влений или проводимостей в

c1lr»aл вида А, однако для измерения параметров двухпо,.посннков с друп1»и схемами замещения такие преобразователи могут понадобиться. Преобразователи для всех возможных типов нерезонанс Iblx трехэлементных двухполюсников могут быть выполнены на операционных усилителях.

Предмет изобретения

Способ измерения параметров нерезонасных

TIaccIIBHbIx трехэлементных двухполюсников с помощью измерительной цепи, питаемой от ис10 точника напряжения изменяющейся частоты. от.177«1а7ошийся тем, что, с целью упрощения и обеспечения возможности автоматизации процесса измерения, комплексное сопротивление (комплексную проводимость) исследуемого

l5 двухполюсника преобразуют в активную величину А вида

А=К Р,+

Р., 1 Р,() 20 где К вЂ” коэффициент преобразования;

Р, и Р-, — частотонезависимые, à P, — частотозависимое сопротивления (проводимости) «пря»о или ооратно пропорциональные искомым параметрам исследуемого двухполюсника, изменя1от частоту напряжения питания измерительной цепи до наступления квазиравиовесия, характеризуемого максимальным значением реактивной составляющей величш(ы А, компенсируя часть активной составляющей этой вели lèíû, приводят измерительную цепь во второе квазиравновесие, характеризуемое равенством упомянутой реактивной и нескомпенсированной активной составляющих вели ишы Л, после чего искомый параметр, функционально связанный с величиной

Р„отсчитывают по значению компенсирующего сигнала, искомый параметр, функцио40 нально связанный с величиной Р, отсчитываlот по значениlо одной II3 cccTQB, Iÿþùèõ нли модуля нескомпеисированной части вели ишы

А, а искомый параметр, функционально свя4 заиный с вели пшой Р„отс штывают по зна.

45 чению одной из составляющих или модуля сигнала, получаемого путем умножения или деления на частоту упомянутой нескомпенсироваиной части величины А.

234508

P

Гос t tt и <с и Л. AЙрaиetоиа

Редактор Л. A. Утехина 1< хрс, t A. А. Камышникова 1(оррсктор О. Б, Тюрина

Заказ 795j 2(Тираж 4ЬО 1(одиисиое

1!1/ИИ(IИ 1(о<питста по делам ttsottpe

Моа<па. (1сш<р. ир. Ссропа,;!. 4 (пни<рафик. пр. (апхиопа. 2