Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов

 

О П И С А Н И Е (и) 5I6003

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сею Советских

Се@налнети IGMNx

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.03.74 (21) 2009723/26-21 (51) М, Кл.-" G .018-29, 22 с присоединением заявки № государственныи рнамитет (23) Приоритет

Совета Министров СССР

il0 делам изобретений н открытнр (53) УДК 621.317.3 ! (088.8) Опубликовано 30.05.76. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 30.07.76 (72) Авторы изобретения Ю. П. Кузьмин, О, Г. Вербицкий, Ю. Е. Геншафт и А. Н. Солдатенков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КВАР1 ЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Изобретение относится к радиоизмеритель ой технике и может использоваться для измерения параметров пьезоэлектрических резонаторов.

Известно устройство для измерения электрических параметров пьезокерамических резонаторов, содержащее систему с частотноой модуляцией задающего генератора (1).

Однако в известном устройстве невысокая точность.

Известно также устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее управляемый генератор высокой частоты, один выход которого соединен через управляемый аттенюатор с мостовым четырехполюсником, а другой через последовательно соединенные первый смеситель и дискриминатор с синхронным гетеродином, один из выходов которого соединен с первым смесителем, а другой через последовательно соединенные второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом мостового четырехполюсника, регулируемый фазовращатель, фазовый детектор, подключе нный и индикатору фазы и входууправляемого генератора высокой частоты, а также блок авторегулирования мощности рассеяния, соединенный с вторым входом управляемого аттенюатора, и блок индикации (2).

Известное устройство имеет недостаточную производительность и точность измерения как параметров кварцевого резонатора, так и мощности рассеивания на нем.

Цель изобретения — повышение точности измерения параметров кварцевого резонатора

5 и мощности, рассеиваемой на нем в процессе измерения, а также повышение производительности, удобства обслуживания.

Для этого в предлагаемое устройство введены последовательно соединенные третий сме10 ситель и фазовращатель, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, причем один из входов третьего смесителя подключен к потенциальному электроду исследуемого кварцевого резонатора мостового

15 четырехполюснпка, а другой — к выходу синхронного гетеродина, выходы второго и третьего смесителей подключены к блоку индикации, который соединен с блоком авторегулирования мощности рассеяния. Кроме того, 20 блок индикации содержит цепь из последовательно соединенных логарифмического блока, блока сложения и индикатора мощности рассеяния, вход которой соединен с выходом второго смесителя, а также цепь из последова25 тельно соединенных второго логарифмического блока, блока вычитания и индикатора динамического сопротивления, вход которой соединен с выходом третьего смесителя, причем выход логарифмического блока подключен к

33 второму входу блока вычитания, а выход вто516003 рого логарифмического блока подключен к второму входу блока сложения, выход которого связан с блоком авторегулировапия мощности рассеяния.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит управляемый генератор 1 высокой частоты, одним выходом соединенный через управляемый аттенюатор 2 с мостовым четырехполюсником 3, в одно из плеч которого включен исследуемый кварцевый резонатор. Мостовой четырехполюсник 3 имеет обычные для мостового четырехполюсника вход и выход и дополнительный выход напря>кения с кварцевого резонатора. K второму выходу генератора 1 подключен вход первого смесителя 4, выход которого через частотный дискриминатор 5 подсоединен к входу управления синхронного гетеродина 6.

Один из выходов синхронного гетеродица 6 подключен к второму входу смесителя 4. К дифференциальному выходу мостового четырехполюсника 3 подключен второй смеситель

7, а к потенциальному электроду исследуемого кварцевого резонатора, включенного в мостовой четырехполюсник, подключен вход третьего смесителя 8. Вторые входы смесителей 7 и 8 подключены к синхронному гетеродину 6. Выходы смесителей 7 и 8 соответственно подключены к фазовращателям 9 и 10, а также к логарифмическим блокам 11 и 12.

С выходов фазовращателей 9 и 10 сигналы поступают на входы фазового детектора 13, выход которого подключен к индикатору фазы 14. Выход фазового детектора 13 также подключен к входу управления генератора 1.

Сигналы с выходов логарифмических блоков

11 и 12 поступают на блоки сложения 15 и вычитания 16, к выходам которых соответственно подключены индикатор 17 мощности рассеяния и индикатор 18 динамического сопротивления. Вы од блока сложения 15 кроме этого соединяется через блок 19 авторсгулирования мощности рассеяния с входом управления аттенюатора 2.

Устройство работает следующим образом.

Частоту генератора 1 устанавливают несколько ниже предполагаемой частоты исследуемого кварцевого резонатора и проводят балансировку моста с исследуемым кварцевым резонатором по минимому показаний индикатора 17 мощности или по максимуму показаний индикатора 18 динамиче, кого сопро r:!âëñíè». При перестройке генератора вверх по частоте происходит возбу>кдсние кварцевого резонатора в мостовом четыреxïoë!oñнике 3. При возбуждении кварцевого резонатора происходит разбаланс плеч моста, и напря>кение U> на дифференциальном выходе трансформатора прямо пропорционально току разбалапса. Так как в предлагаемой схе»!е моста тока разбаланса прямо пропорциоI!àëüHо зависит от экьивале ггного сопротивления динамической ветви 2, то на частоте последовательного резонанса напряжение U на выходной обмотке прямо пропорционально току I! через динамическое сопротивление R! кварцевого резонатора, т. е.

1

К где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами мостового четырехполюсника 3.

На частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора выполняются следующие соотношения: для мощности, рассеиваемой па кварцевом резонаторе, Р,:=- Ь, 1 . (, U, К„(1) для величины динамического сопротивления кварцевого резонатора

U! Ug

20 и,к (2) где U! — напряжение, снимаемое с потенциального электрода кварцевого резонатора.

С учетом обобщенной расстройки

: KR, (1+ /а). (3) 2

Соотношения (1), (2) и (3) определяют

ЗО возможности предлагаемого устройства для измерения параметров кварцевых резонаторог>.

Информация об амплитудно-фазовых соотношениях на выходах мостовой схемы перено35 сится на промежуточные частоты при помощи смесителей 7, 8 и синхронного гетеродина 6.

Частота синхронного гетеродина 6 с>ледит» за частотой генератора 1 так, чтобы разница между ними была постоянной и равнялась

40 промежуточной. С этой целью гетеродин 6 охвачен кольцом частотной автоподстройки, состоящей из смесителя 4 и частотного дискриминатора 5, выходной сигнал которого управляет;астотой гетсродина 6. Фазоврагцатели 9

4> и 10, фазовый детектор 13 и индикатор фазы

1.! необходимы для настройки кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) генератора

1 па нуль фазовой характеристики исследуемого кварцевого резонатора, находящегося в б0 мосте 3. Сигналы промежуточной частоты на выходах смесителей 7 и 8 имеют большой динамический диапазон изменения по уровню напряжения из-за широких пределов измеряемых мощностей и величин динамического сог>5 противления кварцевых резонаторов. Поэтому для обеспечения измерения всех типов кварцевых резонаторов выходные сигналы смесителей поступают на логарифмические блоки 11 и 12. Сумма логарифмов величин сигналов с

60 выходов моста 3, исходя из выражения (1), дает информацию с мощности рассеяния нг кварцевом резонаторе, а разность дает инфор мацию о величине динамического сопротивления кварцевого резонатора. Суммирование и

Я вь!!ита .ие осуществляется при помощи ni!nКов 15 и 16. Величины мощности и сопротивления индицируются соответственно индикаторами 17 и 18.

Сигнал с выхода блока сложения 15 поступает, кроме того, на вход блока 19 авторегулирования мощности, при помощи которого управляется и поддерживается заданная величина мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе путем изменения коэффициента передачи электронного аттенюатора 2.

Фазовращатель 10 в кольце ФАПЧ генератора 1 необходим для измерения добротности кварцевых резонаторов по полосе пропускания кварцевого резонатора. Для этого при помощи фиксированного фазовращателя вводится фазовый сдвиг сигнала величиной 45 или кратный этой величине.

Формул а изобретения

1. Устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, содержащее управляемый генератор высокой частоты, один выход которого соединен через управляемый аттенюатор с мостовым четырехполюсником, а другой через последовательно соединенные первый смеситель и дискриминатор с синхронным гетеродином, один из выходов которого соединен с первым смесителем, а другой через последовательно соединенные второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом мостового четырехполюсника, регулируемый фазовращатель, фазовый детектор, подключенный к индикатору фазы и входу управляемого генератора высокой частоты, а также блок авторегулирования мощности рассеяния, соединенный с вторым входом управляемого аттенюатора, и блок индикации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности, в него введены пос5 ледовательно соединенные третий смеситель и фазовращатель, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, причем один из входов третьего смесителя подключен к потенциальному электроду исследуемого

10 кварцевого резонатора мостового четырехполюсника, а другой — к выходу синхронного гетеродина, выходы второго и третьего смесителей подключены к блоку индикации, который соединен с блоком авторегулированпя

15 мощности рассеяния.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок индикации содержит цепь из последовательно соединенных логарифмического блока, блока сложения и индикатора

20 мощности рассеяния, вход которой соединен с выходом второго смесителя, а также цепь из последовательно соединенных второго логарифмического блока, блока вычитания и индикатора динамического сопротивления, вход

25 которой соединен с выходом третьего смесителя, причем выход логарифмического блока подключен к второму входу блока вычитания, а выход второго логарифмического блока подключен к второму входу блока сложения, вы30 ход которого связан с блоком авторегулирования мощности рассеяния.

Источники, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лвт. св. № 202248, G 01К 31/11, 1967.

35 2. Магсопу instrumention, vol 11, № 4, р. 4, 1968.