Brevet FR2400713A1 — publié le 19790316

La présente invention concerne un dispositif automatique pour mesurer le facteur de qualite de composants d'un circuit oscillant. L'invention peut etre appliquée, notamment, pour la mesure du facteur de surtension de bobines d'inductance, de la tangente de l'angle de pertes de condensateurs, ainsi que de la résistance ohmique, la capacité, l'inductance et la tangente de l'angle de pertes de matériaux diélectriques dans une large gamme de fréquences. Le dispositif peut également etre appliqué à la mesure des paramètres de composants radio non linéaires. Les appareils existant à ce jour pour la mesure du facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant dans les gammes des ondes moyennes, courtes et ultracourtes permettent de réaliser les mesures avec une commande partiellement manuelle et des errera relativement élevées pour des composants linéaires d'un circuit oscillant, ainsi que pour certains éléments non linéaires et les appareils à semi-conducteurs dans les champs électromagnétiques moyens. L'amélioration de la précision de mesure dans les gammes de fréquences des ondes moyennes, courtes et ultra-courtes, la possibilité de mesurer des paramètres de composants radio aussi bien linéaires que non linéaires dans les champs électromagnétiques faibles et moyens, ainsi que l'augmentation de la vitesse de mesure, exigent la mise au point de mesureurs numériques automatiques du facteur de qualité présentant une haute précision. De tels dispositifs permettraient d'améliorer considéra blement la qualité des nouveaux composants radio linéaires et non linéaires à haute fréquence des dispositifs et des matériaux à semi-conducteurs. On connait un dispositif automatique pour mesurer le facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant, comportant un bloc de mesure avec un élément de couplage d'entrée dont les entrées sont reliées électriquement aux éléments du circuit oscillant dont on veut mesurer la qualité, tandis que sa sortie est raccordée au bloc de maintien d'un déphasage constant des tensions raccordé à un amplificateur à gain réglable. De plus, il est pré- vu un bloc de maintien automatique du niveau de la tension,relié électriquement au bloc de mesure, auquel est également raccordé électriquement un bloc de mesure du rapport des tensions et un bloc de mesure de la fréquence des signaux électriques. Dans le dispositif décrit le bloc de maintien du niveau assigné de la tension est raccordé par son entrée à entre du bloc de mesure. Le dispositif en question présente une forte erreur de mesure du facteur de qualité dans une large bande de fréquence car le schéma du dispositif ne comporte pas de bloc normalisant la valeur constante des coefficients des composantes harmoniques de la forme de la tension haute fréquence à l'entrée du bloc de mesure indépendamment de la valeur mesurée du facteur de qualité et de la fréquence a laquelle est effectuée la mesure du facteur de qualité. On sait qu'un régime stable d'auto-oscillations est assuré si l'un des éléments du système autogénérateur possede une caractéristique amplitude-amplitude non linéaire tombante. La ca- ractéristique non linéaire tombante dans le dispositif indiqué est assureapar l'amplificateur même et provoque une déformation du signal. Il en résulte que, pour une tension d'entrée sinusoldale, la tension de sortie de l'amplificateur n'est plus sinusoi- dale, car il y aura une composante due aux harmoniques supérieures La composition et le niveau des harmoniques supérieures dans le dispositif indiqué varie en fonction du paramètre mesure et de la fréquence de mesure.Par ailleurs, un régime d'auto-oscillations stables s'établit dans divers domaines de la section non linaire tombante de la caractéristique amplitude-amplitude de l'amplifi- cateur. La modification de la composition et du niveau des harmoniques supérieures introduit une erreur dans la mesure du facteur de qualité car le facteur de qualité trouvé représente le rapport entre les amplitudes des premières harmoniques des tensions de sortie et d'entrée du circuit oscillant.Une erreur de mesure relativement faible du facteur de qualité est assurée dans une gamme de fréquences étroites, lorsque le bloc de maintien automatique du niveau assigné de la tension est utilisé, non seulement pour établir le gain nécessaire de l'amplificateur pour un régime d'auto-oscillations établi, mais aussi pour assurer le régime de fonctionnement de l'amplificateur dans la partie quasi-linéaire de sa caractéristique. Le dispositif indiqué n'assure pas non plus le niveau de tension constant assigné sur le composant mesuré car, dans ce dernier, le niveau constant de l'intensité est maintenu à l'entrée du bloc de mesure, ce qui provoque une erreur de mesure relativement élevée. La présente invention vise à procurer un dispositif autoin3- tique pour mesurer le facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant, dont le schéma permet d'améliorer la précision de mesure du facteur de qualité des composants radio linéaires et non linéaires dans la plage des fréquences des ondes moyennes courtes et ultracourtes, et permet également de réaliser la mesure des paramètres des composants radio non linéaires et des appereils à semi-conducteurs dans des champs électromagnétiques assignés constants faibles et moyens. Le dispositif automatique selon l'invention, pour la mesure du facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant, coraporte, d'une part, un bloc de mesure avec un élément d'entrée de couplage, dont les entrées sont raccordées électriquement aux élements du circuit oscillant dont on veut mesurer le facteur de qualité, tandis que sa sortie est raccordée à un bloc de maintien d'une déphasage constant des tensions raccordé à un amplificateur à gain réglable, et, d'autre part, un bloc de maintien automatique du niveau de la tension raccordé électriquement au bloc de mesure, auquel sont également raccords électriquement un bloc de mesure du rapport entre les tensions et un bloc de mesure de la fréquence des signaux électriques, le susdit dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte: un bloc limiteur de tensions raccordé par son entrée à la sortie de l'amplificateur et par sa sortie à l'entrée du bloc de mesure; un second amplificateur à gain réglable, raccordé à la sortie du bloc de mesure; deux blocs de réglage du gain de l'amplificateur, dont l'un a ses entrées raccordes au bloc limiteur de tensions et la sortie raccordée à l'entrée de commande du premier amplificateur, l'une des entrées du second bloc de réglage du gain de l'amplificateur étant raccordée à la sortie du bloc limiteur de tensions, l'antre entrée de ce second bloc étant raccordée à la sortie du second amplificateur, et la sortie dudit second bloc étant raccordée à l'entrée de. commande du second amplificateur; un élément compensant la dépendance de la fréquence de l'élément-d'entrée de couplage du bloc de mesure, raccordé par son entrée à la sortie du second amplificateur et par sa sortie au bloc de mesure du rapport des tensions, le bloc de maintien automatique du niveau de la tension étant raccords directement par son entrée à la sortie du bloc de mesure, et par sa sortie, à l'entrée de commande du bloc limiteur de tension et aux entrées de commande des. blocs de réglage du gain de l'amplificateur. Le dispositif automatique selon l'invention permet d'amtlio- rer sensiblement la précision de mesure du facteur de qualité des éléments linéaires et non linéaires des composants radio dans les plages des fréquences des ondes moyennes courtes et ultra-courtes. Grâce au maintien à un niveau constant de la tension sur l'tlémnt à mesurer, le dispositif proposé assure la mesure des paramètres des composants radio non linéaires et des appareils à semi-conducteurs dans les champs électromagnétiques faibles et moyens assignés. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus parti culièrement de la description suivante d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, description faite en se référant au dessin annexé qui représente le schéma synoptique d'un dispositif automatique selon l'invention. Le dispositif automatique illustré, destin à mesurer le facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant, comporte un bloc de mesure 1 avec un élément d'entrée 2 de couplage. Les entres du bloc 1 sont raccordées électriquement aux composants du circuit oscillant dont on désire mesurer la qualité. En cas de mesure du facteur de surtension d'une bobine d'inductance 3, celle-ci est raccordée directement au bloc de mesure 1. En cas de mesure du facteur de qualité d'un condensateur 4 celui-ci est raccordé au bloc de mesure 1 avec une bobine dtin- duc tance qui lui correspond et qui est raccordée à la place de la bobine 3. Comme élément d'entrée de couplage on peut utiliser un transformateur à large bande. Le bloc-de mesure 1 est raccordé à un bloc 5 de maintien du dphasage constant des tensionslui-même raccordé à un amplificateur 6 à gain réglable. Il est également prévu un bloc 7 de maintien automatique de la tension, relié électriquement au bloc de mesure 1. Le bloc 7 comporte, couplés en série, un circuit comparateur 8 et un régulateur 9 du niveau de la tension. Par ailleurs, à l'une des entrées du circuit comparateur 8 de tensions est raccordé un bloc de tension de référence 10 faisant partie du bloc 7, tandis qu'à l'autre entrée du circuit 8 est raccordée la sortie du bloc de mesure 1. Le dispositif comporte un bloc 11 de mesure du rapport entre les tensions, dont l'entrée 12 est raccordée à la sortie du bloc de mesure 1, entrée à laquelle est également raccordée l'entrée d'un bloc 13 de mesure de la fréquence des signaux électriques. Le dispositif comporte aussi un bloc limiteur de tensions 14 raccordé à la sortie de l'amplificateur-6 et, par sa sortie, à l'entrée de l'élément 2 de couplage du bloc de mesure 1. Il est également prévu un second amplificateur à gain réglable 15 raccordé dé à la sortie du bloc de mesure 1. Le dispositif comporte deux blocs 16 et 17 de réglage du gain de l'amplificateur. Le bloc16 comporte, couplés en série, un circuit comparateur de tensions 18 et un régulateur de gain 19. Le bloc 17 est'semblable au bloc 16 et comporte un circuit comparateur de tensions 20 et un re-gu- lateur de gain 21.Les entrées du bloc 16 sont-raccordées au bloc limiteur de tensions 14 et sa sortie est raccordée à l'entrée de commande 22 de l'amplificateur 6. Une entrée 23 du bloc 17 de réglage du gain de l'amplificateur est raccordée à la sortie du bloc 14 limiteur de tensions, une deuxième entrée 24 est raccorde à la sortie du second amplificateur 15, et la sortie a5 du susdit bloc 17 est raccordée à l'entrée de commande du second amplificateur 15. Il est également prévu un élément 26 pour compenser la dépendance de la fréquence de l'élément d'entrée de couplage du bloc de mesure 1. Comme élément 26 on utilise un transformateur à large bande. L'élément 26 est raccordé par son entrée à la sortie du deuxième amplificateur 15, et, par sa sortie, au bloc 11 de mesure du rapport entre les tensions. Le bloc 7 de maintien automatique du niveau de la tension est raccordé par son entrée 27 directement à la sortie du bloc de mesure 1, et, par sa sortie 28, à l'entrée de commande du bloc limiteur de tension 14 et aux entrées de commande 29 et 302 respectivement, des blocs 16 et 17 de réglage du gain de l'amplificateur. Le fonctionnement du dispositif automatique selon l'invention pour la mesure du facteur de qualité d'éléments d'un circuit oscillant est le suivant. Au moment initial, après le raccordement du composant 3 ou 3 et 4 a' mesurer au bloc de mesure 1, on règle sur les amplificateurs 6 et 15 les gains maxima tandis que le bloc 14 limiteur de tension possède un niveau de limitation maximal. Grâce au fait que le bloc 5 assure le maintien d'un déphasage constant et des conditions d'équilibrage des phases dans le circuit:ampli- ficateur 6 - bloc i4 limiteur - élément d'entrée de couplage 2 bloc de mesure 1 - bloc 5 de maintien d'un déphasage constant, le dispositif se met à fonctionner en régime d'auto-oscillations. f la sortie du bloc de mesure 1 la tension croît alors rapidement av-c une fréquence égale à la fréquence de résonance propre d circuit oscillant formé par le bloc de mesure 1 et les composants à mesurer 3 et 4. Lorsque le bloc de mesure 1 atteint une valeur de la tension de sortie égale au niveau assigné qui est établi par le bloc 10 de la tension de référence, il apparaît, à la sortie du bloc comparateur 8, une tension d'erreur qui est transformée par le régulateur 9 en tension de commande. Cette tension règle le niveau de limitation du bloc 14. La valeur maximale de limitation est telle qu'elle assure la condition d'équilibrage des amplitudes en regime stationnaire d'auto-oscillations.Aux entrées des circuits comparateurs 18, 20 arrivent alors des tensions haute fréquence (tensions non limitées en amplitude) à partir des sorties des amplificateurs 6 et 15 et une tension limitée en amplitude à partir de la sortie du bloc limiteur 14. Les différences de tension entre les valeurs d'amplitude des tensions non Limitée et la valeur d'amplitude de la tension limitée sont élaborées par les circuits comparateurs des tensions 18 et 20 et sont transformées par les régulateurs 19 et 21 en tensions de commande. Ces tensions règlent les gains des amplificateurs 6 et 15 jusqu'à des valeurs auxquelles s'établit le rapport assigné entre 11 ampli tude de la tension non limitée aux sorties des amplificateurs 6 et 15 et l'amplitude de la tension limitée à la sortie du bloc limiteur 14. Pour assurer un rapport constant entre l'amplitude de la tension non limitée et l'amplitude de la tension limitée pour divers niveaux de limitation, rapport qui est déterminé par la valeur du facteur de qualité mesuré, les gains des régulateurs 19 et 21 sont modifiés par la tension de commande, à partir du régulateur 9, simultanément avec le réglage automatique du niveau de limitation du bloc limiteur 14. Pour compenser la dépendance de la fréquence du rapport de transformation de l'élément d'entrée de couplage 2 du bloc de mesure 1, l'élément 26 est raccordé à la sortie de l'amplificateur 15. Du fait que les gains des amplificateurs 6 et 15 sont établis par rapport à un seul niveau de tension, en particulier par rapport au niveau de limitation du bloc 14, les gains de ces amplificateurs 6 et 15 sont identiques. Dans ce cas, le facteur de qualité est trouvé comme étant le rapport des tensions provenant de la sortie du bloc de mesure 1 et de la sortie de l'élément 6, compte tenu du rapport de transformation de l'élément de sortie de couplage 2 du bloc de mesure 1 et du coefficient de première harmonique de la tension limitée à la sortie du bloc limiteur 14. Etant donné que le rapport des amplitudes des tensions non limitées et limitées, indépendamment du facteur de qualité mesure reste constant, le coefficient de la première harmonique de la tension limitée reste également constant, et, par consrquent; on élimine l'erreur de mesure du facteur de qualité due à la perturbation de la forme de la courbe de tension à l'entrée du bloc de mesure 1. D'autre part, assure alors un régime d'auto-oscillation stable et continu dans une large gamme de fréquences et de facteurs de qualité mesurés, car le bloc limiteur 14 est sans inertie pour un système auto-oscillateur. Le rapport des tensions, ou le facteur de qualité, est me sué par le bloc Il de mesure du rapport des tensions. La fréquence est mesurée par le bloc de mesure de fréquence 13 et est établie à l'aide d'un condensateur à capacité variable du bloc de mesure 1. Le dispositif automatique selon l'invention, pour la mesure du facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant permet d'améliorer considérablement la précision de mesure du facteur de qualité des composants radio linéaires et non linéaires dans les gammes des fréquences des ondes moyennes, courtes et ultra courte; De plus, le dispositif assure la mesure des paramètres des composants radio non linéaires et des dispositifs à semi-conducteiJrs dans les champs électromagnétiques constants faibles et moyens assignes. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement.à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATION Dispositif automatique pour la mesure du facteur de qualité de composants d'un circuit oscillant, comportant,d'une part, un bloc de mesure avec un élément de couplage d'entrée, dont les entrées sont raccordées électriquement auxcomposants d'un circuit oscillant dont on veut mesurer le facteur de qualité, tandis que sa sortie est raccordée à un bloc de maintien d'un déphasage permanent des tensions raccordé à un amplificateur à gain réglable, et, d'autre part, un bloc de maintien automatique du niveau de tension relié électriquement au bloc de mesure, auquel sont également reliés électriquement un bloc de mesure du rapport des tensions et un bloc de mesure de la fréquence des signaux élec triques, le susdit dispositif automatique étant caractérisé en ce qu'il comporte : un bloc limiteur de tensions, raccordé par son entrée à la sortie d'un amplificateur et par sa sortie à l'entrée du bloc de mesure; un second amplificateur à gain réglable raccordé à la sortie du bloc de mesure; deux blocs de réglage du gain de l'amplificateur dont l'un a ses entrées raccordées au bloc limiteur des tensions et sa sortie raccordée à l'entrée de commande du premier amplificateur, l'une des entrées du deuxième bloc de réglage du gain de l'amplificateur étant raccordée à la sortie du bloc limiteur des tensions et l'autre entrée étant raccordée à la sortie du deuxième amplificateur, tandis que la sortie de ce deuxième bloc est raccordé à entrée du deuxième amplificateur; un élément de compensation de la dépendance de fréquence de ltélément d'entrée de couplage du bloc de mesure, raccord par son entrée à la sortie du deuxième amplificateur et, par sa sortie, au bloc de mesure du rapport des tensions, tandis que le bloc de maintien automatique du niveau des tensions est raccordé par son entrée directement à la sortie du bloc de mesure et,par sa sortie, à l'entrée de commande du bloc limiteur de tension et aux entrées de commande des blocs de réglage du gain de l'ampli- ficateur.