Дискриминатор напряжения по двум допусковым границам

 

ДИСКРИМИНАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПО ДВУМ ДОПУСКОВЫМ ГРАНИЦАМ, содержащий туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусковой границе , первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые - через резисторы - к источнику контролируемых импульсов, источники допуско;вых напряжений по верхней и нижней допусковым границам, каждый из которых соединен через резистор с соответствующим туннельным диодом, и логический блок, входы которого соединены с вторыми выводами туннельных диодов, a выход - с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник импульсов питания туннельных диодов, блок синхронизации, полупроводниковый диод и два резистора, при этом источник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами туннельных диодов через соответствующие введенные резисторы, блок синхронизации включен между источником импульсов питания туннельных диодов и источником контролируемых импульсов, полупроводниковый диод включен параллельно туннельному диоду сравнения по нижней допусковой границе, a логический блок выполнен на дифференциальном усилителе.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVSJlHH ® G 01 R 19/165

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3232030/18-21 (22) 05.01. 81 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) Г.Ю.Пашковский и Т.Н.Яковлева (53) 621.318(088.8) (56) 1. Stearns, Howord, LED replaces

panel meter, EDN, 1974, ч. 19, У 21, р. 69.

2. Давыдов В.И. и др. Многопороговый логический элемент.. Сб. Новые, полупроводниковые электродные .устройства. Январь, 1972, с. 105-109, изд. МДНТИ.- им.Ф.Э.Дзержинского (прототип). (54)(57) ДИСКРИМИНАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПО.

ДВУМ ДОПУСКОВЫМ ГРАНИЦАМ, содержащий туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые - через резисторы - к источнику контроли руемых импульсов, источники допуско вых напряжений по верхней и нижней

„SU„„1095082. A допусковым границам, каждый иэ которых соединен через резистор с соответствующим туннельным диодом, и логический блок, входы которого соединены с вторыми выводами туннель" ных диодов, а выход - с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник импульсов питания туннельных диодов, блок синхронизации, полупроводниковый диод и два резистора, при этом источник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами туннельных диодов через соответствующие введенные резисторы, Я блок синхронизации включен между источником импульсов питания туннельных диодов и источником контралируемых импульсов, полупроводниковый диод включен параллельно туннельному д диоду сравнения по нижней допусковой границе, а логический блок выполнен юы на дифференциальном усилителе.

1095087

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении автоматизированной контрольно-измерительной аппаратуры.

При проверке параметров радиоэлект- 5 ронных устройств, например, интегральных микросхем, часто возникает задача допускового контроля напряжения постоянного тока и импульсных сигналов по двум допусковым границам Ч оп и 10

Чдоп (Чgonz ) VAorj ) c указанием

2 2 1 области выхода контролируемого напряжения за.допусковые границы. Наиболее просто эта задача решается путем использования дифференциального усили- 15 теля, к входам которого подключены две схемы:,сравнения, одна иэ которых сравнивает Ч с V oä n,à вторая

ДОП1 У

Чх с ЧАоп °

Известно устройство, построенное 20 по таком принципу, содержащее дифференциальный усилитель (ДУ), к каждому входу которого подключен операционный усилитель (ОУ), причем один ОУ сравнивает неизвестное контролируемое напряжение с напряжением нижней допусковой границы, а второй ОУ - с напряжением верхней допусковой границы.

В зависимости от того, какой иэ трех случаев соотношений между Чх, V+oп, 30

П1

ЧДоп y ЧХ ЧАоп1 э U Доп1iV4 < ЧДоп2

V х ) Ч*ап имеет м то На выхо

*ап2 получается три различных вида сигнала (Ч, ) 0, Ч, = О, Ч,„С О), ито позволяет индицировать любой из этих случаев с помощью оконченного регистрирующего-устройства, например, с помощью светодиодов 513.

Если контролируемое напряжение является напряжением постоянного тока, 40 то оно непосредственно подается на входы обоих ОУ.

Недостатком известного устройства является невозможность контролировать амплитуду импульсов, длительность 45 которых порядка единиц- сотен наносекунд.

Известны1устройства, решающие зада. чу контроля постоянных напряжений и импульсных сигналов короткой длитель- 50 ности по двум допусковым границам путем использования туннельных диодов (ТД) сравнения по верхней и нижней допусковым границам и логического . блока, обрабатывающего информацию.с 55 выходов ТД.

Известное устройство содержит туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые через резисторы к источнику контролируемых импульсов, источники допусковых напряжений по верхней:и нижней допусковым границам, каждый иэ которых соединен через резистор с соответствующим туннельным диодом н логический блок, выполненный на транзисторах Р 2 3.

Недостатком данного устройства является то, что оно„ позволяя установить факт нахождения амплитуды входного импульса внутри допусковых границ, не позволяет определить область выхода контролируемого напряжения за допусковые границы, так р VBx (Чдоп. р Usx ) оп„

) Ч,,оп иа выходе устройства будет одийаковый высокий потенциал и различить указанные два случая не представляется возможным.

Другим существенным недостатком известного устройства является то, что оно неработоспособно при длительностях контролируемых импульсов порядка единиц и долей наносекунд.

3то объясняется тем,. что в нем отсутствует источник питания ТД, и они работают в режиме безындуктивного одновибратора, при котором длительность импульсов на выходах ТД точно равняется длительности входных импульсов.

Таким образом, недостаток известного устройства — ограничение его функциональных:возможностей, заключающееся в отсутствии возможности определения области выхода контролируемого напряжения за допусковые границы и работоспособности устрой" ства при длительностях входных импульсов в единицы доли наносекунд.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства, заключающееся в определении области выхода контролируемого напряжения за допусковые границы и в расширении диапазона длительностей контролируемых импульсов до единиц и долей наносекунд.

Поставленная цель достигается тем, что в дискриминатор напряжения по двум допусковым границам, содержащий туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допус1095082

Ковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, а вторые — через резисторы — к источнику контролируемых импульсов, источники допусковых напряжений по верхней и нижней допусковым границам, каждый из которых соединен через резистор с соответствующим туннельным диодом, и логический блок, входы которого соединены с вторыми. выводами 10 туннельных диодов, а выход — с выходом устройства, введены источник импульсов питания туннельных диодов, блок синхронизации и полупроводниковый. диод и два резистора, при этом источник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами туннельных диодов через соответствующие введенные резисторы, а блок синхронизации включен между :щ источником импульсов питания туннель. ных диодов и источником контролируемых импульсов, а полупроводниковый диод включен параллельно туннельному диоду сравнения по нижней допусковой Z5 границе, а логический блок выполнен на дифференциальном усилителе.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на. фиг. 2 — вольтамперные характеристики (BAX) ТД: а) — собственно арсенидо галлиевого ТД; б) — характеристика параллельного соединения арсенидо-галлиевого ТД и кремниевого полупроводникового диода; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу ТД при импульсной подаче пита35 ,ния.

Устройство (фиг. 1) содержит арсенидо-галлиевый туннельный диод (ТД) 1 сравнения по верхней допуско-. 40 вой границе, арсенидо-галлиевой туннельный диод (ТД) 2 сравнения по нижней допусковой границе, соединенный параллельно с кремниевым диском 3, источник 4 импульсов питания, источник 5 допускового напряжения по верхней допусковой границе, источник

6 допускового напряжения по нижней допусковой границе, дифференциальный усилитель (ДУ) 7 и блок 8 синхрони- 50 зации, причем ТД 1 соединен с первым входом дифференциальногб усилителя и через резисторы 9-11 соединен соответственно с входом устройства, источниками 4 и 5, а ТД 2 соединен с 55 вторым входом дифференциального усилителя и через резисторы 12-14 соответственно с входом устройства и

4 источниками 4 и 6.,Соединение ТД с входами ДУ может осуществляться непосредственно(фиг.1),или при необходимости через резисторы, ограничивающие вход" ные токи ДУ. Выходное напряжение

ДУ 7 регулируется потенциометром 15.

Блок 8 синхронизации соединен и с источником 4 импульсов питания и источником 16 контролируемых импульсов (проверяемое устройство), выход которого подсоединяется к входу дискриминатора. Включение полупроводникового диода параллельно ТУ (фиг. 2) сужает характеристику последнего вдоль, оси напряжений, причем практически деформируется только диффузионная ветвь, а туннельная ветвь остается неизменной.

Кривая 17 (фиг, 2) изображает вольтамперную характеристику ТД, а кривая 18 — вольамперную характеристику параллельного соединения арсенидо-галлиевого диода и кремниевого .полупроводникового диода. Разница по напряжению между диффузионными вет-. вями обеих характеристик (для какого:то значения тока) составляет в этом случае (0,4-0,5) В.

Предлагаемьпй дискриминатор работает следующим образом.

В .исходном состоянии, когда импульс напряжения Пх на вход схемы не подан, оба ТД находятся в низковольтном состоянии, напряжения на них почти равны или отличаются на небольшую величину (V . — V 10Ц A

20 мВ, фиг. 2), определяемую разбросом характеристик ТД.

Таким образом, между входами дУ 7 действует небольшое напряжение V =

V — V6, в результате чего на ( выходе усилителя появляется небольшое напряжение V „, которое с помощью

Вых. регулировочного потенциометра 1I5 может быть сделано равным нулю. Итак, в исходном состоянии V „ . = О.

9Ь!х о

При подаче на вход устройства импульса с амплитудой Ч (V A ä

А Оп1 оба ТД не срабатывают и остаются в низковольтном состоянии, так,что в этом случ V вь Våü х = О. Если же Ч а„1(g, <Ч,ц,, то сРабатывает

Z только g 2, при этом между входами ДУ .7 действует напряжение V p

Б

-V< — Vz, которое имеет значение порядка (0,5-0,6) В (определяется параметрами характеристик арсенидогаллиевых ТД и кремниевых лолупроводниковых диодов),причем второй вход

1095082 имеет положительный потенциал по отношению к первому входу. В этом случае на выходе усилителя возникает напряжение V, которое имеет значительную величину и какую-то опре- 5 деленную полярность, например, f положительную, т.е. Vablx ) О.

Б этом случае, когда Ч > ) Ч„ц„., срабатывают оба ТД, и между входами

1I. усилителя действует напряжение Чд

0(б

=V — Ч- причем теперь второй вход имеет отрицательный потенциал по отношению к первому входу, вследствие чего на выходе усилителя возникает сигнал отрицательной полярности, т.е. 1

Ч86,„(О° -

Таким образом, выходное напряжение

ДУ V „= О при Vx (Ч оп„

Vg6fg ) 0 при ЧдоП„(qХ(Ч АПп и

Ч (, О при V q ) Vpgp, т.е. трем?0

86Ф 2 возможным положениям значения контролируемого напряжения относительно допусковых границ Ч4 пп и V>

1 срответствуют три различных вида выходного сигнала дискриминатора, Это2 позволяет легко определить область отклонения контролируемого напряжения от упомянутых допусковых границ, например путем подключения к выходу усилителя стрелочного нуль-индикатора с 30 нулевой отметкой посредине шкалы, ;

""огда по направлению отклонения стрелк:.I от нуля можно определить, какой из названных трех случаев имеет место:

ЧАоп„Ч доп „(и (Vppff или 35

Ч х > V ofI . Индикация области

"2 отклонения Ч„от Ч*оп„, Чая может быть также осуществлена, как и в известном устройстве, с помощью светодиодов разного цвета.

Следовательно, предлагаемый дискриминатор так же как и прототип, позволяет определить область отклонения контролируемого напряжения за допусковые границы, однако в отличие 45 от прототипа предлагаемый дискриминатор работает вплоть до наносекундных длительностей импульсов.

Это обеспечивается за счет того, что сравнение амплитуды импульсов с напряжением допуска производится на

ТД, работающих с импульсным питанием.

Диаграмма на фиг. 3 поясняет работу ТД в схеме при подаче импульса питания достаточной длительности t < и узкого контролируемого импульса V><

Значение амплитуды импульса питанйя и сопротивления резисторов в цепи питания ТД (резисторы 10 и 13) регулируются таким образом, чтобы при воздействии импульса питания рабочая точка ТД выводилась в пиковую точку характеристики (линия нагрузки

19 на фиг. 3). Подача допускового напряжения, полярность которого противоположна полярности напряжения питания и контролируемого импульса, вызывает смещение рабочей точки вниз по характеристике (положение линии нагрузки 20 на фиг. 3). При поступлении короткого контролируемого импульса длительностью и и амплитудой

"пх

U „)I V* „, ТД срабатывает и его рабочая точка перемещается в высоковольтное состояние (точка б на фиг. 3), а после окончания входного импульса перемещается в точку 8 диф« фуэионной ветви (фиг. 3 ), где и остается в течение всего времени, пока длится импульс питания. Таким образом, на вход дифференциального усилителя подается с ТД импульс, длительность которого равна длительности импульса питания t„. Если Эту длительность выбрать в микросекунДном диапазоне (единицы и десетки мкс), т.е. tg >) t< единицы нс, то

8х импульсный ДУ должен обладать способ» ностью усиления сигналов микросекундной длительности, в то время как ТД работает с измеряемыми импульсами наносекундной длительности.

Следовательно, в предлагаемом устройстве полоса пропускания и быстродействие ДУ может быть на 3-4 и более порядков хуже, чем полоса пропускания ТД, что соответствует реальйому состоянию электронной техники, причем, как указывалось вьппе, такое отличие в быстродействии лучших

ДУ и ТД порождается принципиальными физическими причинами и всегда будет сохраняться. Изложенное подтверждает то, что предлагаемый дискриминатор по сравнению с прототипом, в котором сравнение контролируемого и допускового напряжений производится на ДУ, позволяет контролировать импульсы на 3 — 4 порядка более узкие.

Таким образом, предлагаемый дискриминатор расширяет функциональные возможности известного устройства, обеспечивая определение области выхода контролируемого напряжения за допусковые пределы при контроле импульсов вплоть до наносекундной длитедьности.

1095082

Предлагаемый дискриминатор практически реализован в установке контроля параметров микросхем типа

KIIN-2.

1095082

Заказ 3587/26 Тираж 711 Поу исное рщдиад Шй теми, г. Ужгород, ул.Проектная,4