Автоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения активной составляющей проводимости, емкости и добротности радиотехнических элементов в параллельной и/или последовательной схемах замещения параметров с повышенной точностью и быстродействием измерений в широком диапазоне рабочих частот и может быть использовано при технологическом контроле параметров полупроводниковых приборов и других как линейных, так и нелинейных объектов Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений с сохранением диапазона рабочих частот. Автоматизированное устройство для измерения параметров радиотехнических элементов содержит формирователь 1 централ1,ной частоты и полосы пропускания Введение в устройство измерительного блока 2, частотно-кодово го преобразователя 4, микроЭВМ 5, блока 6 отображения инфоомации и кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения позволяет повысить точность и быстродействие измерений с сохранением диапазона рабочих частот. 1 з п.ф-лы, 4 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ А Ч И СТИЧ Е CK VI X

РЕСПУБЛИК

Istls G 01R гг(г6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4627068/21 (22) 28.12.88 (46) 15.02.91. Бюл. М 6 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.Л.Свирид (53) 681.327.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 800911, кл, G 01 R 31/26, 1978.

Авторское свидетельство СССР

hh 1406525, кл. G 01 R 27/26, 1986. (54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к радиоиэмерительной технике, предназначено для измерения активной составляющей проводимости, емкости и добротности радиотехнических элементов в параллельной и/или последовательной схемах замешения параметров с

„„ 42„„1628015 А1 повышенной точностью и быстродействием измерений в широком диапазоне рабочих частот и может быть использовано при технологическом контрпле параметров полупроводниковых приборов и других как линейных, так и нелинейных объектов. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия I;aìåðåíèé с сохранением диапазона рабочих частот. Автоматизированное устройство для измерения параметров радиотехнических эг .ментов содержит формирователь 1 централ,ной частоты и полосы пропускания. Введение в устройство измерительного блока 2, частотно-кодового преобразователя 4, микроЭВМ 5, блока

6 отображения инфоомации и кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения позволяет повысить точность и быстродействие измерений с сохранением диапазона рабочих частот, 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1628015

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения активной составляющей проводимости (сопротивления потерь). емкости и добротности различных радиотехнических элементов, как линейных, так и нелинейных, в параллельной и/или в последовательной схемах замещения параметров с повышенной точностью и быстродействием измерений в широком диапазоне рабочих частот и может быть использовано в подсистемах технической диагностики элементов автоматизированных систем контроля различной радиоэлектронной аппаратуры, а также при технологическом контроле параметров полупроводниковых приборов и других объектов.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений с сохранением диапазона рабочих частот.

На фиг.1 представлена структурная схема автоматического устройства для измерения параметров радиотехнических элементов; на фиг,2 — структурная схема частотно-кодового и реоб разо вателя; н а фиг.3 — диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого автоматического устройства; на фиг.4 — структурная схема алгоритма работы микроЭВМ.

Автоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов (фиг.1) содержит формирователь 1 центральной частоты и полосы пропускания, измерительный блок 2 с исследуемым радиотехническим элементом 3, частотнокодовый преобразователь 4, микроЭВМ 5, блок 6 отображения информации и кодоуправляемый источник 7 напряжения смещения, Частотно-кодовый преобразователь 4 (фиг.2) включает первый, второй и третий элементы И 8 — 10, элемент ЗАПРЕТ 11, первый, второй и третий элементы ИЛИ 12 — 14, узел 15 формирования импульсов, двоичный счетчик 16, многоканальный переключатель 17, узел 18 формирования образцовых интервалов времени, триггер

19 синхронизации, первый, второй и третий дифференцирующие узлы 20 — 22 и моностабильный элемент 23. На фиг.2 обозначены информационные 24 и 25 и управляющие 26 и 27 входы, а также выходы 28 и 29 и информационные выходы 30 преобразователя.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В параллельной схеме замещения измерительный блок 2, характеризующийся добротностью Q1, емкостью С1 и резонансной (центральной) частотой fo1, обладает эквивалентной активной составляющей проводимости

2 т1о1 С1 (1)

5 При параллельном подключении к измерительному блоку 2 исследуемого радиотехнического элемента 3, представляемого в виде параллельной схемы замещения с параметрами искомых емкости С» и активной

10 составляющей проводимости G», изменяются его резонансная (центральная) частота, добротность и емкость, которые принимают соответственно значения f02, 02 и С2, при этом эквивалентная активная составляю15 щая проводимости блока 2 — 2 7г ог Сг

Ог—

Ог (2) где

20 С2= C1+ С». (3)

Отсюда искомая емкость радиотехнического элемента 3

Сх = С2 С1. (4)

Активная составляющая проводимости

Gz (2) измерительного блока. как и емкость

Cz (3), представляет собой параллельное соединение двух проводимостей G1 (1) и 6». поэтому

30 G»=G2-G1= » О О (5)

Ьг С2 f01 С1

02 01

Зная параметры схемы замещения исследуемого радиотехнического элемента (4) и (5) на частоте измерения

f» = fm, (6) можно определить и третий искомый параметр — добротность

22 » Сх (7) бх

Как видно иэ полученных соотношений (4), (5) и (7), искомые параметры определяются такими параметрами измерительного блока, которые трудно поддаются автоматизации измерений. С целью упрощения измерений данных параметров воспользуемся центральной (резонансной) частотой

f1+f2 о—

2 (8) на уровне у = 3

50 и полосой пропускания

= 0,816

Af = fz — f1, (9) 55 которые формируются автоматически в известном устройстве на основании частот f1 и fz, соответствующих координатам точек перехода через нуль характеристики второй производной от амплитудно-частотной ха1628015

1 1 1

4 л 1 f3г то1 (13) Ох (17) 2 Xfx Cx

Q = —, — о;. (10)

Принимая во внимание соотношение (10), представим неизвестные величины Q1 и Qz через соответствующие значения резонансной частоты (8) fo1 и fpz и полосы пропускания (9) 611 и Afz, получаемых для измерительного блока при отключенном и подключенном исследуемом радиотехническом элементе:

Ь1, „ foz

О - 2 К„С 2 ж-,„., (1)

Используя известное уравнение Томсона, связывающее резонансную частоту с индуктивностью и емкостью контура, представляем неизвестные величины С1 и

Cz через соответствующие значения резонансной частоты (8) fo1 и foz и индуктивность

L измерительного блока:

С1—

1, 1

2 С2 .(12) (2л1о1) 1 (2 тг1о1) При подстановке соотношений (11) и (12) в соответствующие уравнения (4) и (5), выражения для искомых параметров преобретают следующий вид;

1 Лfz А 1 бх = - à — — . (14х

Искомая добротность Qx радиотехнического элемента определяется в соответствии с выражением (7) на основании измеряемых и вычисляемых по формулам (13) и (14) величин параметров с учетом регистрируемой частоты измерения fx по равенству (6).

Соотношения для искомых параметров радиотехнического элемента, представляемых в последовательной схеме замещения, соответственно емкости С», активного сопротивления rx и добротности О, могут быть получены аналогичным образом и представлены в следующем виде:

Сх— (15)

4дг ((Й- Яг) г ; = 2 WRL(hfz — h,f1); (16) 5

55 где частота измерения f„ в точности соответствует частоте fx, определяемой по формуле (6).

Константы и параметры, входящие в соотношения (15) — (17). по физическому смыслу идентичны аналогичным константам и параметрам, полученным для параллельной схемы замещения в соответствии с выражениями (11) и (12), за исключением того, что параметры с индексом "2" (foz и

A fz) получаю в результате измерений при последовательном включении исследуемого радиотехнического элемента в измерительный блск 2.

Предлагаемое уст ройство в автоматическом режиме для выбранной схемы замещения и установленного напряжения смещения последовательно во времени дважды, соответственно с отключенным и подключенным исследуемым элементом, формирует в виде соответствующих частот fo1, Л f1 и foz, Л fz резонансную частоту (8) и полосу пропускания (9) измерительного блока с последующим преобразованием этих частот в цифровой код и в соответствии с установленными математическими соотношениями (6), (7). (13), (14) или (Г), 15)-(17) в зависимости ст принятой схемы замещения производит вычисление искомыx параметров с помощью микроЭВМ 5. обеспечивая при этом существенное повышение точности и быстродействия измерений беэ сокращения диапазона рабочих частот.

Авгоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов работает следующим образом.

Исходное состояние и порядок функционирования автоматического устройства (фиг.1) определяет микроЭВМ 5, для подготовки к работе которой необходимо выполнить ряд операций. Первоначально отредактированная и рограмма вычислений параметров исследуемых радиотехнических элементов 3 совместно с алгоритмическим языком, на котором работает микроЭВМ, записывается в постоянное запоминающее устройством (ПЗУ). где и подлежит хранению.

Перед каждым новым включением в работу автоматического устройства информация с ПЗУ переэаписывается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), затем по соответствующей команде (для этого используется клавиша "Пуск" ) вызывается данная программа и на экране блока 6 отображения информации появляется комментарий, указывающий оператору порядок действий. При этом на первых четырех шинах третьего порта ввода-вывода микро1628015

ЭВМ 5 устанавливаются нулевые уровни сигналов. На остальных шинах всех портов ввода-вывода микроЭВМ 5 также исходно устанавливаются нулевые потенциалы, хотя их наличие не имеет существенного значения для нормальной работы измерительного устройства в целом.

В дальнейшем в соответствии со структурной схемой (фиг,4) алгоритма работы микроЭВМ 5 последовательно во времени в диалоговом режиме с клавиатуры осуществляется ввод значения индуктивности L измерительного блока 2 с последующим вычислением коэффициента

М= (18)

4л входящего в соотношения (13) и (15) для искомых параметров. В случае выполнения измерительного блока 2 с неизменной индуктивностью L ее величина и коэффициент М (18) представляют константы и их значения могут быть занесены в ПЗУ микроЭВМ 5 при первичной отладке программы вычисления искомых параметров, Затем вводят вид схемы замещения W, причем при измерениях параметров радиотехнических элементов 3 по параллельной схеме замещения значение переменной W принимается равным нулю (W - О), а по последовательной схеме замещения — единице (W 1). В соответствии с этим на первой шине V1 третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется нулевой или единичный потенциал (фиг.3а), который, передаваясь на второй управляющий вход измерительного блока 2, производит коммутацию исследуемого радиотехнического элемента 3 по параллельной или последовательной схеме замещения его параметров.

После этого вводят требуемое значение напряжения смещения Ugf представляемое в виде десятичного числа в пределах от нуля до некоторой максимальной величины, например 32 В, на которую спроектирован кодоуправляемый источник 7 напряжения смещения, исходя из условий измерений параметров исследуемых радиотехнических элементов 3.

Максимальное значение напряжения смещения, получаемого на выходе кодоуправляемого источника 7, определяется в пределе размахом максимального выходного напряжения, используемого совместно с цифроаналоговым преобразователем операционного усилителя. Для операционного усилителя типа К1408УД1 максимальное выходное напряжения составляет 19В, что позволяет получить, используя схему сме20

55 щения выходного уровня, максимальное напряжение на выходе кодоуправляемого источника 7 до 38 В, однако точность его установки определяется разрядностью используемого цифроаналогового преобразователя, которая должна быть не менее

12, Большую разрядность цифроаналогового преобразователя получить трудно, и это определяет реализацию кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения как 12разрядного функционального блока. В связи с этим все шины первого и второго портов ввода-вывода микроЭВМ 5 соединены лишь с частотно-кодовым преобразователем 4, который является 16-разрядным, а с кодоуправляемым источником 7 задействованы лишь 12 шин, что не нарушает нормального функционирования микроЭВМ 5, Введенное численное значение напряжения смещения UP микроЭВМ 5 переводит в цифровой двоичный код. который появляется на соответствующих шинах ее первого и второго портов ввода-вывода, передается на соответствующие цифровые шины кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения и воздействует на изолированные от основной части выходные шины частотно-кодового преобразователя 4.

С целью снижения составляющей погрешности установки напряжения смещения, обусловленной конечной величиной разрядности кодоуправляемого источника

7, на экране блока 6 в дальнейшем отображается не вводимая величина напряжения смещения, а его значение, соответствующее получаемому двоичному коду.

После ввода и преобразования данной информации на второй шине V2 третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.3б), который, воздействуя на управляющий вход, записывает в регистры кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения информацию, имеющуюся на его цифровых шинах. По окончании действия укаэанного импульса цифровая информация в регистрах сохраняется и на выходе кодоуправляемого источника 7 образуется напряжение смещения, в точности соответствующее сформированному двоичному коду, которое передается по второму информационному входу в измерительный блок 2 и далее воздействует на исследуемый радиотехнический элемент 3, Вскоре на третьей шине V3 третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется относительно большой по длительности прямоугольный импульс (фиг.3в) который, воздействуя на первый управляю1628015

50

55 щий вход частотно-кодового преобразователя 4, передним ф, онтом приводит данный преобразователь в исходное состояние и на время своей длительности разрешает ему прием информации по первому инфор лационному и второму управляющему входам и запрещает прием информации по его второму информационному входу, При этом выходные шины ч.статно-кодо. Ого преобпаэователя 4 остаются изолиро зннь,ми От основной части схемы и сигналы на них отсутствуют также OTcvTGTBó от гигH".ëf,. нэ его втором выходе. Нэ первом выходе чатотно-кодового преобразователя 4 в момен появления прямоугольного импульса (фиг.Зв) на его первом управляющем входг образуется острокгн .ч: ый импульс pPlf.3ã), который, поступая на ус: ановочный вход, приводит в действие формировэ ег,:. 1 центральной част рты и полосы пропускания по выполнению всех операций, связэннь;х как с установкой начальных условий работы, так и формированием достоверной ин формации о централ,.ной частоте и полосе пропускания измерительного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

Исходно формировэтечь 1 центр. ..чьнои частоты и полосы пропускания нэ своих первых трех выходал формирует сигналы с не кими частотами, соответствующ лми начальным условиям работы, а нэ четвертом выходе сигнал исключается При этом значения частот сигналов на первом и в-opbM выходах формирователя 1 соответствуют нижней границе частотного диапазона работы измерительного ус гройствэ, а н» третьем выходе — минимально возможной измеряемой полосе пропусканил. Получаемые немодулированные сигналы на втором и третьем выходах формирователя 1 воздействуют соответственно на первый и второй информационные входы частотно-кодового преобразовэ геля 4, а сигнал г. первого выхода, имеющий частотную модуляцию с небольшой де .иацией ч;стоты, поступает на первый и формационный вход измерительного блока 2, Иэмерительны»; б ICK 2, обладая собственной резонансной ча .. этой, как равило, отличной.от нижней границы частотного диапазона измерительного устройства, си-нал на свой выход не пропускает и, следовательно, сигнаг на информационном входе формирователя 1 отсутствует.

Спустя нзкотс.рое предельно короткое

ВРЕМЯ, ДОСтатОЧНОЕ ДЛЯ УСтЭНОВЛЕНИЯ Начальнь х условий работы фоомирователя 1, одновременно начинают изменяться (увеличиваться) частоты на его первом и втором выходах. Г!о мере увеличения частоты несу5

"0

40 щей частотно-модулированного испытательного сигнала и прибрижения ее к полосе пропускания измерительного блока 2 на выходе последнего появляется сложный, изменяющийся во времени по амплитуде э соответствии с формой амплитудно-частотной характеристики, частотно-модулированный сигнал.

Этот сигнал в формирователе 1 центpéëüíÎÉ IBcTQibI и полосы пропуска1-,ия подвергается обработке с образованием

Ho." "гоянной составляюшеи, пропорциональнои амплитудно частотной характеристике иэ;лерительного биока 2. и ряда гармонических сос- авляюших модулирующего сигна ла, в том числе и второи, пропорциональной вторОй flpopIÇÂoäH )й От амплитуд 10-частотной характеристики. Вторая гармоническая составляющая после с хронной

Фазоне <увс вительнси селекции и синхрон ной фазочувствитсльнои демодуляци . превращается в постоянную составляющую, пропорциональную в орой производной. Постоянные составляющие, пропорциональные амплитудно частотной характеристике и вто рой производной, зэ1ем раздельно .Одлежат

Огерации нормирон ния г. аким расчетом, чтобы максимальные зна ения данных сигналов устанэвливачись а опрецеленных уровнях независимо От величин добротнпсти измерительного блока 2 с откгючечным и подкгюченным ис ледуел ым радиотехническим элементом

При переходе через нуль нормир хвэнHopI характеристики второй производной начинает изменяться (увеличиваться) чф тота на третьем выходе формирователя 1 и этот процесс происходит до тех пор, пока нормированная характеристика второй пооизводной не достигlleT своего максимального значения. Когда данная характеристика достигнет экстремума, кратковр:менно фиксируются частоты на в ïpoì и третьем выходах формирователя 1. значения I отоpf.ix в первом приближении соответствуют центральной частоте (8) и полосе пропускан .я на соответствующем уровне (9) измерительного блока 2. Частота нэ первом выходе, продолжая непрерывно нар. стать с и;евышением точного значения частоты, со тветствующего центральной частоте измерительного блока 2, приводит к i:Opàзованию относительно заф; ксированного значения частоты на вторзм выходе разности частот, котор; я непрерывно сравнивается с уменьшенной в два раза частотой сигнала, зафиксированного на третьем выходе формирователя 1, при этом уровень сигнала на выходе измерительного блока 2 начинает убывать. Последнее обусловлено

1628015

12 тем, что с достижением максимумов амплитудно-частотной характеристики и характеристики второй производной происходит активизация процесса нормирования характеристик с фиксацией сквозного коэффициента передачи испытательного сигнала в формирователе 1, При совпадении с точностью до фазы получаемой разностной частоты с уменьшенной в два раза частотой, имеющейся на третьем выходе формирователя 1, которое происходит вблизи второй координаты перехода через нуль нормированной характеристики второй производной, частота несущей частотно-модулированного сигнала на первом выходе формирователя 1 начинает убывать до тех пор, пока снова не образуется аналогичная разность частот с противоположным знаком. При этом значение второй производной, соответствующее ее первой координате перехода через нуль, может отличаться от нулевого уровня, так как первоначальное получение частоты на втором выходе формирователя 1, в точности равной центральной частоте измерительного блока 2, оказывается маловероятным. В дальнейшем этот процесс повторяется с образованием разностных частот, абсолютное значение которых относительно частоты, генерируемой на втором выходе формирователя 1, определяется уменьшенной в два раза частотой, действующей на третьем выходе данного формирователя.

Уровни нормированной характеристики второй производной, получаемые при указанных условиях, сравниваются и в зависимости от результата сравнения влияют на номинальное значение частоты, действующей на втором выходе формирователя 1. таким образом, чтобы установить на одном и том же уровне значения второй производной при заданных величинах разностных частот независимо от влияния различного рода факторов. В свою очередь, частота на третьем выходе формирователя 1 изменяется таким образом, чтобы получить ее величину равной удвоенному значению разностных частот, соответствующему разности координат точек перехода через нуль нормированной характеристики второй производной.

По истечении некоторого интервала времени формирователь 1 уравновешивается с заданной степенью точности, непрерывно поддерживая постоянными значения частот на своих втором и третьем выходах, удовлетворяющих требованиям непосредственного отсчета центральной частоты fo> (1) и полосы пропускания Af> (9) измери5

55 тельного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3. Длительность процесса уравновешивания с заданной степенью точности формирователя 1, определяющая, по существу, время измерения z> >i параметров измерительного блока 2 с отключенным радиотехническим элементом 3, контролируется. Полное завершение данного процесса сигналиэируется относительно коротким прямоугольным импульсом (фиг.Зд), полученным на четвертом выходе формирователя 1 центральной частоты и полосы пропускания.

Этот импульс, поступая на второй управляющий вход астотно-кодового преобразователя 4, подготавливает его к работе.

Частотно-кодовый преобразователь 4, непрерывно воспринимающий по первому информационному входу информацию с второго выхода формирователя 1 центральной частоты и полосы пропускания и получивший в рассматриваемый момент времени разрешение на работу. спустя некоторое непродолжительное время формирует образцовый по длительности одино <ный синхронизирующий импульс (фиг,Зж), в течение которого и осуществляется преобразование поступающей центральной частоты foi (11) в цифровой двоичный код. По окончании формирования синхронизирующего импульса (фиг.Зж) частотно-кодовый преобразователь

4 переходит в режим хранения преобразованной информации и вызывает появление на своем втором выходе определенной длительности прямоугольного импульса (фиг.Зи), свидетельствующего о готовности данных в виде цифровой измерительной информации, которая при этом предъявляется на выходные шины данного преобразователя.

Прямоугольный импульс (фиг.Зи), полученный на втором выходе частотно-кодового преобразователя 4, воспринимается пс пятой шине третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5, которая с момента образования прямоугольного импульса (фиг.Зв) на третьей шине V3 своего третьего порта ввода-вывода все это время осуществляла непрерывный опрос готовности данных на шинах первого и второго портов ввода-вывода. МикроЭВМ 5, получив таким образом разрешение на вводданных, перезаписывает (осуществляет ввод информации F1 и F3 побайтно в соответствии со структурной схемой алгоритма, показанной на фиг,4) хранимую в частотно-кодовом преобразователе 4 и предъявляемую на его выходные шины цифровую информацию о значении центральной частоты fo", в соответствующую ячейку оперативной памяти, где она подле13

1628015 жит хранению для последующих вычислений. При этом импульс (фиг.3и) на пятой шине третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 перестает быть актуальным и к данному моменту времени он, как правило, заканчивается, производя изоляцию выходных шин частотно-кодового преобразователя 4 от основной части схемы.

После ввода данной информации микроЭВМ 5 на третьей шине ЧЗ св его тпетьего порта ввода-вывода устанавливает нулевой потенциал, заканчивающий формирование единич ого импульса {ф .н.Зч) и ереходит снова в режим опроса готовности данных на своих первом и втором портах ввода-вывода. Под влиянием полученного нулевого пот энциала, пооявляющегося на первом управляющем входе, частотно-кодовый преобразователь 4 получает разрешение на обоаботку информации, непрерывно поступающей на его второи информационный вход с третьего выхода формирователя 1 центральной частоты и полосы пропускания, с одновременным запрещением приема тактовой пс его первому информационному и второму управляющему входам соответственно с второго и четвертого выходов формироватсля 1. При непрерывной работе формироваекя 1 на его четвертом выходе не исклю ено появление одного или нескольких импульсов, например второго, изображенного на флг.Зд, на временном интервале действия указанного нулевого потенциала.

Вместе с этим под влиянием заднего фронта закончившегося прямоугольного импульса (фиг.Зв) частотно кодовый преобразователь 4 производи1 полное стирание хранимой цифровой измерительной информации и подготавливается к очередному циклу работы. Спустя некоторый интервал времени частотно-кодовый преобразователь 4 снова формирует образцовый,о длительности одиночный синхронизирующий импульс (фиг.Зж), в течение которого и осуществляется аналогично описанному преобразование в цифровой двоичный код поступающей с третьего выхода формирователя 1 частоты, соответствуюшей полосе пропускания Af1 (11) измерительного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3, B момент прекрашения действия синхронизирующего импульса частотно-кодовый преобразователь 4, переходя в режим хранения полученного двоичного кода, снова формирует прямоугольный импульс (фиг,3и), под влиянием которого цифровая измерительная информация предьявляется ча выходные шины преобразогателя 4, а

1."

55 микроЭВМ 5 получает разрешение на выполнение операции ввода новых данных.

Вновь предъявленную информацию микроЭВМ 5 снова перезаписывает (ввод данных

D1 и D3 производится также побайтно) в соответствующую ячейку своей оперативной памяти для хранения и последующего вычисления искомых параметров и приступает к дальнейшему выполнению программы B соответствил со структурной схемой алгоритма, изображенной на фиг.4, Исчезающий к данному моменту времени второй прямоугольный импульс (фиг.Зи) на втором выходе частотно-кодового преобразователя

4 снова изолирует выходные шины последнего от его основ ой части схемы.

МикроЭВМ 5, формируя в очередной раэ прямо, гольный импульс (фиг.Зв) на третьей шине V3 своего т,, етьего порта ввода-вывода, анало ично; писанному снова приводит в действие частотно-кодовый преобразователь 4 и вместе с нич фор лирователь 1 ценральной частоты и полосы пропускания по выполнению в полном объеме своих функций, включая установку начальных условий работы, и процессы в них и в измерительном устройстве в целом повторяются в той же последовательности, t о и при формировании и преобразовании и- мерительной информации о параметра измерительного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом Л, за исключением того, что в очеоеднои такт своей работы микроЭВМ 5 на четвертой шине V4 своего третьего порта ввода-вывода формирует единичный по1енциал (фиг.Зл), который, поступая на первыи управляющий вход измерительного блока 2, включает исследуемый радиотехнический элемент 3 в состав измерительного блока с реализацией соответствующего режима его работы по изначально определенной схеме замещения параметров. При этом центральная частота и полоса пропускания измерительного блока 2 изменяются, принимая соответственно значения

fn. u A fz (11). содержащие информацию об искомых параметрах исследуемого радиотехнического элемента 3.

Таким образом, формирователь 1, повторив описанные операции, спустя время изб ерения тизм g H3 четвертом выходе снова формирует относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.Зд), свидетельствующий о завершении процесса уравновешивания и готовности достоверной информации о цен1ральной частоте fog и полосе пропускания Ь fz иэмерительного блока 2 с подключенным исследуемым радиотехническим элементом 3, а микро15

1628015 соответствующие ячейки своей оператив- 5

40 проявляется, на дальнейшей работе измерительного устройства это не отражается, 45

ЭВМ 5 повторяет ввод преобразуемой частотно-кодовым преобразователем 4 цифровой измерительной информации (сначала в виде данных F2, F4, а затем D2, 04) в ной памяти для хранения и последующих вычислений.

После выполнения данной операции микроЭВМ на четвертой шине V4 своего третьего порта ввода-вывода устанавливает нулевой потенциал, завершая формирование прямоугольного импульса (фиг.Зл), отключающего исследуемый радиотехнический элемент 3 от измерительного блока

2, и присгупает к дальнейшему выполнению программы по вычислению искомых параметров B соответствии с заданным алгоритмом (фиг.4). С отключением исследуемого радиотехнического элемента 3 измерительный блок 2, возвращаясь в исходное состояние, скачкообразно приобретает прежние (первоначальные) значения параметров fo> и Л f<, которые могут существенно отличаться от только что зафиксированных значений for и Лт2, Из-за получаемой большой расстройки измерительного блока 2 по частоте формирователь 1 может утратить прежнее равновесие и, не возвратясь в уравновешенное состояние. на втором и третьем выходах может генерировать некие частоты, находящиеся вблизи границ частотного диапазона работы измерительного устройства. При малых расстройках измерительного блока 2 по частоте формирователь 1 может восстановить уравновешенное состояние, непрерывно генерируя на втором и третьем выходах центральную частоту foe и полосу пропускания Лт1 измерительного блока 2 с отключенныM радиотехническим элементом 3, а на четвертом выходе — прямоугольные импульсы (фиг.Зд), Независимо от того, какой из случаев в данный момент времени так как необходимая информация уже получена и микроЭВМ 5 е состоянии ее обработать, Процессы, протекающие в микроЭВМ

5, в дальнейшем сводятся к непосредственному вычислению искомых параметров по запрограммированным формулам (7), (13) — (17) с учетом ранее введенных в виде соответствующих констант и данных, полученных в результате измерений. После окончания вычислений на экран блока 6 отображения информации микроЭВМ 5 выводит вид схемы замещения W, напряжения смещения 09 е виде значений У, а

10 5

35 также значения вычисленных пара втрое

s соответствующих единицах измерения; частоты измерения FP в виде значения

F2, емкости С, активной составляющей проводимости G или активного сопротивления R (в зависимости от вида схемы замещения) и добротности Q, На этом цикл измерений и вычислений заканчивается и микроЭВМ 5 переходит в режим "Останов", При необходимости процесс измерений и вычислений может быть продолжен при тех же исходных данных, только при новом значении напряжения смещения UP, тогько при доугой схеме замещения W, при всех новых данных. В соответствии со структурной схемой (фиг.4) алгоритма работы при прежних данных микроЭВМ 5 на третьей шине V3 своего третьего порта ввода-вывода формирует прямоугольный импульс (фиг.Зв) и запускает аналогично описанному автоматическое устроиство в работу с возобновлением измерительной информации. Такой режим работы микроЭВМ 5 и автоматического устройства е целом полезен при исследовании влияния различного рода факторов (температуры, влаги, давлени". и т.д.) на параметры исследуемых рад1 о-;ехнических элементов 3, При всех новых данных работа автоматического устройства начинается с ввода этих данных, включая замену исследуемого радиотехнического элемента 3, с последующим повторением всех описанных операций, При необходимости получения информации только при новом значении напряжения смещения UP или только при другой схеме значения W достаточно ââåсти новое значение Ug или W и микроЭВМ 5, осуществив указанные операции, запускает автоматическое устройство в работу и с учетом возобновляемой измерительной информации и сохраняемой в 03У информации о ранее введенных константах вычисляет новые значения параметров и выводит их на экран блока 6 отображения информации.

Частотно-кодовый преобразователь 4 (фиг.2), используемый в предлагаемом автоматическом устройстве (фиг.1), работает следующим образом.

Прямоугольный импульс (фиг.Зв) относительно большой длительности, поступая на первый управляющий вход 26 частотно-кодового преобразователя 4 и, следовательно, на входы первого и второго дифференцирующих узлов 20 и 21, вторые входы первого и третьего элементов И 8 и

10, а также на инверсный вход элемента

ЗАПРЕТ 11, разрешает прием информации по первому информационному и второму уп17

1628015

18 равляющему входам 24 и 27 и запрещает прием по второму информационному входу

25.

Под влиянием переднего фронта данного импульса (фиг.Зв) на выходе первого дифференцирующего узла 20, реагирующего только на положительный перепад напряжения, формируется остроконечный импульс (фиг.Зг), который, поступая непосредственно на установочный вход триггера

19 синхронизации и через второй элемент

ИЛИ 13 на R-вход двоичного счетчика 16, устанавливает указанные функ ционал ьн ые блоки в исходное состояние с образованием на их выходах нулевь:х потенциалов, Одновременно этот же импульс (фиг.3r) передается на первый выход 28 частотно-кодового преобразователя 4.

Второй дифференцирующий узел 21, реагирующий только на отрицательныil п<. репад напряжения, не может создать на своем выходе сигнал, который бы повлиял на состояние триггера 19 синхронизации, Маловероятным оказывается и образование в начальный момент времени, когда измерительное устройство еще не запущено в работу, какого-либо управляющего импульса на втором управляющем входе 27 частотно-кодового преобразователя 4, который, пройдя через подготовленный для передачи информации третий элемент И 10 и третий элемент ИЛИ 14, воздействовал бы ча управляющий вход триггера 19 синхронизации и преждевременно подготавливал его к работе.

Нулевой потенциал, полученный на выходе триггера 19 синхронизации, препятствует передаче информации посредством второго элемента И 9 на С-вход двоичного счетчика 16 с выхода узла 15 формирования импульсов, на вход которого через первый элемент ИЛИ 12 и подготовленный для передачи информации первый элемент И 8 непрерывно поступает синусоидальный сигнал определенной частоты.

Этот сигнал с помощью узла 15 формирования импульсов превращается в нормализованные прямоугольные импульсы, которые воздействуют на первый вход второго элемента И 9., Третий дифференцирующий узел 22, реагирующий только на отрицательный перепад напряжения, может при самых неблагоприятных ситуациях возвращения в исходное состояние триггера 19 синхронизации образовать короткий импульс на своем выходе и вызвать срабатывание моностабильного элемента 23 и таким образом создать прямоугольный импульс определенной длительности на е-о выходе.

55 который, воздействуя на управляющий вход многоканального переключателя 17, на время своей длительности подключает выходные шины 30 частотно-кодового преобразователя 4 к соответствующим выходам двоичного счетчика 16, однако эти сигналы не могут повлиять на состояние других функциональных блоков автоматического устройства (фиг.1). Таким образом, в наиболее вероятной ситуации поактически cp33v Il<)сле воздействия прямоугольного импульса (фиг.Зв) групповые выходы 30 остаются изолированными от основной части схемы частотно-кодового преобразователя 4 и на их выходах, а также и на втором выходе 29 устанавливаются нулевые потенциалы.

Спустя некоторое время, принимаемое за время измерения тизм1, достаточное для того, чтобы под влиянием полученного на первом выходе ",.8 частотно-кодового преобразователя 4 ос<ооконечного импульса (фиг.3r) измерительное устройство уравновесилось с заданной степенью точности, на второй управляющий вход 27 поступает относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.Зд), сигнализирующий о готовности данных на первом и втором информационных вхс<лэх 24 и 25 и частотно-кодовый преобразовэ "ель 4 переходит в режим работь по непогоедственнолу преобразованию до-.таверной ана«оговой измерительной информации в виде частоты v цифровой двоичный код, Короткии импульс (фит.Зд) передаваясь с второго управляющего входа 27 частотнокодового преобразователя 4 ерез подготовленный для передачи информации третий элемент И 10 и третий зле<лент ИЛИ

14 на управляющий вход, подготавливает триггер 19 синхронизации к работе. Триггер 19 синхронизации. непрерывно воспринимающий по синхронизирующему входу информацию от узла 18 формирования образцовых интервалов времени в виде последовательности прял >угольных импульсов (фиг.3e) и получивший в рассматриваемый момент времени разрешение на работу, ждет прихода ближайшего полного образцового импульса (:мпульса, помеченного номером "1" на фиг е) из последовательности импульсов узла 18 формирования. В момент прихода данного импульса на выходе триггера 19 синхронизации образуется образцовый по длительности одиночный синхронизирующий импульс (фиг.Зж), который разрешает второму элементу И 9 передачу на С-вход двоичного счетчика 16 информации в виде частоты fo), соответствующей центральной частоте измерительного блока 2 с отключен1628015

20 ным исспедуемь м р)адиотехнх)чегк!. м эл:: ментом 3, с выхода узла l5 формирования импульсов, По окончании тактового импульса под номером "1" (фиг.Зе) узла 18 формирования 5 образцовых интервалов времени заканчивается формирование образцового по длит ельности синхронизирующего импульса (фиг.Зж) на выходе триггера 19 синхрониза ции что прекращает передачу информа- 10 ции через второй элемент И 9. При этом сам триггер 19 синхронизации Возвоащается в исходное состояние. Количесгво импульсов, поступившее за образцовый интервал времени на С-вход двоичного счет- 15 чика 16 (гоказано на фиг.Зж штриховкой), оказывается точно cooTBBòñò)ующим ча«тОгЕ foal (11) И ПрЕОбраЗОВаННЫМ В цИфрОвой двоичный код, ко орый, сохраняясь В двоичном счетчике 16. передается н-:! и! 20 формационнь;е входь! многоканального и ерекл ючател я 17.

B,1"ло !ент прекращения действия импульса на Выходе Tf)iirгеpB 1 9 синхро) 13ации третий дифференцирую.ций узел 22 25 образует остроконечнь!й импуль (фиг.Зз), который, запуская в работу моностабильг ны: элем:.нт 23, формир,,ет на его Выходе определенной дпительности -ipBvoyl-olIIный имп,)BB (риг,Зи). Этот и лпульс, дл«- 80 тельность .оторого Выб«рают г;Г)«мерно равной 3 4 татам работы микроЭВМ 5 одновременно Возд йствуя на второ1 Вь!ход

29 частотно-кодового преобразователя 4 и управляющий вход многоканального перс- 85

KlIIo÷àTåëB 1, переводит данный пере;люлтел!. B полож ние, соединя!GIIiåå его

НЫХО4Ы С ИН.I)OPV×ÖVIOÍ)IЫМИ BW ДВМИ И, СПЕдовагег ьнс, с соответствующими Выходами двои !Ого . :етч)лка 16.

--i!

Б рез1ль-)а-е данной операции на Bl!

ХОдНЫХ Illi1hB ЗО ЧаСтОтНО-КОДОВОГО iiL образовател ; -1 появляется достов .р- ая цифровая измеритепьная ин" ;,рмация о центраЛЬНОй ЧВСтств fol ИЗМЕрИтЕЛЬНОГО бЛОКа 2 45 с отключенным элементом,3, .Огорая сохра"!яется до прекращения действия импульса (фиг Зи) на управляющем входе многоканального пгреключ.i:å )я 17. Исчезновение этого мпульса на выходе моностабильного 50

l элемента 23 переводит многоканальный пе- < реключатель 17 B исходное состояние с изоляцией своих выходов и, следовательно, Выходных шин 30 «астотiio-кодового i)pB06) разовагеля 4 от основной части схемы. «55 цифровая информация на них исключается, Вскоре прямоугольный импульс (фиг.ЗВ) на первом управляющем входе 26 часто I нокодового преобразователя 4 исчезает, запрещая пЕредэчу информации через первый и третий эле -,BHli,l И 8 и 10 и разреш; и : ктовую через элемент ЗАИРЕ Г 11. Из непрерывно поступающей информации на первый и второй информационные входы 24 и 25 и второй управляю!ции вход 27 на этот раз только информация, поступающая на второй информационный вход 25 и соответствующая полосе пропускания Л fi (11), подлежлт обработке и преобразованию в частг)тно-кодовом преопразователе 4, Эта информация В виде час оты синусоидальчого си чап". через элемент ЗАПРЕТ 11 и первый элемент ИЛИ 12 поступает в формироватеlli; 15 имп Bit.coB и аналогично первому случаю превращается в нормализованнь е прямоугольные импульсы, которые и воздействуют на первый вход элемента И 9. (3торои дифферс )цирующий узел 21, реа «рук)щий олько ча огрицательный перепад напряжен!!я, формирует на своем выходе пстрокснечный импульс (фиг.Зк), который, гоступая через трегий элене!!т ИЛИ l4 на управляющий вход триггера 19 синхронизац!ли

1 через второй элемент ИЛИ 13 на К-вход дзоичного с ет )1ка 16 подготавливают к очередн зму ци,л р боты триггер 19 синхронизации и пр: зводят полное стирание хра;IIAMov! В,1во!лчном счетчике 16 прежней цифровой измерительной информации, приводя его В исходное состояние.

Тр.)ггер 19 синхронизации, получивший во второй раз разрешение нэ работу, ожидает !

")Омонта Времени, пр«котором от узла ",8 формирован!ия образцовых интервалов времени поступает очередной полный тактовый импульс !им )ульс под номером "2" из последова) ельности импульсов, представленной на фиг.Зе). Максимальное время задержки срабатывания три гера 19 синхронизации, как следует из диаграмм, представленных на фиг Зе,ж, составляет один период колебаний узла 18 формирования образцовых интервалов времени, а минимальное стремится к нулю.

По приходу импульса (фиг.Зе) под номером "2" от узла 18 формирования образцовых интервалов времени на синхронизирующий Вход триггера 19 синхронизации на его выходе снова образуется образцовый по длительности

c«нхр0низирующий одиночный импульс (фиг.Зж), За время действия этого импульса через Второй элемент И 9 на С-вход двоично! о счетчика 16 поступает такое количество импульсог от узла 15 формирования импульсг)В, которое в точности cooTBетсгвует исксмой полосе пропускания Afl (11). Код этой часто ы, получаемый в двоичном с етчике

22

35

50

16 в момент прекращения действия импульса на выходе триггера синхронизации, в дальнейшем сохраняется в нем и передается на информационные входы многоканального переключателя 17, При этом триггер 19 синхронизации снова возвращается в исходное состояние.

Под влиянием короткого импульса (фиг.Зз), получаемого в тот же момент времени в третьем дифференцирующем узле

22, моностабильный элемент 23 снова формирует прямоугольный импульс (фиг.3и), который передается на второй выход 29 частотно-кодового преобразователя 4 и воздействует на управляющий вход многоканального переключателя 17, На время действия этого импульса многоканальный переключатель 17 аналогично описанному предъявляет на выходные шины 30 частотно-кодового преобразователя 4 достоверную цифровую измерительную информацию о полосе пропускания Л11 измерительного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

После этого многоканальный переключатель 17, возвращаясь в исходное состояние, изолирует выходные шины 30 от основной части схемы частотно-кодового преобразователя 4, который на этом заканчивает первый полный цикл своей работы.

В дальнейшем процессы, происходящие в частотно-кодовом преобразователе 4, повторяются в полном объеме. за исключе- i нием того, что очередной прямоугольный импульс (фиг.Зв), поступающий на первый управляющий вход 26 частотно-кодового преобразователя 4, производит полное стирание хранимой в двоичном счетчике 16 цифровой измерительной информации, приводя его в исходное состояние, и подготавливает преобразователь 4 в целом к второму аналогичному циклу преобразования в цифровой двоичный код новых значений центральной частоты f02 и полосы пропускания Л1г измерительного блока 2 с подключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

Таким образом, автома гическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов обладает высокой эффективностью и позволяет существенно повысить точность и быстродействие измерений без сокращения диапазона рабочих частот эа счет введения специализированного измерительного блока и перехода к преобразованию достоверной аналоговой измерительной информации в виде частоты в цифровую с последующей ее обработкой и вычислением искомых параметров в микроЭВМ, позволяющим практически полно5

30 стью исключить ручные операции подключения исследуемых элементов к измерительному контуру и вычисления величин искомых параметров по результатам двух измерений центральной частоты и полосы пропускания.

Это устройство производит измерения с прецизионной точностью и высоким быстродействием, причем с сохранением исключительно широкого диапазона рабочих частот известного устройства, и может быть использовано при технологическом контроле дифференциальных параметров различных радиотехнических элементов, как линейных, так и нелинейных, а также в подсистемах технической диагностики автоматизированных систем контроля различной радиоэлектронной аппаратуры.

Формула изобретения

1. Автоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов, содержащее формирователь центральной частоты и полосы пропускания, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что. с целью повышения точности и быстродействия измерений с сохранением диапазона рабочих частот, в него введ ны измерительный блок, частотно-кодовый,1реобразователь, микроЭВМ, блок отображения информации и кодоуправляемый Nc104HMK напряжения смещения, причем первый информационный вход измерительного блока соединен с первым выходом формирователя центральной частоты и полосы пропускания, информационный вход которого соединен с выходом измерительного блока, шины первого и второго портов ввода-вывода информации микроЭВМ соединены с соответствующими информационными выходами частотно-кодового преобразователя и цифровыми входами кодоуправляемого источника напряжения смещения, выход которого соединен с вторым информационным входом измерительного блока, второй управляющий вход которого соединен с первой шиной третьего порта ввода-вывода информации микроЭВМ, вторая шина третьего порта ввода-вывода информации которой соединена с управляющим входом кодоуправляемого источника напряжения смещения, первый управляющий вход измерительного блока соединен с четвертой шиной третьего порта ввода-вывода информации микроЭВМ, третья шина третьего порта ввода-вывода информации которой соединена с первым управляющим входом частотно-кодового преобразователя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с вторым и

1628015

24 третьим выходами формирователя центральной частоты и волосы пропускания, четвертый выход которого соединен с вторым управляющим входом частотно-кодового преобразователя, первый выход которого 5 соединен с установочным входом формирователя центральной частоты и полосы пропускания, второй выход частотно-кодового преобразователя соединен с пятой шиной третьего порта ввода-вывода информации 10 микроЭВМ, информационный выход которой соединен с входом блока отображения информации.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, чтв частотно-кодовый преобразова- 15 тель содержит первый, второй и третий элементы И, элемент ЗАПРЕТ, первый, второй и третий элементы Mill узел формирования импу,tbcoB, двоичный счетчик, многоканальный переключатель, узел 20 формирования образцовых интервалов времени, триггер синхронизации, первый, второй и третий дифференцирующие узлы и моностабильный элемент, причем первый вход первого элемента ИЛИ соеди- 25 нен с выходом первого элемента И. первый вход которого является первым информационным входом преобразователя, второй вход первого элемента И соединен с инверсным входом элемента 30

ЗАПРЕТ, с вторым входом третьего элемента И, с объединенными входами первого и второго дифференцирующих узлов и является первым управляющим входом преобразователя, второй вход первого 35 элемента ИЛИ соединен с выходом элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого является вторым информационным входом пп образователя, первый вход 1ретьего элемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого является вторым управляющим входом преобразователя, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом узла формирования импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего дифференцирующего узла и выходом триггера синхронизации, синхровход которого соединен с выходом узла формирования образцовых интервалов времени, выход первого лифферен цирующего узла соединен с установочным входом триггера синхронизации, вторым входом второго элемента ИЛИ и является первым выходом преобразователя, управляющий вход триггера синхронизации соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго дифференцирующего узла и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которо о соединен с R-входом двоичного счетчика, С. вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход третьего дифференцирующего узла соединен с входом моностабильного элемента. выход которого соединен с управляющим входом многоканального переключагеля и является вторым выходом преобразователя, выходы двоичного счетчика соединены соответственно с информационными входами многоканального коммутатора, выходы которого являются информационными выходами преобразователя.

1628015

1628015

Составитель В, Чеботова

Техред М.Моргентал Корректор М, Самборская

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор А. Огар

Заказ 339 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5