Способ измерения добротности контура методом расстройки частоты и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых приборов. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений путем измерения сигналов при резонансе на трех фиксированных ча,стотах с регистрацией уровней напряжения при этих значениях частот. Затем по трем значениям частоты и соответствующим значениям напряжений на контуре определяют величину добротности, причем уровни напряжений на контуре измеряют при произвольных частотах, крайние значения из которых расположены справа и слева от резонансной частоты. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 Р 27/26

ГОСУДАРСТОЕННЬ!й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕЛ ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М уа

)2 аюеВ (2 1) 4729181/21 (22) 19.06.89 (46) 30.01.92. Бюл. O 4 (72) 8.3. Лубяный и С.С. Голощапов (53) 621.317 (088.8) (56) Измерения в электронике. Справочник.

Под общей редакцией проф. В.А. Кузнецова, M.; Энергоатомиздат, 1987, с. 239,-242. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ

КОНТУРА МЕТОДОМ РАССТРОЙКИ ЧАСТОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕС;ВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть исИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть ис- пользовано при контроле параметров полупроводниковых приборов.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерений путем измерения сигналов при резонансе на трех фиксированных частотах с регистрацией уровней напряжения при этих значениях частот.

На фиг.1 приведена схема, peawsyeщая способ; на фиг.g — кривые измеренных частот.

В способе измерения добротности контура методом расстройки частоты контур настраивают в резонанс на частоте измерения путем изменения емкости настройки и производят отсчет уровня напряжения на контуре в момент резонанса, после чего измеряют уровни напряжения на контуре при частотах сверху и снизу от резонансной.

„„5U „, 1709240 А1 польэовано для измерения параметров полупроводниковых приборов, Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерений путем измерения сиг- налов при резонансе на трех фиксированных частотах с регистрацией уровней напряжения при этих значениях частот, Затем по трем значениям частоты и соответстВующим значениям напряжений на контуре определяют величину добротности, причем уровни напряжений на контуре измеряют при произвольных частотах, крайние значейия из которых расположены справа и слева от резонансной частоты, 2 ил. а затем по трем значениям частоты и соответствующим им отсчетам напряжения на контуре определяют величину добротности, причем уровни напряжения на контуре измеряют при фиксированных частотах, расположенных на резонансной кривой. При этом не требуется точная настройка контура в резонанс.

Как известно, уравнение резонансной кривой имеет вид:

1о де у —, текущее значение ординаты кривой;

y< — амплитудное значение кривой (резонанс);

0 — добротность контура;

f — текущее значение частоты;

4 — частота резонанса.

1709240

;г

+ о 2 f) f3

2 Я

У2 уо уо

А2

У1 уз

Тогда иэ (2) следует:

Пусть f1, f2, fg — частоты измерения, незначительно. отличающиеся друг от друга, причем б1< тэ < f2, При этом fq — частота измерения„отличная от резонансной (фиг.2), Соответствующие этим частотам значения резонансной кривой обозначениям у1, у2, уз. Исходя иэх (1), можно записать;

У1 уо причем у /уг - А, (Э)

МТ1" К вЂ” постоянная величина, (4)

Тогда

1+Q то т1 Ог fî (A2K2 — 1) + K2 4 f ) (A2 — 1) (1 — 26 ) <

+K Q f< (А - К )-,О

Учитывая, что ля систем с высокой добрготностью 1«20- и реаая относительно то, получим

1 (А — 1 )+ A(K = — )

f2O1.2- 1 Ь)

К

А

2 1

К2

Анализируя (5), моино показать, что знак "+" указывает, что точки у1 и уг находятся на разных ветвях резонансной кривой, т,е.

V3,> У1., Уэ > У2. (6)

Если обеспечить условие (6), то из (5) следует: (A -1} A(K- Ä )

2„, 2 (7)

2 1

А К

Решая (9) относительно 0. получим;

O-i(B

В (М вЂ” 2)+2 — N

4 определяется по (7).

Таким Образом, сняв Отсчеты у1, у2, у3

l. a фиксированных частотах f l f2, f3 соответственно можно по (16) определить истинное значение добротности контура. При этом контур должен быть настроен в резонанс на частоте 13 не особенно точно. что снижает требования ь аппа,.атуре, производящей настройку контура.

Пример осуществления способа, Контур, содержащий индуктивность, варикап нас ройки и измеряема и варикап, подключен к генератору ди кретных частот

f1, f2, т3. Варикап настройки, подключенный к источнику смещения. Может изменять емкость контура. Б ыхОдной сигнал контура, поступающий на усилитель и детектор. регистрируется измерительным прибором (например, цифровым БОльтметром). На частоте измерения f3" . Омощью варикапа настройки контур настраивается в резонанс по максимальному показанию измерительного прибора, с. которого снимается отсчет уз. После зтОГО Генератор переключается нз частоту f< и снимается отсчет у., затем на частоту fz и снимается отсчет yz. ПО (3) и (4) определяются значения А и К, где К вЂ” постоянная величина, затем по (1) Определяется собственная резонансная частота контура то, которая может несколько отличаться от частоты 13 из-за неточности настройки, Далее по (11) и (12) определяются значения М

И М, а по (8) — зчачение В, Добротность контура определяется по зависимости (1О) устройство содержит генератор 1 дискpeTHblx частот высокОчастОтного сигнала, усилитель 2, детектор Э, пороговые элементы 4 и 5, первый трехвходовой блок 6 совпадения и инвертор 7, генераторы 8 и 9 тактовых импульсов, второй трехвходовой

1О и двухвходовой 11 блоки совпадения, счетчики 12 и 13, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 14 и 15, RS-триггер 16, блок 17 задержки, О-триггер 18. двухвходовые блоки ИЛИ 19 и 2О, трехвходовой блок

ИЛИ 21, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22, распределитель 23 импуль1709240

20

55 сов, блок 24 сопряжения, блок 25 вычислений и управления, блок 26 индикации, конденсатор 27 связи, измерительный контур

28,-состоящий из индукти вности 29, конденсатора 30, и варикап 31 настройки.

В качестве блока вычислений и управления используется микроЗВМ "Злектроника60". Блок 24 сопряжения представляет собой устройство параллельного обмена

И2. Вход измерительного контура 28 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 15 и через конденсатор 27 — с генератором 1, а выход — с клеммой 32 для подключения варикапа 31 и через соединенные последовательно усилитель 2 и детектор 3 - c информационным входом АЦП 22 и входами пороговых элементов 4 и 5, блок 25 вычисления и управления соединен через блок 24. сопряжения с информационным и тактовым выходами АЦП 22, с блоком 26 индикации, с распределителем 23 импульсов, R-вход которого соединен с шиной

"Пуск", первый тактовый выход — с первым входом блока ИЛИ 19, второй выход — с вторым входом блока ИЛИ 19, с первым входом блока ИЛИ 21, выход которого соединен с управляющим входом АЦП 22, третий выход — с первым входом блока ИЛИ 20, четвертый выход — с вторым входом этого блока и с вторым входом блока ИЛИ 21, третий вход которого соединен с R-входом

RS-триггера 16 и с выходом блока б совпадения, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента 4, на второй вход которого подано опорное напряение U, второй вход порогового элемента 5 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 14, а выход — с первым входом блока 10 совпадения и через инаертор 7 — с вторым входом блока б совпадения и R-входом 0-триггера 18, выход которого соединен с вторым входом блока 10 совпадения, на О- вход подан уровень логический "1", С-вход и третий вход блока б совпадения соединены с выходом блока 17 задержки. вход которого соединен с входом счетчика

13, R-.вход которого подключен к шине

"Пуск", информационный выход — к входу

ЦАП 15, и с выходом блока 11 совпадения. первый вход которого соединен с генератором Q, второй вход — с выходом RS-триггера

16. S-вход которого соединен с шиной

"Пуск",третий вход блока 10 совпадения соединен с выходом генератора 8. а выход — с счетчиком 12, R-вход которого соединен с шиной "Пуск", а информационный выход — с входом ЦАП 14, выход которого соединен с втором входом порогового элемента 5, одна клемме для подключения варикапа соедине30

50 ià с выходом измерительного контура 28, а д зугая клемма — с общей шиной.

Устройство, реализующее способ, ряботает следующим образом. В исходном состоянии генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частоты, при которой измеряется добротность контура.

Испытуемый варикап подключается к клеммам 32, после чего формируется импульс "Пуск", с приходом которого обнуляются счетчики 12 и 13, распределитель 23 импульсов устанавливается а состояние. .при котором сигналы на его выходах отсутствуют, RS-триггер 16 устанавливается в

"1", которая дает разрешение на прохождение тактовых импульсов от генератора 9 к счетчику 13, на выходе ЦАП 15 формируется напряжение, которое управляет емкостью варикапа. Входной тактовый импульс счетчика 13 через блок 17 задержки, время задержки которого определяется временем установления переходных процессов в цепи: счетчик 13, ЦАП 15, контур 28, усилитель

2, детектор 3. пороговый элемент 5, устанавливает а единичное состояние по С-входу

0-триггер 18, на Р-вход которого подан уровень логической "1". При этом, если в результате иученения емкости. варикапа выходное напряжение детектора 3 превысило уровень напряжения на выходе ЦАП 14, на выходе порогового элемента 5 появится уровень логической "1 -, который по единичному состоянию триггера 18 дает разрешение на прохождение тактовых импульсов от генератора 8 через блок 10 совпадения на счетчик 12. Увеличение кода в счетчике 12 происходит до тех пор, пока напряжение на выходе ЦАП 14 не превысит уровень сигнала детектора 3. В этом случае на выходе поро-. гового элемента 5 возникнет. состояние логического "0", прекратится подача импульсов на вход счетчика 12, на выходе инвертора 7 возникнет уровень логической

"1", который установит триггер 18 в нулевое состояние. Если же к моменту прихода импульса на С-вход триггера 18 пороговый элемент 5 находился в нулевом состоянии (напряжение на выходе ЦАП 14 превышало напряжение детектора 3), на выходе инвертора 7 будет уровень логической "1", удерживающий триггер 18 в нулевом состоянии, т.е. если при изменении емкости варикапа резонанс не наступает (емкость далека от резонансной), триггер 18 не включается, на выходе детектора и ЦАП 14 напряжение равно нулю. В таком режиме схема находится до тех пор,-пока на выходе детектора не начнет возрастать напряжение, величину которого будет отслеживать ЦАП 14.

Когда напряжение детектора превысит опорный уровень О, на выходе порогового элемента 4 возникнет состояние логической

"1", поступающее на блок 6 совпадения. В этом случае, если при изменении выходного 5 напряжения ЦАП 15 сигнал на выходе детектора увеличился, на выходе порогового элемента 5 появится уровень логической 1" и произойдет отслеживание этого сигнала. На выходе инвертора 7 Во время действия им- 10 пульса с выхода блока 17 задержки возникНЕТ УРОВВНЬ ЛОГичеСКОГО О И СИГНВЛ На выходе блока 6 совпадения не формируется.

Так происходит до тех пор, пока сигнал на выходе детектора при иэмененми кода счет- 15 чика 13 растет. Если же в Результате изменения кода указанно о счетчика сигнал на выходе детектора уменьшился (емкость варикапа стала меньае резонансной), на Выходе инвертора 7 появится состояние 2О логической "1", импульс с выхода блока 17 задержки, пройдя блок 6 совпадения, установит в нулевое состояние триггер 16, подача тактовых импульсов От f.eHepBYGpB 9 8 счетчик 13 прекратится, контур 28 оказыва- 25 ется настроенным в резонанс. Одновременно этим же импульсом запускается АЦО 22, формируя код, пропорциональный резонансному сигналу на выходе детектора 3. OG окончании формирования кода АЦП 22 фор- 30 мирует сигнал "Конец преобразования", который взводит один мэ рязрядов регис;ра состояния блока 24 сопряжения. Код АЦР считывается и запоминается В бггоке Вычмс" ления и упраВления. AG Окончании считыва- 36 ния блок ВЫчисления и управлеHИЯ формирует импульс на Одном из Разрядов

Регистра состояния блока 24 сопряжения, который поступает на тактовый ВМОд Распределителя 23 импульсов, после прихода 49 которого на г16рвом Выходе распределителя

23 появляется сигнал, KQYQpHA через блок

ИЛИ 19 переводит генератор 1 на частоту fl, второй тактовый импульс распределителя

23 формируется программно сзадержкой,,45 необходимой для установления переходных процессов, возникших в результате изменения частоты. ПО второму состоянию распределителя 23 через блок ИЛИ 21 запускается

АЦП и efQ кодпоступает в блок вычисления 50 и управления. Аналогично описанному происходит переключение на частоту 4 и снятие третьего кода АЦП в блок вычисления и управления, после чего по {7) происходит

Вычисление NcYNHHGA частоты резонанса fo 55

{так как частота б иэ-зв дискретности ЦАП

14 и конечной чувствительности порогового устройства 5 будет несколько выве, чем то) и па (Ю) вычисляется истинное значение добротности контура с Варикапом, которое через Выходной регистр блока 24 сопряжения поступает в блок 26 индикации.

Способ можно использовать для раэбраковки варикапов по добротности В режиме фиксированной емкости. поскольку результирующая добротность контура с 88Рмкапом ГраничноГО уровня при постоянной емкости 6CYb величина ffGcTGAHHBA.

Способ имеет более Высокую точность и быстродействие, а также отличается относительнОЙ прОстотОй прм практическОЙ реВпМэации, пОскОльку сОдержит, 8 Основном, «IfcYройс гва 8 4пускаемые серийно ff pG++fff

ЛВННОСТЬЮ.

Формула изобретения

1. Способ измерения добротности KGHтура методом расстройки частоты, заключающийся в You, что контур настраивают 8 резонанс на BcYGY6 измерения путем изменения емкости настройки и производят GYсчет ypGBHIf напряжения на контуре В момент резонанса, после чего измеряют уровни напряжения на контуре при частотах сверху и снизу от резонансной, а затем па трем значениям частоты и соответствуюьцим Отсчетам напряжения на кОнтуре Gflpe деллют величину Добротности, о т л и ч а IG= о4 и и с я тем, что. с целью повышения быСтродействмя и точности измерений. уровни напряжения на контуре измеряют при произвольных частотах. крайние значенмя которых расположены слева и справа От резОнансной, при этом ДобротнОсть кОнтура Опр6деляют иэ Выражения

Q- 1-Ф

Ц (М вЂ” 2)+2 — и

«.» - — 1)+ %(К ---)

4"- ff

», уэ уровни напряжения HB контуре, СНЯ;46 С О ЗВТСТ ° . «О GPNHBCTGYBX ff, fg. f3. при это,".s fl гз :; . — Встота измерения, отличная от резонансной частом ы 1О.

2.,Устройство для г нтроля добротности контура методом расстройки астоты, содержащее измерительный контур. генераТор pNCKpeYHvx BCYGY evCGKG BCYGYHGro смГнала, блок индикации, О т л и ч а fG щ 6 6

С Я ЕМ, IYG. С ЦВЛЬЮ ffGBMfff6HHff бЫСТООДЕЙ1709240 ствия и точности измерений, в него введены блок вычисления и управления, блок сопряжения, распределитель импульсов, аналого-цифровой преобразователь, два двухвходовых блока ИЛИ, трехвходовой 5 бл Ок ИЛ И, RS-триггер„два генератора так.товых импульсов, двухвходовой и трехвходовой ахи совпадения, два счетчика, два цифроаналоговых преобразователя, блок задержки, О-триггер. конденсатор связи, 30 усилитель, детектор, два пороговых элемента, инвертор, второй трехвходовой блок cosпадения, при этом блок вычисления и управления соединен через блок сопряжения с информациОнным и тактовым Выхода- 15 ми аналого-цифрового преобразователя. с блоком индикации, с распределителем импульсов, Я-вход которого соединен с шиной

"Пуск", первый тактовый Выход — с первым входом первого двухвходового блока ИЛИ, 20

Второй выход- с вторым входом этого блокаи с первым Входом трехвходового блока

ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, третий выход — с первым входом 25 второго двухвходового блока ИЛИ, четверTblA Выход % Вторым Входом этОГО блока и с вторым входом трехвходового блока ИЛИ, третий Вход которого соединен с R-входом

RS-триггера и с Выходом первого трехвхо- 30 дового блока совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, один вход которого соединен с клеммой опорного напряжения, Второй вход- с выходом детектора, инфор- 35 мационным входом аналого-цифрового пре.Образователя и с первым входом Второго порогового элемента, Второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а выход — с первым входом второго трехвходового блока совпадения и через инвертор — с вторым входом первого трехвходового блока совпадения и

Я-входом Р-триггера, выход которого соединен с вторым Входом второго блока совпадения, на Р-вход подан уровень логической единицы, С-вход и третий вход первого трехвходового блока совпадения соединены с выходом блока, задержки, вход которого соединен с входом первого счетчика.

R-вход которого соединен с шиной "Пуск", информационный выход — с входом второго цифроаналогового преобразователя и с выходом двухвходового блока совпадения, первый вход которого соединен с первым тактовым генератором, а второй 6ход — с выходом RS-триггера. S-вход которого соединен с шиной "Пуск", третий вход второго трехвходового блока совпадения соединен с выходом второго тактового генератора. а выход — с вторым счетчиком, R-вход которого соединен с шиной "Пуск". а информационный выход — .с входом первого цифроаналогового и реобразовател я, вход детектора через усилитель соединен с выходом измерительного контура, с клеммами для подключения варикапов, причем измерительный контур состоит из индуктивности и варикапа настройки, вход которого соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя и через конденсатор связи — с выходом генератора дискретных частот высокочастотного сигнала, управляющие входы которого соединены с выходами блоков ИЛИ, первая клемма для подключения варикапов соединена с выхо. дом измерительного контура, Вторая клемма — с общей шиной.

Составитель П. Тарасенко

Редактор Т. Лошкарева Техред М,Моргентал

Коррект& -:. :- евск

Прбизводственно-издательский комбинат "Патент, Ужгород, укГагарх.а, 301

Заказ 422 Тираж Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откритичм при ГКНТ СССР

313Î35, Москва, Ж-35, Раушскм наб., 4/5