Способ контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольтамперной характеристикой s-типа и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электронике и при использовании позволяет повысить точность контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления за счет изменения соотношения глубины положительных и отрицательных обратных связей в элементе с регулируемыми напряжениями и токами включения и выключения. Устройство содержит источник питания, нагрузочный резистор, конденсатор, вольтметр, элемент с ВАХ S-типа. Кроме того, устройство снабжено дополнительным транзистором п-р-н-типа, четырьмя резисторами, генератором опорной частоты, двумя преобразователями частоты в цифровой код, счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, интегратором, ключом, двумя вольтметрами, миллиамперметром, перемычкой. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может пользоваться для контроля и подстройки под заданную величину отрицательного дифференциального сопротивления в элементах с регулируемой вольт-амперной характеристикой (ВАХ) S-типа.

Известен способ контроля параметров элементов с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) S-типа, заключающейся в том, что на элемент с ВАХ) S-типа от источника тока подают ток, затем измеряют ток, протекающий через элемент с ВАХ S-типа, и падение напряжения на этом элементе. Данный способ позволяет за счет последовательного измерения тока и напряжения определять параметры ВАХ S-типа, а именно: напряжения U_вкл, U_выкл и точки I_вкл, I_выкл включения и выключения. Далее по формуле определяется отрицательное дифференциальное сопротивление (С.А.Гаряинов, И. Д. Абезгауз. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. М. Энергия, 1970, с. 13-17). Затем за счет изменения сопротивлений резисторов в цепях положительной и отрицательной обратных связей осуществляют изменение на требуемую величину одного (или нескольких) параметров ВАХ S-типа. После этого по формуле (I) снова проводят вычисление и так последовательно за счет многократных циклов измерения и вычислений осуществляют подстройку элемента с ВАХ S-типа под заданную величину отрицательного дифференциального сопротивления (А.А.Арефьев, Е.Н.Баскаков, Л.Н.Степанова. Радиотехнические устройства на транзисторных эквивалентных p-n-p-n-структуры. М. Радио и связь. 1982, с. 30-31).

Недостатком данного способа является его большая трудоемкость и низкая точность, Объясняется это тем, что в областях переключения, где контролируются основные параметры включения (U_вкл, I_вкл) и выключения (U_выкл, I_выкл), на ВАХ S-типа имеется участок, на котором дифференциальное сопротивление равно нулю. Это означает, что при изменении в больших пределах тока включения ΔI_вкл или выключения ΔI_выкл напряжение на элементе с ВАХ S-типа не изменяется, то есть вычисление по формуле (I) производится с большими погрешностями.

Известное устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной характеристикой (авт. св. СССР N 428314, кл. G 01 R 31/26, 1972), содержащее источник питания, нагрузочный резистор, детекторы, вольтметр, емкость, цепь, состоящую из детектора и первого вольтметра, параллельно с которым соединена емкость, и последовательно включенные второй вольтметр и третий вольтметр, параллельно с которым соединен детектор, подключенный через емкость к клеммам испытываемого прибора.

Данное устройство обладает недостаточной точностью контроля, так как погрешность измерения разности напряжений включения и выключения (U_вкл, U_выкл) будет мала только в том случае если величины напряжений U_вкл, U_выкл велики (например, при измерении параметров ВАХ S-типа у таких элементов как тиристоры, динисторы, однопереходные транзисторы и т.д.). Однако у большинства современных устройств с ВАХ S-типа напряжения включения и выключения составляют единицы вольт, а не десятки и сотни вольт (как у тиристоров и динисторов). В современных устройствах с ВАХ S-типа разность (U_вкл-U_выкл)оказывается сопоставимой с величинами напряжений U_вкл, U_выкл. Поэтому резко уменьшается точность контроля (А.Н.Серьезнов, А.А.Арефьев, Л. Н. Степанова. Транзисторные эквиваленты приборов с отрицательным сопротивлением и интегральные схемы на их основе (Полупроводниковая электроника в технике связи / Под ред. И.Ф.Николаевского. М. Радио и связь 1988, с. 4-18).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ параметров негатронов, управляемых током (авт. св. СССР N 1466476, кл. G 01 R 31/26, 1987). Под негатроном понимается устройство с ВАХ S-типа. Этот способ включает подачу на негатрон тока смещения, возбуждение в негатроне, включенном в колебательную систему, электрических колебаний с различными частотами, изменение активного сопротивления колебательной системы и измерение амплитуды электрических колебаний. Кроме того, в данном способе измеряют частоту низкочастотных колебаний, регистрируют значение активного сопротивления колебательной системы, соответствующее низкочастотным колебаниям с минимальной амплитудой, и определяют отрицательное сопротивление негатрона по формуле где L_к, C_к значения индуктивности и емкости колебательной системы; R активное сопротивление колебательной системы при низкочастотных колебаниях.

Недостатком данного способа является недостаточная точность контроля, так как данный способ не позволяет осуществлять подстройку элементов с ВАХ s-типа под заданное значение отрицательного дифференциального сопротивления. При построении различных преобразователей на элементах с ВАХ S-типа величина отрицательного дифференциального сопротивления является одним из основных параметров, входящих в функцию коэффициента преобразования. При интегральном исполнении важно уменьшить разброс этого параметра, так как при этом может существенно измениться коэффициент преобразования. С этой целью проводят разработку готовых изделий. Поэтому для увеличения процента выхода годных микросхем в устройствах с регулируемыми параметрами ВАХ S-типа так важно повышение точности контроля величины отрицательного дифференциального сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство с вольт-амперной характеристикой S-типа, содержащее первый транзистор p-n-p-типа, первый и второй транзисторы n-p-n-типа и восемь резисторов, коллектор и база транзистора n-p-n-типа, эмиттер которого соединен с общей шиной, подключены соответственно через первый и второй резисторы к входной клемме устройства и к коллектору первого транзистора p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с входной клеммой устройства, а коллектор и база подключены соответственно через третий и четвертый резисторы к общей шине и коллектору первого транзистора n-p-n-типа, коллектор и база второго транзистора n-p-n-типа подключены соответственно через пятый резистор к положительному полюсу дополнительного источника питания и к первому выводу шестого резистора, входная клемма устройства соединена через седьмой резистор с шиной питания. Кроме того, в него введены девятый, десятый, одиннадцатый резисторы и второй транзистор p-n-p-типа, база которого через восьмой резистор соединена с эмиттером того же транзистора, а через девятый резистор с коллектором второго транзистора n-p-n-типа. Эмиттер второго транзистора p-n-p-типа через десятый резистор к входной клемме устройства, которая соединена с вторым выводом шестого резистора. Коллектор того же транзистора соединен с базой первого транзистора n-p-n-типа. Эмиттер второго транзистора n-p-n-типа через одиннадцатый резистор подключен к отрицательному полюсу дополнительного источника питания (авт. св. СССР N 1290491, кл. H 03 H 11/44, 1985).

Недостатком данного устройства является низкая точность контроля из-за невозможности его подстройки под требуемую величину отрицательного дифференциального сопротивления.

Цель изобретения повышение точности контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с ВАХ S-типа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольт-амперной характеристикой S-типа, включающем подачу на элемент тока смещения, возбуждение в элементе с ВАХ S-типа, включенном в колебательную систему, электрических колебаний с частотой генерации, определение отрицательного дифференциального сопротивления, задают опорную частоту f_оп, равной требуемой частоте f_т генерации элемента с ВАХ S-типа, напряжений U_вкл, U_выкл и токов I_вкл, I_выкл включения и выключения, и отрицательного дифференциального сопротивления задают опорную частоту f_оп, равную требуемой частоте f_т генерации элемента с ВАХ S-типа, после чего преобразуют опорную частоту f_оп и частоту, измеренную на выходе элемента с ВАХ S-типа, в цифровой код, затем преобразуют отношение кодов частот в направление ± ΔU измеряют это напряжение и подают на вход элемента с ВАХ S-типа, определяют отрицательное дифференционное сопротивление элемента с ВАХ S-типа по формуле (где напряжения и токи включения и выключения элемента с ВАХ S-типа, измеренные при подаче на управляющий вход напряжения ± ΔU ), после чего сравнивают отрицательное сопротивление с заданным сопротивлением и при превышении полученной разности допустимого значения изменяют опорную частоту и повторяют процесс контроля до тех пор, пока не будет выполняться условие (где n число повторений в процессе контроля), после чего прекращают процесс контроля, а соответствующее напряжение ± ΔU подают на управляющий вход элемента с ВАХ S-типа.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольт-амперной характеристикой S-типа содержит источник питания, нагрузочный резистор, конденсатор, вольтметр, элемент с вольт-амперной характеристикой S-типа, состоящий из первого транзистора p-n-p-типа шести резисторов, первого и второго транзисторов p-n-p-типа. Коллектор и база первого транзистора p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с общей шиной, подключены соответственно через первый и второй резисторы к выходной клемме устройства и к коллектору первого транзистора p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с выходной клеммой устройства, а коллектор соответственно через третий и четвертый резисторы соединены с общей шиной и базой первого транзистора p-n-p-типа. Между выходной шиной и коллектором второго p-n-p-типа включен пятый резистор. Эмиттер второго транзистора p-n-p-типа соединен с коллектором первого транзистора p-n-p-типа. Выходная клемма через шестой резистор соединена с базой первого транзистора p-n-p-типа. Кроме того, согласно изобретению, устройство снабжено третьим транзистором p-n-p-типа, четырьмя резисторами, генератором опорной частоты, двумя преобразователями частоты в цифровой код, счетчиком, цифро-аналоговым преобразователем, интегратором, ключом, двумя вольтметрами, миллиамперметром и перемычкой. Причем, коллектор третьего p-n-p-транзистора через седьмой резистор соединен с выходной клеммой, а его эмиттер соединен с базой первого транзистора p-n-p-типа. Выходная клемма устройства соединена с входом первого преобразователя частоты в цифровой код. Выход генератора опорной частоты соединен с входом второго преобразователя частоты в цифровой код, выход которого соединен с первым входом счетчика и первым входом цифро-аналогового преобразователя. Второй вход счетчика соединен с выходом первого преобразователя частоты в цифровой код, а выход счетчика соединен с вторым входом цифро-аналогового преобразователя. Выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входом вольтметра, входом ключа. Выход ключа соединен с перемычкой, вторым вольтметром и через восьмой резистор соединен с базами третьего и четвертого транзисторов n-p-n-типа, а также через перемычку с девятым и десятым резисторами, включенными между источником питания и общей шиной, между выходной клеммой и нагрузочным резистором включен миллиамперметр.

В известных способах контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с ВАХ S-типа используются параметрические способы подстройки, когда при изменении внешнего воздействия (например, температуры) осуществляется изменение силы тока, протекающего через устройство с ВАХ S-типа и определяющего величину отрицательного дифференциального сопротивления (авт. св. СССР N 1290491, кл. H 03 H 11/44, 1985). Однако при таком способе подстройки требуется, чтобы линейное изменение силы тока, функционально связанного с величиной отрицательного сопротивления, соответствовало линейному изменению внешнего воздействия (например, температуры). Однако в реальных условиях данное требование выполняется лишь в узком диапазоне изменения внешнего воздействия.

В предлагаемом способе контроль заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) S-типа осуществляется следующим образом. Задают опорную частоту f_оп, равную требуемой частоте f_т генерации элемента с ВАХ S-типа. Затем преобразуют опорную частоту f_оп генератора и частоту f_х с выхода элемента с ВАХ S-типа в цифровой код и находится отношение цифровых эквивалентов частот f_оп/f_х, которое затем преобразуется в пропорциональное приращение напряжения ± ΔU Это приращение напряжения ± ΔU является управляющим и подается на вход элемента с ВАХ S-типа. Управляющее напряжение ± ΔU осуществляет преобразование соотношений глубины положительных и отрицательных обратных связей в элементе с ВАХ S-типа, а значит и отрицательного сопротивления так как оно функционально связано с глубиной положительной и отрицательной обратных связей (А. А. Арефьев, Е.Н.Баскаков, Л.Н.Степанова. Радиотехнические устройства на транзисторных эквивалентах p-n-p-n-структуры. М. Радио и связь, 1982, с. 18-22). Таким образом, автоматическая подстройка элемента с ВАХ S-типа под требуемую величину отрицательного сопротивления будет происходить до тех пор, пока частота на выходе элемента с ВАХ S-типа не станет равной частоте f_оп с выхода генератора опорных частот. В этот момент времени осуществлена подстройка под заданную величину отрицательного сопротивления для данного момента времени и измеряется напряжение управления ± ΔU после чего вся цифровая часть устройства отключается, а на входе элемента с ВАХ S-типа от источника питания через перемычку от делителя подается точно такое же напряжение. На этом весь цикл подстройки завершен.

Предлагаемый способ измерения параметров элементов с вольт-амперной характеристикой S-типа можно использовать при производстве данных элементов в интегральном исполнении, что позволяет уменьшить разброс по величине отрицательного сопротивления относительно требуемого значения. Это особенно необходимо при работе элементов с ВАХ S-типа с различными датчиками (тензодатчиками, пьезодатчиками). Уменьшение технологического разброса параметров элементов с ВАХ S-типа исключает трудоемкий и сложный процесс их подстройки при работе на реальном объекте. Например, при прочностных исследованиях конструкций, когда пьезодатчики и устройство с ВАХ S-типа (используемое в качестве согласующего и демпфирующего паразитные колебания пьезопреобразователя) находятся на исследуемом объекте, находящемся под нагрузкой, а вторичная аппаратура на расстоянии в десятки метров (Степанова Л. Н. Стариков В.П. Серьезнов А.Н. Согласующее устройство для пьезопреобразователей на основе управляемой индуктивности. Дефектоскопия. 1989, N 8, с. 47-51). Кроме того, данный способ позволяет осуществлять компенсацию температурного и временного дрейфа отрицательного дифференциального сопротивления в элементах с ВАХ S-типа, что очень важно, так как наличие в них положительной обратной связи по току является основным источником их повышенной нестабильности, ограничивающей их широкое применение в радиоэлектронных устройствах.

Предлагаемый способ подстройки элемента с ВАХ S-типа под требуемую величину отрицательного дифференциального сопротивления позволяет более чем на порядок повысить точность, так как при этом используется частотный метод преобразования (Долгов В.А. Касаткин А.С. Сретенский В.Н. Радиоэлектронные АСК. М. Советское радио. 1978, с. 209).

Сравнение заявляемых решений с прототипами позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных способов и средств контроля элементов с регулируемой ВАХ S-типа признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показана функциональная схема, поясняющая работу предлагаемого способа; на фиг. 2 ВАХ, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 3 - функциональная схема цифровой части устройства, реализующего способ.

Устройство для контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с ВАХ S-типа представлено на фиг. 1, где приняты следующие обозначения: 1 положительный полюс источника питания, 2, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 17, 25, 28 резисторы, 3 конденсатор, 4, 27, 31 - вольтметры, 5 транзистор p-n-p-типа, 6, 7, 16 транзисторы n-p-n-типа, 10 - выходная клемма, 13 общая клемма, 18 генератор опорной частоты, 19, 20 - преобразователь частоты в код, 21 счетчик, 22 цифроаналоговый преобразователь, 23 интегратор, 24 ключ, 26 переменный резистор, 29 - перемычка, 30 миллиамперметр.

Устройство для контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольтамперной характеристикой S-типа (фиг. 1) содержит источник питания 1, нагрузочный резистор 2, конденсатор 3, вольтметр 4, элемент с вольтамперной характеристикой S-типа, состоящий из транзистора 5 p-n-p-типа, шести резисторов 8, 9, 11, 12, 14, 15, транзисторов 6 и 7 n-p-n-типа. Коллектор транзистора 6 n-p-n-типа (эмиттер которого соединен с общей шиной 13) подключен через резисторы 8 и 12 соответственно к выходной клемме 10 устройства и к базе транзистора 5 p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с выходной клеммой 10 устройства, а коллектор через резисторы 9 и 11 соответственно к базе транзистора 6 n-p-n-типа и к общей шине 13. Между выходной шиной 10 и коллектором транзистора 7 n-p-n-типа включен резистор 14, а эмиттер транзистора 7 n-p-n-типа соединен с коллектором транзистора 6 n-p-n-типа. Выходная клемма 10 через резистор 15 соединена с базой транзистора 6 n-p-n-типа. Кроме того, устройство снабжено транзистором 16 n-p-n-типа, четырьмя резисторами 17, 25, 26, 28, генератором опорной частоты 18, двумя преобразователями 19, 20 частоты в цифровой код, счетчиком 21, цифроаналоговым преобразователем 22, интегратором 23, ключом 24, двумя вольтметрами 27 и 31, миллиамперметром 30, перемычкой 29. Причем, коллектор транзистора 16 n-p-n-типа через резистор 17 соединен с выходной клеммой 10, а его эмиттер соединен с базой транзистора 6 n-p-n-типа. Выходная клемма 10 устройства соединена с входом первого преобразователя частоты 19 в цифровой код. Выход генератора опорной частоты 18 соединен с входом второго преобразователя частоты 20 в цифровой код, выход которого соединен с первым входом счетчика 21 и первым входом цифро-аналогового преобразователя 22. Второй вход счетчика 21 соединен с выходом первого преобразователя частоты 19 в цифровой код. Выход счетчика 21 соединен с вторым входом цифро-аналогового преобразователя 22. Выход цифро-аналогового преобразователя 22 соединен с входом интегратора 23, выход которого соединен с входом вольтметра 31 и входом ключа 24. Выход ключа 24 соединен перемычкой 29 с вольтметром 27 и через резистор 28 соединен с базами транзисторов 7 и 16 n-p-n-типа, а также через перемычку 29 с резисторами 25, 26, включенными между положительным полюсом источника питания 1 и общей шиной 13. Между выходной клеммой 10 и нагрузочным резистором 2 включен миллиамперметр 30.

Генератор опорной частоты может быть выполнен либо управляемый кодом (А. Г. Алексенко, Е.А.Коломбет, Г.И.Стародуб. Применение прецизионных аналоговых микросхем. М. Радио и связь, 1986, с. 137, фиг. 4, 7), либо по схеме, приведенной на фиг.2. Счетчик, генератор опорной частоты и ЦАП выполнены на микросхемах серии 155. Интегратор может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг. 2, работа которого рассмотрена в книге: Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. Энергоатомиздат, 1988, с. 94, фиг. 3, 4).

Пример.

На первом этапе определяют начальную реальную величину отрицательного дифференциального сопротивления элемента с ВАХ S-типа. Для этого элемент с ВАХ S-типа переводят в линейный режим за счет подачи питающего напряжения. При этом ключ 24 разомкнут. перемычка 29 разомкнута и на базы управляющих транзисторов 7, 16 не подается напряжение. Это означает, что сопротивление переходов коллектор-эмиттер этих транзисторов R_кэ7, R_кэ16 сравнимы с сопротивлением утечки и не оказывают шунтирующего влияния на сопротивление резисторов 8, 15. В элементе с ВАХ S-типа вне зависимости от разброса напряжений на переходах база-эмиттер транзисторов 5, 6, образующих эквивалент p-n-p-n-структуры, первым всегда включается транзистор 6 (Арефьев А.А. Серьезнов А.Н. Степанова Л.Н. Эквиваленты приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением. М. Знание. 1987. N 2, с. 20-21, фиг. 8, а, б). В исходном состоянии транзисторы 5, 6 закрыты. Повышение питающего напряжения 1 (фиг.1) приводит к увеличению тока в резистивном делителе 15, 9, 11. При равенстве падения напряжения на резисторах 9, 11 напряжению на переходе база-эмиттер транзистора 6, он открывается, увеличивается ток в его коллекторной цепи (ток, протекающий через резистор 8). В результате этого повышается падение напряжения на резисторе 8, и в момент равенства падения напряжения на резисторах 8, 12 напряжению на переходе база-эмиттер транзистора 5 он открывается. При этом замыкается цепь положительной обратной связи по току, осуществляемой через резисторы 9, 12. Таким образом, при переходе элемента с ВАХ S-типа в линейный режим работы увеличение питающего напряжения источника 1 приводит к уменьшению его выходного напряжения на выходных клеммах 10, 13. На фиг.2 через OABC обозначена исходная ВАХ S-типа элемента до его подстройки, а требуемая ВАХ показана кривой OKFG. Для определения исходного реального значения отрицательного сопротивления элемента на линейном участке ВАХ S-типа выбирается две точки 1 и 2. При напряжении питания 1 E_п1 миллиамперметром 30 определяется ток I₁, а на выходных шинах 10, 13 измеряется соответствующее этому току напряжение U₁. Затем увеличивают питающее напряжение 1 до E_п2 и аналогично определяется ток I₂ и напряжение U₂. Отрицательное сопротивление находится как
На фиг. 2 следует, что в исходный момент элемент с ВАХ S-типа (ломаная OABC на фиг. 2) обладает реальным отрицательным сопротивлением много большим, чем требуется (кривая OFKG)

На следующем этапе определяют частоту генерации f_т элемента с ВАХ S-типа, обладающего требуемой величиной отрицательного сопротивления При известной величине емкости C_н нагрузки 3 и сопротивления R₀ токозадающего резистора 2 требуемая частота генерации определяется по формуле

где L_экв эквивалентная индивидуальность элемента с ВАХ S-типа (Арефьев А. А. Серьезнов А.Н. Степанова Л.Н. Эквиваленты приборов с отрицательными дифференциальным сопротивлением. М. Значение, 1987. Сер. Радиоэлектроника и связь. Вып.2, с.53).

Эквивалентная индуктивность L_экв элемента с ВАХ S-типа рассчитывается по формуле

(Серьезнов А. Н. Степанова Л.Н. Способы построения высокостабильных управляемых аналогов индуктивности на основе устройств с отрицательными дифференциальным сопротивлением (Электронная техника. Сер.3. Микроэлектроника. 1990, вып.4 (138), с.18-22).

На следующем этапе осуществления способа в генераторе опорной частоты 13 выставляют опорную частоту f_оп, равную требуемой f_т и рассчитанной по формуле (3), (4). Опорную частоту в генераторе 18 выставляют за счет соответствующего подбора времязадающих конденсаторов C1, C2 (фиг.3).

После того, как выставлена опорная частота f_оп, равная требуемой, f_оп f_т, включают ключ 24 и осуществляют счетчиками 19, 20 цифровое преобразование опорной f_оп и реальной f_х частот. Для удобства дальнейшего преобразования опорная частота f_оп делится на число N (N 1024).

После проведения преобразования частот f_оп и f_х в их кодовые эквиваленты, производится их деление

и преобразование полученного в результате этого кодового эквивалента в постоянное напряжение ± ΔU Это осуществляется с помощью ЦАП 22, выполненного на основе регистра RG 36 (фиг.1, 2). Кодовый эквивалент с выхода первого счетчика 34, поделенный на N 1024, подается на вход синхронизации ЦАП 36. Его работа разрешается по импульсу синхронизации опорной частоты. Для исключения статической погрешности на выходе ЦАП 22 (фиг.1) включен интегратор 23, выполненный на операционном усилителе 37 и конденсаторе C3 (ФИГ.3). Таким образом, на выходе интегратора 23 (фиг.1) будет приращение напряжения ± ΔU пропорциональное отношению опорной и реальной частот, формула (5).

Поскольку, как видно из фиг.2, реальное отрицательное сопротивление оказалось больше требуемого то реальная частота f_х на выходе элемента с ВАХ S-типа, как видно из соотношений (3), (4), будет ниже требуемой f_х < f_оп. Поэтому 6>1 и знак приращения ΔU положителен. Напряжение ΔU подается на базы управляющих транзисторов 7, 16 (фиг.1), которые включаются, сопротивления перехода коллектор-эмиттер этих транзисторов уменьшаются и резисторы 14, 17 оказывают шунтирующее действие на резисторы 8, 15.

Уменьшение сопротивления приводит к юрезкому увеличению тока выключателя I_выкл элемента с ВАХ S-типа. Уменьшение вызывает уменьшение напряжения включения U_вкл.. (Арефьев А.А. Серьезнов А.Н. Степанова Л. Н. Эквивалентны приборов с отрицательным сопротивлением. М. Знание. 1987. Сер. Радиоэлектроника и связь. N 2, с.21, фиг.8, а,б). Эти изменения приводят к уменьшению отрицательного дифференциального сопротивления Поскольку в устройстве имеется канал обратной связи, то уменьшение отрицательного дифференциального сопротивления будет осуществляться до тех пор, пока частота f_х с выхода элемента с ВАХ S-типа не станет равной опорной частоте f_оп. В момент равенства данных частот f_х=f_оп величина напряжения ΔUʹ измеряемого вольтметра 31, становится меньше пороговой, в результате чего ключ 24 отключается, а перемычка 29 замыкается. Изменением сопротивления резистора 26 (в точке соединения резисторов 25, 26) выставляется напряжение ΔUʹ= ΔU равное измеренному вольтметром 31 в момент равенства опорной f_оп и частоте f_х с выхода элемента с ВАХ S-типа. Далее это напряжение ΔU через резистор 28 подаются на базы управляющих транзисторов 7, 16.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяет повысить точность контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления за счет автоматической перестройки соотношения глубины положительных и отрицательных обратных связей в элементах с регулируемыми напряжениями и токами включения и выключения (А.А. Арефьев, Е.Н.Баскаков, Л.Н.Степанова. Радиотехнические устройства на транспортных эквивалентах p-n-p-n-структуры. М. Радио и связь. 1982, с.26-37).

Формула изобретения

1. Способ контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольт-амперной характеристикой S-типа, включающий подачу на элемент тока смещения, возбуждение в элементе с вольт-амперной характеристикой, включенном в колебательную систему, электрических колебаний с частотой генерации, определение отрицательного дифференциального сопротивления, отличающийся тем, что задают опорную частоту f_оп, равную требуемой частоте f_т генерации элемента с вольт-амперной характеристикой S-типа, после чего преобразуют опорную частоту и частоту, измеренную на выходе элемента с вольт-амперной характеристикой в цифровой код, затем преобразуют отношение кодов частот в напряжение ± ΔU измеряют это напряжение и подают на вход элемента с вольт-амперной характеристикой S-типа, определяют отрицательное дифференциальное сопротивление элемента с вольт-амперной характеристикой S-типа по формуле

где U_вкл, U_выкл, I_вкл, I_выкл напряжения и токи включения и выключения элемента с вольт-амперной характеристикой S-типа, измеренные при подаче на вход напряжения ± ΔU,
после чего сравнивают отрицательное дифференциальное сопротивление с заданным сопротивлением и при превышении полученной разности допустимого значения изменяют опорную частоту f_оп и повторяют процесс контроля до тех пор, пока не будет выполняться условие
,
где n число повторений в процессе контроля,
после чего прекращают процесс контроля, а соответствующее напряжение ± ΔU подают на управляющий вход элемента с вольт-амперной характеристикой S-типа.

2. Устройство для контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления элементов с вольт-амперной характеристикой S-типа, содержащее источник питания, нагрузочный резистор, конденсатор, вольтметр, элемент с вольт-амперной характеристикой S-типа, состоящий из транзистора р-n-р-типа, шести резисторов, первого и второго транзисторов n-р-n-типа, коллектор и база первого транзистора n-р-n-типа, эмиттер которого соединен с общей шиной, подключены через первый и второй резисторы к выходной клемме устройства и коллектору транзистора р-n-р-типа, эмиттер которого соединен с выходной клеммой устройства, а коллектор через третий резистор соединен с общей шиной, база транзистора р-n-р-типа через четвертый резистор соединен с коллектором первого транзистора n-р-n-типа, между выходной клеммой и коллектором второго транзистора n-р-n-типа включен пятый резистор, а эмиттер второго транзистора n-р-n-типа соединен с коллектором первого транзистора n-р-n-типа выходная клемма через шестой резистор соединена с базой первого транзистора n-р-n-типа, один конец нагрузочного резистора соединен с источником питания, а между выходной клеммой и общей шиной параллельно включены конденсатор и первый вольтметр, отличающееся тем, что оно снабжено третьим транзистором n-р-n-типа, четырьмя резисторами, генератором опорной частоты, двумя преобразователями частоты в цифровой код, счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, интегратором, ключом, двумя вольтметрами, миллиамперметром и перемычкой, причем коллектор третьего n-р-n-транзистора через седьмой резистор соединен с выходной клеммой, а его эмиттер соединен с базой первого транзистора n-р-n-типа, выходная клемма устройства соединена с входом первого преобразователя частоты в цифровой код, выход генератора опорной частоты соединен с входом второго преобразователя частоты в цифровой код, выход которого соединен с первым входом счетчика и с первым входом цифроаналогового преобразователя, второй вход счетчика соединен с выходом первого преобразователя частоты в цифровой код, а выход счетчика соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входом второго вольтметра, входом ключа, выход ключа соединен с перемычкой, третьим вольтметром и через восьмой резистор соединен с базой третьего транзистора n-р-n-типа, а также через перемычку с девятым и десятым резисторами, включенными между источником питания и общей шиной, а между выходной клеммой и вторым концом нагрузочного резистора включен миллиамперметр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3