Устройство для измерения полых проводимостей и добротности нелинейных элементов

 

Союз Советскмх

Соцкалксткческнх

Республмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"" 691781 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)M. Кл.

G 01 Н 27/26

G 01 Б 27/00 (22) Заивлено 14.09.77 (2l) 2523992/18-21 ! с присоединением заявки РЙ

Государственный кеатет ссср ао делам изобретений н открктий (23) Приоритет

Опубликовано 15.10.79. Бюллетень М38

Дата опубликования описания 18.10.79 (53) УДК621,317.

° 73(088.8) (72) Автор изобретения

Свирид В. Л.

Минский радиотехнический институт (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНЫХ ПРОВОДИМОСТЕЙ

И ДОБРОТНОСТИ НЕЛИНЕЙНЪ|Х ЭЛЕМЕНТОВ, Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения полных проводимостей и добротности различных линейных и нелинейных элементов с повышенной точностью и быст5 родействием и может быть использовано при технологическом контроле параметров полупроводниковых приборов и других объектов с неблагоприятными соотношениями составляющих.

Известно устройство для измерения параметров радиотехнических элементов, основанное на компенсации потерь в измерительном контуре и содержащее блок автоматической регулировки амплитуды, два широкополосных усилителя, согласующие элементы, два ключа и блок регистрации момента возбуждения (1) .

Это устройство имеет низкую точность и не обеспечивает высокой производитель- 2О ности измерений. известно также устройство, основанное на компенсации вносимых потерь в измерительном контуре при его ударном возбуждении и содержащее генератор запускающих импульсов, схему управления, измерительный контур, дифференцируюшую цепь, усилителеограничитель разнополярных импульсов, сравнивающее устройство, аналоговый делитель с индикаторным устройством, а также исследуемый элемент с источником и измерителем напряжения смешения и управляемые образповые отрицательную активную и реактивную проводимости (2).

Данное устройство не обеспечивает высокого быстродействия, в особенности при измерениях параметров нелинейных элементов на низких частотах. Кроме этого, устройство имеет низкую производительность вследствие трудностей автоматизации измерений по реактивной составляющей.

Целью изобретения является автоматизация и повышение быстродействия изме рений.

69178 для этого в устройство для измерения полных проводимостей и добротности нели»неиййх элем»ентов» содержащее генератор запускаюших импульсов, блок управ ления, соединенный с одним иэ зажимов

5 котофйх соединены соответственно с перблок дифференцирования, соединенный с входом усилителя-ограничителя, блок сраввым и вторым входами аналогового делителя, введены блок регистрации экстремума, переключатель,.двв синхронных демо 20 дуляторв, RS- и Т-триггеры, два элемента И, элемент НЕ, элемент ИЛИ, а также интегратор, причем вход блока регистрации экстремума одключей к другому зажиму для подключения измерительного контура и к одному из входов переключателя, выход кОтОрОгО соединен с другим зажймом для подключения исследуемого нелинейного элемента и с други- : ми выводами управляемых образцовых ак тивной и реактивнрй проводимостей, а выход блока регистрации экстремума соединен с входом блока дифференцировййия и с информационными входами каждого синхронного демодулятора, выходы которых соответственно соединейы с входами блока сравнения, а управляюшие входы синхронных демодуляторов соответственно соединены с выходами одного и другого элемента И и с одним и другим входами интегратора, выход которого соединен с одним входом аналогового делителя и с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с выходом блока сраВнения а третий Вход — с Вы- 45 ходом аналогового делителя, другой вход последнего соединен с выходом блока сравнения, а также один иэ выходов уси"лителя-ограничителя через элемент ИЛИ, в другой выход через элемент НЕ соотвеа ственно соединены с я- и R-входами

RS -триггера, R-вход которого соединен со счетным входом Т-триггера, установочный вход последнего соединен с вы ходом генератора запускающих импульсов и с другим входом элемента ИЛИ, прямой выход Т-триггера соединен с другим входом переключателя и с одним из входов первого элемента И, инверсный вынения, аналоговый делитель, индикатор, иСточник напряжения смещения, соединен- 10

»ный с измерителем напряжения смешения

"и "с одйим из зажймов для подключения

=. иссле»дубмого нелинейного элемента, а также управляемые образцовые активную и реактивную проводимости, одни выводы ход Т-триггера соединен с одним иэ входов второго элемента И, другие входы первого и второго элементов И соединены с выходом RS-триггера и с входом блока управления.

На чертеже приведена структурная мектрическая схема устройства для измерения полных проводимостей и добротноЬти нелинейных элементов.

Устройство для измерения полных

1роводимостей и добротности нелинейных элементов содержит измерительный контур 1, к которому через переключатель

2 подключены управляемые образцовые активная 3 и реактивная 4 проводимости, а: также исследуемый элемент 5 с источником 6 и измерителем 7 напряжения смешения, с помошью которых задается необходимый режим измерения нелинейного элемента. Образцовая реактивная, проводимость 4 выполнена отрицательной.

Управляющие входы управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4 соединены с соответствующи"ми входами аналогового делителя S, позволяющего получить непосредственный отсчет добротности с помощью индикатора 9, который подключен к выходу ана логового делителя 6. Возбуждение колебаний специальной формы в измерительном контуре 1 осушествляется с помощью системы, в состав которой входят блок регистрации экстремума 10, блок дифференцирования 1Ц усилитель-ограничитель 12, элемент HE 13, элеметн ИЛИ

14, R5-триггер 15 и блок управления

16; двв синхронных демодулятора 17 и 18, подключенные к выхоцч блока ре гистрапии экстремума 10, и блок сравнения 19, соедйненный с управляемой образцовой активной проводимостью 3 и аналоговым делителем S; Т-триггер 20, два элемента И 21 и 22 и интегратор

23, соединенный с управляемой образцовой реактивной проводимостью 4 и аналоговым делителем 8. Синхронизация контура уравновешивания активной составляюшей осушествляется импульсами, образуюшимися на выходах логических элементов И 21 и 22, которые соединены с соответствуюшими входами синхронных демодуляторов 17 и 18. Работа переключателя 2 управляет Т-триггер 20. Начальные условии всех систем устройства обеспечиваются генератором запускающих импульсов 24.

Работа устройства в наиболее неблагоприятном случае, когда при включении

5 691781

6 прибора в сеть исходное состояние схе- триггера, шу т ру а 1 5 нтируе т изме рите льный мы управления таков, 16 аково что она шунти- контур 1 и колебание в нем, быстро заt рует измерительный контур 1 и колеба- тухая по экспоненте, прекращается, соверУЫ ния в нем отсутствуют, заключается в шив лишь полную четверть периода, сооттом, что генератор з апускаюших импуль- 5 ветствующего резонансной частоте измесов 24 выдает короткий импульс, кото- рительного контура 1. Возникающий высорый через элемент в з

ИЛИ 14 о действует кий потенциал на прямом выходе Т-трит о RS-т иггера 15 и переводит гера 20 переводит переключатель 2 в на Я -вход -тригг ючает таким его в единичное состо ос ояние при котором замкнутое состояние и подкл т, блок управления в измер

16 рительном кон-10 образом, управляемые образцовые активтуре 1 ударно воз у б ждает колебания. ную и реактивную проводимости 3 и 4, Одновременно с этим импул ьс генератора . a при измерениях — и исследуемый элееем7 запускающих импульсов устан вл

24 с анавлива- мент 5 с источником 6 и измерителем

Т- гер 20 напряжения смещения, к измерительному ет в исходное состояние -триггер который в свою очередь, размыкает пе- контуру 1, причем существующие однокоторы, реключатель, пр едотврашает появление временно низкие потенциалы на инве сном импульса на вых н ыходе элемента И 21, про- выходе T-триггера 20 и выходе цс-трипускает сигнал с выхода RS -триггера гера 15 исключают импульс на выходе

15 на выходе элемента И 22 и,, тем са- элемента И 22, и CHHxpoHHbIA детектор мым, возде ствует и ыа один из ВхОдОВ 18 переходит s pe)i d% "хранения накопленинтегратора и т

23 о крывает синхРонный ной информации о максимуме амплитуды

---детектоР 18. Возникающее в РезУльтате колеба„ия Ц Информация пери д ударного воз ужден я б и колебание в измер лебанй T сосредоточенная в длител тельном контуре "aIIP"MeP положител ности импульса, существовавшего на вы1

25 ной полярности, * пРоходит чеРез б ок Ре- ходе элемента И 22, к этому момен,у гистрации экстремума 10, Работающий времени накопилась в виде напряжения в данный момент времени в режиме пов- определенной полярности в интеграторе торителя напряженияр на информационный о детектора 18, где ин- СпУстЯ некотоРое вРемЯ ГВО т блок вход синхронного детект, . щ ст ма 10 возврашаетформация о ампл б мплитуде колебаний непре- регистрации экстремума в з ется и запоминается. ся в исходное состояние, обр зу

° б аз я полорывно накапливается и запо е па нап яжения на своем

П б таемая информация в интеграторе жительный перепад напря е

ый после обработки в блоке

23 ином детекторе 18, воздей- выходе, которь р и синхро

1 1 и в силителепе вая непосредственно, а вторая- дифференцирования у . ствуя. (первая непо

19 аничителе 12 поступает через элемент че ез с авнивающее устройстдо 19) на ограничителе чер з р

ИЛИ 14 на . -вход RS-триггера 15, управляющие входы Управляемых образцовых активно и ре и активной проводимос- который опять п р х д е е о ит в единичное сос 3 и 4 смешает их под влиянием боль-. тояние, вызывая посредством блока упр ав шого р з а ностного сигнала в область мак-, ления е ительном кон е 1 и начений отрицательных проводи- лебания в измерит л тур 1 симума значени отр разрешая прох ождение единичного сигнала мостей. о Т-т иг|ера 20 на выП и достижении через четверть перно- с прямого выхода - р

T максимальной амплитуды 0 III блок xone лОГ ри достиже о ического элемента И 21. Образуюда О ийся льс поступает на второй вход рег т ис рации экстремума 10 переходит в 4 щи са импу э, ато а 23 и открывает для приема режим компаратора, и на его выходе. об- интегратора т етекто 1 7.

PазУетсЯ Резкий пеРепаД напРЯжениЯ. PI информации синхронный детектор рипа тель ицательный перепад этого напРЯжениЯ . По мере бурного нарастания амплитуды новозб ждаемообрабатывается д ре

sr иффе енцируюшей цепью и сокращения периода ударновоз ужд ассмат иваемый момент

12 и силителем-ограничителем 13 Ус го колебания в рассматриваемы оенщ,|м таким обРазом, что на одном из В ни „ а того что в измерительный роенным так импуль- контур 1 внесены отрицательные активная ег е о выходов возможно появление импуль- к

Реактивная проводимости, информация сов тольк р о от ицательной полярности, а и ей амплитуде колебания, поступаюна другом — положительной, и после ин- о текуще ампл

Вертйрования элементОм ИЕ 13 воздей- щего с выхода блока регистрапии экстствует на Й-вход -тр гг

R- î RS -т иггера 15, и ремума 10, непрерывно накапливаясь в счетный вход -триггер

Т- а 20 и опрокиды- синхронном детекторе 17, преодолевает блок правления 16е в сравнивающем блоке сравнения хр,вает их. При этом ок у то ом 18 информаий нциал с выхода R5- нимую синхронным детектором толучая низк поте

691781 8

25 цию и смешает управляемую образцовую активную проводимость 3 в область малых значений отрицательной составляющей, ограничивая рост амплитуды колебания в измерительном контуре 1. Одновремен- 5 но с этим информация о текущем периоде колебания, непрерывно поступающая с выхода элемента И 2 1 на второй вход интегратора 2 3, компенсирует в нем ранее накопленную информацию о начальном периоде Т, и смешает управляемую образцовую реактивную проводимость 4 в область малых значений отрицательной составляющей, способствуя росту периода

15 колебания. В результате отмеченных противодействий мало вероятным является то, что к моменту окончания формирования возбуждаемого колебания его амплитуда и период совпадают с первоначаль?О ными. Наиболее вероятным оказываются случаи, когда амплитуда и период колебания не равны О „ и Т„ причем они могут быть как больше, так и меньше их, все зависит от инерционности контуров уравновешивания по активной и реактивной составляющей, а также от того, подключается или не подключается к измерительному контуру 1 исследуемый, элемент 5 с учетом характера его сосзо тавляющих полных проводимостей. Независимо от того, какой из случаев будет преобладающим в данный момент, на динамику процессов, происходящих в схеме, это не оказывает решающего влияния.

Пусть к моменту окончания четверти периода возбуждаемое колебание характеризуется амплитудой ц < 0 и периодом ьи

Т4> Тр, при этом, достигнув максимума амплитуды, снова срабатывает блок ре- 40 гистрации экстремума 10, формируя резкий перепад напряжения и описанным вы ше способом возвращая в исходное состояние R5-триггер 15, Т-триггер 20 и блок управления 16, который, шунтируя 45 измерительный контур 1, прекращает в нем колебательный процесс. Появление низкого потенциала на прямом выходе, Т-триггера 20 переводит переключатель

2 в разомкнутое состояние, отключая уп- 50 равляемые образцовые активную и реактивную проводимости 3 и 4 от измерительного контура 1, а также заканчивает формирование импульса на выходе элемента И 2 1, переводящего синхронный 55 детектор 17 в режим хранения накопленной информации о максимуме амплитуды IJ „„и прекращающего поступление на второй вход иитегратора 2 3 информации о периоде Т текущего колебания.

Б дальнейшем процессы формирования колебаний в измерительном контуре 1 и разделения информации о периоде и амплитуде этик колебаний повторяются периодически, создавая непрерывно поступающую информацию об амплитуде (3 1 и периоде То идеализированных колебаний, соответствующих собственным параметрам измерительного контура 1, в синхронный детектор 18 и по одному из вхо дов интегратора 23, а информацию об амплитуде и периоде колебаний, зависящих от состояния во времени управляемьrx образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4 и характера измеряемых составляющих исследуемого элемента 5— в синхронный детектор 1 7 и по другому входу интегратора 2 3 . Б результате непрерывного сравнения уровней сигналов с выходом .синхронного детектора 1 7 и элемента И 21 с опорными уровнями сигналов с выходов синхронного детектора

18 и элемента И 22 соответственно в блоке сравнения 19 интеграторе 2 3 образуются разностные сигналы, стремяшиеся изменить раздельно состояния управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4 таким образом, чтобы возбуждаемые колебания приблизить к идеализированным и привести системы стабилизации амплитуды и периода в уравновешенное состояние независимо от того, подключаются или не подключаются к измерительному контуру 1 управляемые образцовые активная и реактивная проводимости 3 и 4 и исследуемый элемент 5. Спустя 3-4 полных такта возбуждения колебаний системы стабилизации уравновешиваются с заданной степенью точности и в дальнейшем осуществляют слежение за изменением параметров исследуемого элемента 5, вызванных, например, изменением напряжения смещения источника 6 или другими воздействующими факторами, полностью компенсируя измеряемые составляющие проводимости соответствующими отрицательными составляющими управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4. При таких условиях напряжения управления управляемыми образцовыми активной и реактивной проводимостями 3, 4 пропорциональны измеряемым полным проводимостям и поступают для регистрации на индикатор 9, а также на

6917«1

10 соотВетствуюиию azojUÍ ана)(оговот О делителя 8 для вычисления добротности исследуемого элемента 5 с последующей р.гис тра цией.

Формула изобре те ния

Устройство для измерения полных проводимостей и добротности нелинейных элементов, содержащее тенератор запускаюших импульсов, блок управления, соединенный с одним из зажимов для подключения измерительного контура, блок дифференцирования, соединенный с входом усилителя-ограничителя, блок сравнения, аналоговый. делитель, индикатор, источник напряжения смещения, соединенный с измерителем напряжения смешения и с одним из зажимов для подключения исследуемого нелинейного элемента, а также управляемые образцовые активную и реактивную проводимости, одни выводы которых соединены соответственно с первым и вторым входами аналогового делителя, о т л и ч а ю ш е е с. я тем, что, с целью автоматизации и повышения быстродействия измерений, введены блок регистрации экстремума, переключатель, два синхронных демодулятора, R g — и Т-триггеры, ава элемента И, элемент

НЕ, элемент ИЛИ, а также интегратор, причем вход блока регистрации экстремума подключен к другому зажиму для подключения измерительного контура и к одному из входов переключателя, выход которого соединен с другим зажимом для подключения исследуемого нелинейного элемента и с другими выводами управляемых образцовых активной и реактивной

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ции экстремума соединен с вход )м блока диффер".нцирования и с информационными входами каждого синхронного демодулятора, выходы которых соответственно соединены с входами блока сравнения, а управляюшие входы синхронных демодуляторов соответственно соедиттецы с выходами одного и другого элемента

И и с одним и другим входами интегратора, выход которого соединен с одним входом аналогового делителя и с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а третий вход — с выходом аналогового делителя, другой вход последнего соединен с выходом блока сравнения, а также один из выходов усилителя-ограничителя через элемент ИЛИ, а другой выход через элемент НЕ соответственно соедине20 ны с 9- и R-входами RS -триггера, R-вход которого соединен со счетным входом Т-триггера, установочный вход последнего соединен с выходом генератора запускающих импульсов и с другим

25 входом элемента ИЛИ, прямой выход

Т-триггера соединен с другим входом переключателя и с одним из входов первого элемента И, инверсный выход Т-триггера соединен с одним из входов второго элемента И, другие входы первого и второго элементов И соединены с выходом

RS-триггера и с входом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 523366s кл. G 01 8 27/261

1 1.01.74.

40 2. Авторское свидетельство ССР

¹ 429375, кл. G 01 R 27/26, 09.02.72.