Устройство для коррекции характеристик нелинейных элементов

(21) (22) (46) (7) тут ( 72) 53 3807951/24-2102,11,8407,07,86. Бюл, 9Минский радиотех ескии инсти рик (НЭ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ В. Л. Свирид(56) Авторское свидетельСтво СССР Нф 560192, кл. С 01 Б 31/26, 1973,Авторское свидетельство СССР М 744388, кл, 0 01 Б 31/26, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к устройствам для коррекции характеристик управления полевых транзисторов, ваапов и других нелинейных элементо ) с повышенной нелинейностью и температурной стабильностью в широком динамическом диапазоне коррекции и может быть использовано в качестве образцовых, управляемых электронным путем проводимостей при автоматизаци измерений и других технологических процессов. Цель изобретения - повышение точности линеаризации и термостабильности характеристик управленияНЭ и расширение диапазона их коррекции обеспечивается введением в устройство высокоэффективной отрицательной обратной связи,на вспомогательной частоте, отличной от рабочихчастот НЭ. При этом в устройство введены фильтрующие системы 1, 2 и 3,генератор 6 переменного напряжения,.управляемый фазоврзщатель 7, компара.тор 8, синхронный демодулятор 9,сравнивающий блок 1 О, суммирующийблок 11 с источником 12, Устройствотакже содержит корректируемые нелинейные элементы 4, операционный усилитель 5, согласующий блок 13, источник 14 управляющего напряжения, измерительный прибор 15, клеммы 16-20,В описании изобретения приводитсятеоретическое обоснование и математические расчеты, положенные в основуизобретения. 7 ил,ляющие проводимости, При этом следует учесть, чтс частотный диапазон предлагаемого измерителя, так же, как и рабочей цепи 21, должен быть ограничен частотами нижнего и верхнего среза 1 и Г (фиг, 3) при использовании генератора 6 переменногонапряжения с частотой ,., выбраннойниже частоты нижнего среза Г . Еслиже рабочая цепь 21 или используемаявместо нее контрольная аппаратурапредназначена для работы в полосечастот, заключенной между нулем(включая работу на постоянном токе)и частотой, то частоту генератораб переменного напряжения, на которойосуществляется преобразование физических параметров нелинейных элементов в напряжение, необходимо .выбратьравной 1, и расположить ка частотной оси вьпде частоты Г ,фиг. 3),В дальнейшем (с момента восстанов" ления цепи отрицательной сбраткой связи) устройство работает в динамическом режиме, при котором образуемоена выходе синхронного демодулятора 9. напряжение, пропорциональное величине физических параметров карректируемых характеристик нелинейных элемектов 4, непрерывно сравниваясь с уп-. равляющим напряжением .источника 14 и сравнивающем блоке 10, образует корректирующее напряжение, которое, суммируясь в определенном масштаое с уп равляюшим и компенсирующим напряжеки- , ями источником 14 и 12 в с.уммирующем блоке 11, через элементы согласующего блока 13 воздействует ка управляю щий электрод нелинейного элемента 4, вызывая изменение параметров последнего до тех пор, пока выходные напряжения синхронного демодулятора 9 иисточника 14 управляющего напряженияне станут равными, Для того, чтобы реализовать требу-.;емый динамический режим работы устройства, необходима выполнить соответствующие начальные условия, которые сводятся к следующему Управляющее напряжение источника 14, контролируемое измерительным прибором 15,устанавливают, например, равным кулю при коррекции характеристик полевых транзисторов или равным 1 при коррекции характеристик варикапов (фиг, 2), а компенсирующее напряжение источника 12 выбирают в соответствии с типом корректируемого неликейного элемента. Например, при коррекции характеристик проводимостиполевых транзисторов компенсирующеенапряжение устанавливают определеннойполярности с учетом типа канала, аименно + л 15. ПТ (фиг, 2), котороесоответствует напряжению отсечки+ 1 в; при коррекции вольтемкостныххарактеристик варикапов это напряжение выбирают равным - ь 115, Практически данные условия достигаются путем регулировки компенсирующего напряжения источника 12 до такой величины, при которой выходное напряжение сравнивающего блока 10 ке станетравным кулю в первом случае и равным",Г 1Затем управляющее напряжение источника 14 устанавливают равным поабсолютной величине напряжению комлекс.ации источника 12 ( 1 = ь Б ПТ/ )кпри коррекции характеристик полевыхтракзисторав и равным по модулю сумме напряжения компенсации и расчетнойвеличины максимального отклонениякорректирующего напряжения управления11 ( П ,/ + (д.,9 В/) - при коррек1 и.ции характеристик варикапов, и изменяют коэффициент передачи преобразователя физических параметров нелинейных элементов в напряжение до получения нулевых напряжений на выходе суммирующего блока 11 в обоих случаях,при этом, если масштабные коэффициенты по всем трем входам суммирующегоблока 11 являются единичными, то навыходе сравнивающего блока 1 О должныобразовываться напряжения соответственна равные 0 и - л В,,Операция. регулировки коэффициентапреобразования преобразователя физических параметров в напряжение можетбыть осуществлена, например, путемизменения эквивалентного сопротивления гретьей фильтрующей системы 3или путем изменения величины второгорези;тора 34, влияющего ка коэффициент тередачи сикхрочного демодулятора 9, что лучше,Угловые коэффициенты получаемых-.аким образом результирующих харакРтеристик управления - = Г (1 ) полевых транзисторов сплошная линияс ик;:енсом ПТ, и варикапов (штрихокая линия с индексом В , как правило : е; ок.сдают между собой, а образуют20 такого корректирующего воздействия,пропорционального разности напряжениймежду мгновенными значениями управляющего напряжения и напряжением преобразованных реальных характеристикв соответствующих точках, которое необходимо для получения линеаризованных и термостабилизированных характеристик управления нелинейных элементов, индицируемых измерительным прибором 15; Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется повышенной точностью коррекции (линеаризации и термостабилизации) в широком динамическом диапазоне использования характеристик управления нелинейных элементов,ф о р мула Устройство для коррекции характеристик нелинейных элементов, включаю щее параллельно соединенные источник управляющего напряжения и измерительный .прибор, источник компенсирующегонапряжения, операционный усилитель,согласующий блок и три клеммы дляподключения корректируемых элементов,первые две из которых соединены соответственно с первым и вторым выходамисогласующего блока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что; с целью повышения точности линеаризации и термостабилизации характеристик управления с одновременным расширением диапазона их коррекции, в него введены последовательно соединенные генератор переменного напряжения, управляемыйфазовращатель и компаратор, второй вход которого подключен к общей шинеустройства, и последовательно соединенные первая, вторая и третья фильт 45 рувщие системы, синхронный демодулятор, сравнивающий и суммирующий блоки, причем выход суммирующего блокасоединен с входом согласующего блока,вторые входы сравнивающего и суммирующего блоков подключены соответственно к выходам источников управляющего и компенсирующего напряжений, атретий вход суммирующего блока соединен с вторым входом сравнивающегоблока, точка соединения первой и второй фильтрувщих систем подключена квторой клемме для подключения корректируемых элементов, точка соединения 19 1242862 некоторый угол о(фиг, 2). Маловероятным является и то, что один из этих коэффициентов может совпасть с требуемымзначением К(7).В ряде случаев, в особенности при 5 использовании предлагаемого устройства в цифровых измерительных системах в качестве управляемых проводимостей, требуется сохранять определенный масштаб преобразования физических параметров в напряжение, независимо от природы физических величин, кратный, например, десяти. Для соблюдения таких условий целесоОбразно поступить следующим образом. В рабочем диапазо не изменения параметров корректируемых нелинейных элементов (параметры измеряют соответствующим измерителем, подключаемым к устройству вместо рабочей цепи 21), устанавливают такое 20 управляющее напряжение источника 14, которое соответствует пределу цифровой шкалы измерительного прибора 15, например, 1 В, 10 В или другому значению, кратному 10, и изменяют ко эффициент преобразования преобразователя физических параметров нелинейных элементов в напряжение до получения на цифровом табло измерителя рабочей цепи 21 соответствующего зна- ЗО чения физического параметра в требу емом масштабе, Образующееся при этом несоответствие в установлении начальных условий работы устройства ликвидируется описанным способом путем изменения коэффициента передачи по третьему входу суммирующего блока 11. В итоге результирующие характеристики управления будут приведены к единому управляющему напряжению независимо с 0 от типа корректируемых нелинейных элементов и примут вид прямой, выходящей из начала координат (сплошная прямая линия с индексом ПТ, В на фиг. 2), а коэффициент К 0(7) преобразователя физических параметров в напряжение будет кратен 10.После выполнения рассмотренных начальных условий устройство работает в непрерывном динамическом режиме и О всякое отклонение, в том числе и вызванное изменением температуры окружающей среды, реальных характеристик от идеализированной прямой, формируе мой во временной области под влиянием у управляющего напряжения, сопровождается, как описано выше, образованием по цели отрицательной обратной связи21 1242862 22 второй и третьей фильтрующих систем . воды первой фильтрующей системы и подключена к инвертирующему входу третьей клеммы для подключения коррекоперационного усилителя, неинверти- тируемьк элементов являются соответструющий вход которого соединен с вьт- венно первой и второй выходными клем- ходом генератора переменного напряже-мами устройства, причем внешняя рабония, а выход операционного усилителя чая цепь, подключаемая к выходным подключен к точке соединения третьей клеммам устройства должна иметь низ 7 фильтрующей системы и информационно- кое выходное сопротивление по перего входа синхронного демодулятора, менному току со стороны второй выход- управляющий вход которого соединен с 1 О ной клеммы устройства относительно выходом компаратора, а свободные вы- общей шины устройства.1242862 К 4 и Составитель С. ГуменюкРедактор Н. Егорова Техред О, Сопко Корректор,М. Демч з 3699/43ВН Подписное омитета СС ткрытииая наб., д оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек ираж 728 ИЛИ Госуда делам из Москва, ственногобретенийЖ, Рауш Г Я и,8= 0), а для варикапов - контактнойразности потенциалов, при компенсации вчешним напряжением (П = -),5 которой барьерная емкость условноустремляется в бесконечность;Х - степень аппроксимирующегополинома, отличие которой от единицы является мерой нелинейности исследуемых характеристик, - в общемслучае она.может быть величинойкак больше, так и меньше нуля, например, для некоторых типов полевыхтранзисторов Р = 0,5-2,2 а для ва 15 рикапов = -(0,3-0,5),Для отмеченных типов нелинейныхэлементов существует жесткая связьмежду знаками +, стоящими перед параметрами 3 и х а именно, знак +20 в скобках соотношения (1) соответствует характеристикам варикапов, азнак - соответствует полевым транзисторам.Представим соотношение (1) в виде(5) Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для коррекции характеристик управления полевых транзисторов, варикапов и других нелинейных элементов с повышенной линейностью и температурной стабильностью в широком динамическом диапазоне коррекции, и может быть использовано в качестве образцовых управляемых электронным путем проводимостей (активных или реактивных) при автоматизации измерений и других технологических процессов, а также при аттестации средств измерений параметров различных линейных и нелинейных электрических цепей и элементов.Цель изобретения состоит в повышении точности линеаризации и термостабилизации характеристик управления нелинейных элементов с одновременным расширением диапазона их кор рекции за счет введения в устройство высокоэффективной отрицательной об ратной связи на вспомогательной частоте, отличной от рабочих частот нелинейных элементов.Теоретические основы сущности изобретения состоят в следующем,Переходные характеристики в Функ- З 0 ции управляющего воздействия нелинейных элементов в общем виде могут быть аппроксимированы степенным полиномом: где Р(4) - функция, под обозначением 40Р которой понимают всевозможные физические параметры (ток, проводимость, емкость, индуктивность и т.д).,а под аргументом )напряжения,пропорциональные воздействующим Фак 45торам (ток, напряжение, температураи т.д.), вызывающие изменения Физических параметров в исследуемой точке;Р- максимальное значение функ 50ции, соответствующее определенномузначению аргумента, например 1 = О;- пороговое напряжение, характеризующее экстремальные значенияисследуемых функций О или о, например, для полевых транзисторов, этонапряжение соответствует напряжениюотсечки Бт, при котором канал Р = К(1), (г) где К (9 ) - некоторая функция, нелинейно зависящая от управляющего воздействия 1 и принимающая конечныезначения макс к к (3): --- (1+ - )Преобразуем исследуемую нелинейную зависимость (1) в напряжение с помощью линейного преобразователя Физических параметров, выходное напряжение которого можно записать следующим образом где Х - коэффициент преобразования физического параметра Р в напряжение, принимающий конечное постоянное значение.Пусть в процессе работы устройства выполняется условие(7) 3 124 где 1 Ч - управляющее напряжение, действующее на входе устройствакоррекции характеристик;К - коэффициент передачи сравснивающего блока устройства.Решая совместно уравнения (2), (4) и (5), получаем Пренебрегая единицей в знаменателе20 соотношения (6) по сравнению с произведением коэффициентов К,К ( )К , получаем линейную связь между исследуемой характеристикой (1) и управляюИэ уравнения (7) следует, что ес ли выполнить условие независимости коэффициента преобразования физических параметров в напряжение К от влияния различного рода факторов, например, температуры, то и полученная с помощью предлагаемого устройства характеристика нелинейного элемента Р (1 ц ) оказывается не подверженной влиянию дестабилизирующих факторов, так как управляющее напряжение, явля-;0 ющееся исходным, считается абсолютно стабильным.Предлагаемое устройство, основанное на использовании рассмотренного метода линеаризации и термостабилизации характеристик нелинейных элементов, осуществляет в соответствии с установленными соотношениями (4),(5) и (7) преобразование физических параметров Р (1) в напряжение .(4) с последующим сравнением получаемого напряжения с входным управляющим напряжением и образованием по цепи отрицательной обратной связи такого воздей ствия (5), при котором результирующие характеристики управления (7) нелинейных элементов оказываются линейными и абсолютно стабильными, . На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для коррекции характеристик нелинейных элементов; на фиг, 2 - диаграммы, поясняющие принцип коррекции характеристик; на фиг, 3 - диаграммы, характеризующие расположение частот, на которых осуществляется коррекция характеристик, относительно диапазона рабочих частот нелинейных элементов; на фиг. 4- пример выполнения управляющего фазо вращателя; на фиг, 5 - векторная диаграмма, поясняющая принцип действия данного управляемого фазовращателя; на фиг, 6 - пример выполнения синхрон ного демодулятора; на фиг. 7 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия данного синхронного демодулятора.Устройство (фиг, 1) для коррекции характеристик нелинейных элементов включает первую, вторую и третью фильтрующие системы 1, 2 и 3, корректирующие нелинейные элементы 4, операционный усилитель 5, генератор 6 переменного напряжения, управляемый фазовращатель 7, компаратор 8 и син хронный демодулятор 9, а также сравнивающий блок 10, суммирующий блок 11 с источником 12 компенсирующего напряжения и согласующий блок 13. Управление устройством осуществляется с помощью источника 14 управляющего напряжения, снабженного измеритель ным прибором 15 с целью получения возможности контроля параметров реализуемых характеристик, в основном, .при первичной регулировке устройства, а также при его использовании в качестве функционального элемента, моделирующего требуемые характеристики управления. Посредством первой, второй и третьей клемм 16, 17 и 18 корректируемые нелинейные элементы 4 подключаются к устройству корреляции, а с помощью первой и второй выходных клемм 19 и 20, на которых и реализуются необходимые параметры характеристик, устройство может быть связано с рабочей цепью 21 различных функциональных установок, потребляющих нелинейные элементы с улучшенными (линеаризированными и термостабилизированными) техническими характеристиками. Следует отметить, что в ряде случаев могут быть использованы соответствующие цепи таких установок и в качестве источ 1242862О в напряжение. Первая, вторая и третьяфильтрующие системы 1, 2 и 3 позволя 15 шем варианте реализации первая и третья фильтрующие системы 1 и 3 предбольшими эквивалентными сопротивлениями для частоты переменного напряже" 25ния генератора б. Вторая же фильтрую" щая система 2, реализованная на основе высокодобротного последовательного резонансного контура, имеет для той же частоты сигнала предельно малое 30 эквивалентное сопротивление, С другой 35 большим эквивалентным сопротивлением,40 ников управляющих напряжений, напри"мер, аналогичных источнику 14. С функциональной точки зрения вторая и третья фильтрующие системы 2 и 3 совместно с операционным усилителем 5, генератором 6 переменного на пряжения, управляемым фазовращателем 7, компаратором 8 и синхронным демодулятором 9 образуют высокоточныйпреобразователь физических параметров Р (1) (1) нелинейных элементов 4 ют осуществить достаточно эффективную развязку" сигналов, формируемых генератором 6 переменного напряжения и рабочей цепью 21, В простейставляют собой параллельные резонан сные контуры, обладающие достаточно стороны, для рабочих частот нелинейных элементов 4, образуемых при ихвключении в рабочую цепь 21 функцио"нальных установок, наоборот, перваяи третья фильтрующие системы 1 и 3обладают исключительно малыми эквивачентными сопротивлениями, а втораяфильтрующая система 2 - достаточно что и позволяет существенно снизить взаимное влияние рабочей цепи 21 и генератора 6 переменного напряжения на работу устройства, в особенности при близком расположении частот данных сигналов.Рассматриваемые системы с точки зрения обработки сигналов, действующих в предлагаемом устройстве, могут выполнять различные функции фильтрации в зависимости от того - ниже или выше частотного диапазона работы устройства (полосы пропускания рабочей цепи 21) выбрана частота генератора 6 переменного напряжения, соответственно 1 или Г, " (фиг, 3). В простейшем варианте функцию режекции сигналов (коэффициент передачи этих 45 50 55 систем на частотах рабочей цепи, сов падающих с частотамиГ или генератора 6, в пределе стремится к нулю, а вторая фильтрующая система 2 - функцию полосового фильтра (коэффициент передачи на указанных частотах стремится к единице). В связи с этим первую и третью фильтрующие системы 1 и 3 можно было бы назвать режекторными фильтрами (РФ) (первым и вторым) с частотой режекции Г =или 1": =. 1" ", а вторую 4 ильтрующую систему - полосовым фильтром (ПФ) с центральной частотой настрой 1 рдр = , или г,Однако на основании фиг, 3 нетрудно заключить, что выполнение этих фильтрующих систем может быть и иным.Действительно, при выборе частотыгенератора 6 ниже частоты нижнего среза Г (нижней границы частотного диапазона рабочей цепи 21), аналогич ные технические характеристики пред лагаемого устройства могут быть полу. чены и в случае, если первая и третья фильтрующие системы 1 и 3 будут реали зованы на основе фильтров верхних частот (ФВЧ) с частотой среза Г,д, а вторая фильтрующая система 3 ." на основе фильтра нижних частот (ФНЧ) с частотой среза ГГАналогично, при выборе частоты Г,. генератора б выше частоты верхнего среза Г (верхней границы частотного6диапазона рабочей цепи 21), первая и третья фильтрующие системы 1 и 3 могут представлять собой ФНЧ с час 1тотами среза Г,с Г , а вторая фильтрующая система 2 - фильтр верхних частот с частотой среза Г, сПри оговоренных условиях работы фильтрующих систем в составе преоб разователя физических параметров напряжение на выходе операционного усилителя 5 можно представить следу ющим соотношением:11 чч = 11.(Б Р (Ъ)+1):П Н 9 Я ) (8)где 1, - переменное напряжение, формируемое генератором 6; К,- эквивалентное сопротивление третьей фильтрующей системы на частоте переменного напряжения генератора 6; Ю (3 )20253035 вид демодуляторов представляет собой высокоизбирательную фильтрующую систему, позволяющую практически полностью исключить влияние м шающих сигналов (в данном случае сигналов внешней цепи 21, присутствующих на выходе операционного усилителя 5, несмотря на наличие фильтрующих систем 1-3) - и достичь высокой точности (не хуже + 0,17) преобразования физических параметров в напряжение, Дополнительное назначение фильтрующих систем 1-3 в этом случае состоит и в том, чтобы защитить синхронный демодулятор 9 от влияния составляющих сигналов рабочей цепи 21, совпадающих с нечетньии гармониками частоты переменного напряжения генератора 6. 40 45 50 55( ( 1) + 1 В (1) - полные проводимости корректирующих нелинейных элементов 4; 0 (1) и В (1) - соответственно активная и реактивная составляющие полных проводимостей, что характерно для таких нелинейных элементов, как полевые транзисторы С (1)1 и варикапы ( В (1 ) = О С (1)1 . Здесьд - круговая частота напряжения генератора 6; С- емкость варикапа вфункции управляющего воздействия.С целью эффективного разделениясоставляюих полных проводимостей (8)в преобразователе физических параметров использован синхронный демодулятор 9, позволяющий получить на своемвыходе постоянные напряжения, пропорциональные активной илиреактивной (емкостной) составляющей проводимости в зависимости от типа корректируемого нелинейного элемента 4Для создания необходимого режима работы синхронного демодулятора 9 использован управляемый фазовращатель 7, обеспечивающий возможность установки соответствующего фазового сдвига (О или 90 ) опорного колебания относительно сигнала, несущего полезную информацию, и компаратор 8. Последний позволяет в момент перехода через нуль синусоидального напряжения, получаемого на выходе управляемого фазовращателя 7, формировать на своем выходе прямоугольные импульсы, которые в дальнейшем служат для управления синхронным демодулятором 9.Необходимость использования в устройстве синхронного демодулятора 9 обусловлена также тем, что данный При реализации с помощью предлагаемого устройства характеристик активных составляющих проводимостей в качестве нелинейных элементов 4 могут быть использованы полевые транзис" торы в режиме управляемого сопротивления не только с р - И переходом, а и с изолированным затвором структу ры МОП. Последние (фиг. 1) снабжаются дополнительными резисторами одинаковогономинала, включаемыми между стоком и истоком, общий вывод которых через третий резистор соединяется с подложкой. Данные резисторы создают на подложке половинное значение напряжения, действующего между стоком и истоком, точно так же, как и резисторы согласующего блока 13 на затворе корректируемого транзисто ра и, таким образом, существенно улучшают линейность выходных характеристик полевых транзисторовВ случае реализации характеристик управления, представляющих собой реактивную (емкостную) составляющую проводимости, в качестве нелинейных элементов 4 следует использовать варикапы или другие аналогичные объекты, которые подключаются к устройству посредством второй и третьей клемм 17 и 18, при этом первая клемма 16, оставаясь свободной, не препятствует передаче через оба резистора согласующего блока 13 суммарного корректирующего напряжения с выхода суммирующего блока 11 на один из электродов варикапа.Введение в устройство суммирующего блока 11 с источником 12 компенсирующего напряжения позволяет, с одной стороны, привести получаемые линеаризованные и термостабилиэированные характеристики нелинейных элементов 4 к удобному для регистрации и отчета с помощью измерительного прибора 15 виду, при котором минимальным (нулевым) напряжением управления источника 14 соответствуют минимальные значения параметров реализуемых характеристик, а, с другой стороны, улучшить условия эксплу. атации сравнивающего блока 10, связанные с уровнем синфазной составляющей напряжений, действующих на его входах, а также с уровнем выходных напряжений, образуемых в процессе работы устройства, и тем самым, расширить диапазон коррекции характеристик без заметного снижения их точ(10)д иБ С, =. 1,ности, в особенности, в Области малых значений параметров,Пример реализации управляемогофазовращателя 7, определяющего взначительной степени точность работыустройства, представлен на фиг. 4,В его состав входят операционныйусилитель 22, первый, второй и третий резисторы 23, 24 и 25 одинакового номинала, конденсатор 26 и пере 0ключатель 27, причем первые выводыпервого и второго резистора 23 и 24соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 22, неинвертирующий вход которого подключен к одному из выводов резистора 25, конденсатора 26 и переключателя 27, асвободные выводы конденсатора 26 ипереключателя 27 соединены с общейшиной фазовращателя, при этом вторые 20выводы первого и второго резисторов23 и 25 являются входом 28 фазовращателя, а выход операционного усилителя 22 с вторым выводом второго резистора 24 - его выходом 29. 25Принцип действия управляемого фазовращателя 7 можно пояснить с помощью векторной диаграммы, представленной на фиг5, для положения переключателя 27, указанного на фиг. 4, з 0В соответствии с фиг. 4 для векторанапряжения, действующего на выходе29 фазовращателя 7, можно записать 11 = Ц,(1 +)-Ийл С Я ОиЯгь гз где 11 и Ц - векторы напряжений,действующих на конденсаторе 26 ивходе 28 фазовращателя; Б и Б,номиналы первого и второго резисторов 23 и 24,ПРи Условии, что Вг - Я , последнее выражение приобретает вид Если номиналы третьего резистора В и конденсатора С выбрать такими, чтобы выполнялось условие где (д - частота, на которой работаетфазовращатель 7 (соответствует частоте генератора 6 переменного напряжения), то векторы напряжений Б и Удействующих соответственно на третьемрезигторе 25 и конденсаторе 26, будутстрого равными и расположены под углом в 90 , а фазовый сдвигмежду векторами напряжений Ои 1(фиг, 5) составит, в соответствии с соотношением (1), ровно - 90 ф,При замыкании переключателя 27 (фиг. 4) вектор напряжения, действующего на конденсаторе 26 становится равным нулю Ос = О) и, как следует/из соотношения (9) и векторной диаграммы (Фиг. 5), вектор выходного на пряжения Ц 1 вщ Отстает От векторао входного напряжения Б на - 80Таким образом, при соблюдении условия (10) в разомкнутом положении переключателя 27 (фиг, 4) фазовый сдвиг между векторами О и Бсоввлставляет90 , а в замкнутом положе нии - соответственно - 180 , Требуео мый для нормальной работы синхронного демодулятора 9 фазовый сдвиг, равный 0 или 90 , достигается за счет соответствующего подключения входов ком паратора 8 к выходу управляемого фазовращателя 7.Один из возможных вариантов построения синхронного демодулятора 9 представлен на фиг, 6, В его состав входят операционный усилитель 30, фильтр 31 нижних частот, переключатель 32, первыйвторой и третий резисторы 33, 34 и 35. Первые выводы резисторов 33, 34 и 35 соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 30, неинвертирующий вход кото рого подключен к выходу переключателя 32, а выход соединен с входом Фильтра 31 чижних частот и вторым выводом первого резистора 33, Второй вывод второго резистора 34 и один из информационных входов переключателя 32 подключены к общей шине демодулятора, при этом второй информационный вход переключателя 32 и второй вывод третьего резистора 35 являются информационным входом 36 синхронного демодулятора, а управляющий вход переключателя 32 к выход фильтра 31 нижних частотего управляющим входом 37 и выходом 38 соответственно. Математически работу синхронного демодулятора 9 можно описать следу ющим образом, При первом положениипереключателя 32, указанном нафиг. 6, коэффициент передачи операционного усилителя 30 В заВ БвнКЦ 20 У =ЦввыВ5 Э 54 25где Б , - напряжение на выходевыоперационного усилителя 30 при второмположении переключателя 32; Вноминал второго резистора 34.Отсюда коэффициент передачи опера- иционного усилителя 30, соответствующий второму положению переключателя32,вы гК6 1 + (12) В Если при двух положениях переключателя 32 выполнить условиеС 0 то можно получить двухполупериодныйсимметричный синхронный демодуляторс коэффициентом передачи +К, при этомвеличину второго резистора 34 вычисляют по формуле 50 ззВ,4 1 К 1 - 1 При необходимости реализации 1 К 1 = 1, второй резистор 34 из схемы55 следует исключить,С целью получения постоянной составляющей, пропорциональной амплигде Бвь, - напряжение на выходе операционного усилителя 30 при первом 10 положении переключателя 32;вхнапряжение на информационном входе 36 синхронного демодулятора 9; В и В номиналы первого и третьего резисторов 33 и 35, 15Во втором положении переключателя 32 на входах операционного усилителя 30 действует одно и то же напряжениепоэтому туде исследуемого сигнала, к выходуоперационного усилителя 3, подключенфильтр 31 нижних частот,Принцип действия синхронного демодулятора.поясним с помощью временныхдиаграмм, представленных на фиг7.При поступлении на информационныйвход 36 синхронного демодулятора 9сигнала в виде синусоиды (фиг. 7 а),а на управляющий вход 37 - прямоугольного импульса (фиг, 7 б), полученного с выхода компаратора 8, срабатывает переключатель 32 и на выходе операционного усилителя 30 образуется напряжение 1 Х , (фиг, 7 в), повторяющее в соответствующем масштабе+К (12) положительную полуволну анализируемого сигнала. Когда выходнойсигнал (фиг. 7 а) приобретает отрицательную полуволну, а импульс на управляющем входе 37 синхронного демодулятора 9 исчезает, переключатель32 примет положение, указанное нафиг. 6, и.коэффициент передачи операционного усилителя 30 станет -К(11), что приведет к образованию навыходе операционного усилителя 30инвертированного сигнала, действующе го в рассматриваемый момент временина информационном входе 36 синхронного демодулятора 9. Таким образом,получаем на выходе операционногоусилителя 30 модуль входного сигнала.Если фаза входного сигнала изменитсяпо отношению к управляющему импульсу на угол, равный 90 (штрихованнаялиния на фиг. 7 а), то на выходе операционного усилителя 30 образуетсясигнал (штрихованная линия нафиг. 7 в), среднее значение которогоза период исследуемого сигнала станетравным нулю,Фазовый сдвиг, равный 90 , какследует иэ (8), образуется при исследовании нелинейных элементов с реак,тивным (емкостным) характером проводимости, и для того, чтобы выявитьэту составляющую, необходимо осуществить сдвиг на +90 импульсного сигнала на управляющем входе 37 синхронного демодулятора 9, Эта операция как раз и осуществляется с помощью управляемого фазовращателя 7,представленного на фиг, 4,Диаграммы, показанные на фиг, 7 г,лдемонстрируют влияние гармоническихсоставляющих на работу синхронногодемодулятора 9, На основе этих диаг1242862 14 рамм можно заключить, что четныекак гармоники (фиг. 7 з к), так и субгармоники (фиг, 7 г-ж) и их фазовые сдвиги на работе синхронного демодулятора 9 никак не сказываются (среднее значение напряжений этих сигналов равно нулю), В то же время син "- хронный демодулятор 9 реагирует на . нечетные гармоники (фиг. 7 л,м), однако фильтрующие системы 13, ис 0 пользуемые в устройстве исключаютпоявление таковых на информационном входе Зб демодулятора 9 и, следовательно, на его выход не проходят.Таким образом, с помощью предлага емого синхронного демодулятора 9 выделяется информация с частотой, соответствующей частоте опорного колебания, Формируемого с помощью управляемого фазовращателя 7 и компарато ра 8, т.е. с той частотой, на которой работает генератор 6 переменного напряжения.Временные диаграммы (фиг. 7) работы синхронного демодулятора 9 пол ностью определяют работу предлагаемого устройства в статическом режиме (при отсутствии управляющего воздействия или при управляющем воздействии, равном конечному значению 1 ц, ЗО которое формируется источником 14 управляющего напряжения, показанном на фиг. 1). Отличия состоят лишь в том, что амплитуды сигналов, действующих в различных точках Функциональных блоков преобразователя физических параметров нелинейных элементов в напряжение (блоки 1-9 на фиг. 1) могут быть разными при этом форма сигналов соответствует Фиг, а. оПринцип действия устройства поясним на основе нормированных характеристик нелинейных элементов, построенных в соответствии с выражением (1) и совмещенных с результирующими характеристиками управления. Графическая интерпретация этих характеристик представлена на Фиг. 2 для возможных значений степени аппроксимирующего полинома, причем полевым транзисторам соответствуют значения 3 Г = 0,5-2, а варикапам - Х =-0,5.Пусть требуется осуществить коррекцию характеристик проводимости полевых транзисторов с отклонением реальных характеристик от идеальных в интервале значений У = 052. Тогда целесообразно принять в качестве Результирующей характеристику с у =1 представляющую собой прямую, проходя щую через точки с координатами Р(0) и Р(), что соответствует максимуму и минимуму проводимости канала. Для того, чтобы получить результирующую линейную характеристику управленияРв координатах Г (4) ( пря- Рманс мая ПТ на Фиг. 2) необходимо на затвор полевого транзистора посредством суммирующего блока 11 подать совместно с управляющим и компенсирующее напряжение + ь 1 ПТ (полярность это го напряжения определяется типом ка нала корректирующего транзистора, а именно знак + соответствует каналу 1- типа, а знак - соответствует кана лу р типа полевых транзисторов с 1 э -" переходом) и выбрать коэффициент пре образователя Физических параметров в напряжение, например, К, = 1 (4). В результате будет произведен параллель" ный перенос идеальной характеристикиР .с Х= 1 в систему координатРл 1 аксГ ( 1), причем такая характеристика управления будет оптимальной при координации полевых транзисторов с- 0,5-2, так как максимальные отклонения корректирующего напряжения управления на затворе составят разные по модулю величины, а именно, - ь Бчм ПТ при Х= 0,5 и + ь 11,ПТ при В = 2. Следует отметить, что иногда парал лельный перенос характеристик управления может оказаться излишним, Это относится, в первую очередь, к поле вым транзисторам с р -И -переходом, характеристики проводимости которых группируются с максимальными значениями параметров вблизи нуля управляющего воздействия. При этом требуемое управляющее напряжение нужной поляр ности может быть получено непосредст венно от источника 14. В случае же коррекции характеристик полевых транзисторов структуры ИОП с высоким пороговым напряжением (напряжением от сечки) параллельный перенос характеристик, осуществляемый с помощью источников 12 и 14 компенсирующего и управляющего напряжений, целесообразен, так как требуемое корректирующее напряжение на затворе может оказаться настолько большим, что превысит допу стимый размах выходного напряжениясравнивающего блока 1 О н, следовательно, вызовет дополнительные погрешности в устройстве,При коррекции более сложных нели,нейных характеристик, к которым можно отнести вольтемкостные характеристики варикапов, целесообразно поступить следующим образом.Подвергаемый коррекции участок ха- Орактеристики необходимо аппроксимировать такой прямой (например, штриховаялиния для кривой с Ж = -0,5 на фиг. 2)которая на своем протяжении образует равные по модулю максимальные отклонения корректирующих напряженийуправления + л Ц В, при этом можетЧюоказаться, что угловой коэффициентданной прямой не совпадет с коэффициентом преобразования преобразовате" 2 Оля физических параметров в напряжение, например К = 1, и возникнетнеобходимость в изменении величиныпоследнего. Однако такая операцияявляется не сложной и ее нетрудновыполнить, например, путем регулировки номинала второго резистора 34синхронного демодулятора 9 (фиг. 6).В дальнейшем производятся аналогичные построения, связанные с параллельным переносом аппроксимирующихпрямых в систему отсчета управляющихРнапряжений - = Г ( 1 ) (прямые3л 4 СВ на фиг. 2), причем пороговому значению управляющего напряжения 1 ч, Вбудет соответствовать нижняя граница, например, минимум параметра (емкости ) корректируемой характеристики.Предлагаемое устройство работает 40следующим образом.Первоначально размыкают цепь отрицательной обратной связи, например, между выходом сравнивающегоблока 10 и первым входом суммирующего блока 11, и производят регулировку преобразователя физических парамет"ров в напряжение. С этой целью отличают рабочую цепь 21 от устройства,соединяют вторую выходную клемму 20 Ос общей шиной и, при необходимости,на управляющий электрод нелинейногоэлемента 4 подают исходное смещениеот источника 12 компенсирующего напряжения или от источника 14 управля ющего напряжения посредством суммирующего и согласующего блоков 11 и13. зависимости от вида корректируемых характеристик нелинейных элементов управляемый фазовращатель 7 устанавливают в режим преобразования активной или реактивной составляющей, при этом в соответствии с выражением (8) на выходе синхронного демодулятора 9 появится постоянное напряжение требуемой полярности. После этого производят настройку второй и третьей фильтрующих систем 2 и 3 по максимуму напряжения на выходе синхронного демодулятора 9, что будет соответствовать условию минимума и максимума эквивалентных активных сопротивлений этих систем. Для настройки первой фильтрующей системы 1 необходимо управляемый фазовращатель 7 перевестив режим преобразования реактивной составляющей, соединив первую выходную клемму 19 с общей шиной устройства, и зафиксировать регулирующий орган первой фильтрующей системы 1 в таком положении, при котором напряжение на выходе синхронного демодулятора 9 будет соответствовать нулю при коррекции характеристик нелинейных элементов с активной составляющей проводимости или минимуму в случае коррекции нелинейных элементов с реактивным характером проводимости, При этом будет выполнено условие полной компенсации реактивных составляющих и, следовательно, реализации максимального эквивалентного сопротивления в первой фильтрующей системе 1 на частоте генератора 6 переменного на пряжения.Затем устройство приводят в нормальное рабочее состояние, т,евыход сравнивающего блока 10 соединяют с первым входом суммирующего блока 11 ч тем самым восстанавливают цепь отрицательной обратной связи. Управляемый фазовращатель 7 переводят в соответствующий режим преобразования физических параметров; а первую выходную клемму 19 отсоединяют от общей шины устройства. Вторая же выходная клемма 20 остается по прежнему соединенной с общей шиной устройства, Для контроля параметров реализуемых характеристик целесообразно к выходным клеммам 19 и 20 вместо рабочей цепи 21 подключить измеритель полных проводимостей соответствующего класса точности, позволяющий раздельно измерять активную и реактивную состав