Измеритель малых токов

,ЯО 1)4 С 01 к 19/О ПИСАНИ ЕТ ом компенсируюисторы обратнойез теплопроводял ок рег точник чаю лятора усиопорн итель причем подклю торо ом б н л блока вых ход ОСУДАРСТВЕНННИ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРФ 661367, кл. С 01 К 19/00, 1974.(54) (57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ТОКОВпо авт, св, У 66136, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и стаоильности измерения, измеритель дополнительно содержит блок Формирования компенсирующего тока, компенсирующие резис-торы, датчик температуры, блок переключающих реле, блок регулятора перегрева и теш.опроводящий слой, причем первый вход блока Формированиякомпенсирующего тока подключен к выходу усилителя, второй вход - к выходу блока регулятора перегрева, авыход подключен к нормально разомкнутым контактам переключающих реле,переключающие контакты которых подключены к соответствующим компенсирующим резисторам, а нормально замкнутые контакты подключены к второмувыходу блока регулятора перегрева,вход которого подключен к датчику температуры, при этщие резисторы и резсвязи соединены черщий слой.2, Измеритель по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок формирования компенсирующего тока содержит квадратор, сумматор и схему извлечения карня, при этом вход. квадратора подключен к первому входу блока, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого под ключен к второму входу блока, выход сумматора подключен к входу схем извлечения корня, выход которой сое динен с выходом блока. змеритель по п.1, о т и й с я тем, что бл перегрева содержит ис о напряжения, суммато и схему извлечения ко источник опорного напряжения чен к первому входу сумматора, и вход которого соединен с вхолока, выход сумматора подклюусилителю, при этом выход еля подключен к первому выходуеи входу схемы извлечения корня которой подключен к второму вы блока.н 1 1173Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для контроля выходныхтоков микросхем КНОП-структура,.ности и стабильности измерений путемустранения температурной погрешностиизмерения. На чертеже представлена блок-схема измерителя малых токов,.Измеритель содержит источник 1 калибровочного напряжения, состоящийиз блока 2 реле, нормального элемента 3, делителя 4 напряжения и реле 5,причем выходы делителя 4 через соот.ветствующие реле блока 2 подключенык входу регистратора 6 выходного сигнала и к выходу усилителя 7, резисторы 8 обратной связи, первые выводыкоторых подключены к подвижному контакту реле 9, первый контакт которого .подключен к выходу усилителя 7, авторой контакт через нормальный эле"мент 3 - к первому входу делителя,а через реле 5 - к второму входу де 1лителя 4, вторые выводы резисторов 8через блок 10 реле подключены к входу усилителя 7 и входу устройства,компенсирующие резисторы 11, первыевыводы которых подключены к общей ЗОшине устройства, теплонроводящийслой 12, соединяющий резисторы 11 срезисторами 8, блок 13 формированиякомпенсирующего тока, первый входкоторого подключен к выходу усилителя 7 (блок 13 состоит из последовательно соединенных квадратора 14,сумматора 15 и схемы 16 извлечениякорня, причем вход квадратора 14образует первый вход блока 13, второй вход сумматора 15 - второй входблока 13, а выход схемы 16 - выходблока 13), блок 17 переключающихреле, датчик 18 температуры, выходкоторого соединен с входом блока 19 45регулятора температуры, состоящегоиз источника 20 опорного напряжения,вход которого образует вход блока 19,сумматора 21, усилителя 22, выходкоторого образует первый выход блока 5019, и схемы 23 извлечения корня, первый вход сумматора 21 подключен к выходу источника 20, второй вход - квходу блока 19, а выход через усили- ..тель 22 - к входу схемы 23, выход 55которой образует второй выход блока19, первый выход блока 19 подключенк второму входу блока 13, подвижные 326 2контакты, блока 17 подключены к вторым выводам резисторов 11, первые контакты - к выходу блока 13, вторые контакты - к второму выходу блока 19,Измеритель работает следующим образом.В режиме калибровки реле 9 подключает источник 1 калибровочного напряжения в цепь обратной связи усилителя 7. Входным сигналом является либо ЭДС нормального элемента 3, либо напряжение, снимаемое с делителя 4 путем . замыкания контакта реле 5 и соответствующего контакта реле 2. Это напряжение подается через заданный резистор 8 (замкнут соответствующий контакт реле 10) на вход усилителя 7.Связь между входным и выходным сигналами определяется выражением где к - петлевой коэффициент усинления по току;- коэффициент передачи попетле обратной связи;0 . - напряжение, снимаемое сделителя 4, или ЭДС нормального элемента 3;Б,к - выходной сигнал усилителя7 в режиме калибровки.Градуирование усилителя 7 приводится по известной величине ЭДС нормального.элемента 3. При этом погреш-. ность градуирования и измерения определяется в основном погрешностью высокоомного резистора 8 обратной связифПроверка линейности усилителя 7 в пределах поддиапазона измерения осуществляется изменением величины напряжения .П, снимаемого с делителя 4 напряжения через блок 2 реле.Контроль стабильности параметров высокоомных элементов входной цепи усилителя 7 и выходной цепи источника измеряемого тока производится путем переключения с помощью блока 10 переключающих реле резисторов 8 в цепи обратной связи при включенном в эту цепь нормальном элементе 3.4 ВТак как сопротивление утечки высо% коомных элементов на два-три порядка больше максимального сопротивления резистора 8, то при переключении резистора 8 обратной связи величина(4) г Кгде Бо к постоянное напряжение, определяющеетемпературу компенсирующего резистора 11 и соответствую-щего резистора 8. Б не изменяется в случае стабилькности параметров высокоомных элементов. Выходное напряжение Бк увеличивается по мере увеличения сопротивления резистора 8 в случае резкого снижения величины сопротивления утечки высокоомных элементов.В режиме измерения, когда источник 1 калибровочного напряжения в цепи обратной связи усилителя 7 от О ключен, входной сигнал 1 ь (постоянный ток) создает падение напряжения на резисторе 8, включенном в обратную связь при помощи реле 9 и реле 10. Это напряжение усиливается усилителем 7 и подается на регистратор 6 выходного сигнала, а также через резистор 8 обратной связи - на вход усилителя 7.Связь между входным и выходным 20 сигналами определяется выражением где Б - падение напряжения на ре 1зисторе 8;К - сопротивление резистора 8;- падение напряжения на ре 2зисторе 11;К - сопротивление резистора 11,гПредположим, что коэффициент усиления усилителя 7 равен 1, а К,Кг = К, тогда из выражения (3) и (4) получим= К Р + С 1 = сонями е й - температура резистора 8;К - коэффициент пропорциональности;Р - суммарная мощность, рассеиваемая резисторами 8 икомпенсирующими резисторами 11;- температура окружсреды.Рассеиваемую мощность можно разде- дить на две части: мощность, рассеиваемую резистором 8 обратной связи, и мощность, рассеиваемую соответствующим компенсирующим резистором 11. Сумма указанных мощностей гд 50ающей где К- сопротивление резистора 8.Для обеспечения высокой точности при измерении малых токов температура резистора 8 обратной связи под держивается постоянной при измерении тока, протекающего через этот резистор, а также при изменении температуры окружающей среды.Условие постоянства температуры резистора 8 (а также и компенсирующего резистора 11, соединенного с резистором 8 через теплопроводящий слой 12) может быть представлено вгДля обеспечения условия (5) и,соответственно, (3) напряжение Б 1с выхода усилителя 7 поступает в б13 формирования компенсирующего тона вход квадратора 14. Независимоот полярности входного сигнала кваратор 14 возводит в квадрат этопряжение (П ), которое затем посгпает на один вход сумматора 15, Навторой вход сумматора 15 поступаетнапряжение с выхода блока 19 регултора перегрева, равное по величинеКБ -С . Алгебраическая суммао а на- туя указанных входных напряжении поступает на вход схемы 16 извлечениякорня, осуществляющегоизвлечениеквадратного корня из входного напряжения. Зто напряжение поступает через один из замкнутых контактов блока 17 переключающих реле на,выбранный компенсирующий резистор 11. 7 К Формирование напряжения Б --Кледующим образом. 18 температуры напряже происходит сС датчикаКние (- - ,) соответствующее темЮ пературе окружающей среды, поступает на первый вход сумматора 21 блока 19 регулятора перегрева. При этом напря 113326жение П устанавливается на выходе источника 20 опорного напряжения и поступает на второй вход. сумматора 21. Алгебраическая сумма входных напряжений сумматора, соответствующая температуре резистора 8 с учетом температуры окружающей среды, усиливается усилителем 20 и поступает в блок 13, 1 ОТаким образом, на первый вход блбка 13 формирования компенсирующего тока поступает напряжение У 1 с выхода усилителя 7, а на второй вход - напряжение с выхода блока 19 регуля тора перегрева. Блок 13 осуществляет возведение в квадрат напряжения, поступающего на его первый вход, алгебраическое суммирование полученного напряжения с напряжением, поступающим 20 на его второй вход, и извлечение квадратного корня из полученной алгебраической суммы.В результате на выходе блока 13 устанавливается напряжение У соот2 ветствующее формуле (5), и выполняется условие (1).Рассмотрим теперь влияние мощности Р рассеиваемой остальными ком пенсирующими резисторами 11, которые соответствуют резисторам 8, не включенным в цепь обратной связи при данном измерении.Чтобы выполнялось условие (3) для каждой пары резистор 8 обратной связи - соответствующий компенсирующий резистор 11, необходимо выполнение условия (4) при П= О. Тогда напряжение Уг на компенсирующих резисторах должно быть 40 Такое напряжение вырабатывается блоком 19 регулятора и снимается с еговторого выхода. Это напряжение получается путем извлечения квадратногогкорня из напряжения П - , поступающего с выхода усилителя 22,схемой 23 извлечения корня.Таким образом, в случае, когданет напряжения тока (ток через измерительный резистор 8 не протекает),напряжение П, =О. Из формулы (5)следует, что напряжение на компенсирующем резисторе 11 максимально,т.е, этот резистор выделяет макси -мальную мощность, и перегрев по отношению к температуре окружающейсреды резисторов 8 и 11 определяется только мощностью, вьделенной резистором 11,В режиме измерения тока черезрезистор 8 протекает измеряемый ток,и начинает вьделяться мощность, пропорциональная квадрату напряженияна этом резисторе. В соответствиис формулой (5) напряжение на соответствующем компенсирующем резисторе 11 уменьшается таким образом,что суммарная мощность, вьделяемаяна резисторах 8 и 11, остается постоянной.1При максимальном измеряемом токе и максимальной температуре окружающей среды в соответствии с (5) напряжение на компенсирующем резисторе 11 уменьшается до нуля, т.е. весь вклад и перегрев резисторов 8 и 11 выносит резистор 8 за счет протекающего измерительного тока, вследствие чего температура резисторов 8 и 11 остается постоянной.1173326 Составитель С.РыбВеселовская ТехредЛ.Микеш ректор Г.Решетки Редактор ираж 748 нного ко одписно Заказ ений и5, Раув ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 46/44 ВНИИПИ Государст по делам изобре 113035, Москва, Ж митета СССР рытий я наб.,д.