Устройство для измерения полых проводимостей и добротности нелинейных элементов

Союз СоветскмхСоцкалксткческнхРеспублмк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ691781. Кл.01 Н "7/2601 Б 27/00 сп и Государственный квинтет ссср ао делам изобретений н открктий.79. Бюллетень М 38 описания 18,10.79 а опубликова 2) Автор изобретен и ирид В,(7 ) Заявитель инский радиотехническ ст 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНЫХ ПРОВО И ДОБРОТНОСТИ НЕЛИНЕЙНЪХ ЭЛЕМЕНТОВ МОСТЕЙ то Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения полных проводимостей и добротности различных линейных и нелинейных элементов с повышенной точностью и быстродействием 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 Я .Это устройство имеет низкую точность и не обеспечивает высокой производительности измерений. известно также устройство, основаное на компенсации вносимых потерь в измерительном контуре при его ударномвозбуждении и содержащее генератор запускающих импульсов, схему управления,измерительный контур, дифференцируюшую 5цепь, усилитель ограничитель разнополярных импульсов, сравнивающее устройство,аналоговый делитель с индикаторным устройством, а также исследуемый элементс источником и измерителем напряжениясмещения и управляемые образцовые отрицательную активную и реактивную проводимости 21 .Данное устройство не обеспечиваетвысокого быстродействия, в особенностипри измерениях параметров нелинейныхэлементов на низких частотах. Кромеэтого, устройство имеет низкую производительность вследствие трудностей автоматизации измерений по реактивной составляющей.4Целью изобретения является автоматизация и повышение быстродействия измерений.Для этого в устройство для измерения " полных проводимостей и добротности нединейййх элементов содержащее генервтор запусквюших импульсов, блок управ"ления, соединенный с одним иэ зажимовдМя подключения измерительного контура,блок дифференцирования, соединенный свходом усилителя-ограничителя, блок сравнения, аналоговый делитель, индикатор, иСточник напряжения смещения, соединен"ный с измерителем напряжения смешения "и "с одйим из зажймов для подключения . исследуемого нелинейного элемента, атакже управляемые образцовые активнуюа реактивную проводимости, одни выводыкотофйх соединены соответственно с первым и вторым входами аналогового делителя, введены блок регистрации экстремума, переключатель,.двв синхронных демо- дулятора, ЙБ - и Т-триггеры, два элемента И, элемент НЕ, элемент ИЛИ, атакже интегратор, причем вход блока регистрации экстремума подключен к друго му зажиму для подключения измерительного контура и к одному извходов переключвтем, выход которогб соединен сдругим зажймом для подключения исследуемого нелинейного элемента и с други : ми выводами управляемых образцовых активной и реактивнрй проводимостей, а выход блока регистрации экстремума соединен с входом блока дифференцировайияи с информационными входами каждого синхронного демодулятора, выходы которых сбответственно соединейы с входамиблока сравнения, а управляющие входысинхронных демодуляторов соответственно соединены с выходами одного и другого элемента И и с одним и другим"входами интегратора, выход которого соединен с одним входом аналогового дели-тедя и с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с выходом бпока сравнения, а третий вход - с выходом аналогового делителя, другой входпоследнего соединен с выходом блока сравнения, а также один иэ выходов уси"лителя-ограничителя через элемент ИЛИ, в другой выход через элемент НЕсоответственно соединены с я- и Я-входамиБЯ -триггера, Р-вход которого соединен со счетным входом Т-триггера, установочный вход последнего соединен с выходом генератора запускающих импульсови с другим входом элемента ИЛИ, прямой выход Т-триггера соединен с другимвходом переключателя и с одним из вхо"дов первого элемента И, инверсный выход Т-триггера соединен с одним из входов второго элемента И, другие входыпервого и второго элементов И соединеныс выходом РВ -триггера и с входом бдо 5 ка управления,На чертеже приведена структурнаяйдектричесКая схема устройства ддя измерения полных проводимостей и добротноЬти нелинейных элементов.Устройство для измерения полных1 роводимостей и добротности нелинейныхэлементов содержит измерительный контур 1, к которому через переключатель2 подключены управляемые образцовыеактивная 3 и реактивная 4 проводимости,а также исследуемый элемент 5 с источником 6 и измерителем 7 напряжениясмешения; с помошью которых задаетсянеобходимый режим измерения нелиней 20ного элемента. Образцовая реактивная,проводимость 4 выполнена отрицательной.Управляющие входы управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4 соединены с соответствующи"ми-входвми аналогового делйтеля 8, позволяющего получить непосредственныйотсчет добротности с помощью индикатора 9, который подключен к выходу аналогового делителя 6, Возбуждение коле 30баний специальной формы в измерительном контуре 1 осуществляется с помощью систбмы, в состав которой входятблок регистрации экстремума 10, блокдифференцирования 1 Ц усилитель-ограни 35читель 12, элемент НЕ 13, элеметн ИЛИ14, В 5-триггер 15 и блок управления16; двв синхронных демодулятора 17и 18, подключенные к выход блока ре 40гистрации экстремума 10, и блок сравнения 19, соедйненный с управляемой образцовой активной проводимостью 3 ианалоговым делителем 8; Т-тригтер 20,два элемента И 21 и 22 и интегратор23, соединенный с управляемой обраэцо 45вой реактивной проводимостью 4 и аналоговым делителем 8. Синхронизацияконтура уравновешивания активной составляющей осушествдяется импудьсами, образующимися на выходах логических эле 50ментов И 21 и 22, которые соединеныс соответствующими входами синхронныхдемодуляторов 17 и 18. Работа переключатем 2 управляет Т-триггер 20, На 55чальные условия всех систем устройстваобеспечиваются генератором запускающихимпульсов 24,Работа устройства в наиболее неблагоприятном случае, когда при включении5 691781ьи в 15 нтирует измерительныйприбора в сеть исходное состояние схе- триггер, шу ру.мы управления таково, т16 ч о она шунты- контур 1 и колебание в нем, быстро эарует измерительный контур 1 и колеба- тухая по экспоненте, прекращается, соверттЬния в нем отсутствуют,уют заключается в шив лишь полную четверть периода, сооттом, что генератор запуска юших импуль ветствующего резонансной частоте измесов 24 выдает короткий импульс, кото- рительного к турон а 1. Возникающий высойИЛИ 14 действует кий потенциал на прямом выходе Т-тритна Я -вход КВ-триггера 15 и переводит гера 20 переводит переключатель 2 вего в единичное состоян ие при котором замкнутое состояние и подключает, такимблок управления 16 в измерительноном конО образом управляемые образцовые активтуре ударно воз у1 б ждает колебания. ную и реактивную проводимости 3 и 4,Одновременно с этим импульс егенератора . а при измерениях - и исследуемый элезвпускаюших импульсов устанавл в 24 ива- мент 5 с источником 6 и измерителем 720 напряжения смещения, к измерительномует в исходное состояние Т-триггеркоторый в свою очередь, размыкает пе- контуру 1, причем существующие однокоторы ,реключатель 2, предотвращает появление временно низкие потенциалы на инверсномимпульса на выходе элемента И 21 про- выходе Т-триггера 20 и выходе ВВ-тригпускает сигнал с выхода РЯ-триггера гера 15 исключают импульс на выходе15 емента И 22 и тем са- элемента И 22 и синхронный детекторО18 переходит врбМЗМхранения накопленинтегратора 23 и открывает синхронный ной информации о максимуме амплитуды18. Возникающее в результате колебания цп Информация о периоде ко,детектор . озительудйрного воз уждеб ждения колебание в иэмери лебвний Т с д ннотельном контуре, напр1 имер положитель- ности импульса, существовавшего на вы25ной полярности, проходит через блок ре- ходе элемента И 22, к этому моментугистрации экстремума 10 работающий времени накопилась в виде напряженияв данный момент врей ремени в режиме пов- определенной полярности в интегратореторителя напряженияр на информационныйое в емяГ блокдетектора 18, где ин- Спустя некоторое времяГ окэ ст ма 10 возврашаетфо мация об амплитуде колебаний непре- регистрации экстремумаформация о амплс о ное состояние, образуя полонакапливается и запоминается. ся в исх дрывноьный пе пад напряжения на своемП бретаемая информация в интеграторе жительны перериоон , ый после обработки в локеб2 3 онном детекторе 18, воздей- выходе, которь ри синхронания 11 и в усилителепе вая непосредственно, а вторая- дифференцированияуправляющие входы упрпе еходит в единичное сосцовых активно ий реактивной проводимос- который опять переходитсмещает их под влиянием боль-. тояние, вызывая посредством бл упрока ав- о азностного сигнала в область мак-, ленияшогоразизме ительном контуре 1 има значений отрицательных проводи-. лебвния в из рсимума зразрешая прохождение единичного сигналамостей.е ио- с п 20 на выП и достижении через четверть перно- с пре ио- с п ямого выхода Т-триггера 20 на в -рио ического элемента И . разую 21 Обдв оТ мйксимальной амплитуды ОщО блок ход логв ийся льс поступает на второ входй орег тис рации экстремума 10 переходит 45 щ и унтег вто а 23 и открывает для приемарежим компаратора, и на его выходе. об- интеграторетектор 17.экий перепад напряжения. 01 - информации синхронный детекторразуется реэк перицвтельный перепад этого напряжения По мере бурного нарастаб абатывается дифференцирующей цепью и сокращения периода ударновоэбуждаемообрабатывается д12 и силителем-ограничителем 13 ус О го колебания в р рв ассмат иваемый моменти усилтаким образом, что на одном из времени иэ-зй г,то о что в измерительныйроенным такон 1 внесены отрицательные активнаяего выходо ов возможно появление импуль- контур вактивная проводимости, информациясов только отро от ицательной полярности, а и реактивнаяей амплитуде колебания, поступаюна д ом - положительной, и после ин- о текуще амплементом НЕ 13 воздей- щего с выхода блока регистрации экствертйрования элементом55накапливаясь вствует на -входЯ- ВЯ -триггера 15, и ремума 10, непрерывно кео олеваетсчетный вход Т-триггера и-т ге а 20 и опрокиды- синхронном детекторе 17, преодолеве с авнения 19 хрвП том блок управления 16, в сравнивающем блоке сравнения,вает их. ри этото ом 18 информаий нциал с выхода В - нимую синхронным детек ртолучая низк поте35 цию и смешает управляемую образцовуюактивную проводимость 3 в область малых значений отрицательной состввляюшей,ограничивая рост амплитуды колебанияв измерительном контуре 1. Одновременно с этим информация о текущем периодеколебания, непрерывно поступаюшвя с выхода элемента И 21 на второй вход интегратора 23, компенсирует в нем ранеенакопленную информацию о начальном периоде Т, и смешает управляемую образцовую реактивную проводимость 4 вобласть малых значений отрицательнойсоставляюшей, способствуя росту периода15колебания. В результате отмеченных противодействий мало вероятным являетсято, что к моменту окончания формирования возбуждаемого колебания его амплитуда и период совпадают с первоначальгоными, Наиболее вероятным оказываютсяслучаи, когда амплитуда и период колебания не равны О р и Т причем они могут быть как больше, твк и меньше их,все зависит от инерционности контуровг 5уравновешивания по активной и реактивной составляющей, а также от того,подключается или не подключается к измерительному контуру 1 исследуемый, элемент 5 с учетом характера его сосзотавляющих полных проводимостей. Независимоо от того, какой из случаев будетпреобладающим в данный момент, на динамику процессов, происходящих в схеме,это не оказывает решающего влияния.Пусть к моменту окончания четвертипериода возбуждаемое колебание характеризуется амплитудой ц0 и периодомвТ 4 Тр, при этом, достигнув максимумаамплитуды, снова срабатывает блок регистрации экстремума 10, формируя резкий перепад напряжения и описанным вы ше способом возврашвя в исходное состояние Я 9 -триггер 15, Т-триггер 20 иблок управления 16, который, шунтируя 45измерительный контур 1, прекращает внем колебвтельный процесс. Появлениенибкого потенциала на прямом выходе, Т-триггера 20 переводит переключатель2 в разомкнутое состояние, отключая управляемые образцовые активную и реактивную проводимости 3 и 4 от измерительного контура 1, а также заканчивает формирование импульса на выходе элемента И 2 1, переводяшего синхронный 55детектор 17 в режим хранения накопленной информации о максимуме амплитудь 01 и прекращающего поступление на второй вход интегратора 2 3 информации о периоде Т текушего колебания,Б дальнейшем процессы формирования колебаний в измерительном контуре 1 и разделения инФормации о периоде и амплитуде этик колебаний повторяются периодически, создавая непрерывно поступаюшую информацию об амплитуде Ори периоде То идеализированных колебаний, соответствуюших собственным параметрам измерительного контура 1, в синхронный детектор 18 и по одному из входов интегратора 23, а информацию об амплитуде и периоде колебаний, зависящих от состояния во времени управляемых образцовых активной и реактивной проводимостей 3 и 4 и характера измеряемых составляюших исследуемого элемента 5 - в синхронный детектор 17 и по другому входу интегратора 23. Б результате непрерывного сравнения уровней сигналов с выходом синхронного детектора 17 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 составляюшие 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 на691781 10 фил ППП Патент",д, ул. Проектная, 4 г.У соответствующие входы аналогового делителя 8 для вычисления добротности исследуемого элемента 5 с последующейрч истрацией. формула изобре те ния Устройство для измерения полных проводимостей и добротности нелинейных элементов, содержащее тенервтор запускающих 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 смешения, 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 щ е е с. я тем, что, с целью автоматизации и повышения быстродействия измерений, введены блок регистрации экстремума, переключатель, лва синхронных демодулятора, Я- 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 ции экстремума соелинен с вхолом блока дифференцирования и с информационными входами каждого синхронного демодулятора, выходы которых соответственно соединены с входами блока сравнения, в управляющие входы синхронныхдемодуляторов соответственно соединеныс выходами одного и другого элементаИ и с одним и другим входами интегрв 10 тора, выход которого соединен с однимвходом аналогового делителя и с первымвходом индикатора, второй вход которогосоединен с выходом блока сравнения, атретий вход - с выходом аналогового делителя, другой вход последнего соединенс выхолом блока сравнения, а такжеодин из выходов усилителя-ограничителячерез элемент ИЛИ, а другой выход через элемент НЕ соответственно соедине 20ны с 5- и В-входами РЯ -триггера,Й-вход которого соединен со счетнымвходом Т-триггера, установочный входпоследнего соединен с выходом генератора запускающих импульсов и с другим25входом элемента ИЛИ, прямой выходТ-триггера соединен с другим входомпереключателя и с одним из входов первого элемента И, инверсный выход Т-триггера соединен с одним из входов второгоэлемента И, другие входы первого и второго элементов И соединены с выходомРБ -триггера и с входом блока управления,35Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР% 523366, кл. Я 01 Я 27/26,1 1.01.74,40 2. Авторское свидетельство ССРМ 429375, кл. б 01 В 27/26,09.02.72.