Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 190380 (21) 2894920/18-21 с присоединением заявки МоР 1 М К з Н 03 К 13/20 Государственный комитет С,С С Р по делам изобретений и открытий) Заявите нзенский политехнический институт). ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНЫХ ЦЕПЕЙ В КОД ных чер ват по цели втрехэле Изобретение относится к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано при построениипреобразователей параметров пассивных двухполюсников, например, приизмерении параметров полупроводниковых структур, в диэлькометрии иликондуктометрии.Известен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников Ц.Недостатком этого преобразователяявляется низкое быстродействие, сложность обусловленная необходимостьюприменения нескольких контуров уравновешивания и нуль-индикатора модуляции,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому устройствуявляется преобразователь параметровтрехэлементных двухполюсных цепей вкод, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный между выходомформирователя опорного напряжения ивходом усилителя постоянного тока,в цепь отрицательной обратной связикоторого включен опорный элемент,преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ,подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряженияв код, второй ключ, выход которогосоединен со входом функционального 5 преобразователя постоянного напряжения в код, управляющий вход " свыходом узла задержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в виде двух элементовсравнения, первые входы которых подключены к выходу источника постоянопорных напряжений, а выходыез триггер - ко входу преобразоеля временного интервала г код 23.Недостатком указанного устройстваявляется высокая погрешность измерения емкости, которая обусловленатем,что о ее значении судят по измерению мгновенного значения выходногонапряжения усилителя постоянного тока в момент подачи скачка постоянного напряжения на вход измерительнойцепи, а измерения подобного родавсегда сопряжены с большими случайными погрешностями.Цель изобретения вышение точностиментных двухполюсных цепей в код,содержащий исследуемый двухполюсник,включенный межцу выходом формирователя опорного напряжения и входомусилителя постоянного тока, в цепьотрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код,второй ключ, выход которого соединенсо входом функционального преобразователя постоянного напряжения в коц,управляющий вход - с выходом узлазадержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в видедвух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника постоянных опорных напряжений, а выходы через. триггер - ковходу преобразователя временного интервала в код, введены дополнительный ключ, генератор импульсов, делитель и счетчик импульсов, формирователь тактовых импульсов, элемент деления кодов, узел усреднения, вычитатель напряжений, причем выход дифференциатора через дополнительныйключ соединен со вторыми входамидвух элементов сравнения, первый управляющий вход дополнительного ключасоединен с выходом узла задержки, авторой управляющий вход - со входомузла задержки и через делитель импульсов с первым выходом счетчикаимпульсов, вход которого соединен свыходом генератора импульсов и первымвходом формирователя опорного напряжения, второй вход которого соединенсо вторым выходом счетчика импульсови со входом формирователя тактовыхимпульсов, второй вход которого соединен с выхоцом генератора, а выход -с управляющим входом первого ключа,выход которого подключен через узелусреднения ко входу преобразователямгновенного значения напряжения вкод и к первому входу вычитателя напряжений, второй вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход соединен со входомвторого ключа, выход функциональногопреобразователя постоянного напрянения в код соединен с первым входомэлЕмента деления кодов, второй входкото р ого соединен с выходом преобразователя временного интервала вкодеНа фиг.1 изображена структурнаясхема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя,Преобразователь содержит формирователь 1 опорного напряжения, исследуемый двухполюсник 2, представляющийзадержки, элементы сравнения 16 и 17,источник 18 постоянных опорных напряжений, триггер 19, преобразователь 20 временного интервала в код,ключ 21, функциональный преобразователь 22 постоянного напряжения в код,элемент 23 деления кодов. 20 По сигналу "Пуск" запускается генератор 8 импульсов и начинает работать формирователь 1 опорного напря 25 30 40 45 50 55 60 собои параллельное соединение конденсатора емкостью С и последовательной цепи, состоящей из резистора,имеющего сопротивление К, и конденсатора емкостью С 1, усилитель 3 постоянного тока, опорный элемент 4,величина емкости которого равна С,ключ 5, формирователь 6 тактовых импульсов, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, узел 9 усреднения,вычитатель 10 напряжений, преобразователь 11 мгновенного значения напряжения в код, делитель 12 импульсов,дифференциатор 13, ключ 14, узел 15 жения и формирователь 6 тактовых импульсов,Формирователь 1 формирует импульсную последовательность, которая представляет собой чередование импульсов частоты Г, скважности, равной двум, и частотыПрименение такого вида воздействия позволяет за один цикл преобразования измерить параметры Сп, Р,и И раз измерить параметр С , гдепостоянная времени исследуемой цепи.В моментподачи скачка постоянного напряжения, имеющего изображение О (5)=- в , где Оз - значение амплитуды скачка, выходное напряжение усилителя 3 постоянного тока в момент г определяется значением емкости С Это напряжение выделяется ключом 5, который открывается на время действия импульса от формирователя 6 тактовых иМпульсов, работой которого управляет счетчик 7 импульсов и генератор 8 импульсов. С выхода ключа 5 напряжение О 1(1.) поступает на узел 9 усреднения, где оно запоминается. При подаче в момент с 1 следующего скачка постоянного напряжения, на узел 9 усреднения поступает напряжение О(с 1), где оно суммируется с О 1(с,), и результат запоминается. Так продолжается до момента времени с, после чего с выхода узла 9 усреднения снимается напряжение1О(С ) = - 2 О,т.е. среднее значение мгновенных напряжений, определяемых значением параметра С.898611 С1 пИйЗ Оо 40 ООпй= пОо формула изобретения с Ос (с 1 )-С - 0Оо 65 Это напряжение подается на один из входов вычитателя 10 напряжений и на преобразователь 11 мгновенного значения напряжения в ко, на его выходе получаем код й,=КСсоогде К 1 - коэффициент преобразования преобразователя 11 мгновенного значения напряжения в код, который несет информацию о значении параметра С. исследуемого двухполюсника,При подаче скачка постоянного напряжения в момент времени со тактовый импульс от делителя 12 импульсов поступает на управляющий вход ключ 14 и на вход узла 15 задержки. Через открытый ключ 14 продифференцированное дифференциатором 13 вы ходное напряжение усилителя 3 постоянного тока, имеющее видО(с, ): (С,+С )е20 подается на один из входов двух элементов сравнения 16 и 17, на вторые входы которых поступают постоянные опорные напряжения О, и Оо с выходов источника 18 постоянных опорных напряженийВ моменты равенства экспоненциального выходного напряжения дифференциатора 13 с опорным напряжением последовательно срабатывают элементы сравнения 16 и 17, выдавая сигналы на триггер 19.Выделенный таким образом интервал времени, пропорциональный времени исследуемой цепиОоп 35ьс=1 п7Оо 1преобразуется в код преобразователем 20 временного интервала в код где 1 - коэффициент преобразованияпреобразователя 20 временного интервала в код,В момент вРемени с с =сс-с, гдес) 6 (т.е. после практическогоокончания переходного процесса в измерительной цеги), импульс с выходаузла 15 задержки длительностью ь сзакрывает ключ 14 и открывает навремя действия Ьс ключ 21.В установившемся режиме выходноенапряжение усилителя 3 постоянноготока, которое определяется суммойпараметров С и С(с ) = -(С+С ),тюступает на вход вычитателя 10 напряжений, на другой вход которого подается напряжение, пропорциональное параметру С, с выхода узла 9усреднения Выходное напряжение вычитателя 10 напряжении, пропорциональное значению параметра С 1, поступает через открытый ключ 21 йа вход функционального преобразователя 22 постоянного напряжения в код, на выходе которого получаем код ЬОСц Э 2где 1 - коэффициент преобразованияфункционального преобразователя 22 постоянного напряжения в код,Для определения параметра В исслеДуемого двухполюсника коды М 1 и Мпоступают на элемент 23 деления кодов и результат, получающийся на вы- ходе несет информацию о параметре й исследуемого двухполюсника.Путем использования предлагаемого преобразования, включающего многократное воздействие на исследуемый двухполюсник за один цикл преобразования и дальнейшее усреднение многократно получаемых мгновенных значений выходного напряжения усилителя постоянного тока, получаем, что погрешность преобразования по параметру С, снижается в й раз без снижения в И раз быстродействия по сравнению с известным представителем.Поскольку параметр С участвует в определении значения параметров С 1 и К, то соответственно снижается погрешность преобразования и по этимпараметрам. Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный между выходом формирователя опорного напряжения и входом усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, выход которого соединен со вхоДом функционального преобразователя постоянного напряжения в код управ ляющий вход - с выходом узла задержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника по стоянных опорных напряжений, а выхоДы через триггер - ко входу преобра 8986115 зователя временного, интервала в код,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведены дополнительный ключ, генератор импульсов, делитель и счетчикимпульсов, формирователь тактовыхимпульсов, элемент деления кодов,узел усреднения, вычитатель напряжений, причем выход дифференциаторачерез дополнительный ключ соединенсо вторыми входами двух элементовсравнения, первый управляющий входдополнительного ключа соединен свыходом узла задержки, а второй управляющий вход - со входом узла задержки и через делитель импульсовс первым выходом счетчика импульсов,вход которого соединен с выходомгенератора импульсов и первым входомформирователя опорного напряжения,второй вход которого соединен совторым выходом счетчика импульсов исо входом формирователя тактовыхимпульсов, второй вход которого соединен с выхоДом генератора импульсов, а выход - с управляющим входомпервого ключа, выход которого подключен через узел усреднения ко входупреобразователя мгновенного значениянапряжения в код и к первому входувычитателя напряжений, второй входкоторого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход соединен со входом второго ключа, выходфункционального преобразователя постоянного напряжения в код соединенс первым входом элемента деления кодов, второй вход которого соединенс выходом преобразователя временногоинтервала в код. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР898611 оставитель В, Махнаноехред С. Мигунова рректор .Макаренко Редактор Т.Веселова 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проек аказ 11974/75 Тираж 953 ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж-ЗПодписноенного комитета СССтений и открытийРаушская наб., д