Дискриминатор напряжения по двум допусковым границам

(56) 1. Ягеагпз, Ноюогй, ЬЕО гер 1 асез рапе 1 шегег, ЕРЯ, 1974, ч. 19, У 21, р, 69.2, Давыдов В,И. и др. Многопороговый логический элемент Сб. Новые, полупроводниковые электродные, устройства. Январь, 1972, с. 105-109, изд. МДНТИ. им.ф.Э.Дзержинского.(54)(57) ДИСКРИМИНАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПО ДВУМ ДОПУСКОВЫМ ГРАНИЦАМ, содержащий туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые - через резисторы - к источнику контролируемых импульсов, источники допусковых напряжений по верхней и нижней 801095082, А допусковым границам, каждый иэ которых соединен через резистор с соответствующим туннельным диодом, и логический блок, входы которого соединены с вторыми выводами туннель" ных диодов, а выход - с выходом устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник импульсов питания туннельных диодов, блок синхронизации, полупроводниковый диод и два резистора, при этом источник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами туннельных диодов через соответствующие введенные резисторы,блок синхронизации включен между источником импульсов питания туннельных диодов и источником контралируемых импульсов, полупроводниковый диод включен параллельно туннельному д диоду сравнения по нижней допусковой границе, а логический блок выполнен феей на дифференциальном усилителе, 1095082Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении автоматизированной контрольно-измерительной аппаратуры.При проверке параметров радиоэлект ронных устройств, например, интегральных микросхем, часто возникает задача допускового контроля напряжения постоянного тока и импульсных сигналов по двум допусковым границам Ч 4 о и 10оп ЧАоп (Ч 4 опг 7 оп )с указаниемгобласти выхода контролируемого напряжения за.допусковые границы. Наиболее просто эта задача решается путем использования дифференциального усили теля, к входам которого подключены две схемы;сравнения, одна иэ которых сравнивает Ч с Уоп ,а втораяДопфЧх с Ч 4 опИзвестно устройство, построенное 20 по таком принципу, содержащее дифференциальный усилитель (ДУ), к каждому входу которого подключен операционный усилитель (ОУ), причем один ОУ сравнивает неизвестное контролируемое напряжение с напряжением нижней допусковой границы, а второй ОУ " с напряжением верхней допусковой границы. В зависимости от того, какой иэ трех случаев соотношений между УХ, Чо , 30П 1 Ч 4 оп дУх Ч 4 ооф Ч акопЧФЧоог ь Ч7имеет место, йа выходе ДУапгполучается три различных вида сигнала (Ч,) О, Ч, = О, Ч ,С О), ито позволяет индицировать любой из этих случаев с помощью оконченного регистрирующего устройства, например, с помощью светодиодов Г 13.Если контролируемое напряжение является напряжением постоянного тока, 40 то оно непосредственно подается на входы обоих ОУ.Недостатком известного устройства является невозможность контролировать амплитуду импульсов, длительность 45 которых порядка единиц- сотен нано" секунд.Известны 1 устройства, решающие зада. чу контроля постоянных напряжений и импульсных сигналов короткой длитель ности по двум допусковым границам путем использования туннельных диодов (ТД) сравнения по верхней и нижней допусковым границам и логического . блока, обрабатывающего информацию.с 55 выходов ТД.Известное устройство содержит туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диодсравнения по нижней допусковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые черезрезисторы к источнику контролируемыхимпульсов, источники допусковых напряжений по верхнейи нижней допусковым границам, каждый иэ которых соеди.нен через резистор с соответствующимтуннельным диодом н логический блок,выполненный на транзисторах2 3.Недостатком данного устройстваявляется то, что оно позволяя установить факт нахождения амплитудывходного импульса внутри допусковыхграниц, не позволяет определитьобласть выхода контролируемого напряжения за допусковые границы, таккак при ЧОС Ч 4,ц, и при Ч,оп) ЧАопг иа выхдде устройства будетодийаковый высокий потенциал и различить указанные два случая не представляется возможным.Другим существенным недостаткомизвестного устройства является то,что оно неработоспособно при длительностях контролируемых импульсовпорядка единиц и долей наносекунд.Это объясняется тем,. что в нем отсутствует источник питания ТД, и ониработают в режиме безындуктивногоодновибратора, при котором длительность импульсов на выходах ТД точноравняется длительности входныхимпульсов.Таким образом, недостаток известного устройства - ограничение егофункциональных:возможностей, заключающееся в отсутствии возможностиопределения области выхода контролируемого напряжения за допусковыеграницы и работоспособности устрой"ства при длительностях входныхимпульсов в единицы доли наносекунд.Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей устройства, заключающееся в определенииобласти выхода контролируемого напряжения за допусковые границы и врасширении диапазона длительностейконтролируемых импульсов до единици долей наносекунд,Поставленная цель достигаетсятем, что в дискриминатор напряженияпо двум допусковым границам, содержащий туннельный диод сравнения поверхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допус1095082 3Ковой границе, первые из выводовкоторых подсоединены к общей шине,а вторые - через резисторы - кисточнику контролируемых импульсов,источники допусковых напряжений поверхней и нижней допусковым границам,каждый из которых соединен черезрезистор с соответствующим туннельнымдиодом, и логический блок, входыкоторого соединены с вторыми выводами 10туннельных диодов, а выход - с выходом устройства, введены источникимпульсов питания туннельных диодов,блок синхронизации и полупроводниковый.диод и два резистора, при этомисточник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами туннельных диодов через соответствующие введенные резисторы, аблок синхронизации включен между :щисточником импульсов питания туннельных диодов и источником контролируемых импульсов, а полупроводниковыйдиод включен параллельно туннельномудиоду сравнения по нижней допусковой 25границе, а логический блок выполненна дифференциальном усилителе,На фиг. 1 представлена схема устройства; на. фиг, 2 - вольтамперныехарактеристики (ВАХ) ТД; а) - собственно арсенидо галлиевого ТД;б) - характеристика параллельногосоединения арсенидо-галлиевого ТД икремниевого полупроводникового диода;на фиг. 3 - диаграммы, поясняющиеработу ТД при импульсной подаче пита 35,ния. Устройство (фиг. 1) содержит арсенидо-галлиевый туннельный диод (ТД) 1 сравнения по верхней допуско-. 40 вой границе, арсенидо-галлиевой туннельный диод (ТД) 2 сравнения по нижней допусковой границе, соединенный параллельно с кремниевым диском 3, источник 4 импульсов питания, источ. ник 5 допускового напряжения по верхней допусковой границе, источник 6 допускового напряжения по нижней допусковой границе, дифференциальный усилитель (ДУ) 7 и блок 8 синхрони зации, причем ТД 1 соединен с первым входом дифференциального усилителя и через резисторы 9-11 соединен соответственно с входом устройства, источниками 4 и 5, а ТД 2 соединен с 55 вторым входом дифференциального усилителя и через резисторы 12-14 соответственно с входом устройства и 4источниками 4 и 6.,Соединение ТД с входами ДУ может осуществляться непосредственно(фиг.1),или при необходимости через резисторы, ограничивающие вход" ные токи ДУ. Выходное напряжение ДУ 7 регулируется потенциометром 15.Блок 8 синхронизации соединенос источником 4 импульсов питания и источником 16 контролируемых импульсов (проверяемое устЕойство), выход которого подсоединяется к входу дискриминатора, Включение полупроводникового диода параллельно ТУ (фиг. 2) сужает характеристику последнего вдоль , оси напряжений, причем практически деформируется только диффузионная ветвь, а туннельная ветвь остается неизменной. Кривая 17 (фиг, 2) изображает вольтамперную характеристику ТД, а кривая 18 - вольамперную характеристику параллельного соединения арсенидо-галлиевого диода и кремниевого .полупроводникового диода. Разница по напряжению между диффузионными вет-. вями обеих характеристик (для какого:то значения тока) составляет в этом случае (0,4-0,5) В.Предлагаемьпй дискриминатор работает следующим образом.В исходном состоянии, когда импульс напряжения Б на вход схемы не подан, оба ТД находятся в низковольтном состоянии, напряжения на них почти равны или отличаются на небольшую величину (Ч - Ч10 ЦМ 20 мВ, фиг. 2), определяемую разбросом характеристик ТД.Таким образом, между входами дУ 7 действует небольшое напряжение Ч 4 б = Чц - Чб , в результате чего навыходе усилителя появляется небольшое напряжение Ч, которое с помощьювы. фрегулировочного потенциометра 15 может быть сделано равным нулю. Итак, в исходном состоянии Ч= О.ВЬ оПри подаче на вход устройстваимпульса с амплитудой Ч,Ч АопА Оп 1 оба ТД не срабатывают и остаются в низковольтном состоянии, так,что в этом случае,Ч= Че,. = О. Если же Чдоп (Ч (Чп, то срабатывает2только сД 2, при этом между входами ДУ .7 действует напряжение ЧБ -Ч - Чц , которое имеет значение порядка (0,5-0,6) В (определяется параметрами характеристик арсенидогаллиевых ТД и кремниевых лолупроводниковых диодов),причем второй входимеет положительный потенциал поотношению к первому входу. В этомслучае на выходе усилителя возникаетнапряжение Ч , которое имеет зна"чительную величину и какую"то определенную полярность, например,положительную, т.е. Чвы ) О.В этом случае, когда Ч) Чц.,срабатывают оба ТД, и между входамииусилителя действует напряжение Чд 8:Ч - Ч- причем теперь второй входимеет отрицательный потенциал поотношению к первому входу, вследствиечего на выходе усилителя возникаетсигнал отрицательной полярности, т.е, 15Ч,ц,О.Таким образом, выходное напряжениеДУ Ч пц= О при ЧхЧоппри ЧдЧАЧ ( О при Ч х ) Чдоп, т.е. трем 20Вв у Увозможным положениям значения контролируемого напряжения относительнодопусковых границ Ч 4 оп и Чдопсрответствуют три различных вида 2выходного сигнала дискриминатора, Это 5позволяет легко определить областьотклонения контролируемого напряженияот упомянутых допусковых границ, нап"ример путем подключения к выходу усилителя стрелочного нуль-индикатора с 30нулевой отметкой посрединешкалы, ;тогда по направлению отклонения стрелка от нуля можно определить, какой изназванных трех случаев имеет место:Ч" Чдоп Ч доп ( х ( Чря или 35Ч И 1 . Индикация областй"2отклонения Ч от Ч оп Чдоп можетбыть также осуществлена, как и визвестном устройстве, с помощью светодиодов разного цвета.Следовательно, предлагаемый дискриминатор так же как и прототип,позволяет определить область отклонения контролируемого напряжения задопусковые границы, однако в отличие 45от прототипа предлагаемый дискриминатор работает вплоть до наносекундных длительностей импульсов.Это обеспечивается за счет того,что сравнение амплитуды импульсов снапряжением допуска производится наТД, работающих с импульсным питанием.Диаграмма на фиг. 3 поясняетработу ТД в схеме при подаче импульсапитания достаточной длительности й,1 иузкого контролируемого импульса ЧЗначение амплитуды импульса питанйяи сопротивления резисторов в цепи питания ТД (резисторы 10 и 13) регулируются таким образом, чтобы при воздействии импульса питания рабочая точка ТД выводилась в пиковую точку характеристики (линия нагрузки 19 на фиг. 3). Подача допускового напряжения, полярность которого противоположна полярности напряжения питания и контролируемого импульса, вызывает смещение рабочей точки вниз по характеристике (положение линии нагрузки 20 на фиг. 3). При поступлении короткого контролируемого импульса длительностью йи амплитудойпхПп Ч , ТД срабатывает и его рабочая точка перемещается в высоковольтное состояние (точка б на фиг. 3), а после окончания входного импульса перемещается в точку 8 диффузионной ветви (фиг. 3 ), где и остается в течение всего времени, пока длится импульс питания. Таким образом, на вход дифференциального усилителя подается с ТД импульс, длительность которого равна длительности импульса питания п. Если эту длительность выбрать в микросекундном диапазоне (единицы и десетки мкс), т.е. с) п единицы нс, тоВхимпульсный ДУ должен обладать способ ностью усиления сигналов микросекундной длительности, в то время как ТД работает с измеряемыми импульсами наносекундной длительности.Следовательно, в предлагаемомустройстве полоса пропускания ибыстродействие ДУ может быть на 3-4и более порядков хуже, чем полосапропускания ТД, что соответствуетреальйому состоянию электронной техники, причем, как указывалось вьппе,такое отличие в быстродействии лучшихДУ и ТД порождается принципиальными физическими причинами и всегда будетсохраняться. Изложенное подтверждает то, что предлагаемый дискриминатор по сравнению с прототипом,в котором сравнение контролируемогои допускового напряжений производится на ДУ, позволяет контролироватьимпульсы на 3 - 4 порядка болееузкие,Таким образом, предлагаемый дискриминатор расширяет функциональные возможности известного устройства, обеспечивая определение областивыхода контролируемого напряженияза допусковые пределы при контролеимпульсов вплоть до наносекунднойдлитедьности,1095082Предлагаемый дискриминатор практически реализован в установке контроля параметров микросхем типа КП 1-2.1095082Рца.2Заказ 3587/26 Тираж 711 Поуфисио ИПО такт , г. Ужгород, ул.Проектная,