Стробоскопический измеритель параметров наносекундных импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) (И) 3(50 С 01 В. 13 34 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВ ТОРСК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1,Измеритель параметров импульсов стробоскопического И 4-Ч,Техническое описание. СССР, 1978.2. Патент США В 3505598,кл. 324-77, 1971 (прототип).(54)(57)СТРОБОСКОПИЧЕСКИИ ИЗМЕРИТЕЛЬПАРАМЕТРОВ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ,содержащий задающий генератор импульсов, выход которого соединен свходом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной задержки,.выходом подключенного к входу преобразователя напряжение - задержка, управляющий входкоторого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, а выход - с входом генератора строб-импульсов, выходом соединенного через дифференциатор с стро-,бирующим входом амплитудного дискри.минатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход - к выходу блока подключения испытуемого элемента, входобратной связи - к подвижному кон"такту второй секции второго переключателя, а выход - к входу инте-грирующего блока, выход сброса которого связан с входом блока сброса,прямой выход - с первым неподвижнымконтактом первого переключателя, а инверсныи выход - с вторым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт, которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирователя испытательных сигналов подключен к выходу, первого блока. электронной задержки,а выход - к входу блока подключения испытуемого элемента, выход ре- гулируемого источника опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секции второго переключателя и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя, первый неподвижный конй такт которой соединен с вторым неподвижным контактом первой секции,причем генератор строб-импульсов и амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах, о т л и ч а-. ю щ и й с я тем, что, с целью уве- ЯЪф личения точности измерения и диапазона. функциональных возможностей, он снабжен блоком выборки и запоминания, аналоговым сумматором и коммутатором, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу интегрирующего блока и входу блока выборки и запоминания, второй неподвижный контакт - к общей шине, а подвижный контакт; - к второму входу аналогово го сумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а Выход - с первым не- ,фЬ подвижным контактом второй секции второго .переключателя.Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть ис.-, пользовано н автоматизированных измерительчых системах контроля параметров полупровоДниковых элементов.,Известен стробоскопический .измеритель параметров наносекундных импульсов, содержащий генератор строб- импульсов, дискриминатор на туннельном диоде, регулируемый опорный ис точник напряжения, преобразователь напряжение - задержка и блок регистраций и .Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает возмож ности автоматизации измерений. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стробоскопический измеритель парамет 20 ров наносекундных импульсов, содержа щий задающий генератор импульсов, вы ход которого соединен с входом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной 25 задержки, выходом подключенного к входу преобразователя напряжение - задержка, управляющий вход которого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, а выход - с входом генератора строб-импу- льсов, выходом соединенного через дифференциатор со стробирующим вхо-дом амплитудного дискриминатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход - к выходу блока подключения испытуемого элемента, вход обратной связик подвижному контакту второй секции второго переключателя, а выход - к 40 входу интегрирующего блока, выход сброса которого связан с входом блока сброса, прямой выход - с первым неподвижным контактом первого переключателя, а инверсный выход - с вторым неподвижным контактом перво го переключателя, подвижный контакт которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирователя испытательных сигналов подклю 50 чен к выходу первого блока электрон" ной задержки, а выход - к входу блока подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника опор" ного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секции второго переключателя и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя, первый неподвиж-,ный контакт которой соединен с вто.рым неподвижным контактом первойсекции и входом блока регистрации,причем генератор строб-импульсов иамплитудный дискриминатор выполненына туннельных диодах 21,Недостатком известного устройстваявляется низкая точность измерения,обусловленная отсутствием возможности автоматической установки нулевых уровней отсчета амплитуды и вре-.менного интервала, а также узкийдиапазон функциональных возможностей.Цель изобретения - увеличениеточности измерения и диапазона функциональных возможностей,Цель достигается тем, что стробо"скопический измеритель параметровнаносекундных импульсов, содержащий задающий генератор импульсов,выход которого соединен с входомпервого блока электронной задержки ивходом второго блока электроннойзадержки, выходом подключенного квходу преобразователя напряжение -задержка, управляющий вход которогосвязан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, авыход - с входом генератора стробимпульсов, выходом соединенного через дифференциатор с стробирующимвходом амплитудного дискриминатора,вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход -к выходу блоКа подключения испытуемого элемента, вход обратной связи - к подвижному контакту второйсекции второго переключателя, авыход - к входу интегрирующего блокавыход сброса которого связан с входом блока сброса, прямой выход - спервым неподвижным контактом первогопереключателя, а инверсный выход -с вторым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формиротвателя испытательных сигналов подключен к выходу гервого блока электронной задержки, а выход - к входублока подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источникаопорного напряжения связан с первымнеподвижным контактом первой секциивторого переключателя и вторым неподвижным контактом второй секциивторого переключателя, первый неподвижный контакт которой соединен свторым неподвижным контактом первойсекции, причем генератор строб-импульсов и амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах, снабжен блоком выборки и запоминания, аналоговым сумматором и коммутатором первый неподвижный контакт которого. подключен к .выходу интегрирующего блока и входу блока выборки и запоминания, второй неподвижный контакт. к общей шине, а подвижный контакт - к второму входу аналоговогосумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а выход - с первым неподвижным конта ктом второй секции второго переклю-, чателя.На фиг.1 показана структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.1 - временные диаграммы.Устройство состоит из задающего генератора 1 импульсов, первого 2 и второго 3 блоков электронной задержки, формирователя .4 испытательных импульсов, блока 5 подключения испытуемого элемента, преобразователя 6 напряжение. - задержка, генератора 7 строб-импульсов, дифференциатора 8, амплитудного дискриминатора 9, интегрирующего блока 10, первого переключателя 1, блока 2 сброса, блока 13 регистрации, регулируемого источника 14 опорного напряжения, блока 15 выборки и запоминания, ана" логового сумматора 16, коммутатора17 и второго переключателя 18. Блоки 7 и 9 выполнены на туннельных диодах(ТД). Интегрирующий блок 10 включает входной одновибратор, стабилизаторы токов заряда и разряда накопительно-. го конденсатора, повторитель и инвер. тор, Амплитудный дискриминатор 9, интегрирующий блок 10 и цепь обрат- . ной связи, соединяющая выход блока10 с дискриминатором 9, образуют импульсную следящую систему.Выход задающего генератора 1 импульсов соединен с входом первого блока 2 электронной задержки и вхо; дом второго блока 3 электронной задержки, выходом подключенного к вхо.ду преобразователя 6 напряжение - задержка, управляющий вход которого ,связан с подвижным контактом первой секции второго перключателя 18, а выход - с. входом генератора 7 строб; имйульсов, выходом сбединенного че-" рез дифференциатор 8 с стробирующимО 5 20 задержки, а выход - к входу блока ,5 подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника 14 щ 0 рой секции второго переключателя 18. 4550 55 25 30 35 входом амплитудного дискриминатора 9вход сброса которого подключен к выходу блока 12 сброса, сигнальныйвход - к выходу блока 5 подключения испытуемого элемента, вход обратной связи - к подвижному контактувторой секции второго переключателя 18, а выход - к входу интегрирующего блока 10, выход сброса которого связан с входом блока 2 сброса, прямой выход - с первым неподвижным контактом первого переключателя11, а инверсный выход - с вторым неподвижным контактомпервого переключателя 11, подвижный контакт которого соединен с входом блока 13 регистрации, причем вход формирователя 4испытательных сигналов подключен к выходу первого блока 2 электронной опорного напряжения связан с первымнеподвижным контактом первой секциивторого переключателя 18 и вторымнеподвижным контактом второй секциивторого переключателя 18, первый неподвижный контакт которой соединен свторым неподвижным контактом первойсекции, Первый неподвижный контакткоммутатора 7 подключен к выходуинтегрирующего блока 10 и входу бло.ка 15 выборки и запоминания, второйнеподвижный контакт - к общей шине,а подвижный контакт - к второму входу аналогового сумматора 16, первыйвход которого связан с выходом блока15 выборки и,запоминания, а выходс первым неподвижным контактом втоУстройство работает следующим обр разом,Генератор 1 импульсов с задержкой, задаваемой блоком 2, запускает формирователь 4 испытательных импульсов и с задержкой задаваемой блоком 3, запускает преобразователь напряже ние - задержка. Испытательный импульс с выхода формирователя 4 поступает на вход блока 5 подключения испытуемого элемента для его возбуж" дения или формирования входного импульса. Задержка выходного импульса преобразователя 6 напряжение - задержка является линейной функцией напряжения на его управляющем входе. Насигнальный вход дискриминатора 9 по-.1087902 3ступает ток входного импульса, если измеряются его параметры или началоо 1 счета временного параметра произво. дится с его определенного уровня. Ес ли измеряются параметры выходного 5 импульса или отсчет временного пара- метра заканчивается на его определен ном уровне, то на сигнальнЬй вход дискриминатора 9 поступает ток выходного импульса, На вход обратной связи дискриминатора 9 поступает компенсирующий ток о цепи обратной связи, а на стробирующий вход через диференциатор 8 (конденсатор)короткий строб-импульс тока, фикси рованный по амплитуде. Информация о состоянии туннельного вида дискриминатора 9 поступает на вход интегрирующего блока 10.Для правильной работы импульсной 2 О следящей системы устройства необходимо, чтобы исследуемый импульс тока в дискриминаторе бып меньше тока. строб-, . Импульса. Если .при поступлении строб- импульса сумма токов через ТД дискри-.Ь минатора 9 меньше его пикового тока, то ТД не переключается и сигнал на вход интегрирующего блока 10 не поступает. В этом случае, вследствие разряда накопительного конденса тора блока, 10, напряжение на инверсном выходе интегрирующего блока О возрастает и увеличивает положительный компенсирующий ток ТД дискриминатора 9, Если с приходом очередкого строб-импульса суммарный ток че-, рез ТД дискриминатора 9 станет равным пиковому току, то ТД перейдет в высоковольтное состояние и будет находиться в нем до поступления 4 О импульса сброса. При поступлении сигнала на вход интегрирующего блока 10 потенциал его накопительного конденсатора увеличивается и напряжение на выходе интегрирующего блока 10 уменьшается. При этом сумма токов через ТД уменьшается и с приходом очередного строб-импульса он не срабатывает.В установившемся режиме,переключе О ние ТД будет происходить с частотой, примерно, вдвое меньшей частоты следования строб-импульсов. При этом напряжение на выходе интегрирующего блока 10 поддерживается постоян-ным, а сумма токов через ТД становится равной его пиковому току. Если ток входного сйгнала отсутствует или строб-импульс смещен на позицию Сто следящая система отработает компенсирующий ток 3 О , который в сумме стоком строб-импульса станет равнымпиковому токуПроцесс измерения амплитудйых ивременных параметров осуществляется двумя тестами.В первом тесте блок 15 выборки изапоминания переводится в режим"Выборка", а второй вход аналоговогосумматора 6 посредством коммутатора.,17 соединяется с общей шиной.ВО втором тесте блок 15 выборкиИ запоминания переводится в режим/ 1Запоминание , а второй вход аналого"ного сумматора 16 посредством коммутатора 17 соединяется с выходоминтегрирующего блока 10. Происходитсуммирование нли вычитание аналоговым сумматором 16 двух напряжений "напряжения запомненного в червом тесте блоком 15 выборки и запоминанияпоступающего на первый вход аналогового сумматора 16 и напряжения отрабатываемого импульсной следящейсистемой во втором тесте и поступав.щего на второй вход аналогового сум"матора 16Напряжение, отработанноеследящей системой во втором тесте,регистрируется блоком 13,При измерении амплитуды входногоимпульса в первом тесте строб-импульс переводится на позициюпу",Фтем подачи напряжения регулируемогоисточника 14 опорного напряжения сПОМОЩЬЮ ПЕРЕКЛЮЧатЕЛя 18 на управляющий вход преобразователя 6 напряжение " задержка. Импульсная следящаясистема отрабатывает компенсирующийток ЗО, Протекающий по цепи. обратной связи, Во втором тесте строб-импульс переводится на позицию 17 путем изменения напряжения регулируемого Источника 4 опорного напряженияПоскольку в момент строб-импуль"са на ТД поступает и входной токизмеряемой амплитуды, то импульснаяследящая система отработает компенсирующий ток, равный входному токуизмеряемой амплитуды. Напряжение,пропорциональное компенсирующемутоку и поступившее на второй входаналогового сумматора 16, регнстрируется блоком 13, Это напряжение масштабируется в сумматоре 6.При измерении спада вершины вход"ного импульса (разность амплитуд(временной интервал С В - СВ) в пер 55 ц и Ю )в первом тесте строб-импульс перемещается на позицию. Блок 15 выборки и запоминания запоминает напряжение на выходе . интегрирующего блока 1 О, отработан ное импульсной следящей системой.Во втором тесте строб-импульс перемещается на позицию С. Импульсная следящая система отрабатывает напря.- жение, поступившее на второй вход 1 О аналогового сумматора 16, пропорцио- нальное разнице между амплитудами "вх еах и Бвк оПри измерении задержки включения вом тесте на сигнальный вход дискриминатора 9 поступает ток входногоимпульса, а на вход обратной связичерез переключатель 18 с выхода источника 14 опорного напряжения " ток 20 равный сумме компенсирующего тока итока, соответствующего уровню 503 амплитуды входного импульса ЦВ, нопротивоположной полярности. Цепь обратной связи с прямого выхода интегрирующего,блока 10 замыкается науправляющий вход преобразователя 6напряжение - задержка. Импульснаяследящая система начинает управлять временным положением строб-импульса ЗОпо временной оси, Если строб-импульснаходится левее позиций С, то ТД непереключается. Напряжение с прямого.выхода интегрирующего блока 10 поступит на управляющий вход преобразова-:теля 6 напряжение - задержка и сдвинет на один шаг строб-импульс вправопо временной оси. Процесс . продолжа- .ется до совмещения строб-импульса с точкой фронта в момент . После сов мещения строб-импульс колеблется вок руг точки фронта в момент с , а переключение ТД происходит с частотой, вдвое меньшей частоты строб-импуль" сов, при этом напряжение на выходе интегрирующего блока поддерживается постоянным. Величина этого напряжения соответствует временному интерва лу между моментом запуска преобразо" вателя 6 напряжение - задержка и мо-. оментом, когда уровень входного импу.льса достигает 507, амплитуды в момент 1 . Это напряжение запоминается .блоком 15 выборки и запоминания. Во втором тесте на сигнальный вход дискриминатора 9 поступает ток выходного импульса, а на вход обратной связи с выхода источника 14 через переключатель 18 - ток, равныйсумме тока 3 и тока, соответствующего уровню 507. амплитуды тока выходного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связис инверсного выхода интегрирующегоблока 10 замыкается на управляющийвход преобразователя 6 напряжение -задержка.Импульсная следящая система отработает напряжениЬ, необходимое дляперемещения строб-импульса с позиции 1 на позицию 18 . Это напряжение суммируется с запомненным напряжением первого теста аналоговым сум-,матором 16 и сумма этих напряженийна выходе аналогового сумматора будет соответствовать временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 напряжение - задержка и моментом, когда уровень выходного импульса достигнет 507 амплитуды момент 18),При измерении длительности импульса например, входного) и в первоми во втром тестах на вход дискриминатора 9 поступает ток .входного импульса, а от регулируемого источника14 опорного напряжения через цереклю-чатель 18 на вход обратной связи "ток, равныйсумме тока 3 о и тока,соответствующего уровню 502 амплитуды тока входного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связи в первом тесте соединяетпреобразователь 6 напряжение - задержка с прямым выходом, а во второмтесте - с инверсным выходом блока1 О. В первом тесте следящая системаотработает напряжение, соответствующее временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 на"пряжение - задержка и моментом, когда уровень входного импульса достигнет 507. амплитуды. Во втором тестеследящая система отработает напряжение, необходимое для перемещениястроб-импульса с позиции 1 на позициюПри измерении фронта импульса (например, выходного) и в первом и во втором тесте на вход дискриминатора поступает ток выходного импульса, От регулируемого источника 14 опорного напряжения через переключатель 18 на вход обратной связи в первом тесте поступает ток, равный сумме тока 30 и тока, соответствующего уровню 103 .амплитуды тока выходного импульса,но противоположной полярности, аво втором тесте ток, равный сумметока 3 э и тока, соответствующегоуровню 90 Х амплитуды тока выходногоимпульса, но противоположной полярности, Цепь обратной связи и в первом и во втором тестах соединяетпреобразователь 6 напряжение - задержка с инверсным выходом блока 10, Впервом. тесте следящая система отработает напряжение, соответствующеевременному интервалу между моментомзапуска преобразователя 6 напряжение - задержка и моментом, когдауровень выходного импульса достигнет103 амплитуды. Во втором тесте следящая система отработает напряжение,необходимое для перемещения строб-импульса с позиции 1на позинию 1.При измерении временных парамет-, 5 ров на срезе импульса диапазон измерений перемещается в район срезавходного и выходного импульсов блоком 3 электронной задержки, а востальном работа устройства аналогична вышеописанной.Предлагаемое устройство обеспечивает возможность автоматической установки нулевых уровней отсчетаамплитуды и, временного интервала,что повышает точность измерения нпозволяет расширить диапазон фуккциоснальных возможностей.1087902 Составитель В.ЛившицТехред И. Гер гель Коррек атент", г. Ужгор Проектная,4 едактор А.Козо аз 2651/41 ВНИИ п 113035, Тираж ПИ Государст делам изобрсква, Ж1 Подписноеенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д. 4/5