Устройство для регистрации параметров двухполюсников

О П И С А Н И Е 945829ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическимРеспублик(51) М. Кл. О 01 В 31,26 О 01 В 27/00 ВЬвудзрствснмый кеимтет СССР ао делам мзебретеммм и открытмй.2(088.8) Вата опубликования описания 25. 07. 82 О.К, Илюнин, Е.В. Бодянский, А.А. Галузо, С.П. Горелов, В.С. Жаков и И.В. Курбангалеев .(72) Авторы изобретения сХарьковский институт радиоэлектроники и брдена Трудового " )Красного Знамени завод чистых металлов ий 50-летия -СССР3(511) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОДОСНИКОВ 1Изобретение относится к технике измерения параметров двухполюсников и может быть использовано для измерения параметров и восстановления характеристик неоднородных линейных маматериалов, например для измерения удельного сопротивления и восстановления функциональной зависимости удельного сопротивления полупроводникового монокристалла от его длины.Известно устройство для компарирования неравнономинальных сопротивлений, содержащее преобразователь величины каждого из сопротивлений в аналоговый сигнал, первый выход которого соединен с первым входом масштабного преобразователя и первым входом компаратора аналоговых сигналов, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом преобразователя величины каждого из сопротивлений в аналоговый сигнл, причем выход компаратора аналоговых сигналов через первыйи второй ключи соединен соответственно с входом блока вычитания модулясигнала с запоминанием и первым входом сумматора, второй вход которогосоединен с выходом блока вычитаниямодуля сигнала с запоминанием и управляющим входом масштабного преобразователя, выход которого через третий ключ соединен с вторым входом 1 Облока вычитания и выходом четвертого ключа, вход которого соединенс входом масштабного преобразователя 11.15Известно также устройство дляизмерения параметров двухполюсников,их отношения и относительного отклонения.от номинального и образцового значений, содержащее образцовый 2 о двухполюсник, источник опорного напряжения и преобразователь параметра, при этом управляющий вход преоб- .разователя соединен с блоком задания режима, сигнальный вход преобраЪзователя подключен к первой входной клемме, а опорный вход преобразователя соединен с одним из выводов образцового двухполюсника, причем одиниз неподвижных контактов коммутатора соединен с второй входной клеммой, другой неподвижный контакт коммутатора соединен с вторым выводом образцового двухполюсника, а подвижный контакт коммутатора подключен к вхо О ду преобразователя параметра, выход которого через управляемый преобразователь соединен с одним из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход компаратора подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен через источник компенсирующего напряжения с управляющим входом управляемого пре 2 О образователя, второй выход блока управления подключен к входу блока задания режима, а третий выход блока щуправления соединен с управляющимвходом коммутатора 23 25Недостатками известных устройств являются низкое быстродействие, объясняющееся необходимостью проведения большого числа измерений, а также невысокая точность, присущая всем аналоговым устройствам.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации параметров двухполюсников, содержащее35 преобразователь параметра и источник опорных напряжений, подключенный выходом к первому входу компаратора, блок управления, в него введены блокЮ памяти, блок вычисления координат, датчик линейных перемещений с измерительной головкой, три блока вычитания, блок анализа знака, триггер, два элемента задержки, четыре элемента ИЛИ, двенадцать элементов совпадения, блок регистрации, причем первый выход блока памяти подключен к одному входу первого блока вычитания, к другому входу которого подключен в торой выход блока памяти, а к . 5 О выходу - первый вход первого элемента совпадения, выход которого через первый вход первого элемента ИЛИ подключен к первому взводу блока памяти, инверсный третий выход блока памяти 55 соединен с вторым входом первого элемента совпадения, а прямой третий выход блока памяти подключен к первому входу второго блока вычитанияи первому входу второго элементасовпадения, четвертый выход блока памяти соединен с первым входом третьего элемента совпадения и вторым входом второго блока вычитания, выходкоторого подключен к первому входучетвертого элемента совпадения,выход которого через первый элементзадержки соединен с вторым входомпервого элемента ИЛИ, пятый выходблока памяти через первый вход пятого элемента совпадения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, шестой выход которого подключен к первому входу третьего блока вычитания, седьмой выходблока памяти через первый вход шестого элемента совпадения соединенсодним входом третьего элемента ИЛИ,другой вход которого подключен к выходу седьмого элемента совпадения,один вход которого подключен к входупятого элемента совпадения, выходтретьего элемента ИЛИ подключен квторому входу третьего блока вычитания, выход которого соединен с первым входом компаратора, подключенного выходом к входу блока анализа знака, выход которого соединен с вторымвходом третьего элемента совпадения,инверсным входом восьмого элементасовпадения и первым входом истоцника опорных напряжений, через первыйдиод - с инверсными входами пятогои четвертого элементов совпадения,а через второй диод - с входом триггера, первый выход которого подключен к второму входу шестого элементасовпадения, а второй - к другому входу седьмого элемента совпадения и ктретьему входу третьего элемента совпадения, выход которого через первыйвход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом блока вычисления координат, подклюценного выходом черезвторую линию задержки к третьему входу блока памяти к входу блока управления, выход которого соединен с одним входом преобразователя параметра,другой вход которого подключен к датчику линейных перемещений с измерительной головкой, выход преобразователя параметра подключен к четвертому входу блока памяти через входвосьмого элемента совпадения - к входу блока регистрации, через первыйвход девятого элемента совпадения5 9 к пятому входу блока памяти, а черезпервый вход десятого элемента совпадения з к второму входу второго эле-, мента ИЛИ, выход датчика линейных перемещений соединен с первыми входами одиннадцатого и двенадцатого элементов совпадения, выходы которых подключены соответственно к шестому и седьмому входам блока памяти, первая и вторая входные клеммы соединены соответственно с подключенными па раллельно вторыми входами двенадцатого и десятого элементов совпадения и вторыми входами девятого и одиннадцатого элементов совпадения а третья входная клемма подключена к второму входу источника опорных напряжений и через второй вход второго элемента совпадения - к второму входу четвертого элемента ИЛИ.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство содержит блок 1 памяти, блок 2 вычисления координат, блок 3 управления движением измерительной головки, преобразователь 4 параметра, датчик 5 линейных перемещений с измерительной головкой, блоки 6-8 вычитания, компаратор 9, блок 10 анализа знака, триггер 11, источник 12 опорных напряжений, элементы 13 и 14 задержки, элементы ИЛИ 15-18, элементы 19-30 совпадения, блок 31 регистрации, клемму записи нею и Я 32, клемма 33 записии л и клемма 34 "Пуск".1 эиПри восстановлении зависимости удельного сопротивления полупроводникового монокристапла от его длины с заданной точностью 8 работа устройства происходит следующим образом,В исходном состоянии в блоке памяти записаны нули, на первом выходе триггера 11 - положительный потенциал, на втором - отрицательный. Измерительная головка вместе с датчиком 5 линейных перемещений находится в крайнем левом положении на полупроводниковом образце. На выходе преобразователя 4 - напряжение Ор соответствующее измеренному удельному сопротивлению о, а на выходе датчика 5 - напряжение Ое , соответствующее измеренному расстоянию В ;от начала отсчета. Напряжения Оа и О поступают на входы элес ниментов 1 й 21 совпадения, при нажатии кнопки клеммы 32 записи. 1; и о информация об измеренных значе 458296 нияхи р, заносится в ячейки блока 1 памяти, Затем измерительная головка вместе с датчиком 5 линейных перемещений переводится в крайнее правое положение на полупроводниковом монокристалле. На выходе преобразователя 4 параметра и датчика5 линейных перемещений формируютсясоответственно напряжения Ори 10 О , соответствующие измереннымфбХзначениям удельного сопротивленияи расстояниюот началасииотсчета. Эти напряжения Оа . иж 1 иОЕ поступают на входы элементовма(15 20 и 22 совпадения. При нажатиикнопки клеммы 33 записициинформация об измеренных значениях1,д и ф заносится в ячейки блоз у 4ка 1, с выходов которого сигналы, 2 О соответствующие 1,х и подаются на первый и второй входы блока 7вычитания, на выходе которого образуется разностный сигнал, поступающийна первый вход элемента 26, на второй вход которого подается сигнал вобратном коде с инверсного выходаблока 1 памяти. Так как в исходномсостоянии в ячейке блока 1 памятизаписан нуль, разностный сигнал проходит через элемент 26 совпаденияи через первый вход элемента ИЛИ 17заносится в ячейку блока 1 памяти.Таким образом, на.второй вход элемента 26 совпадения смнверсного 35выхода блока 1 памяти поступает запрет на прохождение разностного сигнала О =О -Ое,х е, 1 п.С прямого третьего выхода блокапамяти сигнал О подается на пер О вый вход блока 8 вычитания и первыйвход элемента 28 совпадения. На второй вход блока 8 с четвертого выходаблока 1 памяти подается нулевой сигнал, а раэностный сигнал через эле мент 27 не проходит, так как на второй его.вход не поступает раэреаающий сигнал. Сигнал Ор с выхода блока 1 памяти проходит через элемент 23, так как на него поступает разрешающий потенциал с первого выхода триггера 11, и через первый вход элемента ИЛИ 16 подается на первый вход блока 6, на второй вход которо- . го проходит сигнал Ор . С выхода блока 6 разностный сигнал Опт=Ой -Ортюдается на второй вход компаратора 9. Таким образом, устройство готово к работе в автоматическом режиме.1 О 5 20 50 55 При нажатии кнопки клеммы 34"Пуск" сигнал поступает на вход источника 12, на выходе которого формируется сигнал Од,соответствующийтребуемой точности Д восстановленияфункциональной зависимости, Этотсигнал подается на первый вход компаратора 9, в котором он сравниваетсяс сигналом О, поступающим на вто-.рой вход. Разностный сигнал (Ор-О) подается на вход блока 10 анализа знака, В зависимости от знакасигнала возможны различные режимыдальнейшей работы устройства.Если (Ор-Од )0, сигнал проходитчерез диод Д 2 и поступает на входтриггера 11, который переходит в противоположное состояние, запирая элемент 23 и открывая элемент 24, Принажатии кнопки "Пуск" на второйвход элемента 28 также подается разрешающий сигнал, тогда напряжениеО через этот элемент и элементИЛИ 8 поступает на блок 2 вычисления координат, который, действуя,например, по принципу дИхотомии,вырабатывает сигнал О/2, соответствующий новому положению измерительной головки. Этот сигнал, пройдя элемент 13 задержки, запоминается в ячейке блока 1 памяти, а такжеподается на блок 3 управления, который и приводит измерительную го- .ловку в новое положение. На выходепреобразователя 4 формируется напряжение Ор, соответствующее измеренному значению удельного сопротивле-,ния , . Это значение запоминаетсяв ячейке блока 1 памяти, с выходакоторого сигнал Ор через открытыйэлемент 24 и элемент ИЛИ 16 поступает на вход блока 6,Разностный сигнал Одр=Ор 0 ринсравнивается затем в компараторе 9с напряжением 01, задающим точностьвосстановления функции. Если (05 рО)10, сигнал, пройдя диод Д 2, оставляет триггер 11 в прежнем состоянии. Сигнал с выхода триггера 11поступает на вход элемента 24 и входэлемента 29, на другой вход которого подается сигнал 0 с выходаблока 1, а на. третий вход - положительный сигнал с выхода блока 10.Тогда сигнал О, пройдя элемент29 совпадения и элемент ИЛИ 18, поступает на блок 2. Вычисляется новая координата, и сигнал О , соответствующий ее значению, через эле 945829 8 мент 17 задержки поступает на вход блока 3 управления, а также запоминается в ячейке блока 1 памяти. Блок3 управления переводит измерительнуюголовку в новое положение на полупроводниковом монокристалле. С выхода преобразователя 4 параметра сигнал Ор , соответствующий измеренному значению удельного сопротивления, поступает на вход блока 1 памяти, с выхода которого, пройдя через элемент 24 совпадения и элемент ИЛИ 16, поступает на вход блока 6 вычитания, Разностный сигнал Одр=01 р -Ори сравнивается с сигналом О в комйараторе 9. Знак сформированного компаратором 9 сигнала анализируется в блоке 10 анализа знака,Если же (О, -О,)0, на вход триггера 1 не поступает никакого сигнала, и он возвращается в исходное состояние. Таким образом, на входэлемента 23 совпадения подается разг 5 решающий сигнал, а на вход элемента24 совпадения поступает сигнал,запирающий ее, Тогда напряжениеОс выхода блока 1 .памяти черезэлемент 22 совпадения и элемент .ИЛИ 16 поступает на первый вход блока 6 вычитания.Отрицательный сигнал (О р-О,:подается также на вход элемента 29совпадения, запирая ее, на вход 35"Останов" источника 2 опорных напряжений и инверсный вход элемента30 совпаденияПри этом на второйвход компаратора 9 перестает поступать напряжение О, а сигнал О 4 в соответствующий измеренному удельному сопротивлению р ., с выходапреобразователя 4 параметра черезэлемент 30 совпадения поступает навход блока 31 регистрации. Отрицательный сигнал (О -О) через первыйдиод Д 1 поступает одновременно наинверсные входы элементов 25 и 27.1 В этом случае содержимое ячейки Ог. блока 1 памяти через вхбд элемента 25 совпадения и вход элемента ИЛИ 15 записывается в ячейку блокапамяти. Таким образом, теперь сигнал О=Ор поступает на второйвийивход йервого бяока 6 вычитания, на выходе которого формируется напряжение О =Ор -ОЭто напряжеиОа Риииние поступает на второй вход компаратора 9, но сравнения с напряжением О не происходит, так как источник9482 25 35 12 опорного напряжения заблокированотрицательным сигналом Одр-О ),сформированным на предыдущей итерации. Устройство, таким образом, под-готовлено к дальнейшей работе, 5На первый вход элемента 27 совпадения подается раэностный сигналО =Ое-Ор , поступающий с выходаблока 8 вычитания, на первый входкоторого с выхода блока 1 памяти по- .10дается сигнал ОЕ, соответствующийдлине образца, а на второй вход -сигнал О , соответствующий значениюкоординаты точки на полупроводниковом монокристалле, в которой ОдрсОр, 15где Одр=Ор ОрСигнал р=О-Опроходит через элемент 27, элемент14 задержки и поступает на второйвход элемента ИЛИ 17,. с выхода которого он подается на вход блока 1 па омяти и запоминается в ячейке. Напряжение О =0соответствует длине тойчасти полупроводникового монокристалла, на которой требуется продолжениеизмерений с: целью восстановленияхарактеристики. Таким образом, с помощью ряда измерений в заранее вычисленной, например методом дихотомии,последовательности точек на полупроводниковом монокристалле на первой Зоитерации определяется точка, находящаяся на расстоянии 3 от торца монокристалла, такая, что разность удельных сопротивлений в этой. точке и наторце ( - 9,) меньше заданной погрешности СГ восстановления зависимости удельного сопротивления р отдлины полупроводникового образца 1,Следующая итерация опять начинается нажатием кнопки "Пуск". При этомнапряжение О р , соответствующеедлине той части монокристалла, на которой необходимо продолжать измерения, через элемент 28 совпадения иэлемент ИЛИ 18 поступает на входблока 2 вычисления координат, который вычисляет значение координатынового положения измерительной головки, Далее эта координата запоминается в ячейке блока 1 памяти, а50блок 3 управления движением измерительной головки 3 переводит измерительную головку преобразователяпараметра в новое положение. Измеренное удельное сопротивление р запоми-,нается в ячейке 2 блока 1.памяти,При нажатии кнопки "Пуск" (клемма34) разблокируется источник 12 опорных напряжений, который формирует 9 10на своем выходе напряжение 0 , соответствующее требуемой точности восстановления характеристики. Напряжение О 1, которое может меняться по заранее заданной программе, подается на вход компаратора 9, который сравнивает сигналы Од, и Ор. Знак разности (Одр-О) анализируется в блоке 10 анализа знака. В зависимости от знака этой разности возможны разлиц ые варианты дальнейшей работы устройства, аналогичные описанным. Таким образом, на каждой итерации устройство определяет отрезок 1 а, Ь на образующей полупроводникового монокристалла, разность удельных сопротивлений на концах которого ( -1) меньше заданной погрешности , т.е, в процессе функционирования предлагаемого устройства восстанавливается полностью функциональная зависимость удельного сопротивленияполупроводникового монокристалла от его длины практически с любой заданной точностью.Использование изобретения повышает быстродействие за счет сокращения числа измерений и точность измерений, так как измерения производятся не в произвольных точках, а в заранее вычисленной последовательности точеК; позволяет ликвидировать субъективизм, связанный с принятием решений человеком-оператором, а также уменьшить потери годной продукции за счет повышения точности измерений.Формула изобретенияУстройство для регистрации параметров двухполюсников, содержащее преобразователь параметра и источник опорных напряжений, подключенный выходом к первому входу компаратора, блок управления, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены блок памяти, блок вычисления координат, датчик линейных перемещений с измерительной головкой, три блока вычитания, блок анализа знака, триггер, два .элемента задержки, четыре элемента ИЛИ, двенадцать элементов совпадения, блок регистрации, причем первый выход блока памяти подключен к первому входу первого блока вычитания, к другому входу которого подключен второй выход блока памяти, а к выходу - первый вход элемента совпадения, вы 11 94 ход которого через первый вход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу блока памяти, инверсный третий выход блока памяти соединен с вторым входом первого элемента совпадения, а прямой третий выход блока памяти подключен к первому входу второго блока вычитания и первому входу второго элемента совпадения, четвертый выход блока памяти соединен с первым входом третьего элемента совпадения и вторым входом второго блока вычитания, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента совпадения, выход которого через первый элемент задержки соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, пятый выход блока памяти через первый вход пятого элемента совпадения соединен с, первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, вестой выход которого подключен к первому входу третьего блока вычитания, седьмой выход блока памяти через первый вход шестого элемента совпадения соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу седьмого элемента совпадения, один вход которого подключен к входу пятого элемента совпадения, выход третьего элемента ИЛИ подключен к второму входу третьего блока вычитания, выход которого соединен с первым входом компаратора, подключенного выходом к входу блока анализа знака, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента совпадения инверсным входом восьмого элемента совпадения и первым входом источника опорных напряжений, через первый диод - с инверсными входами пятого и четвертого элементов совпадения, а через второй диодс входом триггера, первый выход которого подключен к второму входу 582912шестого элемента совпадения, авторой - к другому входу седьмогоэлемента совпадения и третьему входу третьего элемента совпадения,выход которого через первый входчетвертого элемента ИЛИ соединенс входом блока вычисления координат,подключенного выходом через вторуюлинию задержки к третьему входу бло О ка памяти и входу блока управления,выход которого соединен с одним входом преобразователя параметра, другой вход которого подключен к датчику линейных перемещений с измеритель ной головкой, выход преобразователяпараметра подключен к четвертомувходу блока памяти, через вход восьмого элемента совпадения - к входублока регистрации, через первый вход 2 о девятого элемента совпадения - к пятому входу блока памяти, а через первый вход десятого элемента совпадения - к второму входу второго элемента ИЛИ, выход датчика линейных пере мещений соединен с первыми входамиодиннадцатого и двенадцатого эле.ментов совпадения, выходы которыхподключены соответственно к шестомуи седьмому входам блока памяти, бер"вая и вторая входные клеммы соединеныс подключенными параллельно вторымивходами двенадцатого и десятого эле. ментов совпадения и вторыми входамидевятого и одиннадцатого элементовсовпадения, а третья входная клемма 35подключена к второму входу источника опорных напряжений и через второй вход второго элемента совпаденияк второму входу четвертого элеменЙсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР И 715487 кл. 6 01 В 17/00, 1977. 2. Авторское свидетельство ССОР Н 690409, кл. 6 01 В 27/00, 1977