Стробоскопический измеритель параметров наносекундных импульсов

 

СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий задающий генератор импульсов , выход которого соединен с входом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной задержки,.выходом подключённого к входу преобразователя напряжение - задержка, управляющий вход которого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя , а выход - с входом генератора строб-импульсов, выходом соединенного через дифференциатор с строг бирукщим входом амплитудного дискриг минатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход - к выходу блока подключения испытуемого элемента, вход обратной связи - к подвижному контакту второй секции второго переключателя , а выход - к входу интегрирующего блока, выход сброса ко- . торого связан с входом блока сброса, прямой выход - с первым неподвижным контактом первого переключателя, а инверсньй 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 регулируемого источника опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секций второго переключателя и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя , первый неподвижный контакт которой соединен с вторым неподвижным контактом первой секции, (Л причем генератор строб-импульсов и с амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах, о т л и ч а-, ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения точности измерения и диапазона функциональных возможностей, оон снабжен блоком выборки и запоминаэо ния, аналоговым сумматором и коммутатором , первый неподвижный контакт которого подключен к выходу интегрирующего блока и входу блока выборки о и запоминания, второй неподвижный ND контакт - к общей шине, а подвижнЬш контакт; - к второму входу аналогово. го сумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а Выход - с первым неподвижным контактом второй секции второго переключателя. ,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 3(59 С 01 R 13 34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:, H ABTOPCHOMY CBNPETFJlbCTBY (21) 35302)0 /18-2) (22) 15. ) 1. 82 (46) 23. 04. 84. Бюл. у (72) В.И.Синчук (53) 68).142.9(088.8) (56) 1.Измеритель параметров импуль- сов стробоскопического И4-Ч.Техническое описание. СССР, 1978.

2. Патент США В 3505598, кл. 324-77, 197) (прототип). (54)(57)СТРОБОСКОПИЧЕСКИИ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ПАРАМЕТРОВ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий задающий генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной 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-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, вход обратной 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 неподвижным контактом первого переключателя, а инверсный 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 контакт 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 шийся тем, что, с целью увеличения 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

ro сумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а Выход — с первым неподвижным контактом второй секции второго .переключателя.

) 087902

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть ис.-, пользовано н автоматизированных измерительчых системах контроля параме ров полупровоДниковых элементов..

Известен стробоскопический .измеритель параметров наносекундных импульсов, содержащий генератор стробимпульсов, дискриминатор на туннельном диоде, регулируемый опорный ис- l0 точник напряжения, преобразователь напряжение — задержка и блок регистраций (i) .

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает возмож- 15 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 — c первым неподвижным контактом первого переключателя, а инверсный выход— с вторым неподвижным контактом перво

ro переключателя, подвижный контакт которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирователя испытательных сигналов подклю50 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 первой секции и входом блока регистрации, причем генератор строб-импульсов и амплитудный дискриминатор выполнены на туннельных диодах j2) .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная отсутствием возможности автоматической установки нулевых уровней отсчета амплитуды и вре-. менного интервала, а также узкий диапазон функциональных возможностей.

Цель изобретения — увеличение точности измерения и диапазона функциональных возможностей, Цель достигается тем, что стробо" скопический измеритель параметров наносекундных импульсов, содержащий задающий генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого блока электронной задержки и входом второго блока электронной задержки, выходом подключенного к входу преобразователя напряжение— задержка, управляющий вход которого связан с подвижным контактом первой секции второго переключателя, а выход — с входом генератора стробимпульсов, выходом соединенного через дифференциатор с стробирующим входом амплитудного дискриминатора, вход сброса которого подключен к выходу блока сброса, сигнальный вход— к выходу блока подключения испытуемого элемента, вход обратной связи — к подвижному контакту второй секции второго переключателя, а выход — к 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 первого переключателя, подвижный контакт которого соединен с входом блока регистрации, причем вход формирот вателя испытательных сигналов подключен к выходу гервого блока электронной задержки, а выход — к входу блока подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секции второго переключателя и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя, первый непо движный контакт которой соединен с

1087902 вторым неподвижным контактом первой-1 секции, причем генератор строб-им.пульсов 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 аналогового сумматора, первый вход которого связан с выходом блока выборки и запоминания, а выход — с первым неподвижным конта ктом второй секции второго нереклю-. чателя.

На фиг.l показана структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.l — 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 11, блока 12 сброса, блока 13 регистрации, регулируемого источника 14 опорного напряжения, блока 15 выборки и запоминания, ана" логового сумматора 16, коммутатора

l7 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 инвертор. Амплитудный дискриминатор 9, интегрирующий блок 10 и цепь обрат- . ной связи, соединяющая выход блока

10 с дискриминатором 9, образуютимпульсную следящую систему.

Выход задающего генератора 1 им-. пульсов 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 сбединвнного че-" рез дифференциатор 8 с стробирующим

15

20 задержки, а выход - к входу блока

,5 подключения испытуемого элемента, выход регулируемого источника 14

55

35 входом амплитудного дискриминатора 9, вход сброса которого подключен к выходу блока 12 сброса, сигнальный вход — к выходу блока 5 подключения испытуемого элемента, вход обратной связи — к подвижному контакту второй секции второго переключателя

18, а выход — к входу интегрирующего блока 10, выход сброса которого связан с входом блока 12 сброса, прямой выход r, — с первым неподвижным контактом первого переключателя

ll, а инверсный выход — с вторым неподвижным контактомпервого переключателя 11, подвижный контакт котороro соединен с входом блока 13 регист рации, причем вход формирователя 4 испытательных сигналов подключен к выходу первого блока 2 электронной опорного напряжения связан с первым неподвижным контактом первой секции второго переключателя 18 и вторым неподвижным контактом второй секции второго переключателя 18, первый неподвижный контакт которой соединен с вторым неподвижным контактом первой секции. Первый неподвижный контакт коммутатора 17 подключен к выходу интегрирующего блока 10 и входу блока 15 выборки и запоминания, второй неподвижный контакт — к общей шине, а подвижный контакт — к второму входу аналогового сумматора 16, первый вход которого связан с выходом блока

15 выборки и,запоминания, а выходс первым неподвижным контактом второй секции второго переключателя

18.

Устройство 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 возбуждения или формирования входного импульса. Задержка выходного импульса преобразователя 6 напряжение — задержка является линейной функцией напряжения íà его управляющем входе. На сигнальный вход дискриминатора 9 по-.

1081902

S ступает ток входного импульса, если измеряются его параметры или начало о1счета 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 сигнальный вход дискриминатора 9 поступает ток выходного импульса. На вход обратной .связи дискриминатора 9 поступает компенсирующий ток но цепи обратной связи, а на стробирующий вход через диффереяциатор 8 (конденсатор) короткий строб-импульс тока, фиксированный по амплитуде. Информация о состоянии туннельного вида дискриминатора 9 поступает на вход интегрирующего блока 20..

Для правильной работы импульсной следящей системы устройства необходимо, чтобы исследуемый импульс тока в дискриминаторе был меньше тока. строб-, . Импульса. Если .при поступлении стробимпульса сумма токов через ТД дискри-. S минатора 9 меньше его пикового тока, то ТД не переключается и сигнал на вход интегрирующего блока )О не поступает. В этом случае, вследствие разряда накопительного конденса- 30 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 - 40 импульса сброса. При поступлении сигнала яа вход интегрирующего блока

)О потенциал его накопительного конденсатора увеличивается и напряжение на выходе интегрирующего блока

)О уменьшается. При этом сумма токов через ТД уменьшается и с прихо- . дом очередного строб-импульса он не срабатывает.

В установившемся режиме .переключе-. 0 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 сигнала отсутствует или строб-импульс смещен на позицию „» то следящая система отработает компенсирующий ток Зо, который в сумме с током строб-импульса станет равным пиковому току.

Процесс измерения амплитудйых и

)временных параметров осуществляется двумя тестами.

В первом тесте блок 15 выборки и запоминания переводится в режим "Выборка", а второй вход аналогового сумматора 16 посредством коммутатора., 17 соединяется с общей шиной.

Во втором тесте блок 15 выборки и запоминания переводится в режим

/ II

Запоминание, а второй вход аналого " ного сумматора )6 посредством коммутатора 17 соединяется с выходом интегрирующего блока 10. Происходит суммирование нли вычитание аналоговым сумматором 16 двух-напряженийнапряжения запомненного в первом тесте блоком 15 вшборки и запоминания поступающего на первый вход аналогового сумматора 16 и напряжения отрабатываемого импульсной следящей системой во втором тесте и постуяаютщего на второй вход аналогового сум" матора 16 ° Напряжение, отработанное следящей системой во втором тесте, регистрируется блоком 13.

При измерении амплитуды входного импульса в первом тесте строб-импульс переводится на позицию t пу-. ° тем подачи напряжения регулируемого источника 14 опорного напряжения с помощью переключателя.18 íà управляющий вход преобразователя 6 напряжение - задержка. Импульсная следящая система отрабатывает компенсирующий ток 3©, протекающий по цепи. обратной связи. Во втором тесте строб-импульс переводится на позицию t путем изменения напряжения регулируемого источника )4 опорного напряжения °

Поскольку в момент строб-импульса на ТД поступает и входной ток измеряемой амплитуды, то импульсная следящая система отработает компенсирующий ток, равный входному току измеряемой амплитуды. Напряжение, пропорциональное компенсирующему току и поступившее на второй вход аналогового сумматора 16, регнстриру. ется блоком 13. Это напряжение масштабируется в сумматоре 16.

При измерении спада вершины вход" ного импульса (разность амплитуд

7 !087902 (временной интервал t g — tg) в пер

Ць„,о„и U „ „„) в первом тесте строб-импульс перемещается на позицию t . Блок 15 выборки и запоминания запоминает напряжение на выходе . интегрирующего блока 1О, отработан- 5 ное импульсной следящей системой.

Во втором тесте строб-импульс перемещается на позицию t<. Импульсная следящая система отрабатывает напря.жение, поступившее на второй вход 10 аналогового сумматора 16, пропорцио-.. нальное разнице между амплитудами

Us)(.âàõ Бвк m nПри измерении задержки включения вом тесте на сигнальный вход дискриминатора 9 поступает ток входного импульса, а на вход обратной связи через переключатель 18 с выхода источника 14 опорного напряжения " ток> 20 равный сумме компенсирующего тока и. тока, соответствующего уровню 507 амплитуды входного импульса U>z„ но противоположной полярности. Цепь обратной связи с прямого выхода интегрирующего .блока 10 замыкается на управляющий вход преобразователя 6 напряжение — задержка. Импульсная следящая система начинает управлять временным положением строб-импульса _#_ по временной оси. Если строб-импульс находится левее позиций tg, то ТД не переключается. Напряжение с прямого. выхода интегрирующего блока 10 посту» пит на управляющий вход преобразова-: теля 6 напряжение - задержка и сдвинет на один шаг строб-импульс вправо по временной оси. Процесс . продолжается до совмещения строб-импульса с точкой фронта в момент t . После сов- 40 мещения строб-импульс колеблется вок руг точки фронта в момент t, 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 преобразователя 6 напРяжение — задержка и моментом, когда уровень входного импу.льса достигает 50% амплитуды в момент t5, 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, равный сумме тока J и тока, соответствующего уровню 507. амплитуды тока выходного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связи с инверсного выхода интегрирующего блока 10 замыкается на управляющий вход преобразователя 6 напряжение— задержка.

Импульсная следящая система отработает напряжение, необходимое для перемещения строб-импульса с позиции 1 на позицию 8 . Это напряжение суммируется с запомненным напряжением первого теста аналоговым сум-. матором 16 и сумма этих напряжений на выходе аналогового сумматора будет соответствовать временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 напряжение — задержка и моментом, когда уровень выходного импульса достигнет 507 амплитуды {момент t8).

При измерении длительности импульса например, входного и в первом и во втром тестах на вход дискриминатора 9 поступает ток .входного импульса, а от регулируемого источника

l4 опорного напряжения через переклю-чатель 18 на вход обратной связи " ток, равный сумме тока Зо и тока, соответствующего уровню 50% амплитуды тока входного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связи в первом тесте соединяет преобразователь 6 напряжение — задержка с прямым выходом, а во втором тесте — с инверсным выходом блока

10. В первом тесте следящая система отработает напряжение, соответствующее временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 на" пряжение — задержка и моментом, когда уровень входного импульса достигнет 50% амплитуды. Во втором тесте следящая система отработает напряжение, необходимое для перемещения строб-импульса с позиции 1 на позицию

При 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 тока3О и тока, соответствующего уровню 107..

1087902

10 амплитуды тока выходного импульса, -но противоположной полярности, а во втором тесте ток, равный сумме тока 3э и тока, соответствующего уровню 90Х амплитуды тока выходного импульса, но противоположной полярности. Цепь обратной связи и в первом и во втором тестах соединяет преобразователь 6 напряжение - задержка с инверсным выходом блока 10. В первом-тесте следящая система отработает напряжение, соответствующее временному интервалу между моментом запуска преобразователя 6 напряжение — задержка и моментом, когда уровень выходного импульса достигнет

10Х амплитуды. Во втором тесте следящая система отработает напряжение, необходимое для перемещения строб-импульса с позиции на позиЦию 1 q

При измерении временных парамет-, S ров на срезе импульса диапазон измерений перемещается в район среза входного и выходного импульсов блоком 3 электронной задержки, а в остальном работа устройства аналогична вышеописанной.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность автоматической установки нулевых уровней отсчета амплитуды и, временного интервала, что повышает точность измерения н позволяет расширить диапазон фуккциос нальных возможностей.

1087902

I ф

Составитель В.Лившиц

Редактор А.Козориэ Техред И.Гергель Корректор И.Куска

Заказ 2651/41 Тираж 7!1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4