Измеритель малых токов

 

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ТОКОВ по авт. св. № 661367, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерения , измеритель дополнительно содержит блок формирования компенсирующего тока, компенсирующие ре исторы , датчик температуры, блок переключающих реле, блок регулятора перегрева и теш.опроводящий слой, причем первый вход блока формирования компенсирующего тока подключен к выходу усилителя, второй вход - к выходу блока регулятора перегрева, а выход подключен к нормально разомкнутым контактам переключающих реле, переключающие контакты которых подключены к соответствующим конпенсирукщим резисторам, а нормально замкнутые контакты подключены к второму выходу блока регулятора перегрева, вход которого подключен к датчику температуры, при этом компенсирующие резисторы и резисторы обратной связи соединены через теплопроводящий слой. 2.Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок формирования компенсирующего тока содержит квадратор, сумматор и схему извлечения кврня, при этом вход квадратора подключен к первому входу блока, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к второму входу блока, выход сумматора подключен к входу схем i извлечения корня, выход которой соединен с выходом блока. (Л С 3.Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок регулятора перегрева содержит источник опорного напряжения, сумматор, усилитель и схему извлечения корня, причем источник опорного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с входом блока, выход сумматора подключен к усилителю, при этом выход усилителя подключен к первому выходу блока и входу схемы извлечения корня, выход которой подключен к второму выходу блока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (11) 26 А (51)4 С 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 661367 (21) 3565779/24-21 (22) 17. 03. 83. (46) 15.08.85. Бюл. ¹ 30 (72) В.В.Белогуб, Б.N.Áðîâêo, В.В ° Еремин и В.И,Разлом (53) 621.3 17.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 661367, кл. С 01 R 19/00, 1974. (54)(57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ ТОКОВ по авт. св. ¹ 661367, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерения, измеритель дополнительно содержит блок формирования компенсирующего тока, компенсирующие резис- торы, датчик температуры, блок переключающих реле, блок регулятора перегрева и теш опроводящий слой, причем первый вход блока формирования компенсирующего тока подключен к выходу усилителя, второй вход — к выходу блока регулятора перегрева, а выход подключен к нормально разомкнутым контактам переключающих реле, переключающие контакты которых подключены к соответствующим компенсирующим резисторам, а нормально замкнутые контакты подключены к второму выходу блока регулятора перегрева, вход которого подключен к датчику температуры, при этом компенсирующие резисторы и резисторы обратной связи соединены через теплопроводящий слой.

2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок формирования компенсирующего тока содержит квадратор, сумматор и схему извлечения карня, при этом вход. квадратора подключен к первому входу блока, а выход — к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к второму входу блока, выход сумматора подключен к входу схем извлечения корня, выход которой соединен с выходом блока.

3. Кзмеритель по и. i, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок регулятора перегрева содержит источник опорного напряжения, сумматор, усилитель и схему извлечения корня, причем источник опорного напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с входом блока, выход сумматора подключен к усилителю, при этом выход усилителя подключен к первому выходу е блока и входу схемы извлечения корня, выход которой подключен к второму выходу блока. н

1 1173

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля выходных токов микРосхем КНОП-структура.

Цель изобретения — повьппение точ- 5 .ности и стабильности измерений путем устранения температурной погрешности измерения.

На чертеже представлена блок-схема измерителя малых токов. .Измеритель содержит источник 1 калибровочного напряжения, состоящий из блока 2 реле, нормального элемента 3, делителя 4 напряжения и реле 5, причем выходы делителя 4 через соот.ветствующие реле блока 2 подключены к входу регистратора 6 выходного сиг нала и к выходу усилителя 7, резисторы 8 обратной связи, первые выводы которых подключены к подвижному контакту реле 9, первый контакт которого подключен к выходу усилителя 7, а второй контакт через нормальный элемент 3 — к первому входу делителя 4,,а через реле 5 — к второму входу де-

1 лителя 4, вторые выводы резисторов 8 через блок 10 реле подключены к входу усилителя 7 и входу устройства, компенсирующие резисторы 11, первые выводы которых подключены к общей 30 шине устройства, те слой 12, соединяющий резисторы 11 с резисторами 8, блок 13 формирования компенсирующего тока, первый вход которого подключен к выходу усилите- 35 ля 7 (блок 13 состоит из последовательно соединенных квадратора 14, сумматора 15 и схемы 16 извлечения корня, причем вход квадратора 14 образует первый вход блока 13, вто- 40 рой вход сумматора 15 — второй вход блока.13, а выход схемы 16 — выход блока 13), блок 17 переключающих реле, датчик 18 температуры, выход которого соединен с входом блока 19 45 регулятора температуры, состоящего из источника 20 опорного напряжения, вход которого образует вход блока 19, сумматора 21, усилителя 22, выход которого образует первый выход блока 50

19, и схемы 23 извлечения корня, первый вход сумматора 21 подключен к выходу источника 20, второй вход — к входу блока 19, а выход через усили- . .тель 22 — к входу схемы 23, выход 55 которой образует второй выход блока

19, первый выход блока 19 подключен к второму входу блока 13, подвижные

326 2 контакты, блока 17 подключены к вторым выводам резисторов 11, первые контакты — к выходу блока 13, вторые контакты — к второму выходу блока 19.

Измеритель работает следующим образом.

В режиме калибровки реле 9 подключает источник 1 калибровочного напряжения в цепь обратной связи усилителя

7. Входным сигналом является либо ЭДС нормального элемента 3, либо напряжение, снимаемое с делителя 4 путем замыкания контакта реле 5 и соответствующего контакта реле 2. Это напряжение подается через. заданный резистор 8 (замкнут соответствующий контакт реле 10) на вход усилителя 7.

Связь между входным и выходным сигналами определяется выражением где к — петлевой коэффициент усин ления по току; — коэффициент передачи по петле обратной связи;

U >x. — напряжение, снимаемое с делителя 4, или ЭДС нормального элемента 3;

U,,< — выходной сигнал усилителя

7 в режиме калибровки.

Градуирование усилителя 7 приводится по известной величине ЭДС нормального.элемента 3. При этом погреш-. ность градуирования и измерения определяется в основном погрешностью высокоомного резистора 8 обратной связи °

Проверка линейности усилителя 7 в пределах поддиапазона измерения осуществляется изменением величины напряжения .U sx снимаемого с делителя

4 напряжения через блок 2 реле.

Контроль стабильности параметров высокоомных элементов входной цепи усилителя 7 и выходной цепи источника. измеряемого тока производится путем переключения с помощью блока 10 переключающих реле резисторов 8 в цепи обратной связи при включенном в эту цепь нормальном элементе 3.

Ф

Так как сопротивление утечки высо% коомных элементов на два-три порядка больше максимального сопротивления резистора 8, то при переключении резистора 8 обратной связи величина

4 г

1173326

П7

1 (4) 2

R(R где. U о к постоянное напряжение, определяющее температуру компенсирующего резистора

11 и соответствую- щего резистора 8.

К„

1

1+ К„. p В св виде

40 (3) = К P + t = const

1 г где

2 R

К 1

50 U не изменяется в случае стабильк ности параметров высокоомных элементов. Выходное напряжение Бк увеличивается по мере увеличения сопротивления резистора 8 в случае резкого снижения величины сопротивления утечки высокоомных элементов.

В режиме измерения, когда источник 1 калибровочного напряжения в цепи обратной связи усилителя 7 от- 10 ключен, входной сигнал I > (постоянный ток) создает падение напряжения на резисторе 8, включенном в обратную связь при помощи реле 9 и реле

10. Это напряжение усиливается усилителем 7 и подается на регистратор

6 выходного сигнала, а также через резистор 8 обратной связи — на вход усилителя 7.

Связь между входным и выходным 20 сигналами определяется выражением где R в — сопротивление резистора 8.

Для обеспечения высокой точности при измерении малых токов температура резистора 8 обратной связи под- 30 держивается постоянной при измерении тока, протекающего через этот резистор, а также при изменении температуры окружающей среды.

Условие постоянства температуры резистора 8 (а также и компенсирующего резистора 11, соединенного с резистором 8 через теплопроводящий слой 12) может быть представлено в — температура резистора 8; — коэффициент пропорциональ- 45 ности

P — суммарная мощность, рассеиваемая резисторами 8 и компенсирующими резисторами 11; — температура окружающей среды.

Рассеиваемую мощность можно раздедить на две части: мощность, рассеиваемую резистором 8 обратной связи, и мощность, рассеиваемую соответствующим компенсирующим резистором 11.

Сумма указанных мощностей где U — падение напряжения на ре1 зисторе 8;

R — сопротивление резистора 8;

1 — падение напряжения на ре2 зисторе 11;

R — сопротивление резистора 11. г

Предположим, что коэффициент усиления усилителя 7 равен 1, а R, Rz = R, тогда из выражения (3) и (4) получим

2 — U — -- — t — U (5)

2 ч о

Для обеспечения условия (5) и, соответственно, (3) напряжение U 1 с выхода усилителя 7 поступает в блок

13 формирования компенсирующего тока на вход квадратора 14. Независимо от полярности входного сигнала квадратор 14 возводит в квадрат это на- . пряжение (U,), которое затем постуг пает на один вход сумматора 15. На второй вход сумматора 15 поступает напряжение с выхода блока 19 регулятора перегрева, равное по величине

U — --- t . Алгебраическая сумма о указанных входных напряжений поступает на вход схемы 16 извлечения корня, осуществляющего извлечение квадратного корня из входного напряжения. Зто напряжение поступает через один из замкнутыгс контактов блока 17 переключающих реле на,выбранный компенсирующий резистор 11.

Формирование напряжения происходит следующим образом.

С датчика 18 температуры напряжеR ние (- —, t ) соответствующее темк Ю пературе окружающей среды, поступает . на первый вход сумматора 21 блока 19 регулятора перегрева. При этом напря1173326 жение Uo устанавливается на выходе источника 20 опорного напряжения и поступает на второй вход. сумматора

21. Алгебраическая сумма входных напряжений сумматора, соответствующая . температуре резистора 8 с учетом температуры окружающей среды, усиливается усилителем 20 и поступает в блок

13, 1О

Таким образом, на первый вход блбка 13 формирования компенсирующего тока поступает напряжение U1 с выхода усилителя 7, а на второй вход— напряжение с выхода блока 19 регуля- 15 тора перегрева. Блок 13 осуществляет возведение в квадрат напряжения, поступающего на его первый вход, алгебраическое суммирование полученного напряжения с напряжением, поступающим 20 на его второй вход, и извлечение квадратного корня из полученной алгебраической суммы.

В результате на выходе блока 13 устанавливается напряжение U соот- 25

2 у ветствующее формуле (5), и выполняется условие (1) .

Рассмотрим теперь влияние мощности P рассеиваемой остальными ком2 пенсирующими резисторами t 1, которые соответствуют резисторам 8, не включенным в цепь обратной связи при данном измерении.

Чтобы выполнялось условие (3) для каждой пары резистор 8 обратной связи — соответствующий компенсирующий резистор 11, необходимо выполнение условия (4) при U = О. Тогда напряжение Uz на компенсирующих резисторах должно быть 40

Такое напряжение вырабатывается блоком 19 регулятора и снимается с его второго выхода. Это напряжение получается путем извлечения квадратного г корня из напряжения Π— -„— t<, поступающего с выхода усилителя 22, схемой 23 извлечения корня.

Таким образом, в случае, когда нет напряжения тока (ток через из— мерительный резистор 8 не протекает), напряжение V, =О. Из формулы (5) следует, что напряжение на компенсирующем резисторе 11 максимально, т.е. этот резистор выделяет макси— мальную мощность, и перегрев по отношению к температуре окружающей среды резисторов 8 и 11 определяется только мощностью, вьделенной резистором 11.

В режиме измерения тока через резистор 8 протекает измеряемый ток, и начинает вьделяться мощность, пропорциональная квадрату напряжения на этом резисторе. В соответствии с формулой (5) напряжение на соответствующем компенсирующем резисторе 11 уменьшается таким образом, что суммарная мощность, вьделяемая на резисторах 8 и 11, остается постоянной.

IIpa максимальном измеряемом токе и максимальной температуре окружающей среды в соответствии с (5) напряжение на компенсирующем резисторе 11 уменьшается до нуля, т.е. весь вклад и перегрев резисторов 8 и 11 выносит резистор 8 за счет протекающего измерительного тока, вследствие чего температура резисторов 8 и

11 остается постоянной.

1173326

Составитель С.Рыбин

Редактор Л.Веселовская ТехредЛ.Микеш

Корректор Г.Решетник

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

Заказ 5046/44 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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