Автоматическое устройство для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для автоматического измерения активной составляющей проводимости, емкости и добротности различных нелинейных и линейных элементов в параллельной и/или в последовательных схемах замещения параметров с повышенной точность и быстродействием измерений в широком диапазоне рабочих частот. Сущность изобретения: автоматическое устройство для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов содержит аналого-цифровой преобразователь координат перехода через ноль второй производной, измерительный блок с исследуемым нелинейным элементом , многоканальный переключатель, микроЭВМ, блок отображения информации и кодоуправляемый источник напряжения смещения. В результате осуществления операции двойного формирования достоверной цифровой информации о координатах перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока соответственно с отключенным и подключенным исследуемым нелинейным элементом и последующим вычислением искомых параметров с помощью микроЭВМ повышаются точность и быстродействие измерений без сокращения диапазона рабочих частот. 3 ил. / Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4810912/21 (22) 04.04.90 (46) 07.03.93. Бюл. № 9 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.Л.Свирид (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1698829, кл. G 01 R 27/26, 1989.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1756833, кл. G 01 R 27/26, 1988. (54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕ-

МЕНТОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для автоматического измерения активной составляющей проводимости, емкости и добротности различных нелинейных и линейных элементов в параллельной и/или в последовательных схемах замещения параметров с повышенной точность и быстродействием измерений в широком диапазоне

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для автоматического измерения активной соста вля ю щей и ро води мости (сап рати вления потерь), емкости и добротности различных нелинейных и линейных элементов в параллельной и/или в последовательной схемах замещения параметров с повышенной точностью и быстродействием измерений в широком диапазоне рабочих частот и может быть использовано в подсистемах технической диагностики радиотехнических элементов автоматизированных систем контроля различной радиоэлектронной ап„„5U 1800392 А1 рабочих частот. Сущность изобретения: автоматическое устройство для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов содержит аналого-цифровой преобразователь координат перехода через ноль второй производной, измерительный блок с исследуемым нелинейным элементом, многоканальный переключатель, микроЭВМ, блок отображения информации и кодоуправляемый источник напряжения смещения. В результате осуществления операции двойного формирования достоверной цифровой информации о координатах перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока соответственно с отключенным и подключенным исследуемым нелинейным элементом и последующим вычислением искомых параметров с помощью микроЭВМ повышаются точность и быстродействие измерений без сокращения диапазона рабочих частот. 3 ил. паратуры, а также при технологическом контроле параметров полупроводниковых приборов и других объектов.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерения без сокращения диапазона рабочих частот.

На фиг.1 представлена структурная схема автоматического устройства для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов; на фиг.2 — диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого автоматического устройства; на фиг.3 — структурная схема алгоритма работы микроЭ ВМ.

1800392

Д f=f2 — fl (6) С*х

4 лг 1 (6г — 6 t) (7) (8) Ох* =

2 г х Cx vx (9) Дtг Д 2л 62 Rl (2) 2 1х Сх

Gx (3) (4) fx= ог

f1+f о =

2 (5) Автоматическое устройство для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1 координат перехода через ноль второй производной, измерительный блок 2 с исследуемым нелинейным элементом 3, многоканальный переключатель 4, микроЭВМ 5, блок 6 отображения информации и кодоуправляемый источник 7 напряжения смещения.

Измеряемые с помощью устройства дифференциальные параметры исследуемого нелинейного элемента в параллельной схеме замещения — емкость Сх, активная составляющая проводимости Gx и добротность Ох определяется следующими математическими соотношениями:

Сх

1 1 1 (1 — — — )

4 РР L тог f( где л — константа перевода циклической частоты в круговую;

L — индуктивность измерительного блока 2; for, fo< и Д fz, Д 1 — центральные (резонансные) частоты и полосы пропуска Гг ния на уровне у = — 0,816 измерительного блока 2 соответственно с подключенным и отключенным исследуемым нелинейным элементом 3; fx — частота измерения, соответствующая центральной частоте измерительного блока 2 с подключенным нелинейным элементом 3;

B общем случае центральная (резонансная) частота fp и полоса пропускания Д f 2 на уровне у =у — определяются на осно"3 вании частот fi и fz, соответствующих координатам точек перехода через ноль нормированной характеристики второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2, которые формируются в устройстве-прототипе и в аналого-цифровом преобразователе 1 устройства в виде соответствующего цифрового кода:

Соотношения для искомых параметров нелинейного элемента, измеряемых в последовательной схеме замещения, соответственно емкости Сх, активного ф ф сопротивления v, и добротности Q>< могут быть представлены в следующем виде;

15 х* =2 21г1 (Д f2- Д f<) 20 где частота измерения fx, в точности соответствует частоте fx пределяемой по формуле (4), Константы и параметры, входящие в соотношения (7) — (9), по физическому смыслу

25 идентичны аналогичным константам и параметрам, полученным для параллельной схемы замещения в соответствии с выражениями (1) — (3). Отличия состоят лишь в том, что параметры с индексом 2 (fp2 и Д f2)

30 получают в результате измерений при последовательном включении исследуемого нелинейного элемента 3 в измерительный блок 2, Данное устройство в автоматическом

35 режиме для выбранной схемы замещения и установленного напряжения смещения по-следовательно во времени дважды, соответственно с отключенным и подключенным исследуемым элементом, формирует соот40 ветствующие координатам перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2 частоты f1 и fz в виде цифрового двоичного кода, на основании которых с по45 мощью микроЭВМ 5 вычисляют центральные частоты fo<, fog (5) и полосы пропускания Д f<, Д fz(6) измерительного блока 2, и в соответствии с установленными математическими соотношениями (1) — (4)

50 или (7) -(9) в зависимости от принятой схемы замещения производит вычисление искомых параметров, обеспечивая при этом существенное повышение точности и быстродействия измерений без сокраще55 ния диапазона рабочих частот, Автоматическое устройство для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов работает следующим образом.

1800392 ная программа и на экране блока 6-20

М=

421

40 (10) Исходное состояние и порядок функционирования автоматического устройства (фиг.1) определяет микроЭВМ 5, для подготовки к работе которой необходимо выполнить ряд общеизвестных операций.

Первоначально отредактированная программа вычислений параметров исследуемых нелинейных элементов 3 (текст программы прилагается) совместно с алгоритмическим языком, на котором работает микроЭВМ 5, например БЭЙСИК, записывается в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), где и подлежит хранению.

Перед каждым новым включением в работу автоматического устройства информация с ПЗУ переписывается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), затем по соответствующей команде (для этого используется клавиша ПУСК) вызывается данотображения информации появляется комментарий, указывающий оператору порядок действий. При этом на первых четырех шинах третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 устанавливаются нулевые уровни сигналов. На остальных шинах всех портов ввода-вывода микроЭВМ 5 также исходно устанавливаются нулевые потенциалы, хотя их наличие и не имеет существенного значения для нормальной работы измерительного устройства в целом.

B дальнейшем в соответствии со структурной схемой (фиг.3) алгоритма работы микроЭВМ 5 последовательно во времени в диалоговом режиме с клавиатуры осуществляется ввод значения индуктивности L измерительного блока 2 с последующим вычислением коэффициента: входящего составной частью в соотношения (1) и (7) для искомых параметров. В случае выполнения измерительного блока 2 с неизменной индуктивностью L, ее величина и коэффициент М (10) представляют собой константы и их значения могут быть занесены в ПЗУ микроЭВМ 5 при первичной отладке программы вычисления искомых параметров.

Затем вводятсхемы замещения и, причем при измерениях параметров нелинейных элементов 3 по параллельной схеме замеще> ия значение переменной И/ принимается равным нулю (W= О), а по последовательной схеме замещения — единице (W=1). В соответствии с этим на первой шине V> третьего порта ввода-вывода микро5

ЭВМ 5 формируется нулевой или единичный потенциал(фиг,2 а), который, передаваясь на второй управляющий вход измерительного блока 2, производит коммутацию исследуемого нелинейного элемента

3 по параллельной или последовательной схемы замещения его параметров.

После этого вводят требуемое значение напряжения смещения 0ф, представляемое в виде десятичного числа в пределах от нуля до некоторой максимальной величины, например 32В, на которую спроектирован кодоуправляемый источник 7 напряжения смещения, исходя из условий измерений параметров исследуемых нелинейных элементов 3.

Следует отметить, что максимальное значение напряжения смещения, получаемого на выходе кодоуправляемого источника 7, определяется в пределе размаха максимального выходного напряжения, используемого совместно с цифроаналоговым преобразователем операционного усилителя. Для отечественного высоковольтного операционного усилителя типа К1408УД1 максимальное выходное напряжение составляет+19 В (4), что позволяет получить, используя схему смещения выходного уровня, максимальное напряжение на выходе кодоуправляемого источника 7 до 38В. Применяя известные схематические решения, обсуждаемое напряжение получают произвольной величины, однако точность его установки определяется разрядностью используемого цифроаналогового преобразователя, которая должна быть не менее 12.

К сожалению разрядность цифроаналогового преобразователя известными средствами получить трудно, и это определило реализацию кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения как 12-разрядного функционального блока. В связи с этим все шины первого и второго портов ввода-вывода микроЭВМ 5 соединены лишь с многоканальным переключателем 4, который является 16-разрядным, а с кодоуправляемым источником 7 задействовано только 12 шин, что не нарушает нормального функционирования микроЭВМ 5.

Введенное численное значение напряжение смещения Оф микроЭВМ 4 переводит в цифровой двоичный код, который появляется на соответствующих шинах ее первого и второго портов ввода/вывода, передается на соответствующие цифровые шины кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения и воздействует на изолированные от входной части выходные шины многоканального переключателя 4, находящегося в исходном (нулевом) состоянии, так

1800392 как на его управляющем входе отсутствует сигнал с второго выхода аналого-цифрового преобразователя 1 координат перехода через ноль второй производной. С целью снижения составляющей погрешности установки напряжения смещения, обусловленной конечной величиной разрядности кодоуправляемого источника 7, на экран блока 6 отображения информации в дальнейшем выводится не вводимая величина напряжения смещения, а его значение, соответствующее получаемому двоичному коду

После ввода и преобразования данной информации на второй шине V >Tðåòüåão порта ввода/вывода микроЭВМ 5 формируется относительно короткий импульс (фиг,2б), который, воздействуя на управляющий вход, записывает в регистры кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения информацию, имеющуюся на его цифровых шинах. По окончании действия указанного импульса цифровая информация в регистрах сохраняется, и на выходе кодоуправляемого источника 7 образуется напряжение смещения, в точности соответствующее сформированному двоичному коду, которое передается по второму информационному входу в измерительный блок 2 и далее воздействует на исследуемый нелинейный элемент 3.

Вскоре на третьей шине Ч3 третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.2в), который, воздействуя на управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 1, своим передним фронтом приводит в действие данный преобразователь по выполнению всех операций, связанных как с установкой начальных условий работы, так и формированием достоверной цифровой измерительной информации о координатах перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2 с отключенным исследуемым нелинейным элементом 3, Исходно аналого-цифровой преобразователь 1 на своих втором выходе и информационных выходах устанавливает нулевые потенциалы, а на первом выходе формирует частотно-модулированный испытательный сигнал с малой девиацией, максимально возможной амплитудой и несущей частотой, соответствующей нижней границе частотного диапазона работы автоматического устройства, который воздействует на первый информационный вход измерительного блока 2. При этом измерительный блок 2, 5

55 обладая собственной резонансной частотой, как правило, отличной от нижней границы частотного диапазона работы измерительного устройства, сигнал на свой выход не пропускает, и следовательно, сигнал на информационном входе аналогоцифрового преобразователя 1 отсутствует.

В свою очередь отсутствие сигнала на втором выходе аналого-цифрового преобразователя 1 приводит к тому, что выходные шины многоканального переключателя 4 остаются изолированным от основной части схемы, а микроЭВМ 5 по истечении длительности запускающего импульса (фиг.2в), действовавшего на третьей шине Vj, не получая информации по пятой шине своего третьего порта ввода-вывода, переходит в режим непрерывного опроса готовности данных на шинах первого и второго портов ввода-вывода.

Спустя некоторое предельно короткое время T: ycT.1(фиг.2г), достаточное для установления начальных условий работы аналого-цифрового преобразователя 1, на его первом выходе начинает изменяться (увеличиваться) частота несущей частотно-модулированного испытательного сигнала. По мере увеличения частоты несущей этого сигнала и приближения ее к полосе пропускания измерительного блока 2 на выходе последнего появляется сложный, изменяющийся во времени по амплитуде в соответствии с формой амплитудно-частотной характеристики частотно-модулированный сигнал. Этот сигнал в аналого-цифровом преобразователе 1 подвергается обработке с образованием постоянной составляющей, пропорциональной амплитудно-частотной характеристике измерительного блока 2, и ряда гармонических составляющих модулирующего сигнала, в том числе первой и второй, пропорциональных соответственно первой и второй производным от амплитудно-частотной характеристики. Первая и вторая гармонические составляющие после раздельной синхронной фазонечувствительной селекции и синхронной фазочувствительной демодуляции превращаются в постоянные составляющие, пропорциональные первой и второй производным.

Образуемая постоянная составляющая, пропорциональная второй производной, приводит в действие аналого-цифровой и реобразователь 1 по выполнению операции быстрого нормирования характеристик (до наступления первого перехода через ноль второй производной), при этом уровень несущей на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 1 начинает изменяться

1800392

5

15 ответствии с этим процессом происходит.20 (уменьшается) так, чтобы в установившемся режиме максимальное значение сигнала, пропорционального характеристике второй производной, устанавливалось на определенном уровне, задаваемом внутри преобразователя 1, независимо от величины добротности измерительного блока 2 с отключенным и подключенным исследуемым нелинейным элементом 3.

В результате выполнения операции нормирования частотно-модулированный испытательный сигнал на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 1 может совершать колебания амплитуды, которые, не выходя за пределы допуска, прекращаются, как правило, не позднее момЕнта времени, когда характеристика второй производной достигает своей первой экстремальной точки (максимума). В соизменение уровней сигналов, пропорциональных амплитудно-частотной характеристике и характеристике первой производной, внутри аналого-цифрового преобразователя 1.

По достижении первой экстремальной точки (максимума) на характеристике второй производной уровень несущей частотно-модулированного испытательного сигнала на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 1 фиксируется и в дальнейшем остается неизменным на протяжении всего интервала времени, необходимОго для определения в цифровом виде координат перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2 с отключенным или подключенным исследуемым нелинейным элементом 3.

По мере дальнейшего увеличения частоты несущей частотно-модулированного испытательного сигнала в момент времени, когда первая производная достигает своего максимального значения, а вторая производная через ноль, частота несущей данного сигнала фиксируется, и аналого-цифровой преобразователь 1 начинает формировать частоту 1 (5), (6), в точности соответствующую первой координате перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2 с отключенным исследуемым нелинейным элементом 3. Спустя некоторое время, предельно короткое, достаточное для синхронизации процессов, аналого-цифровой преобразователь 1 формирует образцовый по длительности одиночный синхронизирующий импульс (импульс, показанный на фиг.2г в виде вертикальной штриховки), который заполняет25

55 ся частотой f>, и таким образом, осуществляется преобразование первой координаты перехода через ноль второй производной в цифровой код. Получаемый на информационных выходах аналого-цифрового преобразователя 1 цифровой код сохраняется и передается на соответствующие информационные входы многоканального переключателя 4. На этом, по существу, заканчивается время измерения A+3M> (фиг,2д) первой координаты перехода через ноль второй производной, По окончании формирования одиночного синхронизирующего импульса (фиг.2г) на втором выходе аналого-цифрового преобразователяя 1 образуется одиночный прямоугольный импульс (фиг,2д) определенной длительности. Этот импульс, свидетельствующий о готовности данных в виде цифровой измерительной информации, воздействует на управляющий вход многоканального переключателя 4 и пятую шину третьего вводавывода микроЭВМ 5. При этом многоканальный переключатель 4 цифровую информацию с информационных выходов аналого-цифрового преобразователя 1 передает на свой выход и далее на шины первого и второго портов ввода-вывода микроЭВМ 5, Эта же информация поступает и на информационные входы кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения, однако она им не воспринимается, так как на его управляющем входе сигнал отсутствует.

Одновременно с образованием одиночного прямоугольного импульса (фиг.2д) частота несущей частотно-модулированного испытательного сигнала на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 1 скачкообразно изменяется (увеличивается) до значения, которое она приобрела бы в результате непрерывной перестройки за интервал времени, заключенный между моментом перехода через ноль второй производной и окончанием процесса преобразования ее координаты в цифровой код. В дальнейшем частота несущей частотно-модулированного испытательного сигнала с неизменной амплитудой на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 1 продолжает увеличиваться по линейному закону.

Прямоугольный импульс (фиг.2д), полученный на втором выходе аналого-цифрового преобразователя 1, воспринимается по пятой шине третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5, которая с момента прекращения действия запускающего прямоугольного импульса (фиг.2в) на третьей шине \/

1800392

12 своего третьего порта ввода-вывода все это время осуществляла непрерывный опрос готовности данных на шинах первого и второго портов ввода-вывода, МикроЭВМ 5, получив таким образом разрешение на ввод данных, переписывает (осуществляет ввод информации побайтно F1 и Ез в соответствии со структурной схемой алгоритма, показанной на фиг.3) хранимую в аналого-цифровом преобразователе 1 и предъявленную на выходные шины многоканального переключателя 4 цифровую информацию о значении частоты f< первой координаты перехода через ноль второй производной в соответствующую ячейку оперативной памяти, где и подлежит хранению для последующих вычислений, После выполнения данной операции и окончания действия прямоугольного импульса (фиг.2д) на втором выходе аналогоцифрового преобразователя 1 микроЭВМ 5 снова осуществляет непрерывный опрос готовности данных до тех пор, пока не будет получена достоверная информация о второй координате перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2 с отключенным исследуемым нелинейным элементом 3. Чтобы не было повторного ввода прежней информации, длительность упомянутого импульса (фиг.2 д) контролируется микроЭ ВМ 5, и только посла прекращения его существования с последующим возобновлением возможен ввод новых данных (достигается программными средствами), Прекращение действия данного импульса на втором выходе аналого-цифрового преобразователя 1 приводит к изоляции выходных шин многоканального переключателя 4 от остальной части схемы, Когда первая производная достигает своего минимального значения, а вторая производная вторично переходит через ноль, аналого-цифровой преобразователь 1 производит полное стирание прежней цифровой измерительной информации, прекращает перестройку частоты несущей частотно-модулированного испытательного сигнала на своем первом выходе и описанным выше способом снова формирует образцовый по длительности второй синхронизирующий импульс (фиг,2г), в течение которого и осуществляется преобразование в цифровой двоичных код генерируемой частоты f2 (5), (6), в точности соответствующей искомой второй координате перехода через ноль второй производной. На этом заканчивается время измерения гиз .2 (фиг.2s) второй координаты перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной ха5

55 рактеристики измерительного блока 2 с отключенным исследуемым нелинейным элементом 3.

В момент прекращения действия синхронизирующего импульса (фиг.2г) код частоты f2, получаемый на цифровых шинах аналого-цифрового преобразователя 1, в дальнейшем сохраняется, а частота несущей частотно-модулированного испытательного сигнала на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 1, убывая по экспоненте, возвращается к исходному cîñòîÿíèþ в область нижней границы частотного диапазона работы устройства с одновременным увеличением до предельного значения уровня несущей из-за того, что перестает выполняться операция нормирования характеристик.

Под влиянием одновременно получаемого на втором выходе аналого-цифрового преобразователя 1 втооого прямоугольного импульса (фиг,2д) цифровая измерительная информация предъявляется на выходные шины многоканального переключателя 4, а микроЭВМ 5 получает разрешение на ввод новых данных, Вновь предьявляемую цифровую измерительную информацию микроЭВМ 5 снова переписывает(вводданных F2 и F4 производится так>ке побайтно) в соответствующую ячейку своей оперативной памяти для хранения и последующих вычислений и приступает к дальнейшему выполнению программы в соответствии со структурной схемой алгоритма, изображенной на фиг,3, За время ввода и обработки информации 7 pep 1 (фиг.2г) микро ЭВМ 5 по полученным полным данным F1 а F2 по формулам (5) и (б) вычисляет центральную частоту 1,1 (1), (2), (7) и полос пропускания Л fq (2), (8) на

2 уровне y =- — измерительного блока 2 с

3 отключенным исследуемым нелинейным элементом 3, которые в виде значений Г(1) и 0(1) сохраняются в ОЗУ для последующих вычислений, Исчезающий к данному моменту времени второй прямоугольный импульс (фиг,2д) на втором выходе аналого-цифрового преобразователя 1 снова изолирует выходные шины многоканального переключателя 4 от его остальной части, Микро ЭВМ 5 в очередной такт своей работы на четвертой шине ЧДсвоего третьего порта ввода/вывода устанавливает единичный потенциал (фиг.2е), который, поступая на первый управляющий вход измерительного блока 2, включает исследуемый нелинейный элемент 3 в состав измерительного блока с реализацией соответствующего режима его работы по изначально определен13

1800392

14 ной схеме замещения параметров. При этом центральная частота и полоса пропускания измерительного блока 2 изменяются, принимая соответственно значения fez (1), (2), (7) и Л fz(2), (8), содержащие информацию об искомых параметрах исследуемого нелинейного элемента 3.

После этого микроЭВМ 5, формируя в очередной раз прямоугольный запускающий импульс (фиг.2 в) на третьей шине V3

ceoего третьего порта ввода-вывода, описанным выше образом снова приводит в действие аналого-цифровой преобразователь 1 по выполнению в полном объеме своих функций, включая установку начальных условий работы, и процессы в нем и в измерительном устройстве в целом повторяются в том же порядке, что и при формировании и преобразовании измерительной информации о параметрах измерительного блока

2 с отключенным исследуемым нелинейным элементом 3.

Аналого-цифровой преобразователь 1, повторив описанные выше операции, спустя время установления начальных условий ту т,Q (фиг.2г), формирует последовательно во времени за интервалы времени т и3м.з (фиг.2 д) и т pl3M.4 (фиг.2в) достоверную цифровую измерительную информацию, в точности соответствующую первой и второй координатам перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока 2 с подключенным исследуемым элементом 3, и с помощью прямоугольных импульсов (фиг.

2д), получаемых при этом на своем втором выходе, предъявляет ее посредством многоканального переключателя 4 на соответствующие шины портов ввода-вывода микроЭВМ 5, Одновременно с этим микроЭВМ 5 повторяет ввод получаемой цифровой измерительной информации (сначала в виде побайтных данных "F1", " F 3" преобразуемых к полному виду данных "F1",а затем данных Ег, F4, преобразуемых в Fz) в соответствующие ячейки своей оперативной памяти с последующим вычислением по формулам (5) и (б) центральной частоты for (1),(2),(7) и полосы пропускания Л f2 (2), (8) на уровне = (— измерительного блока 2

"2

3 с подключенным исследуемым нелинейным элементом 3, которые в виде значений

F (2) и D (2) сохраняются в ОЗУ для последующих вычислений, После выполнения данных операций микроЭВМ 5 на четвертой шине V своего

4 третьего порта ввода-вывода устанавливает нулевой потенциал, завершая тем самым формирование прямоугольного достаточно продолжительного импульса (фиг.2е), отключающего исследуемый нелинейный элемент 3 от измерительного блока 2, и

5 приступает к выполнению программы по вычислению искомых параметров в соответствии с заданным алгоритмом (фиг.3). С отключением исследуемого нелинейного элемента 3 измерительный блок 2, возвра10 щаясь в исходное состояние, скачкообразно приобретает прежние (первоначальные) значения параметров центральной частоты

fo< и полосы пропускания Лf>, которые могут существенно отличаться от только что

15 зафиксированных значений 1о2 и Л 12.

Из-за получаемой расстройки измерительного блока 2 по частоте его взаимосвязь с аналого-цифровым преобразователем 1 практически утрачивается еще и потому, что

20 последний по истечении времени измерения 7 pl3M.4 (фиг.2в) приступил к возвращению в исходное состояние с образованием на его первом выходе, как было изложено выше, частотно-модулированного испыта25 тельного сигнала предельной амплитуды и несущей частотой, приближающейся к нижней границе частотного диапазона работы измерительного устройства. Независимо от того, как происходит данный процесс, на

30 дальнейшей работе измерительного устройства это не отражается, так как необходимая информация уже получена и микроЭВМ 5 в состоянии ее обработать.

Процессы, протекающие в микроЭВМ 5

35 на временном интервале ввода и обработки информации 7 цсбр.z (фиг,2г), в дальнейшем сводятся к непосредственному вычислению искомых параметров по запрограммированным формулам (1) — (4), (7) — (9), см. текст

40 программы) с учетом ранее введенных данных в виде соответствующих констант и данных, полученных в результате измерений.

После окончания вычислений на экран блока

6 отображения информации для индикации

45 на временном интервале т, (фиг.26) микроЭВМ выводит вид схемы замещения W, напряжение смещения 0ф в виде значения У, а также значения вычисленных параметров в соответствующих единицах измерения: час50 тоты измерения Рф в виде значения F (2), емкости С, активной составляющей проводимости G или активного сопротивления R (в зависимости от вида схемы замещения) и добротности Q. На этом цикл измерений и вычислений заканчивается, образуя общее время измерений г @3M (фиг,26) и микроЭВМ

5 переходит в режим "Останов".

В случае необходимости процесс измерений и вычислений может быть продолжен

1800392

55 при тех же исходных данных, только при новом значении напряжения смещения 0ф, только при другой схеме замещения W npu всех новых данных, В соответствии со структурной схемой (фиг.3) алгоритма работы при прежних данных микроЭВМ 5 на третьей шине V3своего третьего порта ввода-вывода формирует прямоугольный импульс (фиг.2в) и запускает описанным выше образом автоматическое устройство в работу с возобновлением измерительной информации. Такой режим работы микроЭВМ и автоматического устройства в целом полезен при исследовании влияния различного рода факторов (температуры, влаги, давления и т,д.) на параметры исследуемых нелинейных элементов 3.

При всех новых данных работа. автоматического устройства начинается с ввода этих данных, включая замену исследуемого нелинейного элемента 3, с последующим повторением всех выше рассмотренных операций. B случае необходимости получения информации только при новом значении напряжения смещения Оф или только при другой схеме замещения W достаточно ввести только новые значения 0ф или W, и микроЭВМ 5, осуществив ныне предписанные операции, запускает автоматическое устройство в работу и с учетом возобновляемой измерительной информации и сохраняемой в ОЗУ информации о ранее введенных константах вычисляет новые значения параметров и выводит их на экран блока 6 отображения информации.

Предлагаемое автоматическое устройство по сравнению с лучшими известными техническими решениями, в том числе и с устройством-прототипом, которое в настоящее время является спроектированным лучшим образцом и которое в связи с этим принимаем за базовый объект, выгодно отличается повышенной точностью и быстродействием измерений параметров н елин ейн ых элементов. Существен ное повышение точности и быстродействия измерений без сокращения диапазона рабочих частот достигнуто в основном за счет введения специализированного измерительного блока и осуществления операции двойного формирования достоверной цифровой измерительной информации о координатах перехода через ноль второй производной от амплитудно-частотной характеристики измерительного блока соответственно с отключенным и подключенным исследуемым нелинейным элементом и последующим вычислением искомых параметров с помощью микроЭВМ, позволившей практически полностью исключить ручные операции под5

50 ключения исследуемых элементов к измерительному контуру и вычисления величин искомых параметров по результатам двух измерений координат перехода через ноль второй производной.

Выигрыш в точности и быстродействии измерений можно определить ориентировочно, исходя из следующих соображений, Отсутствие специализированного измерительного блока в устройстве-прототипе определяет необходимость подключать исследуемый нелинейный элемент к измерительному контуру непосредственно, при этом исключается возможность коррекции составляющей погрешности, обусловленной наличием индуктивности выводов как исследуемого нелинейного элемента, так и клемм для его подключения, величина которой на рабочих частотах сотен мегагерц составляет десятки процентов. Использование специализированного измерительного блока позволяет данную составляющую погрешности снизить до десятых долей процента.

Другие составляющие погрешности, присущие предлагаемому устройству, пренебрежимо малы, Например, основная составляющая погрешности за счет цифровой обработки сигналов связана с конечной величиной разрядности аналого-цифрового преобразователя 1 координат перехода через ноль второй производной, которая для используемого 16-разрядного преобразователя 1 характеризуется тысячными долями процента. В связи с этим реально достижим выигрыш в точности измерений, обеспечиваемый за счет введения в предлагаемое устройство измерительного блока 2, не менее 250 раз, Ручные операции, присутствующие при измерениях с помощью устройства-прототипа, определяют время, необходимое для получения искомых параметров, исчисляющихся в лучшем случае десятками секунд.

Предлагаемое устройство позволяет получить достоверную информацию об искомых параметрах за время, не превышающее в худшем случае десятых долей секунд. Это позволяет утверждать, что выигрыш в быстродействии измерений может составлять по меньшей мере около 100 раз.

Таким образом, данное автоматическое устройство обладает высокой эффективностью и позволяет существенно повысить точность и быстродействие измерений без сокращения диапазона рабочих частот, Это устройство, способное производить измерения с прецизионной точностью и высоким быстродействием, причем с сохранением широкого диапазона рабочих частот устрой17

1800392

18 ства-прототипа, целесообразно для использования при технологическом контроле дифференциальных параметров как нелинейных элементов, так и различных линейных радиотехнических элементов, а также в подсистемах технической диагностики автоматизированных систем контроля параметров элементов различной радиоэлектронной аппаратуры, Формула изобретения

Автоматическое устройство для измерения дифференциальных параметров нелинейных элементов, содержащее аналого-цифровой преобразователь координат перехода через нуль второй производной микроЭВМ и блок отображения информации, вход которого подключен к информационному выходу микроЭВМ, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений без сокращения диапазона рабочих частот, в него введены измерительный блок многоканальный переключатель и кодоуправляемый источник напряжения смещения, выход которого соединен с вторым информационным входом измерительного блока первый информационный вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя координат перехода через нуль второй производной, информационный вход которого соединен с выходом измерительного блока, к первому и второму выводу

5 которого подключен нелинейный элемент, шины первого и второго портов ввода-вывода микроЭВМ соединены с соответствующими выходными шинами многоканального переключателя и информационными входа10 ми кодоуправляемого источника напряжения смещения, управляющий вход которого соединен с второй шиной третьего порта ввода-вывода микроЭВМ, первая и четвертая шины которого соответственно соедине15 ны с вторым и первым управляющими входами измерительного блока, третья шина третьего порта ввода-вывода микроЭВМ соединена с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя ко-20 ординат перехода через ноль второй производной, второй выход которого соединен с пятой шиной третьего порта ввода-вывода микроЭВМ и управляющим входом многоканального переключателя, 25 информационные входы которого соединены с соответствующими информационными выходами аналого-цифрового преобразователя координат перехода через ноль второй производной.

1800392

Рюм аж4

Грет/

8 1-+ а

У rudolf

Р йдкУ

Редактор

Заказ 1162 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

I (4

„У д

g lJ

g У

ll

Составитель В.Чеботова

Техред М,Моргентал Корректор М,Куль