Устройство для измерения отношения двух электрических напряжений

 

Союз Советснмк

Сом)мапмстмческма

Респубпми

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I))) 789822 е (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 18.09.78 (21) 2664419/18-21 с присоединением заявки Рй 2664418/18-21 (23)приорнтетОпубликовано 23.12.80. Бюллетень ..% 47 (5l )M. Кд.

601 R 19/10

Гесударстаеааый кемктет

СССР вв делам взабратеннИ н отармтнк (5З) УДК621.З17.,6 (088.8) Дата опубликования описания 25.12.80

Л. И. Русин, Г. Н. Соколова, А. А. Шленский, Т. С. Емельянова и E. А. Кожухова у

): .. 1 JIB+ )„ )

Государственный ордена Октябрьской Революции научноисследовательский и проектный институт редкометаллической п омышленности Ги дмет (72) Авторы изобретения (7() Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ

ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ .НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, но может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники, где требуется осущест,влять сравнение двух напряжений постоякS ного или переменного токов.

Известно устройство для измерения отношения двух электрических напряжений, содержащее двухзвенный реэистивный де1О литель, крайние выводы которса о подключены к источнику первого напряжения, и измеритель тока, включенный вместе с источником второго напряжения между одним из крайних и средним выводами

1S реэистивного делителя. Искомое отношение двух напряжений соответствует в устройстве отношению сопротивления одного из резисторов к сопротивлению всего делителя при нулевом токе через измеритель гока $1).

Недостаток известного устройства заключается в необходимости подбора сопротивлений резисторов делителя и расчетнсь

ro определения отношения сопротивлений.

Указанные обстоятельства обусловливают значительные затраты времени на осу ществление измерений.

Наиболее близкое предлагаемому усгройство для измерения двух электрических напряжений. содержит многозвенный резистивный делитель, включенный между выводами источника первого напряжеиия, и измеритель тока, включенный последовательно с источником второго напряжения,соединенным с источником первого напряжения. В состав устройства входит также коммутатор, установленный между промежуточными выводами резистивного делителя и измерителем тока. Искомое отношение двух напряжений соответствует в устройстве положению (состоянию) коммутатора в условиях отсутствия тока через измеритель тока (2).

Недостаток известного устройства связан с наличием в его составе коммутатора и необходимостью выбора состояния последнего в процессе установки иулевь22 ф случае показан вариант реализации уст ройства с фоточувствительной р- И-р структурой 1 В случае же использования

q-p-p структуры все фотодиоды должны быть включены в противоположном направлении. Контакт 7 изображен на схеме в виде шины, индексами ц и N обозначены соответственно контакты 5 и 6, а индексами д, 4, ..., j. -1, 2, N-2, g .-1 точки соединения между соседними резисторами, заменяющими слой 2 структуры 1..

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что сопротивление резисторов заменяющих слой 4 структуры 1, настолько велико (слой 4 в структуре

1 имеет меньшую проводимость в сравнении с проводимостью слоев 3 и 2), что токами утечки между соседними цепочками встречно включенных фотодиодов можно пренебречь. Тогда указанные резисторы при рассмотрении работы устройства можно не принимать во внимание так же, как и резисторы, которые заменяют слой 3, поскольку последние эакорочены контактом 7. Кроме того, пусть каждая цепочка из двух встречно включенных фотодиодов имеет идеальную характеристику переключения, т.е. при любом напряжении, отличном от нуля, через цепочку протекает ток 1 обратносмещенного фотодиода (темновым током фотодиодов пренебрегаем), а при нуле напряжения ток через цепочку отсутствует.

Тогда напряжение Г источника 10 равномерно распределяется на резисторах заменяющих спой 2 структуры 1, таким образом, что в какой-либо точке ) устанавливается напряжение относительно точки с3 Е „ a соответствии с выражением

ЕМ = ń— „" (1) причем 1 может принимать значение от

Д до М

Очевидно, что при любом значении напряжения Ео источника 11 на цепочке резисторов, заменяющих слой 2 структуры 1, всегда найдется точка }, напряжение на которой относительно точки с} равно

ЕИ1 =Е2 (2)

Следовательно, на цепочке фотоди ъдов, включенных между точкой 1 и контактом 7, установится напряжение, равное нулю (полагаем, что па ден ие на пряжения на измерителе 8 тока входит в значение напряжения E g ), На всех ос3 78 98 го тока через измеритель тока, что отрицательно сказывается на общем быстродействии, °

Цель изобретенйя — повышение быстродействия измерительного устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения отношения двух электрических напряжений, содержащее многоэвенный резистивный делитель, включенный между выводами источника

I6 первого напряжения, и измеритель тока, включенный последовательно с источником, второго напряжения, соединенным с источником первого напряжения, введены фото чувствительная р- }} -р (}}-р- И) структура

}5 и облучающий ее источник света, причем упомянутый многозвенный резистивный делитель выполнен в виде одного из крайних слоев фоточувствительной р-} }-р (И -р-И ) структуры, другой крайний слой

2О которой подключен к выводу измерителя тока.

Кроме того, в качестве источника све та использован светодиод, совмещенный с поверхностью фоточувствительной р-И-р (И -р- д ) структуры.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения отношения двух электрических напряжений на фиг.2 — то же, с раскрыЗО той эквивалентной схемой замещения фоточувствительной р- И -р (}} -р- }1 ) струк. туры.

Устройство содержит фоточувствительную р- } } -р (И -р«И ) структуру 1 .(фиг. 1)

° состоящую иэ слоев 2 и 3 одного тира:, проводимости, разделенных слоем 4 другого типа и меньшей проводимости, причем спой 2 (резистивный слой) снабжен по краям контактами 5 и 6, а спой 3распределенным контактом 7.

В состав устройства входят также измеритель 8 тока. и источник 9 света, облучающий фоточувствительную р — И.-p (}} -р-n ) структуру 1. Источник 10 пер, вого напряжения включен между контакта ми, 5и6 резистивного слоя 2 структу ры 1, а источник второго напряжения

11 установлен между выводом измерителя

8 тока и контактом 7 слоя 3.

56

На фиг.2 сохранены те же цифровые позиции составных блоков устройства.

Рядами из Й последовательно соединен.! ных резисторов заменены слои 2, 3 и 4 структуры 1, а переходы между слоями

2 и 3, а также 3 и 4 заменены фотодиодами, включенными между точками соеди нения резисторов в каждой цепочке встречно по отношению друг к другу. В данном

5 78982 тальных цепочках фотодиодов, напряжение оказывается отличным от нуля, но имеет различное значение и полярность в зависимости от расположения относительно цепочки фотодиодов с нулевым напряжением. Так, на всех цепочках фотодиодов, подключенных к точкам с индексом меньше 1 ((по схеме на фиг.2 ниже цепочки фотодиодов с нулевым напряжением) установится напряжение, полярность кото- 1й роРо совпадает с полярностью напряжения источника 1 1, так как напряжения в укаэанных точках относительно точки О мень» ше напряжения Е, На всех цепочках фотодиодов, подключенных к точкам с индек- i%

1 сом более 1 (по схеме на фиг.2 выше цепочки с нулевым напряжением}, установится напряжение с полярностью, противоположной полярности напряжения Е источника 11, так как напряжения и этих .точ- р ках относительно точки O больше напряжения E . Таким образом, под обратным напряжением находяться, например, левые фотодиоды, расположенные ниже цепочки фотодиодов с нулевым напряжением, и пра- 2S вые фотодиоды, расположенные выше цепочки фотодиодов с нулевым напряжением, в случае одной полярности напряжений Е и Еg .При другой полярности указанных напряжений под обратным напряжением щ находятся правые фотодиоды, расположенные ниже цепочки фотодиодов с нулевым напряжением, и левые фотодиоды, расположенные выше цепочки фотодиодов с нулевым напряжением. В этом случае токХ через измеритель 8 тока равен разности токов всех обратносмещенных фотодиодов, расположенных ниже и выше цепочки фо- тодиодов с нулевым напряжением

I = 1-1 (и-(+ ))=gф(1-(и-1)1 . (Ъ)

При условии Н» 1 имеем

3 = X р (2i-ü), откуда я

С учетом равенств (1) и (2) справедливо соотношение ь

-о; (ь) ю

55 где К = 2. N I — коэффициент пропорциональности. для р- -р (jl -р- 4 ) структуры 1 число К может быть произвольным и

2 б зависит от длины . выбранного элементарного участка структуры, длина которой L (расстояние между контактами

5 и 6 слоя 2 структуры 1 на фиг.1) равна L

М= (7)

Величина фототока g через каждый элементарный участок z L структуры соответствует (8) где, 4с - фототок одного р- И перехода между слоями 2 и 3 или 3 и 4 структуры 1.

Тогда для р- и -р (q -р- p ) структуры величина тока через измеритель 8 с учетом формул (6) и (7) определяется как.

Из выражения (9) видно, что величина тока ? через измеритель 8 с учетом его направления пропорциональна отношению напряжений Е и Е.(при любом знаке полярности, совпадающем для указанных напряжений.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства можно осуществлять измерение отношения двух электрических напряжений как постоянного, так и переменного токов, включая и импульсные напряжения. Применение в устройстве фоточувствительной р- и -p (й -р- И ) структуры, обдучаемрй от источника света и обладающей высоким быстродействием, позволяет производить измерения отнощения напряжений с высокой скоростью и не требует уравновешивания или подбора параметров элементов схемьь При исполь.зовании в качестве источника света све-. тоизлучающего диода, совмещенного с поверхностью р-О -р (n-р-n) структуры упрощается общее конструктивное выполнение устройства. формула изобретения

1. Устройство для измерения отноше» ния двух электрических напряжений, содержащее многоэвенный резистивный делитель, включенный между выводами источника первого напряжения, и измеритель тока, включенный последовательно с источником второго напряжения, соединенным с источником первого напряжения, отличающееся тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены фоточувствительная р- -р (g -р- yI) структура и орлучаюший ее ис точник света, причем упомянутый много- . звенный резистивный делитель выполнен

7 789822 в внде одного иэ крайних слоев фоточувствительной р-11 -р (@-р-ус ) структуры, другой крайний слой которой подключен к выводу измерителя тока.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве источ наса света использован светодиод, совмещенный с поверхностью фоточувствительной р р-р (-р-й) структуры.

Источники ийформацин, прынятые во внимание при экспертизе

1. Жилинскас Р,— Ï.Ï. Измернтели отношения и их применение в радиоиэме у рительной технике. М., Советское радио

1975, с.10-11, рис.2.1.

2. Жилинскас P.-П.П. Измерители отношения и их применение в радиоизмерительной технике. М., Советское радио, 1975, с.11, рнс. 2.2.

Составитель Л. Морозов

Редактор А. Маковская Техред Н.Бабурка Корректор Н.Швыдкая

Заказ 9028/41 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., а. 4/5

Филиал ППП Р, Патент, r.Ужгород, ул. Проектная, 4