Устройство для регистрации параметров двухполюсников

 

Союз Советсннк

Социалистических

Республик ()945829

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 16. 01. 81 (2! ) 3239895/18-21 с присоединением заявки йк(23) Приоритет

Опубликовано 23. 07. 82 ° Бюллетень М 27

Дата опубликования .описания 25 07. 82 (51)M. Кл.

С О1 R 31,26

G 01 R 27/00

3Ьвударстнснны6 комнтет

СССР ао делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621. 382..2(о88.8) О.К. Илюнин, Е.В. Бодянский, А.А. Галузо, С.П. Горелов, В.С. Жаков и И.В. Курбангалеев(72) Авторы изобретения с 1

Харьковский институт радиоэлектроники и брдена:Трудового ) Красного Знамени завод чистых металлов им..50-летия -СССР

t (75) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ДВУХПОДОСНИКОВ

Изобретение 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 сигI налов, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом преобразователя величины каждого из сопротивлений в аналоговый сигнал, причем выход компаратора аналоговых сигналов через первый и второй ключи соединен соответственно с входом блока вычитания модуля сигнала с запоминанием и первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания модуля сигнала с запоминанием и управляющим входом масштабного преобразователя, выход которого через третий ключ соединен с вторым входом

1О блока вычитания и выходом четвер того ключа, вход которого соединен с входом масштабного преобразователя pl )..

Известно также устройство для измерения параметров двухполюсников, их отношения и относительного отклонения or номинального и образцового значений, содержащее образцовый

2о двухполюсник, источник опорного напряжения и преобразователь параметра, при этом управляющий вход преоб- . разователя соединен с блоком задания режима, сигнальный вход преобраЪ

945829 зователя подключен к первой входной клемме, а опорный вход преобразователя соединен с одним из выводов образцового двухполюсника, причем один из 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- 10 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 2О. образователя, второй выход блока управления подключен к входу блока задания режима, а третий выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора (2 3.

Недостатками 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, содержащее

35 преобразователь параметра и источник опорных напряжений, подключенный выходом к первому входу компаратора, блок управления, в него введены блок ю 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 горой выход блока памяти, а к 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 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, шестой 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 диод — с входом триггера, первый выход которого подключен к второму входу шестого элемента совпадения, а второй — к другому входу седьмого элемента совпадения и к третьему входу третьего элемента совпадения, выход которого через первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом блока вычисления координат, подключенного выходом через вторую 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 вход восьмого элемента совпадения — к входу блока регистрации, через первый вход девятого элемента совпадения

S0

5 9 к пятому входу блока памяти, а через первый 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 ll, источник 12 опорных напряжений, элементы !

3 и 14 задержки, элементы ИЛИ 15 18, элементы 19-30 совпадения, блок 31 регистрации, клемму записи 2щю и

Я«о 32, клемма 33 записи Фи „ и и клемма 34 "Пуск".

1 ини

При восстановлении зависимости удельного сопротивления полупроводникового монокристалла от его длины с заданной точностью Д 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 Up соответствующее измеренному удельному сопротивлению «о, а на выходе датчика 5 - напряжение 0р .„, соответствующее измеренному расстоянию

Й ;„от начала отсчета. Напряжения

0а и U „поступают на входы эле «ни ментов 1 и 21 совпадения, при нажатии кнопки клеммы 32 записи. 1 „ я и

Pwgg информация об измеренных значе45829

6 ниях t „ «и р çàíoñèòñÿ 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 датчика

5 линейных перемещений формируются тветственно напряжения Орм,. и

10 Ug, соответствующие измеренным

«ФСЛХ значениям удельного сопротивления и расстоянию E „от начала сии отсчета. Эти напряжения U, и

) ими

Ug поступают на входы элементов

«кэ(1ь 20 и 22 совпадения. При нажатии кнопки клеммы 33 записи f è,;„ информация об измеренных значениях

E „ и - заносится в ячейки бло сии ка 1, с выходов которого сигналы, рв соответствующие 2„„,„х и Ки,„.и, подаются на первый и второй входы блока 7 вычитания, на выходе которого образуется разностный сигнал, поступающий на первый вход элемента 26, на второй вход которого подается сигнал в обратном коде с инверсного выхода блока l памяти. Так как в исходном состоянии в ячейке блока 1 памяти записан нуль, разностный сигнал проходит через элемент 26 совпадения и через первый вход элемента ИЛИ 17 заносится в ячейку блока 1 памяти.

Таким образом, на второй вход элемента 26 совпадения с еенверсного

35 выхода блока 1 памяти поступает запрет на прохождение разностного сигнала U =U -U

ЕХ Ь 1п.

С прямого третьего выхода блока памяти сигнал 0 подается на первый вход блока 8 вычитания и первый вход элемента 28 совпадения. На второй вход блока 8 с четвертого выхода блока 1 памяти подается нулевой сигнал, а раэностный сигнал через эле45 мент 27 не проходит, так как на вто рой его.вход не поступает раэреаающий сигнал. Сигнал Up „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 0р „ „. С выхода блока 6 разностный сигнал 06 =0 „

00(-Uy .„ тюдается на второй вход компаратора 9. Таким образом, устройство готово к работе в автоматическом режиме.

1о !

5 го

При нажатии кнопки клеммы 34

"Пуск" сигнал поступает на вход источника 12, на выходе которого формируется сигнал 01, соответствующий требуемой точности Д восстановления функциональной зависимости. Этот сигнал подается на первый вход компаратора 9, в котором он сравнивается с сигналом О, поступающим на вто-рой вход. Разностный сигнал (U p-Ug) подается на вход блока 10 анализа знака. В зависимости QT знака сигнала возможны различные режимы дальнейшей работы устройства.

Если (О Р -ф )> О, сигнал проходит через диод Д2 и поступает на вход триггера 11, который переходит в противоположное состояние, запирая элемент 23 и открывая элемент 24. При нажатии кнопки "Пуск" на второй вход элемента 28 также подается разрешающий сигнал, тогда напряжение

Ug через этот элемент и элемент

ИЛИ 18 поступает на блок 2 вычисления координат, который, действуя, например, по принципу дихотомии, вырабатывает сигнал Ut /2, соответствующий новому положению измерительной головки. Этот сигнал, пройдя элемент 13 задержки, запоминается в ячейке блока 1 памяти, а также подается на блок 3 управления, который и приводит измерительную го- . ловку в новое положение. На выходе преобразователя 4 формируется напряжение Up„, соответствующее измеренному значению удельного сопротивле-, ния р, . Это значение запоминается в ячейке блока 1 памяти, с выхода которого сигнал 0 „ через открытый элемент 24 и элемент ИЛИ 16 поступает на вход блока 6.

Разностный сигнал О Р=О -U p сравнивается затем в компараторе 9 с напряжением Ug, задающим точность восстановления функции. Если (О

О!) 0, сигнал, пройдя диод Д2, оставляет триггер 11 в прежнем состоянии. Сигнал с выхода триггера 11 поступает на вход элемента 24 и вход элемента 29, на другой вход которого подается сигнал 0 „ с выхода блока 1, а на. третий вход — положительный сигнал с выхода блока 10.

Тогда сигнал U пройдя элемент

29 совпадения и элемент ИЛИ 18, поступает на блок 2. Вычисляется новая координата, и сигнал 0, соответствующий ее значению, через эле945829 8 мент 17 задержки поступает на вход блока 3 управления, а также запоминается в ячейке блока 1 памяти. Блок

3 управления переводит измерительную головку 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

U> =U> -О Р „„ сравнивается с сигналом Ud в комйараторе 9. Знак сформированного компаратором 9 сигнала анализируется в блоке 10 анализа знака.

Если же (О, -0,) <О, на вход триггера !1 не поступает никакого сигнала, и он возвращается в исходное состояние. Таким образом, на вход элемента 23 совпадения подается разгз решающий сигнал, а на вход элемента

24 совпадения поступает сигнал, запирающий ее. Тогда напряжение

U » c выхода блока 1 .памяти через элемент 22 совпадения и элемент

ИЛИ 16 поступает на первый вход блока 6 вычитания.

Отрицательный сигнал (U -Ug; подается также на вход элемента 29 совпадения, запирая ее, на вход

"Останов" источника 2 опорных напряжений и инверсный вход элемента

30 совпадения..При этом на второй вход компаратора 9 перестает поступать напряжение UI, а сигнал U

4о соответствующий измеренному удельному сопротивлению р ., с выхода преобразователя 4 параметра через элемент 30 совпадения поступает на вход блока 31 регистрации. Отрица45 тельный сигнал (0 -Ug) через первый диод Д1 поступает одновременно на инверсные входы элементов 25 и 27..

jB этом случае содержимое ячейки

U блока 1 памяти через вход элемента 25 совпадения и вход элемента

ИЛИ 15 записывается в ячейку блока

1 памяти. Таким образом, теперь сигнал U .. =Up поступает на второй вийи вход йервого бяока 6 вычитания, на выходе которого формируется напряжение ОА =Ор -U .. Это напряжеи » Рии и ние поступает на второй вход компаратора 9, но сравнения с напряжением

Ug не происходит, так как источник

94.582

35

12 опорного напряжения заблокирован отрицательным сигналом Од -0 ), сформированным на предыдущей итерации. Устройство, таким образом, под- готовлено к дальнейшей работе. 5

На первый вход элемента 27 совпадения подается раэностный сигнал

0

14 задержки и поступает на второй вход элемента ИЛИ 17,. с выхода которого он подается на вход блока 1 па- 2î мяти и запоминается в ячейке. Напряжение 0 =0 соответствует длине той части полупроводникового монокристалла, на которой требуется продолжение измерений с: целью восстановления характеристики. Таким образом, с помощью ряда измерений в заранее вычисленной, например методом дихотомии, последовательности точек на полупроводниковом монокристалле на первой итерации. определяется точка, находящаяся на расстоянии 3 от торца монокристалла, такая, что разность удельных сопротивлений в этой. точке и на торце (- р,„„„) меньше заданной погрешности Д восстановления зависимости удельного сопротивления р от длины полупроводникового образца 1.

Следующая итерация опять начинается нажатием кнопки "Пуск". При этом

I напряжение 0 р, соответствующее длине той части монокристалла, на которой необходимо продолжать измерения, через элемент 28 совпадения и элемент ИЛИ 18 поступает на вход блока 2 вычисления координат, кото-. рый вычисляет значение координаты нового положения измерительной головки. Далее эта координата запоминается в ячейке блока 1 памяти, а

50 блок 3 управления движением измерительной головки 3 переводит измерительную головку преобразователя 4 параметра в новое положение. Измеренное удельное сопротивление р запоми-, 1 нается в ячейке 2 блока 1.памяти.

При нажатии кнопки "Пуск" (клемма

34) разблокируется источник 12 опорных напряжений, который формирует

9 10 на своем выходе напряжение Ug, соответствующее требуемой точности восстановления характеристики. Напряжение Ug, которое может меняться по заранее заданной программе, подается на вход компаратора 9, который сравнивает сигналы U > и Ug. Знак разности (Од -0 ) анализируется в блоке 10 анализа знака. В зависимости от знака этой разности возможны различ 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 (-Pt,) меньше заданной погрешности, т.е. в процессе функционирования предлагаемого устройства восстанавливается полностью функциональная зависимость удельного сопротивления Р полупроводникового 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 изобретения

Устройство 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 w 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 выходупервый вход элемента совпадения, вы11 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

5829

12 шестого элемента совпадения, а второй - к другому входу седьмого элемента совпадения и третьему входу третьего элемента совпадения, выход которого через первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом блока вычисления координат, подключенного выходом через вторую линию задержки к третьему входу бло1О ка памяти и входу блока управления, выход которого соединен с одним входом преобразователя параметра, другой вход которого подключен к датчику линейных перемещений с измеритель15 ной головкой, выход преобразователя параметра подключен к четвертому входу блока памяти, через вход восьмого элемента совпадения - к входу блока регистрации, через первый вход

zo девятого элемента совпадения — к пятому входу блока памяти, а через первый вход десятого элемента совпадения — к второму входу второго элемента ИЛИ, выход датчика линейных перег5 мещений соединен с первыми входами одиннадцатого и двенадцатого эле.ментов совпадения, выходы которых подключены соответственно к шестому и седьмому входам блока памяти, rfep"" вая и вторая входные клеммы соединены с подключенными параллельно вторыми входами двенадцатого и десятого элементов совпадения и вторыми входами девятого и одиннадцатого элементов совпадения, а третья входная клемма

35 ° подключена к второму входу источника опорных напряжений и через второй вход второго элемента совпадения к второму входу четвертого элемен40

Йсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 715487, кл. G 01 R 17/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

N 690409, кл. G 01 R 27/00, 1977.