Дискриминатор напряжения по двум допусковым границам Советский патент 1984 года по МПК G01R19/165 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении автоматизированной контрольно-измерительной аппаратуры.

- При проверке параметров радиоэлектронных устройств, например, интегральных микросхем, часто возникает задача допускового контроля напряжения постоянного тока и импульсных сигналов по двум допусковым границам и Удоп ( 4von-,c указанием 1 области выхода контролируемого напряжения за .допусковые границы. Наиболее просто эта задача решается путем использования диффереациальнрго усилителя, к входам которого подключены две схемы-сравнения, одна из которых сравнивает V; с VA ,а вторая

Vx %on . .

Известно устройство, построенное

по таком принципу, содержащее дифференциальный усилитель (ДУ), к каждому входу которого подключен операционный усилитель (ОУ), причем один ОУ сравнивает неизвестное контролируемое напряжение с напряжением нижней допусковой границы, а второй ОУ - с напряжением верхней допусковой границы. В зависимости от того, какой из трех случаев соотношений между V), доп

АОП . V доп1 V j Удд имеет место, на выходе ДУ получается три различных вида сигнала

(вы. 0. V,. о, Vjb,,0), что позволяет индицировать любой из этих случаев с помощью оконченного регистрирующего устройства, например, с помощью светодиодов Cll.

Если контролируемое напряжение является напряжением постоянного тока, то оно непосредственно подается на входы обоих ОУ.

Недост тдсом известного устройства является невозможность контролировать амплитуду импульсов, длительность которых порядка единиц- сотен наносекунд.

Известны устройства, решающие задачу контроля постоянных напряжений и импульсных сигналов короткой длительности по двум допусковым границам путем использования туннельных диодов (ТД) сравнения по верхней и нижней допусковым границам и логического блока, обрабатывающего информацию.с выходов ТД.

Известное устройство содержит туннельный диод сравнения по верхней

допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые чере резисторы к источнику контролируемы импульсов, источники допусковых напряжений по верхней и нижней допусковым границам, каждьй из которых соенен через резистор с соответствующим туннельным диодом и логический блок выполненный на транзисторах 2.

Недостатком данного устройства является то, что оно,позволяя установить факт нахождения амплитуды входного импульса внутри допусковых границ, не позволяет определить область выхода контролируемого напряжения за допусковые границы, так как при VB и при V. Аоп выхбде устройства будет одинаковый высокий потенциал и различить указанные два случая не представляется возможным.

Другим существенным недостатком известного устройства является то, что оно неработоспособно при длительностях контролируемых импульсов порядка единиц и долей наносекунд. Это объясняется тем, что в нем отсутствует источник питания ТД, и они работают в режиме безындуктивного одновибратора, при котором длительность импульсов на выходах ТД точно равняется длительности входных импульсов.

Таким образом, недостаток известного устройства - ограничение его функциональных/возможностей, заключающееся в отсутствии возможности определения области выхода контролируемого напряжения за допусковые границы и работоспособности устройства при длительностях входных импульсов в единицы доли наносекунд

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в определении области выхода контролируемого напряжения за допусковые границы и в расширении диапазона длительностей контролируемых импульсов до единиц и долей наносекунд.

Поставленная цель достигается тем, что в дискриминатор напряжения по двум допусковым границам, содержащий туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусХовой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, а вторые - через резисторы - к источнику контролируемых импульсов, источники допусковых напряжений по верхней и нижней допусковьш границам каждый из которых соединен через резистор с соответствующим туннельны диодом, и Логический блок, входы которого соединены с вторыми выводами туннельных диодов, а выход - с выхо- дом устройства, введены источник импульсов питания туннельных диодов, блок синхронизации и полупроводниковы диод и два резистора, при этом . источник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами TyHHevibHbix диодов через соответствующие введенные резисторы, а блок синхронизации включен между источником имцульсов питания туннель ных диодов и источником контролируемых импульсов, а полупроводниковый диод включ€ Н параллельно туннельному диоду сравнения по нижней допусковой границе, а логический блок выполнен на дифференциальном усилителе. На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - вольтамперные характеристики (ВАХ) ТД: а) - собственно арсенидоталлиевого ТД; б) - характеристика параллельного соединения арсенидо-галлиевогр ТД и кремниевого полупроводникового диода на фиг. 3 - диаграммы, поясняклцие работу ТД при импульсной подаче пита , ния. Устройство (фиг. 1) содержит арсенидо-галлиевый туннельный диод (ТД) 1 сравнения по верхней допускевой границе, арсенидо-галлиевой туннельньй диод (ТД) 2 сравнения по нижней допусковой границе, соединенный параллельно с кремниевым диском источник 4 импульсов питания, источник 5 допускового напряжения по верхней допусковой границе, источник 6 допускового напряжения по нижней допусковой границе, дифференциальный усилитель (ДУ) 7 и блок 8 синхронизации, причем ТД 1 соединен с первым входом дифференциального усилителя и через резисторы 9-11 соединен соответственно с входом устройства, источниками 4 и 5, а ТД 2 соединен с вторым входом дифференциального усилителя и через резисторы 12-14 соответственно с входом устройства и 24 источниками 4 и 6. .Соединение ТД с входами ДУ может осуществляться непосредственно (фиг. 1),илй при необходимости через резисторы, ограничивающие входные токи ДУ. Вькодное напряжение ДУ 7 регулируется потенциометром 15. Блок 8 синхронизации соединен с источником 4 импульсов питания и источником 16 контролируемых импульсов (проверяемое устройство), выход которого подсоединяется к входу дискриминатора. Включение полупроводникового диода параллельно ТУ (фиг. 2) сужает характеристику последнего вдсшь оси напряжений,причем практически деформируется толь1 о диффузионная ветвь,а туннельная ветвь остается неизменной. Кривая 17 (фиг, 2) изображает вольтамперную характеристику ТД, а кривая 18 - вольамперную характеристику параллельного соедине(1ия арсенидо-галлиевого диода и кремниевого полупроводникового диода. Разница по напряжению между диффузионными вет-. вями обеих характеристик (для какогото значения тока) составляет в этом cnyчae (0,4-0,5) В. Предлагаемый дискриминатор работает следующим образом. В -исходном состоянии, когда импульс напряжения U на вход схемы не подан, оба ТД находятся в низковольтном состоянии, напряжения на них почти равны или отличаются на небольшую величину 20 мВ, фиг. 2), определяемую разбросом характеристик ТД. Таким образом, между входами ду 7 действует небольшое напряжение V де ,g , и результате чего на выходе усилителя появляется небольшое напряжение Vg , которое с помощью регулировочного потенциометра 15 может быть сделано равным нулю. Итак, в исходном состоянии 0. При подаче на вход устройства импульса с амплитудой V,5( оба ТД не срабатывают и остаются в низковольтном состоянии, так,что в этом случае,Vg, вынь 0. Если Aon-,V-x VAonj. то срабатывает только ТД 2, при этом между входами ДУ 7 действует напряжение VLg V - Vg , которое имеет значение порядка (0,5-0,6) В (определяется параметрами характеристик арсенидогаллиевых ТД и кремниевых полупроводниковых диодов) ,причем второй вход имеет положительньй потенциал по отношению к первому входу. В этом случае на выходе усилителя возникает напряжение V/ , которое имеет значительную величину и какую-то определенную полярность, например. положительную, т.е. ык В этом случае, когда V ,( ЛОП2 срабатьшают оба ТД, и между входами ytилитeля действует напряжение Уд Б причем теперь второй вход имеет отрицательньй потенциал по отношению к первому входу, вследстви чего на выходе усилителя возникает сигнал отрицательной полярности, т.е Таким образом, выходное напряжени ДУ Vgj, о при Vx , , VfibiK о Р« V on V Vfton2 бых ° Р АоПу, т.е. тр возможным положениям значения контролируемого напряжения относительно допусковых границ и срответствуют три различных вида выходного сигнала дискриминатора. Э

позволяет легко определить область отклонения контролируемого напряжения от упомянутых допусковых границ, например путем подключения к выходу усилителя стрелочного нуль-индикатора с 30 нулевой отметкой посрединешкалы, тогда по направлению отклонения стрелKii ОТ куля МОЖНО определить, какой из названных трех случаев имеет место: X V ИЛИ Индикация области отклонения Vj, от , может быть также осуществлена, как, и в изБестном устройстве. с помощью снет диодов разного цвета. . Следовательно, предлагаемый дискриминатор так же как и прототип, позволяет определить область отклоне ния контролируемого напряжения за допусковые границы, однако в отличие от прототипа предлагаемый дискриминатор работает вплоть до наносекундных длительностей импульсов. Это обеспечивается за счет того, что сравнение амплитуды импульсов с напряжением допуска производится на ТД, работающих с импульсньм питанием Диаграмма на фиг. 3 поясняет работу ТД в схеме при подаче импульс питания достаточной дпительности t .и узкого контролируемого импульса V. ил Значение амплитуды импульса питания и сопротивления резисторов в цепи

импульса питания tp. Если эту длительность выбрать в микросекундном диапазоне (единицы и десетки мкс), т.е. t tfjg единицы не, то импульсный ДУ должен обладать способностью усиления сигналов микросекундной длительности, в то время как ТД работает с измеряемыми импульсами наносекундной длительности. питания ТД (резисторы 10 и 13) регулируются таким образом, чтобы при воздействии импульса питания рабочая точка ТД выводилась в пиковую точку характеристики (линия нагрузки 19 на фиг. 3). Подача допускового напряжения, полярность которого противоположна полярности напряжения питания и контролируемого импульса, вызывает смещение рабочей точки вниз по характеристике (положение, линии нагрузки 20 на фиг. 3). При поступлении короткого контролируемого импульи амплитудой са длительностью t И 7/ . ТД срабатывает и его рабочая точка перемещается в высоковольтное состояние (точка 6 на фиг. 3), а после окончания входного импульса перемещается в точку в диффузионной ветви (фиг. 3 ), где и остается в течение всего времени, пока длится импульс питания. Таким образом, на вход дифференциального усилителя подается с ТД импульс, длительность которого равна длительности Следовательно, в предлагаемом устройстве полоса пропускания и быстродействие ДУ может быть на 3-А и более порядков хуже, чем полоса пропускания ТД, что соответствует реальному состоянию электронной техники, причем, как указывалось вьше, такое отличие в быстродействии лучших ДУ и ТД порождается принципиальными физическими причинами и всегда будет сохраняться. Изложенное подтверждает то, что предлагаемый дискриминатор по сравнению с прототипом, в котором сравнение контролируемого . и допускового напряжений производится на ДУ, позволяет контролировать импульсы на 3-4 порядка более узкие. Таким образом, предлагаемый дискриминатор расширяет функциональные возможности известного устройства, обеспечивая определение области 7 выхода контролируемого напряжения за допусковые пределы при контроле импульсов вплоть до наносекундной длительности. 10950828 Предлагаемый дискриминатор практически реализован в установке контроля параметров микросхем типа КПМ-2.

ДИСКРИМИНАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПО ДВУМ ДОПУСКОВЫМ ГРАНИЦАМ, содержащий туннельный диод сравнения по верхней допусковой границе, туннельный диод сравнения по нижней допусковой границе, первые из выводов которых подсоединены к общей шине, вторые - через резисторы - к источнику контролируемых импульсов, источники допуско;вых напряжений по верхней и нижней допусковым границам, каждый из которых соединен через резистор с соответствующим туннельным диодом, и логический блок, входы которого соединены с вторыми выводами туннельных диодов, a выход - с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник импульсов питания туннельных диодов, блок синхронизации, полупроводниковый диод и два резистора, при этом источник импульсов питания туннельных диодов соединен с вторыми выводами туннельных диодов через соответствующие введенные резисторы, блок синхронизации включен между источником импульсов питания туннельных диодов и источником контролируемых импульсов, полупроводниковый диод включен параллельно туннельному диоду сравнения по нижней допусковой границе, a логический блок выполнен на дифференциальном усилителе.

19

И

«

rfl

Л-

It

г Т У

1

«HMMMMt

KfMKifMeffttnti fiiitti млумг Vtt нвнвгтвнЛмЛ ifiimtJi H t iii