Автоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Os N3 00

о

а

01

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения активной составляющей проводимости, емкости и добротности радиотехнических элементов в параллельной и/или последовательной схемах замещения параметров с повышенной точностью и быстродействием измерений в широком диапазоне рабочих частот и может быть использовано при технологическом контроле параметров полупроводниковых приборов и других как линейных, так и нелинейных объектов Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений с сохранением диапазона рабочих частот. Автоматизированное устройство для измерения параметров радиотехнических элементов содержит формирователь 1 централ1,ной частоты и полосы пропускания Введение в устройство измерительного блока 2, частотно-кодово го преобразователя 4, микроЭВМ 5, блока 6 отображения инфоомации и кодоуправля- емого источника 7 напряжения смещения позволяет повысить точность и быстродействие измерений с сохранением диапазона рабочих частот. 1 з п.ф-лы, 4 ил. fe

Фиг.1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения активной составляющей проводимости (сопротивления потерь), емкости и добротности различных радиотехнических элементов, как линейных, так и нелинейных, 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 элементов автоматизированных систем контроля различной радиоэлектронной аппаратуры, а также при технологическом контроле параметров полупроводниковых приборов и других обь- ектов.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений с сохранением диапазона рабочих частот.

На фиг. 1 представлена структурная схема автоматического устройства для измере- ния параметров радиотехнических элементов; на фиг,2 - структурная схема частотно-кодового преобразователя; на фиг.З - диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого автоматического устройства; на фиг.4 - структурная схема алгоритма работы микроЭВМ.

Автоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов (фиг.1) содержит формирователь 1 центральной частоты и полосы пропускания, измерительный блок 2 с исследуемым радиотехническим элементом 3, частотно- кодовый преобразователь 4, микроЭВМ 5, блок 6 отображения информации и кодоуп- равляемый источник 7 напряжения смещения.

Частотно-кодовый преобразователь 4 (фиг.2) включает первый, второй и третий элементы И 8-10, элемент ЗАПРЕТ 11, первый, второй и третий элементы ИЛИ 12-14, узел 15 формирования импульсов, двоичный счетчик 16, многоканальный переключатель 17, узел 18 формирования образцовых интервалов времени, триггер 19 синхронизации, первый, второй и третий дифференцирующие узлы 20-22 и моностабильный элемент 23. На фиг.2 обозначены информационные 24 и 25 и управляющие 26 и 27 входы, а также выходы 28 и 29 и информационные выходы 30 преобразователя.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В параллельной схеме замещения измерительный блок 2, характеризующийся добротностью Qi, емкостью Ci и резонансной (центральной) частотой foi, обладает экБивалентной активной составляющей проводимости

2 jrfoi Ci

Gi

Qi

(1)

При параллельном подключении к измерительному блоку 2 исследуемого радиотехнического элемента 3, представляемого в виде параллельной схемы замещения с параметрами искомых емкости Сх и активной

составляющей проводимости Gx, изменяются его резонансная (центральная) частота, добротность и емкость, которые принимают соответственно значения fo2, Q2 и Са, при этом эквивалентная активная составляющая проводимости блока 2

G2

2 л fro Ca

02

(2)

где

С2 Ci + Сх.(3)

Отсюда искомая емкость радиотехнического элемента 3

Сх С2 - Ci.(4)

Активная составляющая проводимости G2 (2) измерительного блока, как и емкость С2 (3), представляет собой параллельное соединение двух проводимостей Gi (1) и Gx, поэтому

Gx G2 GI 2тг

fo2 С2 foi Ci

(5)

Q2Qi

Зная параметры схемы замещения исследуемого радиотехнического элемента (4) и (5) на частоте измерения

fx - fo2,(6)

можно определить и третий искомый пара

метр - добротность

2 я fx Сх

Gx

(7)

Как видно из полученных соотношений (4), (5) и (7), искомые параметры определяются такими параметрами измерительного блока, которые трудно поддаются автоматизации измерений. С целью упрощения измерений данных параметров воспользуемся центральной (резонансной) частотой

fo

fl +f2

(8)

и полосой пропускания на уровне у тг

0,816

Af fz- fi.

(9)

которые формируются автоматически в известном устройстве на основании частот fi и f2, соответствующих координатам точек перехода через нуль характеристики второй производной от амплитудно-частотной характеристики исследуемого резонанса контура, при этом добротность контура

0 -утЬ-- 1°)

Принимая во внимание соотношение (10), представим неизвестные величины Qi и Q2 через соответствующие значения резонансной частоты (8) foi и fo2 и полосы пропускания (9) Afi и Af2, получаемых для измерительного блока при отключенном и подключенном исследуемом радиотехническом элементе:

По - JCU

02

Qi

(11)

V2 Afi

Используя известное уравнение Том- сона, связывающее резонансную частоту с индуктивностью и емкостью контура, представляем неизвестные величины Ci и Са через соответствующие значения резонансной частоты (8) foi и foa и индуктивность L измерительного блока:

1

( 2 л foi )2 L

: С2

1

---.(12) (2JTfoi)2L

При подстановке соотношений (11) и (12) в соответствующие уравнения (4) и (5), выражения для искомых параметров преоб- ретают следующий вид:

1

1

4л:21

f§2

{&h Afi

& fgl

Искомая добротность Qx радиотехнического элемента определяется в соответствии с выражением (7) на основании измеряемых и вычисляемых по формулам (13) и (14) величин параметров с учетом регистрируемой частоты измерения fx по равенству (6).

Соотношения для искомых параметров радиотехнического элемента, представляемых в последовательной схеме замещения,

соответственно емкости С, активного сопротивления гх и добротности Qx, могут быть получены аналогичным образом и представлены в следующем виде:

г

Сх

1

4jr2L(fS2-f J2)

r -2v2VrL(Af2-Afi):

Qx

(17)

10

15

20

где частота измерения fx в точности соответствует частоте fx, определяемой по формуле (6).

Константы и параметры, входящие в соотношения (15) - (17). по физическому смыслу идентичны аналогичным константам и параметрам, полученным для параллельной схемы замещения в соответствии с выражениями (11) и (12), за исключением того, что параметры с индексом 2 (fo2 и Л fa) получают в результате измерений при последовательном включении исследуемого радиотехнического элемента в измерительный блок 2

Предлагаемое уст ройство в автоматическом режиме для выбранной схемы замещения и установленного напряжения смещения последовательно во времени дважды, соответственно с отключенным и подключенным исследуемым элементом, формирует в виде соответствующих частот foi. Д f 1 и fc2, A fa резонансную частоту (8) и полосу пропускания (9) измерительного блока с последующим преобразованием этих частот в цифровой код и в соответствии с установленными математическими соотношениями (6), (7) (13), (14) или (6) М5)-(17) в зависимости от принятой схемы замещения производит вычисление искомых параметров с помощью микроЭВМ 5 обеспечивая при этом существенное повышение точности и быстродействия измерений без сокращения диапазона рабочих частот

Автоматическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов работает следующим образом

Исходное состояние и порядок функционирования автоматического устройства (фиг 1) определяет микроЭВМ 5, для подготовки к работе которой необходимо выполнить ряд операций. Первоначально отредактированная программа вычислений параметров исследуемых радиотехнических элементов 3 совместно с алгоритмическим языком, на котором работает микроЭВМ, записывается в постоянное запоминающее устройством (n3V) где и подлежит хранению

Перед каждым новым включением в работу автоматического устройства информация с ПЗУ перезаписывается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), затем по соответствующей команде (для этого используется клавиша Пуск) вызывается данная программа и на экране блока б отображения информации появляется комментарий, указывающий оператору порядок действий. При этом на первых четырех шинах третьего порта ввода-вывода микро25

30

40

50

ЭВМ 5 устанавливаются нулевые уровни сигналов. На остальных шинах всех портов ввода-вывода микроЭВМ 5 также исходно устанавливаются нулевые потенциалы, хотя их наличие не имеет существенного значения для нормальной работы измерительного устройства в целом.

В дальнейшем в соответствии со структурной схемой (фиг.4) алгоритма работы микроЭВМ 5 последовательно во времени в диалоговом режиме с клавиатуры осуществляется ввод значения индуктивности L измерительного блока 2 с последующим вычислением коэффициента

М

1

4л21

(18)

входящего в соотношения (13) и (15) для искомых параметров. В случае выполнения измерительного блока 2 с неизменной индуктивностью Lee величина и коэффициент М (18) представляют константы и их значения могут быть занесены в ПЗУ микроЭВМ 5 при первичной отладке программы вычисления искомых параметров.

Затем вводят вид схемы замещения W, причем при измерениях параметров радиотехнических элементов 3 по параллельной схеме замещения значение переменной W принимается равным нулю (W 0), а по последовательной схеме замещения - единице (W 1). В соответствии с этим на первой шине V1 третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется нулевой или единичный потенциал (фиг.За), который, передаваясь на второй управляющий вход измерительного блока 2, производит коммутацию исследуемого радиотехнического элемента 3 по параллельной или последовательной схеме замещения его параметров.

После этого вводят требуемое значение напряжения смещения U0, представляемое в виде десятичного числа в пределах от нуля до некоторой максимальной величины, например 32 В, на которую спроектирован ко- доуправляемый источник 7 напряжения смещения, исходя из условий измерений параметров исследуемых радиотехнических элементов 3.

Максимальное значение напряжения смещения, получаемого на выходе кодоуп- равляемого источника 7, определяется в пределе размахом максимального выходного напряжения, используемого совместно с цифроаналоговым преобразователем операционного усилителя. Для операционного усилителя типа К1408УД1 максимальное выходное напряжения составляет ± 19В, что позволяет получить, используя схему смещения выходного уровня, максимальное напряжение на выходе кодоуправляемого источника 7 до 38 В, однако точность его установки определяется разрядностью используемого цифроаналогового преобразователя, которая должна быть не менее 12.

Большую разрядность цифроаналогового преобразователя получить трудно, и это

0 определяет 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

5 лишь с частотно-кодовым преобразователем 4, который является 16-разрядным, а с кодоуправляемым источником 7 задействованы лишь 12 шин, что не нарушает нормального функционирования микроЭВМ 5.

0 Введенное численное значение напряжения смещения U0 микроЭВМ 5 переводит в цифровой двоичный код. который появляется на соответствующих шинах ее первого и второго портов ввода-вывода, пе5 редается на соответствующие цифровые шины кодоуправляемого источника 7 напряжения смещения и воздействует на изолированные от основной части выходные шины частотно-кодового преобразователя 4.

0С целью снижения составляющей погрешности установки напряжения смещения, обусловленной конечной величиной разрядности кодоуправляемого источника 7, на экране блока 6 в дальнейшем отобра5 жается не вводимая величина напряжения смещения, а его значение, соответствующее получаемому двоичному коду.

После ввода и преобразования данной информации на второй шине V2 третьего

0 порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.Зб), который, воздействуя на управляющий вход, записывает в регистры кодоуправляемого источника 7 напряжения

5 смещения информацию, имеющуюся на его цифровых шинах. По окончании действия указанного импульса цифровая информация в регистрах сохраняется и на выходе кодоуправляемого источника 7 образуется

0 напряжение смещения, в точности соответствующее сформированному двоичному коду, которое передается по второму информационному входу в измерительный блок 2 и далее воздействует на исследуемый ради5 отехнический элемент 3.

Вскоре на третьей шине V3 третьего порта ввода-вывода микроЭВМ 5 формируется относительно большой по длительности прямоугольный импульс (фиг.Зв) который, воздействуя на первый управляющий вход частотно-кодового преобразователя Л передним ф;,онтэм приводит данный преобразователь а исходное состояние и на время счоей длительности разрешает ему прием информации по первому инфор- мационному и второму управляющему входам и запрещает прием информации по его второму информационному При этом выходные шины частотно-кодового преоб- паэователч 4 остаются изолированными от основной части схемы и сигналы на них отсутствуют тагже отсутствует на его втором выходе На первом выходе час- тотно-кодового преобразователя 4 в момеи i появления прямоугольного импуоьсл (фиг.Зв) на его первом управляющем вход образуется остроконечный импульс ( риг Зг), которые, поступая на ус-яновочный вход, приводит в действие фосмирова.ег,., 1 пен тральной част jTbi и полосы поопускания по выполнению все операций, сн паннь как с установкой начальных условии работы, так и формированием достоверной ин формации о центральной частоте и полосе пропускания измерительною блока 2 с от ключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

Исходно формиров л епь 1 иентр-тьнои частоты и полосы пропускания нэ своих первых трех выходах формирует сигналы с не кими частотами, соответствующими начальным условиям работы, а на четвертом выходе сигнал исключается При значения частот сигналов ча первом и втором выходах формирователя 1 соответствуют нижней границе частотного диапазона работы измерительного устройства a HCI третьем выходе - минимально возможной измеряемой полосе пропускания П(лучае- мые немодулированные сигналь на втором и третьем выходах формирователя 1 воздействуют соответственно на первый и Бторой информационные входы частотно-кодового преобразователя 4, а сигнал г. первого выхода, имеющий частотную модуляцию с не- большой дг. нацией чг-стоты поступает на первый информационный вход измерительного блока 2. Измерительны блок 2 обладая собственной резонансной ча(. отой как правило, отличной.от нижней границы час- тотного диапазона измерительного устройства, сигнал на СБОЙ выход не пропускает и, следовательно, сигнал на информационном входе формирователя 1 отсутствует

Спустя нэкогсрое предельно короткое время, достаточное для установления начальных условий работы фоомиривателя 1, одновременно начинают изменяться (увеличиваться) частоты на его первом и втором выходах. По мере увеличения частоты несущей частотно-модулированного испыта- тельногосигнала 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 формирователе 1 центральной частоты и полосы пропускания подвергается обработке с образованием со точнной составляющей, пропорциональной амплитудно честотной характеристике измерительного блока 2 и ряда гармонических составляющих модулирующего гигна па в том числе и второй пропорциональной второй производи л от амплитудно-частотное характеристики. Вторая гармоническая составляющая погле синхронной фазонечувгт витель ней селекции и синхроч ной фазочувствительнои демодуляции превращается в постоянную составляющую, пропорциональную Biopon производной Постоянные составляющие пропорциональные амплигудьо частотной характеристике и вто рой производной, зятем рччдепьно юдлежат операции нормирования г гаким расчетом чтобы максимальные данных сигналов устанзвливзпиСо а определенных уровнях независигио от величин добротности измерительного блока 2 с отключенные и подключенным исследуемым радиотехническим элементом 2

При переходе через нуль нормир -ванной характеристики второй производной начинает изм мяться (увеличиваться) частота на третьем выходе формирователя 1 и эгот процесс происходит до тех пор, пока нормированная характеристика второй производной HP достигнет своего максимального значения Когда данная характеристика достигнет экстремума кратковр мечно фиксируются частоты на втором и третьем выходах формирователя 1 значения i ото- рмх в первом приближении соответствуют центральной частоте (8) и полосе пропускания на соответствующем уровне (9) измерительного блока 2 Частота первом выходе продолжая непрерывно нчр;стать с превышением точного значения частоты, соответствующего центральной частоте измерительного блока 2. приводит к образованию относительно зафиксированного значения частоты на втором выходе разности частот, которая непрерывно сравнивается с уменьшенной в два раза частотой сигнала, зафиксированного на третьем выходе формирователя 1 при этом уровень сигнала на выходе измерительного блока 2 начинает убывать. Последнее обусловлено

тем, что с достижением максимумов амплитудно-частотной характеристики и характеристики второй производной происходит активизация процесса нормирования характеристик с фиксацией сквозного коэффициента передачи испытательного сигнала в формирователе 1.

При совпадении с точностью до фазы получаемой разностной частоты с уменьшенной в два раза частотой, имеющейся на третьем выходе формирователя 1, которое происходит вблизи второй координаты перехода через нуль нормированной характеристики второй производной, частота несущей частотно-модулированного сигнала на первом выходе формирователя 1 начинает убывать до тех пор, пока снова не образуется аналогичная разность частот с противоположным знаком. При этом значение второй производной, соответствующее ее первой координате перехода через нуль, может отличаться от нулевого уровня, так как первоначальное получение частоты на втором выходе формирователя 1, в точности равной центральной частоте измерительного блока 2, оказывается маловероятным. В дальнейшем этот процесс повторяется с образованием разностных частот, абсолютное значение которых относительно частоты, генерируемой на втором выходе формирователя 1, определяется уменьшенной в два раза частотой, действующей на третьем выходе данного формирователя.

Уровни нормированной характеристики второй производной, получаемые при указанных условиях, сравниваются и в зависимости от результата сравнения влияют на номинальное значение частоты, действующей на втором выходе формирователя 1, таким образом, чтобы установить на одном и том же уровне значения второй производной при заданных величинах разностных частот независимо от влияния различного рода факторов. В свою очередь, частота на третьем выходе формирователя 1 изменяется таким образом, чтобы получить ее величину равной удвоенному значению разностных частот, соответствующему разности координат точек перехода через нуль нормированной характеристики второй производной.

По истечении некоторого интервала времени формирователь 1 уравновешивается с заданной степенью точности, непрерывно поддерживая постоянными значения частот на своих втором и третьем выходах, удовлетворяющих требованиям непосредственного отсчета центральной частоты foi (1) и полосы пропускания Afi (9) измерительного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3. Длительность процесса уравновешивания с заданной степенью точности формирователя 1, определяющая, по существу, время измерения Гизм1 параметров измерительного блока 2 с отключенным радиотехническим элементом 3, контролируется. Полное завершение данного процесса сигнализиру0 ется относительно коротким прямоугольным импульсом (фиг.Зд), полученным на четвертом выходе формирователя 1 центральной частоты и полосы пропускания. Этот импульс, поступая на второй управля5 ющий вход частотно-кодового преобразователя 4, подготавливает его к работе.

Частотно-кодовый преобразователь 4, непрерывно воспринимающий по первому информационному входу информацию с

0 второго выхода формирователя 1 центральной частоты и полосы пропускания и получивший в рассматриваемый момент времени разрешение на работу, спустя некоторое непродолжительное время формирует об5 разцовый по длительности одиночный синхронизирующий импульс (фиг.Зж), в течение которого и осуществляется преобразование поступающей центральной частоты foi (11) в цифровой двоичный код. По окончании фор0 мирования синхронизирующего импульса (фиг.Зж) частотно-кодовый преобразователь 4 переходит в режим хранения преобразованной информации и вызывает появление на своем втором выходе определенной

5 длительности прямоугольного импульса (фиг.Зи), свидетельствующего о готовности данных в виде цифровой измерительной информации, которая при этом предъявляется на выходные шины данного преобразовате0 ля.

Прямоугольный импульс (фиг.Зи), полученный на втором выходе частотно-кодового преобразователя 4, воспринимается по пятой шине третьего порта ввода-вывода

5 микроЭВМ 5, которая с момента образования прямоугольного импульса (фиг.Зв) на третьей шине V3 своего третьего порта ввода-вывода все это время осуществляла непрерывный опрос готовности данных на

0 шинах первого и второго портов ввода-вывода. МикроЭВМ 5, получив таким образом разрешение на ввод данных, перезаписывает (осуществляет ввод информации F1 и F3 побайтно в соответствии со структурной

5 схемой алгоритма, показанной на фиг.4) хранимую в частотно-кодовом преобразователе 4 и предъявляемую на его выходные шины цифровую информацию о значении центральной частоты foi в соответствующую ячейку оперативной памяти, где она подлежит хранению для последующих вычислений При этом импульс. (фиг.Зи) на пятой шине третьего порта ввода-вывода микро- ЭВМ 5 перестает быть актуальным и к данному моменту времени он, как правило, заканчивается, производя изоляцию выходных шин частотно-кодового преобразователя 4 от основной части схемы

После ввода дайной информации мик- роЭВМ 5 на третьей шине V3 своего теть его порта ввода-вывода устанавливает нулевой потенциал, заканчивающий формирование единичного импульса (4 и Зч) переходит снова в режим опроса готовности данных на своих первом и втором портах ввода-вывода. Под влиянием пипучен- ного нулевого потонцизла, пооявляю- щегося на первом управляющее входе, частотно-кодовый преобразователь 4 пол учает разрешение на о оябптк;/ ин;|/орма- ции, непрерывно поступающей на его второй информационный вход с третьего выхода формирователя 1 центральной чзгтоты и полосы пропускания, с одновременным запрещением приема тактовой пс иго пер вому информационному и второму управляющему входам соответственно с второго и четвертого выходов формироватг-ля 1 При непрерывной работе формировавшая 1 на его четвертом выходе не исключено по- явление одного или нескольких импульсов, например второго изображенного на фиг.Зд, на временном интервале действия указанного нулевого потенциала.

Вместе с этим под влиянием заднего фронта закончившегося прямоугольного импульса (фиг.Зв) частотно кодовый преобразователь 4 производит полное сгиранис хранимой цифровой измерительной информации и подготавливается к очередному циклу работы. Спустя некоторый интервал времени частотно-кодовый преобразователь 4 снова формирует образцовый -ю длительности одиночный синхронизирующий импульс (фиг.Зж), в течение которого и осу- ществляется аналогично описанному преобразование в цифровой двоичный код поступающей с третьего выхода формирователя 1 частоты, соответствующей полосе пропускания Afi (11) измерительного бло- ка 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

В момент прекращения действия синхронизирующего импульса частотно-кодовый преобразователь 4, переходя в режим хранения полученного двоичного кода, снова формирует прямоугольный импульс (фиг.Зи), под алиянием которого цифровая измерительная информация предъявляется на выходные шины преобразователя 4, а

микроЭВМ 5 получает разрешение на выполнение операции ввода новых данных. Вновь предъявленную информацию микро- ЭВМ 5 снова перезаписывает (ввод данных D1 и D3 производится также побайтно) в соответствующую ячейку своей оперативной памяти для хранения и последующего вычисления искомых параметров и приступает к дальнейшему выполнению программа в соответствии со структурной схемой алгоритма, изображенной на фиг.4. Исчезающий к данному моменту времени второй прямоугольный импульс (фиг.Зи) на втором выходе ччстотно-кодового преобразопзтеля 4 снова изолирует выходные шины последнего от его основной части схемы.

МикроЭВМ 5, формируя а очередной раз лрямоуюльный импульс {фиг.Зв) на третьей шиче V3 своего третьего порта ввода-вывода аналогично .писанному СНОРЯ приводит а действие частотно-кодовый преобразователь 4 и вместе с ним формирователь 1 центральной частоты и полосы пропускания по выполнению в полном обьеме своих функций, включая установку начальных условий работы, и процессы в них и в измерительном устройстве в целом повторяются в той же последовательности, ч о и при формировании и преобразовании и-мерительной информации о параметре. измерительного блока 2 с отключенным исследуемым ради- отелническим элементом 3, зя исключением того что в очеоеднои такт своей работы мик- роЭВМ 5 на четвертой шине V4 своего третьего порта ввода-вывода формирует единичный потенциал (фиг.Зл), который, поступая на первый управляющий вход измерительного блока 2 включает исследуемый радиотехнический элемент 3 в состав измерительного блока с реализацией соответствующего режима его работы по изначальнс определенной схеме замещения параметров При этом центральная частота и полоса пропускания измерительного блока 2 изменяются, принимая соответственно значения fo2 и Af2(11) содержащие информацию об искомых параметрах исследуемого радиотехнического элемента 3.

Таким образом, формирователь 1, повторив описанные операции, спустя время измерения Гизм 2 на четвертом выходе снова формирует относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.Зд), свидетельствующий о завершении процесса уравновешивания и готовности достоверной информации о центральной частоте fo2 и полосе пропускания Дт2 измерительного блока 2 с подключенным исследуемым радиотехническим элементом 3, а микроЭВМ 5 повторяет ввод преобразуемой частотно-кодовым преобразователем 4 цифровой измерительной информации (сначала в виде данных F2, F4, а затем D2, D4) в соответствующие ячейки своей оператив ной памяти для хранения и последующих вычислений.

После выполнения данной операции микроЭВМ на четвертой шине V4 своего третьего порта ввода-вывода устанавлива- ет нулевой потенциал, завершая формирование прямоугольного импульса (фиг.Зл), отключающего исследуемый радиотехнический элемент 3 от измерительного блока 2, и приступает к дальнейшему выполне- нию программы по вычислению искомых параметров в соответствии с заданным алгоритмом (фиг.4). С отключением исследуемого радиотехнического элемента 3 измерительный блок 2, возвращаясь в ис- ходное состояние, скачкообразно приобретает прежние (первоначальные) значения параметров foi и Afi, которые могут существенно отличаться от только что зафиксированных значений fo2 и Af2.

Из-за получаемой большой расстройки измерительного блока 2 по частоте формирователь 1 может утратить прежнее равновесие и, не возвратясь в уравновешенное состояние, на втором и третьем выходах может генерировать некие частоты,находящиеся вблизи границ частотного диапазона работы измерительного устройства. При малых расстройках измерительного блока 2 по частоте формирователь 1 может восста- новить уравновешенное состояние, непрерывно генерируя на втором и третьем выходах центральную частоту foi и полосу пропускания Afi измерительного блока 2 с отключенным радиотехническим элемен- том 3, а на четвертом выходе - прямоугольные импульсы (фиг.Зд). Независимо от того, какой из случаев в данный момент времени проявляется, на 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, в дальнейшем сводятся к непосредст- венному вычислению искомых параметров по запрограммированным формулам (7), (13)-(17) с учетом ранее введенных в виде соответствующих констант и данных, полученных в результате измерений. После окончания вычислений на экран блока 6 отображения информации микроЭВМ 5 выводит вид схемы замещения W, напряжения смещения U0 в виде значений Y, а

значения вычисленных параметров в соответствующих единицах измерения, частоты измерения Fp в виде значения F2, 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 и микроЭВМ 5 переходит в режим Останов.

При необходимости процесс измерений и вычислений может быть продолжен при тех же исходных данных, только при новом значении напряжения смещения 1)Ј3, только при доугой схеме замещения W, при всех новых данных. В соответствии со структурной схемой (фиг.4) алгоритма работы при прежних данных микроЭВМ 5 на третьей шине V3 своего третьего порта ввода-вывода формирует прямоугольный импульс (фиг.Зв) и запускает аналогично описанному автоматическое устройство в работу с возобновлением измерительной информации. Такой режим работы микро- ЭВМ 5 и автоматического устройства в це лом полезен при исследовании влияния различного рода факторов (температуры, влаги, давлени и т д.) на параметры исследуемых радиотехнических элементов 3.

При всех новых данных работа автоматического устройства начинается с ввода этих данных, включая замену исследуемого радиотехнического элемента 3, с последующим повторением всех описанных операций. При необходимости получения информации только при новом значении напряжения смещения U0 или только при другой схеме значения W достаточно ввести новое значение U0 или W и микро- ЭВМ 5, осуществив указанные 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.

Частотно-кодовый преобразователь 4 (фиг.2), используемый в предлагаемом автоматическом устройстве (фиг 1), работает следующим образом.

Прямоугольный импульс (фиг.Зв) относительно большой длительности, поступая на первый управляющий вход 26 частотно-кодового преобразователя 4 и, следовательно, на входы первого и второго дифференцирующих узлов 20 и 21, вторые входы первого и третьего элементов И 8 и 10, а также на инверсный вход элемента ЗАПРЁТ 11, разрешает прием информации по первому информационному и второму управляющему входам 24 и 27 и запрещает прием по второму информационному входу 25.

Под влиянием переднего фронта данного импульса (фиг.Зв) на выходе первого дифференцирующего узла 20, реагирующего только на положительный перепад напряжения, формируется остроконечный импульс (фиг.Зг), который, поступая непосредственно на установочный вход триггера 19 синхронизации и через второй элемент ИЛИ 13 на R-вход двоичного счетчика 16, устанавливает указанные функциональные блоки в исходное состояние с образованием на их выходах нулевых потенциалов, Одновременно этот же импульс (фиг.Зг) передается на первый выход 28 частотно-кодового преобразователя 4.

Второй дифференцирующий узел 1, реагирующий только на отрицательный перепад напряжения, не может создать на своем выходе сигнал, который бы повлиял на состояние триггера 19 синхронизации, Маловероятным оказывается и образование в начальный момент времени, когда измерительное устройство еще не запущено в работу, какого-либо управляющего импульса на втором управляющем входе 27 частотно-кодового преобразователя 4, который, пройдя через подготовленный для передачи информации третий элемент И 10 и третий элемент ИЛИ 14, воздействовал бы ча уп- равляющий вход триггера 19 синхронизации и преждевременно подготавливал его к работе.

Нулевой потенциал, полученный на выходе триггера 19 синхронизации, препятствует передаче информации посредством второго элемента И 9 на С-вход двоичного счетчика 16с выхода узла 15 формирования импульсов, на вход которого через первый элемент ИЛИ 12 и подготовленный для передачи информации первый элемент И 8 непрерывно поступает синусоидальный сигнал определенной частоты. Этот сигнал с помощью узла 15 формирования импульсов превращается в нормализованные прямоугольные импульсы, которые воздействуют на первый вход второго элемента И 9..

Третий дифференцирующий узел 22, реагирующий только на отрицательный перепад напряжения, может при самых неблагоприятных ситуациях возвращения в исходное состояние триггера 19 синхронизации образовать короткий импульс на своем выходе и вызвать срабатывание моностабильного элемента 23 и таким образом создать прямоугольный импульс определенной длительности на его выходе.

который, воздействуя на управляющий вход многоканального переключателя 17. на время своей длительности подключает выходные шины 30 частотно-кодового преобразователя 4 к соответствующим выходам двоичного счетчика 16, однако эти сигналы не могут повлиять на состояние других функциональных блоков автоматического устройства (фиг.1). Таким образом, в наиболее

0 вероятной ситуации практически сразу после воздействия прямоугольного импульса (фиг.Зв) групповые выходы 30 остаются изолированными от основной части схемы частотно-кодового преобразователя 4 и на их

5 выходах, а также и на втором выходе 29 устанавливаются нулевые потенциалы.

Спустя некоторое время, принимаемое за время измерения тизм1 . достаточное для того, чтобы под влиянием полученного на

0 первом выходе 8 частотно-кодового преобразователя 4 остпоконечного импульса (фиг.Зг) измерительное устройство уравновесилось с заданной степенью точности, на второй управляющий вход 27 поступает

5 относительно короткий прямоугольный импульс (фиг.Зд), сигнализирующий о готовности данных на первом и втором информационных вхо/1ях 24 и 25 и частотно-кодовый преобразоа-- гель 4 переходит в

0 режим работы по непосредственному пре- ооразопанию достоверной аналоговой измерительной информации в сиде частоты с цифровой двоичный код.

Короткий импульс (фиг.Зд) передаваясь

5 с второго управляющего входа 27 частотно- кодового преобразователя 4 подготовленный для передачи информации третий элемент И 10 и третий элемент ИЛИ 14 на управляющий вход подготавливает

0 триггер 19 синхронизации к работе. Триггер 19 синхронизации, непрерывно воспринимающий по синхронизирующему входу информацию от узла 18 формирования образцовых интервалов времени в виде

5 последовательности прямоугольных импульсов (фиг.Зе) и получивший в рассматри- ваемый момент времени разрешение на работу, ждет прихода ближайшего полного образцового импульса ( мпуль0 са, помеченного номером 1 на фиг Зе) из последовательности импульсов узла 18 формирования. В момент прихода данного импульса на выходе триггера 19 синхронизации образуется образцовый по дли5 тельности одиночный синхронизирующий импульс (фиг.Зж), который разрешает второму элементу И 9 передачу на С-вход двоичного счетчика 16 информации в виде частоты foi, соответствующей центральной частоте измерительного блока 2 с отключенным игч тедуемым радиотехническим эл . ментом J, с выхода узла 15 формирования импульсов

По окончании тактового импульса под номером 1 (фиг.Зе) узла 18 формирования образцовых интервалов времени заканчивается формирование образцового по дли Уельности синхронизирующего импульса (фиг.3.ж) на выходе триггера 19 син рониза ции что прекращав передачу инфорг ч- ции через второй элемент И 9 При этом сам триггер 19 синхронизации возвращается в исходное состояние Количество импульсов, постугиьшее за образцовый интервал впэмени на С-вход двоичного счет- чика 16 (гчжазано на фиг Зж штриховкой), оказывается точно соответствующим час- тоге fm (11) и преобразованным в цифровой двоичный код, ко орый, сохраняясь в двоичном счетчике 16 передается нл иь формационные входы многоканального переключателя 17.

В момент прекращения действия импульса на выходе триггера 9 синхронизации третий дифференцирующий узел 22 образует остроконечный импульс (фиг Зз), когорыи запуская в работу моностабильг ны элпм и г 23, формирует на его выходе огррдепенной дпительности прямоуюль

НИИ ИМПУЛЬС (фИГ Зи) ЭТОТ ИМПулЬС, ДЛИ-

тельность .-опорото выбирают рримеоно ровной 2 4 гпктям работы микроЭВМ 5 од- новременнп воздействуя на втором вылод 29 частотно-кодовою преобразователя 4 и управляющий я/чод многоканального nepf ключателч переводит данный прреклк чатель н положение, соединяющее его чыходы с ин |)Ормзционными входами и следовательно с соответствующими выходами двоичного . (/-ка 16

Б результате данной отррацчи на выходных шина 30 частотно-кодового ии образовател Л появляется достоверная цифровая измеритетьная информация о центральной частоте foi измерительного блока 2 г отключенным элементом 3, которая солра чяетсч до прекращения действия импульса (фиг Зи) на управляющем входе многокя нального переключ i еия 17 Исчезновение этого импульса на выходе моностобильного элемента 23 переводит многоканальный пе- реключатель 17 в исходное состояние с изоляцией своих выходов и, следовательно выходных шин 30 частотно-кодового преобразователя 4 от основной части схемы м цифровая информация на них исключается

Вскоре .тррмоугольный импульс (фиг Зв) на первом управляющем входе 26 часто но кодового преобразователя 4 исчезает, запрещая передачу информации через первый и

третий элементы И В и 10 и разреши ,кто- вую через элемент ЗАПРЬ Г 11 Из непрерывно поступающей информации на первый и второй информационные входы 24 и 25 и второй управляющий вход 27 на этот раз только информация поступающая на второй информационный вход 25 и соответствующая полосе пропускания Л fi (11), подлежит обработке и преобразованию в частотно кодовом преобразователе 4 Эта информация в виде частоты синусоидального си.чапз через элемент ЗАПРЕТ 11 и перчый элемент ИЛИ 12 поступает в формирователь 15 импульсов и аналогично первому случаю превращается в нормализован нь1 о прямоугольные импульсы, которые и воздействуют на первый вход элемент И 9.

Второй дифференцирующий узел 21 ре- а рующии ,олько ча отрицательный перепад напряжения, формирует на саоем выходе остроконечный импульс (фиг Зк), который, поступая через третий элемент ИЛИ 14 на управляющий вход триггера 19 синхронизации и через второй элемент ИЛИ 13 на Н-вхпд двоичного 1 б подготавливают к очередному работы триггер 19 синхронизации л пп л водят полное стипание лрт;)Имой в двоичном счетчике 16 прежней цифровой измеригел1ной информации, приводя его в исходное состояние.

Тр irrep 19 синхронизации получивший во В10рой раз разрешение нч работу, ожидает момент времени, при котором от узла 18 формирования образцовых интервалов времени поступает очередной полный тактовый импульс (импульс под номером 2 из после- допательности импульсов представленной нч фиг Зе). Максимальное время задержки срабатывания триггера 19 синхронизации, как следует из диаграмм, представленных на фиг Зе.ж составляет один период колебаний узла 18 формирования образцовых интервалов времени, а минимальное стремится к нулю

По приходу импульса (фиг Зе) под номером 2 от узла 18 формирования образцовых интервалов времени на синхронизирующий ьход триггера 19 синхронизации на его выходе снова образуется образцовыйподлительностисинхронизирующий одиночный импульс (фиг Зж), За время действия этого имп/льса через второй элемент И 9 на С-вход двоичного счетчика 16 поступает такое количество импульсоо от узла 15 формирования импульсов, которое в точности соотсетсгвует искомой полосе пропускания Afi (11) Код этой часто ил, получаемый в двоичном сиетчике

16 в момент прекращения действия импульса на выходе триггера синхронизации, в дальнейшем сохраняется в нем и передается на информационные входы многоканального переключателя 17. При этом триггер 19 синхронизации снова возвращается в исходное состояние.

Под влиянием короткого импульса (фиг.Зз), получаемого в тот же момент времени в третьем дифференцирующем узле 22, моностабильный элемент 23 снова формирует прямоугольный импульс (фиг.Зи), который передается на второй УЫХОД 29 частотно-кодового преобразователя 4 и воздействует на управляющий вход многоканального переключателя 17. На время действия этого импульса многоканальный переключатель 17 аналогично описанному предъявляет на выходные шины 30 частотно-кодового преобразователя 4 достоверную цифровую измерительную информацию о полосе пропускания Afi измерительного блока 2 с отключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

После этого многоканальный переключатель 17, возвращаясь в исходное состояние, изолирует выходные шины 30 от основной части схемы частотно-кодового преобразователя 4, который на этом заканчивает первый полный цикл своей работы.

В дальнейшем процессы, происходящие в частотно-кодовом преобразователе 4, повторяются в полном объеме, за исключением того, что очередной прямоугольный импульс (фиг.Зв), поступающий на первый управляющий вход 26 частотно-кодового преобразователя 4, производит полное стирание хранимой в двоичном счетчике 16 цифровой измерительной информации, приводя его в исходное состояние, и подготавливает преобразователь 4 в целом к второму аналогичному циклу преобразования в цифровой двоичный код новых значений центральной частоты fo2 и полосы пропускания Л fa измерительного блока 2 с подключенным исследуемым радиотехническим элементом 3.

Таким образом, автома гическое устройство для измерения параметров радиотехнических элементов обладает высокой эффективностью и позволяет существенно повысить точность и быстродействие измерений без сокращения диапазона рабочих частот за счет введения специализированного измерительного блока и перехода к преобразованию достоверной аналоговой измерительной информации в виде частоты в цифровую с последующей ее обработкой и вычислением искомых параметров в мик- роЭВМ, позволяющим практически полностью исключить ручные операции подключения исследуемых элементов к измерительному контуру и вычисления величин искомых параметров по результатам двух

измерений центральной частоты и полосы пропускания.

Это устройство производит измерения с прецизионной точностью и высоким быстродействием, причем с сохранением исключительно широкого диапазона рабочих частот известного устройства, и может быть использовано при технологическом контроле дифференциальных параметров различных радиотехнических элементов, как

линейных, так и нелинейных, а также в подсистемах технической диагностики автоматизированных систем контроля различной радиоэлектронной аппаратуры.

Формула изобретения

отличающееся тем. что. с целью повышения точности и быстродействия измерений с сохранением диапазона рабочих частот, в него введены измерительный блок, частотно-кодовый феобразовэтель,

микроЭВМ, блок отображения информации и кодоуправляемый источник напряжения смещения, причем первый информационный вход измерительного блока соединен с первым выходом формирователя центральной частоты и полосы пропускания, информационный вход которого соединен с выходом измерительного блока, шины первого и второго портов ввода-вывода информации микроЭВМ соединены с соответствующими информационными выходами частотно-кодового преобразователя и цифровыми входами кодоуправляемого источника напряжения смещения, выход которого соединен с вторым информационным входом измерительного блока, второй управляющий вход которого соединен с первой шиной третьего порта ввода-вывода информации микроЭВМ, вторая шина третьего порта ввода-вывода информации

которой соединена с управляющим входом кодоуправляемого источника напряжения смещения, первый управляющий вход измерительного блока соединен с четвертой шиной третьего порта ввода-вывода информации микроЭВМ, третья шина третьего порта ввода-вывода информации которой соединена с первым управляющим входом частотно-кодового преобразователя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с вторым и

третьим выходами формирователя центральной частоты и полосы пропускания,четвертый выход которого соединен с вторым управляющим входом частотно-кодового преобразователя, первый выход которого соединен с установочным входом формирователя центральной частоты и полосы пропускания, второй выход частотно-кодового преобразователя соединен с пятой шиной третьего порта ввода-вывода информации микроЭВМ, информационный выход которой соединен с входом блока отображения информации,

зторым информационным входом преобразователя, первый вход т ретьего элемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого является вторым управляющим входом преобразователя, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом узла формирования импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего дифференцирующего узла и выходом триггера синхронизации, синхровход которого соединен с выходом узла формирования образцовых интервалов времени, выход первого дифференцирующего узла соединен с установочным входом триггера синхронизации, вторым входом второго элемента ИЛИ и является первым выходом преобразователя, управляющий вход триггера синхронизации соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго дифференцирующего узла и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с R-входом двоичного счетчика, С вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход третьего дифференцирующего узла соединен с входом моностабильного элемента, выход которого соединен с управляющим входом многоканального переключателя и является вторым выходом преобразователя, выходы двоичного счетчика соединены соответственно с информационными входами многоканального коммутатора, выходы которого являются информационными выходами преобразователя

Фиг.2

гэ сэ гэсэ-тдсэ сэ га о гз сэ jd тэ сэ о О о со т QJ голае с;

СПУСК )