Преобразователь ток-частота Советский патент 1991 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения токов источников с большим внутренним сопротивлением, таких как ионизационные камеры, пучки заряженных частиц циклотронов, токи утечек полупроводниковых приборов.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения малых значений тока.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит интегратор 1, коммутатор-формирователь 2 образцового тока,, выполненный на МДП-тран- зисторе, формирователь 3 напряжения,

компараторы 4, 5 верхнего и нулевого уровней, D-триггер 6.

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении на вход интегратора 1 измеряемого тока потенциал на его выходе нарастает до уровня верхнего порога компаратора 4. При равенстве выходного напряжения интегратора 1 и порогового компаратора 4 последний срабатывает, устанавливая при этом D-триггер 6 в состояние 1, формируя передний фронт компенсирую- щего импульса. С выхода D-триггера 6 1 поступает на вход формирователя 3 напряжения. С выхода формирователя сформированное по уровню напряжение

Ф

К

00

I

ел

поступает на сток и исток полевого МДП-транзистора коммутатора-формирователя 2 образцового тока. Под воздействием напряжения формирогателя происходит лавинный процесс ударной ионизации в p-n-переходе (образованном между электродами стока и истока с одной стороны и подложкой с другой), что ведет к образованию в р-n- переходе высокоэнергетических свободных носителей заряда электронов, которые под воздействием градиента потенциалов, существующего между подложкой и затвором, способны преодолевать

энергетический барьер, существующий на границе полупроводник - диэлектрик т.е. происходит инжекция зарядов в область затвора МДП-транзистора. Это приводит к протеканию компенсирую- щего тока на вход интегратора 1, полярность которого противоположна измеряемому.

Напряжение на выходе интегратора 1 уменьшается, так как происходит

интегрирование компенсирующего тока, имеющего более высокий порядок, чем измеряемый.

Б момент достижения нуля выходным напряжением интегратора 1 срабатыва- ет компаратор 5 нулевого уровня, фиксирующий установление нулевых начальных условий интегратора 1. Триггер 6 устанавливается в состояние О, на выходе формирователя 3 устанавливается нулевой уровень напряжения, р-п- переход выходит из режима лавинного пробоя, инжекция свободных носителей заряда прекращается и компенсирующий ток на вход интегратора не поступает С этого момента начинается цикл интегрирования измеряемого тока. Так как сток, исток и подложка полевого МДП транзистора, выполняющего функции формирователя и коммутатора компен

сационного тока, находятся под нулевой разностью потенциалов, то паразитный ток на входе интегратора будет обусловлен только током утечки по затвору входных МДП транзисторов, а входное дифференциальное сопротивление усилителя интегратора 1 в данном случае будет ограничено сопротивлением структуры металлокисел - полупро

0

5

0

5

0

водник, величина которого как правило на несколько порядков выше, чем сопротивление p-n-перехода Исключение паразитных токов на входе интегра тора 1, обусловленных неидеальностью схем формирования компенсирующего заряда, и повышение входного дифференциального сопротивления позволяет значительно повысить чувствительность по току до уровня, определяемого током утечки затвора входных МДП транзисторов, интегратора, т.е. расширить диапазон измерения в сторону малых значений и снизить аддитивную составляющую погрешности коэффициента преобразования.

Выполнение преобразователя по данной структурной схеме выгодно отличает его от прототипа, так как расширяется диапазон измеряемых токов на 1-2 порядка в сторону меньших значений и снижается погрешность коэффициента преобразования в начале диапазона измерения.

Форму-л- а изобретения

Преобразователь ток-частота, содержащий компаратор, D-триггер, интегратор, вход которого является входной шиной, а выход соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является шиной опорного напряжения, выход компаратора соединен с установочным входом D-тригге- ра, отличающийся тем, что: с целью расширения диапазона измерения малых значений тока, в него введены компаратор нулевого уровня, формирователь напряжения и коммутатор- формирователь образцового тока, выполненный на МДП-транзисторе, затвор которого соединен с входом интегратора, сток и исток объединены и подключены к выходу формирователя напряжения, а подложка является общей шиной, вход формирователя напряжения соединен с выходом D-триггера, синхронизирующий вход которого подключен к выходу компаратора нулевого уровня, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход является общей шиной.

6

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения токов источников с большим внутренним сопротивлением, таких как ионизационные камеры, пучки заряженных частиц циклотронов, токи утечек полупроводниковых приборов и т.д. Целью изобретения является расширение диапазона измерения малых значений тока. Указанная цель достигается путем введения компаратора нулевого уровня, формирователя напряжения и коммутатора-формирователя образцового тока и исключением паразитных токов на входе интегратора, обусловленных неидеальностью схем формирования компенсирующего заряда. Выполнение преобразователя по данной структурной схеме дает возможность расширить диапазон измеряемых токоз на 1-2 порядка. 1 ил. i (Л

Редактор О. Спесивых

Составитель Н. Козлов Техред Л.Олийнык

Заказ 349

Тираж 456

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Корректор М. Кучерявая

Подписное