Мостовое измерительное устройство Советский патент 1991 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных мостовых измерительных установках, в частности для холловских исследований тонкопленочных полупроводниковых структур.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение частотного диапазона за счет подавления паразитного синфазного сигнала на выходе измерительного моста и осуществления обратной связи на постоянном токе.

На чертеже представлена структурная схема мостового измерительного устройства.

Устройство содержит генератор 1 переменного тока, выход которого подключен к

одной из входных клемм измерительного моста 2. К выходной диагонали моста 2 подключен дифференциальный усилитель 3, имеющий синфазный и дифференциальный выходы. Дифференциальный выход является общим выходом всей измерительной схемы. Выход усилителя 4 подключен к второй входной клемме моста 2 и управляющему входу синхронного детектора 5. Синфазный выход усилителя 3 подключен к сигнальному входу синхронного детектора 5, выход которого через усилитель 6 постоянного тока соединен с входом электронной регулировки усиления усилителя 4.

О

ю ю

00

ел

00

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 тока генерирует заданный ток I, который поступает на вход усилителя 4 и на измерительный мост 2, Поскольку усилитель 4 напряжения по входу не потребляет тока (это достигается, например, применением полевых транзисторов во входном каскаде усилителя), то весь ток генератора 1 течет через мост 2. Тем самым достигается заданная величина тока в мосте. При этом разность напряжений между вершинами питания моста 2 составляет Ui- - l) RM, где RM - эквивалентное сопротивление входной диагонали моста, в то время как значения LH и IJ2 (отсчитываемые от общего провода схемы) зависят как от величины I, так и от коэффициента усиления К усилителя 4. Так при К °° за счет действия отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель 4 через мост 2, напряжение на входе усилителя 4 равно нулю (принцип виртуального нуля) и, следовательно,

l) i RM.

Поскольку синфазное напряжение

U3+U4

Усинф :

, где Уз и 1)4 - напряжения

на соответствующих вершинах измерительной диагонали моста имеет значение, лежащее в пределах между Ui и U2, то в данном случае оно противоположно по знаку току i и сравнительно велико (для равноплечного

i RM моста ---- ), При К 0 обратная связь

оказывается разорванной, а напряжение на выходе усилителя 4 становится равным нулю. Соответственно Ui i RM, 1). При этом синфазное напряжение 1)синф

Ub + U4„

на входе моста 2 устанавливается одного знака с током i и сравнительно

,

велико (для равноплечного моста --).

Меняя коэффициент усиления К усилителя 4, можно найти такое значение К, при котором Усинф на выходе моста 2 проходит через нуль, изменяя при этом скачком на 180° свою фазу относительно питающего мост 2 тока I. Так для равноплечного моста необходимое значение К равно 1, при этом Ua -U1 и выходная диагональ оказывается под нулевым потенциалом, а значит, и Усинф на выходе моста будет нулевым. Если верхние плечи моста имеют в десять раз большее сопротивление, чем нижние, то давление Усинф достигается при ,1, Если, наоборот, нижние плечи моста имеют в десять раз большее сопротивление, чем верхние, то подавление Усинф достигается при К 10 и т.д.

В данном устройстве соответствующее изменение коэффициента усиления усилителя 4 осуществляется автоматически путем замыкания обратной связи электронной регулировки усиления с синфазного выхода дифференциального усилителя 3 через синхронный детектор 5. Применение синхронного детектора вместо обычного имеет принципиальное значение, так как метод подавления паразитного синфазного сигнала в данном устройстве бретует для своей

0 реализации не только регистрации величины синфазного сигнала на выходе всей схемы, но и определения его фазы относительного питающего мост тока.

Подавление синфазной составляющей

5 напряжения на выходе моста увеличивает чувствительность всей измерительной схемы. Поскольку в данном устройстве это подавление достигается путем установления определенного значения коэффициента

0 усиления в усилителе 4, не зависящего ни от уровня, ни от частоты питающего тока генератора 1, то введенная в устройство обратная связь по синфазному сигналу никак не отражается на амплитудночастотных ха5 рактеристиках всей схемы. За счет того, что эта обратная связь осуществляется на постоянном токе, устройство обладает устойчивостью даже при работе на высоких частотах.

0 Предлагаемое устройство может быть применено в автоматизированных измерительных установках на базе ЭВМ. Формула изобретения Мостовое измерительное устройство,

5 содержащее генератор переменного тока, первый вывод которого соединен с первой вершиной питания измерительного моста и инвертирующим входом усилителя с электронной регулировкой усиления, выход кото0 рого соединен с второй вершиной питания измерительного моста и управляющим входом синхронного детектора, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с соответствующими вершинами выходной ди5 агонали измерительного моста, а выход является выходом устройства, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с входом электронной регулировки усилителя, при этом второй вывод генератора перемен0 ного тока, неинвертирующие входы усилителя с электронной регулировкой усиления и усилителя постоянного тока соединены с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и расши5 рения частотного диапазона, синфазный выход дифференциального усилителя соединен с сигнальным входом синхронного детектора, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя постоянного тока.

ход

Ј

Диф быход Синфаз. fatxod

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных мостовых измерительных установках, в частности для холловских исследований тонкопленочных полупроводниковых структур. Мостовое измерительное устройство содержит источник переменного тока, измерительный мост, инвертирующий и дифференциальный усилители, усилитель постоянного тока и синхронный детектор. Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение частотного диапазона схемы за счет ослабления синфазной составляющей напряжения на выходе моста. Указанная цель достигается тем, что в качестве схемы, выделяющей полезный дифференциальный сигнал на выходе моста, используется дифференциальный усилитель с дополнительным синфазным выходом, подключенным к сигнальному входу синхронного детектора, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока цепи обратной связи электронной регулировки усиления. 1 ил.

Н

to/

оюа