Способ измерения добротности контура методом расстройки частоты и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01R27/26 

1

ч

Пусть ft, fz, fa - частоты измерения, незначительно ртличающиеся друг от друга, причем fi fa fa. При этом fs - частота измерения,чотличная от резонансной (). Соответствующие зтим частотам значения резонан :ной кривой обозначениям yi, у2, уз. Исходя мзх (1), можно записать;

У1 .

УО

° (lF-тТ Yt4..--Iy fo fa / причем У1/У2 А, f2/fi К - постоянная величин Тогда .Q pbli-V г fл . t 1 fofi I Q2 fo ( - 1) + K fo f 1 (A - 1)(1 ()-.0 Учитывая, что лп йистем с вы бротностью t«2Q м решай отно fo , получим (A2-1)±A(K--f ,2°fl . . , к. Анализируя (5), можно пока знак указывает, что точки yi м у2 на разных ветвях резонансной кри .... Если обеспечить условие (6), сяедует: Тогда мз (2) следует: 2ffbf| 1 -f Q Решая (9) отиосмтельно Q, получим;

Q VZI

(10) I

В ( М - 2 ) -1 2 - N

f1 , ri

(11)

f

f5

N - + , ,

(12) fi f5 fo определяется no (7), Таким образом, сняы отсчеты yi, у2, уз ila фиксированных частотйх ft. h, h соотзетственно можно по (10) определить истминое значение добротьгости контура. При этом контур должен настроен а резоианс на частоте fa не особенно точно, что снижает требования «аппз.-атуре, производящей настройку контура. Пример осуа ествления способа. Контур, содержащий индуктивность, вармкап настройки и измеряемь и варикап, подключен к генератору дискретных частот h, 2, Ь- Варикап нзстройки, подключенный к источнику.смещения, может изменять емкость контура. Выходной сигнал контура, поступакзидий на усилители и детектор, регистрируется измерительным прибором (например, цифровым вольтметром). На частоте M3Mepet Hfl Тз с помощью варикапа настройкг-з контур настраивается в резонанс по максимальному показанию измерительного прибора, о которого снимается отсчет УЗ. После этого генератор переключается на частоту fi и снимается отсчет yi, затем на частот fa и снимается отсчет у2 По (3) и (4) определяются значения А и К, где К - постоянная величина, затем по (7) определяется собственная резонансная частота контура fo, которая может несколько отличаться от частоты f3 из-за неточности настройки. Далее по (11) и (12) определяются значения М и N, а по (8) - значение В. Добротность контура определяется по зависимости (10). Устройство содержит генератор 1 дискретных частот высокочастотного сигнала, усилитель 2, детектор 3. пороговые 4 и 5, первый трехвходовой блок 6 совпадения и инвертор 7, генераторы 8 и 9 тактовых импульсов, второй трехвходовой 10 и двухвходовой 11 блоки совпадения, ечвтчмки 12 и 13. цифроанэлоговые преобразователи (ЦАП) 14 и 15. RS-триггер 16. блок 17 задержки, О-триггер 18. двухвходо вые блоки ИЛИ 19 и 20. трехвходовой блок ИЛИ 21, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22. распределитель 23 импульсов, блок 24 сопряжения, блок 25 вычислений и управления, блок 26 индикации, конденсатор 27 связи, измерительный контур 28, состоящий из индуктивности 29, конденсатора 30, и варикап 31 настройки. В качестве блока вычислений и управления используется микроЭВМ Электроника60. Блок 24 сопряжения представляет собой устройство параллельного обмена И2. Вход измерительного контура 28 соединен с выходом цифроаналогового преобразоватепя 15 и через конденсатор 27 - с генератором t, а выход - с клеммой 32 для подключения варикапа 31 и через соединенные последовательно усилитель 2 и детектор 3-е информационным входом АЦП 22 и входами пороговых элементов 4 и 5. блок 25 вычисления и управления соединен через блок 24 сопряжения с информационным и тактовым выходами АЦП 22, с блоком 26 индикации, с распределителем 23 импульсов, R-вход которого соединен с шиной Пуск, первый тактовый выход - с первым входом блока ИЛИ 19, второй выход - с вторым входом блока ИЛИ 19. с первым входом блока ИЛИ 21, выход которого соединен с управляющим входом АЦП 22. третий выход - с первым входом блока ИЛИ 20, четвертый выход - с вторым входом этого блока и с вторым входом блока ИЛИ 21, третий вход которого соединен с R-входом RS-триггера 16 и с выходом блока 6 соопадения, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента 4, на второй вход которого подано опорное напряение U, второй вход порогового элемента 5 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 14, а выход с первым входом блока to совпадения и через инвертор 7 - с вторым входом блока 6 совпадения и R-входом D-триггера 18, выход которого соединен с вторым входрм блока 10 совпадения, на D-вход подан уровень логический 1, С-9ХОД и третий вход блока 6 совпадения соединены с выходом блока 17 задержки, вход которого соединен с бходом счетчика 13, R-вход которого подключен к шине Пуск, информационный выход - к входу ЦАП 15, и с выходом блока 11 совпадения, первый вход которого соединен с генератором 9, второй вход - с выходом RS-триггера 16, S-вход которого соединен с шиной Пуск,третий вход блока 10 совпадения соединен с выходом генератора 8. а выход - с счетником 12, R-вход которого соединен с шиной Пуск, а информационный выход-с входом ЦАП 14, выход которого соединен с вторым входом порогового элемента 5. одна клемма для подключения варикапа соединена с выходом измерительного контура 2R, а другая клемма - с общей шиной. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. В исходном состоянии генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частоты, при которой измеряется добротность контура. Испытуемый варикап подключается к клеммам 32, после чего формируется импульс Пуск, с приходом которого обнуляются счетчики 12 и 13. распределитель 23 импульсов устанавливается в состояние. при котором сигналы на его выходах отсутствуют, RS-триггер 16 устанавливается в 1, которая дает разрешение на прохождение тактовых импульсов от генератора 9 к счетчику 13, на выходе ЦАП 15 формируется напряжение, которое управляет емкостью варикапа. Входной тактовый импульс счетчика 13 через блок 17 задержки, время задержки которого определяется временем установления переходных процессов в цепи: счетчик 13, ЦАП 15, контур 28. усилитель 2, детектор 3. пороговый элемент 5, устанавливает в единичное состояние по С-входу D-триггер 18, на D-вход которого подан уровень логической 1. При этом, если в результате и 1енения емкости.варикапа выходное напряжение детектора 3 превь1сило уровень напряжения на выходе ЦАП 14, на выходе порогового элемента 5 появится уровень логической I-i, который по единичному состоянию триггера 18 дает разрешекие на прохождение тактовых импульсов от генератора 8 через блок 10 совпадения на счетчик 12. Увеличение кода в счетчике 12 происходит до тех пор. пока напряжение на выходе ЦАП 14 не превысит уровень сигнала детектора 3. В этом случае на выходе поро-. гового элемента 5 возникнет состояние логического О, прекратится подача импульсов на вход счетчика 12. на выходе инвертора 7 возникнет уровень логической Г, который установит триггер 18 в нулевое состояние. Если же к моменту прихода импульса на С-вход триггера 18 пороговый элемент 5 находился- в нулевом состоянии (напряжение на выходе ЦАП 14 превышало напряжение детектора 3), на выходе инвертора 7 будет уровень логической 1, удеривающий триггер 18 в нулевом состоянии, т.е. если при изменении емкости варикапа резонанс не наступает (емкость далека от резонансной), триггер 18 не включается, на ыходе детектора и ЦАП 14 напряжение раво нулю. В таком режиме схема находится о тех пор,-пока на выходе детектора не ачнбт возрастать напряжение, величину оторого будет отслеживать ЦАП 14. Когда напряжение детектора превысит опорный уровень U. на выходе порогового элемента 4 возникнет состояние логической 1. поступающее на блок бсовпадения. В этом случае, если при изменении выходного напряжения ЦАП 15 сигнал на выходе детектора увеличился, на выходе порогового элемента 5 появится уровень логической 1 м произойдет отслеживание этого сигнала, на выходе инвертора 7 во время действия мелпульса с выхода блока 17 задержки возникнет уровень логического О и сигнал на выходе блока 6 совпадения не формируется. Так происходит до тех пор. пока сигийд на выходе детектора при измененмм кода счетчика 13 растет. Если же в результата изменения кода указанного счетчика сигнал на выходе детектора уменьшиясй (емкость варикапа стала меньше резонансной), нй выходе инвертора 7 появмтсй состояиие логической Г, импульс с выхода блока 17 задержки, пройдя блок 6 совпзденмя, установит в нулевое состояние триггер 16, подача тактовых импульсов от генератора 9 s счетчик 13 прекратится, контур 28 оказывается настроенным в резонанс. ОдновременМО этим же импульсом запускается АЦП 22. формируя код, пропорциональный резонансному сигналу на выходе детектора 3. По окончании формирования кода АЦП 22 формирует сигнал Конец преобразований, который взводит один мэ рязрядоБ perviCTpa состояния блока 24 сопряжений. Код АЦП считываетсй и эапоммнаетсй в блоке вычисления и управления. По окончеиии считыааний бйок вычисления т управленгля формирует импульс на одном мз рйзрйдов регистра состояния блока 24 сопряжения, который поступает не тактовый эход распределителя 23 импульсов, после прихода которого на rtepsoM выходе распределители 23 появяяетсй сигнал,, который через бпок ИЛИ 19 переводит генератор 1 на частоту fi, второй тактовый импульс распределителя 23 формируется программно с задержкой, необходимой для установления переходных п роцвссов, ВОЗНИКШИХ в результате мзмемвния частоты. По второму состоянию распределиУеля 23 череэ блок ИЛИ 21 запускается АЦП и его кодпоступаат в блок вычислений и управление). Аналогично описанному происходит переключение на частбту f2 и смятие третьего кода АЦП в блок вычисления м упраапеиия, после чего по (7) происходит вычисление истинной частоты резонанса fo {так как частота з из-за дискретности ЦАП 14 и конечной чувствительности порогового устройства В будет несколько выше, чем fo) и по (10) вычисляется истинное знвченме добротности контура с варикапом, которое через выходной регистр блока 24 сопряжения поступает в блок 26 индикации. Способ можно использовать для разбрзковки варикапов по добротности в режиме фиксированной емкости, поскольку результирующая добротность контура с ваps/ KanoM граничного уровня при постокиной eMKocTs есть величина постояинзя. Способ имеет более высокую точность бустродействие. а также отлб чается относительной простотой при практической реэлиsaiiMM, поскольку содержит, э осноаном, устройства, вмпусйаемые серийно промышленкостью, Формула г зобрвтени 1. Способ измерения добротностб конгура методом расстройки частоты, заключающийся в том, что контур настраивают а резонанс на частоте мзмереимя путем измеиений емкости настройки м производят отсчет уровни напряжения на контуре в момент резонанса, после чего измеряют уровни напркженмя на контуре яри частотак сверху и снизу от резонансной, а ззтем по трем значениям частоты и соответствующг м отсчетам напряжения на контуре определяют йеличииу добротности, отличающийся тем, что. с целью повышения быстродействий и ТОЧНОСТИ измерений. уровни напряжения на контуре измеряют гфи произвольных частотах, крайние значеимя которых расположены слева ы справа от резонансной, при этом добротность контуpg определяют из вырахчеимя В ( М - 2 ) 4-2 Где «V )±й,() 8 уз VI, 1. 3 - уравим нзпряжений на контуре, снятуд COOTзатст;/-т прмчастотах fi, f2. fs. npvt 3TOf fi f, - f:.; 1 - .астота измерения, ат/ 1чи8я от резонансной чзстона fo. 2 Устройство для гонтрояя доброткостм KOHTVPS й етодом расстройки частоты, содер55сащее мэмеритеяьный контур, генератор дискретны частот высокочастотного шшалй, блок индакацим, отяичающеес S TQSb, fTO. с цепьк повышения быстродей

ствия и точности измерений, в него введены блок вычисления и управпения, блок сопряжения, распределитель импульсов , аналого-цифробой преобразователь, два двухвходовых блока ИЛИ, трехвходовой блок ИЛИ, RS-триггер, два генератора тактовых ймпуяьсой. двуквходоэой и трехвходовой бЬоки совпадения, два счетчика, два цифроаналоговых преобразователя, блок задержки, D-триггер. конденсатор связи, усилитель, детектор, два пороговых элемента, инвертор, второй трехвходовой блок совпадения. при этом блок вычисления и управления соединен через блок сопряжения с информационным и тактовым выходами аналого-цифрового преобразователя, с блоком индикации, с распределителем импульсов, R-BXOA которого соединен с шииой Пуск, первый тактовый выход - с первым входом первого даухвходового блока ИЛИ, второй выход- с аторым входом этого блока и с первым входом трехвходового блока ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, третий выход - с первым входом второго двухвходового блока ИЛИ, четвертый выход --с вторым входом этого блока и с вторым акодом трехвходового блока ИЛИ, третий йход которого соединен с R-входом R.S-триггерз м с выходом первого трехвходового блока совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, один вход которого соединен с клеммой опорного напряжения, второй вход- с выходом детектора, информационным входом амалого-цмфрового преОбразоаателя и с первым входом второго порогового элемента, аторой вход которого соединен с выходом первого Цифроаналогового преобразователя, а выход - с первым входом второго трехвходового блока совпадения и через инвертор - с вторым входом первого трехвходового блока совпадения и 5 R-входом D-триггера, выход которого соединен с вторым входом второго блока совпадения, на D-вход подан уровень логической единицы, С-вход и третий вход первого трехвходового блока совпадения соединены с выходом блока, задержки, вход которого соединен с входом первого счетчика, R-вход которого соединен с шиной Пуск, информационный выход - с входом второго цифроаналогового преобразователя и с выходом двухвходового блока совпадения, первый вход которого соединен с первым тактовым генератором, а второй йход - с аыходом RS-триггера, S-вход которого соединен с шиной Пуск, третий вход второго

0 трехвходового блока совпадения соединен с выходом второго тактового генератора, а выход - с вторым счетчиком, Я-вхоД которого соединен с шиной Пуск, а информационный выход - с входом первого

5 цифроаналого вого преобразователя, вход детектора через усилитель соединен с выходом измерительного контура, с клеммами для подключения варикапов, причем измерительный контур состоит из индуктивности

0 и варикапа настройки, вход которого соединен с выходом Второго цифроаналогового преобразователя и через конденсатор связи - с выходом генератора дискретных частот высокочастотного сигнала, управля- ,

5 ющие входы которого соединены с выходами блоков ИЛИ, первая клемма для подключения варикапов соединена с выходом измерительного контура, вторая клемма - с общей шиной.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых приборов. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений путем измерения сигналов при резонансе на трех фиксированных ча,стотах с регистрацией уровней напряжения при этих значениях частот. Затем по трем значениям частоты и соответствующим значениям напряжений на контуре определяют величину добротности, причем уровни напряжений на контуре измеряют при произвольных частотах, крайние значения из которых расположены справа и слева от резонансной частоты. 2 ил.