Способ определения производныхВОльТ-АМпЕРНыХ ХАРАКТЕРиСТиК НЕлиНЕйНыХэлЕМЕНТОВ и уСТРОйСТВО для ЕгООСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01R27/28 G01R23/20 

также подключен выход источника постоянного напряжения, выход нелинейного элемента через последовательно соединенные измерительный мост, избирательный усилитель и синхронный детектор соединен с регистратором, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, опорный вход синхронного детектора соединен с другим выходом генератора синусоидального напряжения f2 Недостатком известного устройства является то, что из-за необходимости использования очень малых уровней модуляции предъявляются высокие требования к избирательному усилителю, которые трудно реализовать на практике. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения Поставленная цель достигается тем, что в способе определения произ водных вольт-амперных характеристик нелинейнь1Х элементов формируют испы. тательный сигнал в виде комбинаций напряжения смещения и синусоидального напряжения, подают его на исследуемый нелинейный элемент, затем исследуют спектр выходного сигнала. Кроме того, измеряют спектральные составляющие выходного сигнала в цен тре каждого исследуемого участка вольт-амперной характеристики, при .этом амплитудой синусоидального напряжения перекрывают исследуемый участок, а по амплитудам и фазам спектральнь1х составляющих вычисляют значения производных. Поставленная цель достигается так тем, что в устройство для осуществления способа определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник постоянного напряжения, выход которого подключен к первому вхо ному зажиму устройства для подключения нелинейного элемента, ко второму входному зажиму устройства подключен измерительный мост, избирательный усилитель, аттенюатор, основ ной синхронный детектор, опорный вхо которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, регистратор, введены фазовращатель, сумматор дополнительный синхронный детектор, кварцевый фильтр и вычислительный блок, причем выход измери84тельного моста соединен через последовательно соединенные сумматор , избирательный усилитель, кварцевый фильтр и регулируемый аттенюатор со входами синхронных детекторов, выход основного.синхронного детектора соединен с входом вычислительного блорегистратора, опорный вход дополнительного синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с входом измерительного моста и с выходом генератора синусоидального напряжения, другие выходы которого подключены к третьему входному зажиму устройства, второй выход.фазовращателя соединен со вторым входом сумматора, выход дополнительного синхронного детектора - с управляемым входом регулируемого аттенюатора. Исследуемая вольт-амперная характеристика нелинейного элемента может быть представлена либо степенным полиномом f -5. либо рядом Тейлора (или эквивалентным рядом Макларена в исходной нулевой точке) N Хо)+ПЗ производная первого порядка нелинейной характеристики в исходной нулевой точке. Если в некоторой одной точке получить значения всех производных вольтамперной характеристики нелинейного элемента, то, воспользовавшись рядом Тейлора (2), легко получить значения вольт-амперной характеристики и ее производных во всей исследуемой области. При подаче на исследуемый нелинейный элемент испытательного сигнала в виде комбинации напряжения смещения, соответствующего центру первого исследуемого участка вольт-амперной характеристики, и синусоидального напряжения У cos «и t с амплитудой cf . сигнал на выходе нелинейного элемента, можно одновременно представить рядом Тейлора (2) и рядом Фурье yXi) S A -COsn-taj-t . () На основании однозначной связи ряда Фурье (3) и ряда Тейлора (2) п лучен алгоритм l,„ а у (0)5С ( + -.. у(0)( 1,А,. 9А, (0) (/,,- 5А5 14А,.,.fcf.i2.,.: связывающий значения производных в исходной точке со значениями амплитуд гармонических составляющих спек тра выходного сигнала нелинейного элемента. Амплитуда синусоидального напряжения выбирается такой большой, что бы она перекрывала весь исследуемый участок вОЛЬт-ампернои характеристи ки, а по спектру выходного сигнала нелинейного элемента в соответствии с алгоритмом (i), (з) и (2 определяются одновременно все производные вольт-амперной характеристики на всем исследуемом участке. На чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого устройства для реализации способа определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов. Устройство содержит исследуемый нелинейный элемент 1, например тонкопленочные туннельные переходы, из мерительный- мост 2, генератор 3 синусоидального напряжения, например синтезатор частот, источник 4 посто янного напряжения, фазовращатель 5, сумматор 6, избирательный усилитель 7, кварцевый фильтр 8, регулируемый аттенюатор 9, основной синхронный детектор 10, дополнительный синхронный детектор 11, вычислительный блок 12, регистратор 13, Устройство работает следующим образом. На исследуемый нелинейный элемент 1 подается от генератора 3 синусоидаль ного напряжения одна из гармонических составляющих, модулируюп1их постоянное напряжение, соответствующее центру выбранной для исследования 2 8б области характеристики, поступающее от источника 4 постоянного напряжения. Выходной сигнал с исследуемого нелинейного элемента 1 поступает на измерительный мост 2, компенсирующий часть измерительного сигнала для повышения динамического диапазона избирательного усилителя 7, и суммируется в сумматоре 6 с контрольным сигналом, сдвинутым фазовращателем относительно измерительного сигнала на Jr/2. Суммарный сигнал усиливается избирательным усилителем 7, выделяется из щумов кварцевым фильтром 8, проходит через регулируемый аттенюатор 9 и вновь разделяется синхронными детекторами 10 и 11, управляемыми опорными сигналами, сдвинутыми, друг относительно друга на Ж/2, на измерительный сигнал, поступающий в вычислительный блок 12, и на контрольный сигнал, поступающий на регулируемый аттенюатор 9 в качестве отрицательной обратной связи, стабилизирующей общий коэффициент усиления. Вычислительный блок 12 по значениям амплитуд гармонических составляющих определяет значения производных нелинейной характеристики в соответствии с алгоритмом и управляет регистратором 1 3. Благодаря учету всех гармонических составляющих выходного сигнала нелинейного элемента, повьппается точность определения производных вольт-амперной характеристики вне зависимости от характера нелинейности исследуемого нелинейного элемента. Формула изобретения 1. Способ определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов, заключающийся в том, что формируют-испытательный сигнал в виде комбинации напряжения смещения и синусоидального напряжения, подают его на исследуемый неинейный элемент-, затем исследуют пектр выходного сигнала, отлиающийся тем, что, с целью овьппения точности и сокращения вреени измерения, измеряют спектральые составляющие выходного сигнала центре каждого исследуемого, участа вольт-амперной характеристики, ри этом амплитудой синусоидального

напряжения перекрывают исследуемый участок, а по амплитудам и фазам спектральных составляющих вычисляют значения производных,

2. Устройство для осуществления способа определения производных вольт-амперных характеристик нели нейных элементов, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входному зажиму устройства для подключения нелинейного элемента, ко второму входному зажиму устройства подключен измерительный мост, избирательный усилитель, аттенюатор, ос.новной синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом.генератора синусоидального напряжения, регистратор, от личающееся тем, что введены фазовращатель, сумматор, дополнительный синхронный детектор, кварцевый фильтр и вычислительный блок, причем выход измерительного моста соединен через последовательно соединенные сумматор, избирательный усилитель, кварцевый

фильтр и регулируемый аттенюатор со входами синхронных детекторов, выход основного синхронного детектора соединен с входом вычислительного блока выход которого соединен с входом ре гистратора, опорный вход дополнительного синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с входом измерительного моста и с выходом генератора синусоидального напряжения, другие выходы которого подключены к третьему входному зажиму устройства, второй выход фазовращателя соединен со вторым входом сумматора, выход дополнительного синхронного детектора соединен с управляемым входом регулируемого аттенюатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №362260, кл. G 01 R 27/08, 1971.

2.ЭдЛер, Джексон. Система для наблюдения малых нелинейностей в туннельных переходах, - Приборы дпя научных исследований, 1966, № 8,

с. 63 (прототип).