Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

St). ПРЕОБРЛаОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНЫХ ЦЕПЕЙ В КОД

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении преобразователей параметров пассивных двухполюсников, например, при измерении параметров полупроводниковых структур, в диэлькометрии или кондуктометрии.

Известен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников 1.

Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, сложность, обусловленная необходимостью применения нескольких контуров уравновешивания и нуль-индикатора модуляции .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник , включенный между выходом формирователя опорного напряжения и входом усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преоб|)азователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, выход которого соединен со входом функционального преобразователя постоянного напряжения в код, управляющий вход - с выходом узла задержки, дифференциатор , вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, вы10полненный в виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника постоянных опорных напряжений, а выходы через триггер - ко входу преобразо5 вателя временного интервала г .

Недостатком указанного устройства является высокая погрешность измерения емкости, которая обусловлена тем,что о ее значении судят по изме20рению мгновенного значения выходного напряжения усилителя постоянного тока в момент подачи скачка постоянного напряжения на вход измерительной цепи, а измерения подобного рода

25 всегда сопряжены с большими случайными погрешностями.

Цель изобретения - повышение точности.

,Для достижения указанной цели в

30 преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный между выходом формирователя опорного напряжения и входом усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, выход которого соединен со входом функционального преобразователя постоянного напряжения в код, управляющий вход - с выходом узла задержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника постоянных опорных напряжений, а выходы через.триггер - ко входу преобразователя временного интервала в код, введены дополнительный ключ, генератор импульсов, делитель и счетчик импульсов, формирователь тактовых импульсов, элемент деления кодов, узел усреднения, вычитатель напряжений, причем выход дифференциатора через дополнительный ключ соединен со вторыми входами двух элементов сравнения, первый управляющий вход дополнительного ключа соединен с выходом узла задержки, а второй управляющий вход - со входом узла задерл ки и через делитель импульсов с первым выходом счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первы входом формирователя опорного напряжения, второй вход которого соединен со вторым выходом счетчика импульсов и со входом формирователя тактовых импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выходс управляющим входом первого ключа, выход которого подключен через узел усреднения ко входу преобразователя мгновенного значения напряжения в код и к первому входу вычитателя напряжений, второй вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход соединен со входом второго ключа, выход функционального преобразователя постоянного напряжерия в код соединен с первым входом элемента деления кодов, второй вход кото р ого соединен с выходом преобразователя временного интервала в ., код.

На фиг.1 изобрахсена структурная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит формирователь 1 опорного напряжения, исследуемый двухполюсник 2, представляющи

собой параллельное соединение конденсатора емкостью С и последовател ной цепи, состояи(ей из резистора, имеющего сопротивление R, и конденсатора емкостью C(j, усилитель 3 постоянного тока, опорный элемент 4, величина емкости которого равна С, ключ 5, формирователь 6 тактовых импульсов, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, узел 9 усреднения, вычитатель 10 напряжений, преобразователь 11 мгновенного значения напряжения в код, делитель 12 импульсов, дифференциатор 13, ключ 14, узел 15 задержки, элементы сравнения 16 и 17 источник 18 постоянных опорных напряжений, триггер 19, преобразователь 20 временного интервала в код, ключ 21, функциональный преобразователь 22 постоянного напряжения в код элемент 23 деления кодов I ; По сигналу Пуск запускается генератор 8 импульсов и начинает работать формирователь 1 опорного напряжения и формирователь 6 тактовых импульсов .

Формирователь 1 формирует импульсную последовательность, которая представляет собой чередование импульсов частоты f,, скважности, равной двум, и частоты fr, .

Применение такого вида воздействия позволяет за один цикл преобразования измерить параметры Со, R,

и N раз измерить параметр С, где

t - постоянная времени исследуемой

цепи.

В момент t подачи скачка постоянного напряжения, имеющего изображение U(S) , где и о - значение амплитуды скачка, выходное напряжение усилителя 3 постоянного тока в момент t определяется значением емкости Cj

Uo ,,

(tj С, .

Это напряжение выделяется ключом 5, который открывается на время действия импульса от формирователя б тактовых импульсов, работой которог управляет счетчик 7 импульсов и генератор 8 импульсов. С выхода ключа 5. напряжение Uo( поступает на уз 9 усреднения, где оно запоминается. При подаче в момент t следующего скачка постоянного напряжения, на узел 9 усреднения поступает напряжение и 0 (t 0) . где оно cy 4миpyeтcя с UQ(t), и результат запоминается. Так продолжается до момента времени tf, после чего с выхода узла 9 усреднения снимается напряжение

- ir

bV(t)

N,

Jto L м

т.е. среднее значение мгновенных напряжений, определяемых значением параметра С. Это напряжение подается на один из входов вычитателя 10 напряжений и на преобразователь 11 мгновенного значения напряжения в код, на его выходе получаем код N -g ,о, где К - коэффициент преобразования преобразователя 11 мгновенного знач ния напряжения в код, который несет информацию о значении параметра С исследуемого двухполюсника. При подаче скачка постоянного на пряжения в момент времени t тактовый импульс от делителя 12 импульсо поступает на управляющий вход ключ 14 и на вход узла 15 задержки. Через открытый ключ 14 продифференцированное дифференциатором 13 выходное напряжение усилителя 3 посто янного тока, имеющее вид , и, (to) УД()е подается на один из входов двух эле ментов сравнения 16 и 17, на вторые входы которых поступают постоянные опорные напряжения и УОП ы ходов источника 18 постоянных опорных напряжений. В моменты равенства экспоненциального выходного напря жения дифференциатора 13 с опорным напряжением последовательно срабатывают элемент .сравнения 16 и 17, выдавая сигналы на триггер 19. Выделенный таким образом интерв времени, пропорциональный времени исследуемой цепу Uon гпреобразуется в код преобразователем 20 временного интервала в код где kn - коэффициент преобразовани преобразователя 20 времен ного интервала в код. В момент времени . tQ-t2,, гд t-;| 6C (т.е. после практического окончания переходного процесса в и мерительной цеги), импульс с выход узла 15 задержки длительностью it закрывает ключ 14 и открывает на время действия it ключ 21. В установившемся режиме выходно напряжение усилителя 3 постоянного тока, которое определяется суммой параметров С и С2 l(4cr) f (С.+С), поступает на вход вычитателя 10 на пряжений , на другой вход которого подается напряжение, пропорциональ ное параметру C-i, с выхода узла 9 усреднения :tN) Выходное напряжение вычитателя 10 напряжений, пропорциональное значению параметра С.о , поступает через открытый ключ 21 на вход функционального преобразователя 22 постоянного напряжения в код, на выходе которого получаем код Uc N3 kaCo, где kj - коэффициент преобразования функционального преобразователя 22 постоянного напряжения в код. Для определения параметра R исслеДу мого двухполюсника коды N, и N j поступают на элемент 23 деления кодов и результат, получающийся на выходег k 1 r.g Na ., 4- N, - k,U несет информацию о параметре R исследуемого двухполюсника. Путем использования предлагаемого преобразования, включающего многократное воздействие на исследуемый, двухполюсник за один цикл преобразования и дальнейшее усреднение многократно получаемых мгновенных значений выходного напряжения усилителя постоянного тока, получаем, что погрешность преобразования по параметру С снижается в {W раз без снижения в N раз быстродействия по сравнению с известным представителем. Поскольку параметр С участвует в определении значения параметров С и R, то соответственно снижается погрешность преобразования и по этим параметрам. Формула изобретения Преобразователь параметров элементных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный между выходом формирователя опорного напряжения и входом „ усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, выход которого соединен со входом функционального преобразователя постоянного напряжения в код, управляющий вход - с выходом узла задержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника по стоянных опорных напряжений, а выхоДы через триггер - ко входу преобразователя временного Д1нтервала в код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный ключ, генератор импульсов, делитель и счетчик импульсов, формирователь тактовых импульсов, элемент Деления кодов, узел усреднения, вычитатель напряжений, причем выход дифференциатора через дополнительный ключ соединен со вторыми входами двух элементов сравнения, первый управляющий вход дополнительного ключа соединен с выходом узла задержки, а второй управляющий вход - со входом узла задержки и через делитель импульсов с первым выходом счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первым входом формирователя опорного напряжения, второй вход которого соединен со вторым выходом счетчика импульсов и со входом формирователя тактовых импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов , а выход - с управляющим входом первого ключа, выход которого подключен через узел усреднения ко вход преобразователя мгновенного значения напряжения в код и к первому входу вычитателя напряжений, второй вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход соединен со входом второго ключа, выход функционального преобразователя постоянного напряжения в код соединен с первым входом элемента Деления кодов, второй вход которого соединен с выходом преобразователя временного интервала в код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

r t.

2(iH}

Фиг.2