SU998982A1 - Устройство дл измерени параметров аппроксимации характеристик нелинейных элементов - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АППРОКСИМАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 1 . - . ; Изрбретение относитс  к радиоизмерительной технике, предназначено дл  измерени  степени аппроксимирующего полинома характеристики управлени  полевых транзисторов, варикапов и таких параметров этих приборов как нащ) ж&ние отсечки, контактна  разность потенциалов , значени  физических параметров в исследуемой точке и т.д. с повышенной точностью и быстродействием и может быть использовано дл  измерени  аналогичных параметров других нелинейных элементов, характеристики которых аппроксимируютс  степенным полиномом Известен способ измерени  параметров аппроксимации характеристик управ лени  полевых транзисторов, заключающийс  в определении напр жени  отсечки , а также тока стока и крутизны при заданном напр жении затвор-исток с последующим расчетом степени аппроксимирующего полинома по установленному соотношению 1 Однако данный способ не обеспечивает требуемой точности и быстродействи  измерений из-за необходимос1и определени  по существу разнородных параметров аппроксимации с присущими в отдельности методическими и техничес1шми трудност ми, так как отсутствует единый обобщенный параметр , характеризующий все остальные. Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  устройство, содержащее регистрирующий Прибор, г&нератор импульсов, два синхронных д&модул тора , сравнивающий и в 1читан щий блоки, два аттенюатора, а также пропорциональный модул тор и преобразователь физических параметров в напр жение , включающий генератор пер&- . менного напр жени , операционный уси- литель, амплитудный детектор, переключатель и блок напр жений смещени  2 Однако известное устройство позвол ет достаточно точно с высоким быстродействием определить лишь напр жение отсечки полевых транзисторов, характе;ристики крутизны и проводимости канала которых имеют степень аппроксимирующего полинома равную единице, и не обладает таковыми свойствами при измерени х аналогичных и других парамет ров аппроксимации характеристик нелине ных элементов с произвольной степенью нелинейности. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи  измерений . Указанна  цель достигаетс  тем,.что в устройство дл  измерени  параметров аппроксимации характеристик нелинейных элементов, содержащее регистрирующий прибор, генератор импульсов, выходы которого соединены с управл ющими вхо дами первого модул тора, первого и второго синхронных демодул торов, выход первого синхронного демодул тора подключен через первый аттенюатор к первому входу блока сравнени , второй вход которого соединен с выходом второго синхронного демодул тора, а выход соединен с входбм первого модул тора, преобразователь физических параметров в напр жение, первый выход которого соединен с входом первого и второго синхронных детекторов, а второй выход и вход соединены соответственно с первой и второй клеммами дл  подключени  исследуемого прибора, генератор модулирующего напр жени  и второй аттенюа тор, выход которого подключен к первому входу первого вычитающего блока, введены третий и четвертый аттенюаторы , второй модул тор, третий и четвертый синхронньш демодул торы, масштабный и первый и второй линейные преобразователи напр жений, блок делени , блок умножени , первый и второй суммирующие блоки, суммирующе-вычитающий блок, второй вычитающий блок, вто рой и третий сравнивающие блоки и блок опорных напр жений, причем выход гене ратора модулирующего напр жени  через третий аттенюатор соединен с входом первого линейного преобразовател  напр жений и с первым входом первого суммирующего блока, второй и третий входы которого подключены к выходам первого модул тора и второго сравнивак щего блока, а выход - к первому входу второго суммирующего блока, второй вход которого подключен к третьему выходу преобразовател  физических параметров в напр жение, а выход - к третьей клемме дл  подключени  иСследуемого полупроводникового прибора, первый вход второго сравнивающего блока соединен с выходом второго синхронного демодул тора, второй подключен к входу второго модул тора, первому вычитающему входу суммирующе-вычитающего блока и первому выходу блока опорных напр жений, второй вход треть&го аттенюатора подключен к выходу третьего сравнивающего блока, один вход которого соединен с вторым выходом блока опорных напр жений, а второй, через второй линейный преобразователь напр жений соединен с выходом суммирующе-вычитающего блока, второй суммирующий вход которого подключен к йторому выходу преобразовател  физических параметров в напр жение, а третий - через четвертый аттенюатор к выходу второго модул тора, управл ющий вход которого подключен к соответствующему выходу генератора импульсов , выход первого линейного преобразовател  напр жени  соединен с входами третьего и четвертого синхронных демодул торов , управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора импульсов, а выходы - соответственно к входу первого аттенюатора и вторым входам первого вычитающего и перемножающего блоков, соответствующие входы блока делени  соединены с выходами первого сравнивающего и первого вычитающего блоков, а выход - с первым входом перемножающего блока и через масщтабный преобразователь напр жений, с одним из входов регистрирующего прибора, другие входы которого подключены раздельно; к выходам второго сравнивающего и второго вычитающего блоков, первый вход которого подключен к выходу второго сравнивающего блока, а второй -. к выходу перемножающего блока. Сущность изобретени  состоит в следующем . Проходные характеристики в функции управл ющего воздействи  р да нелинейных элементов в общем виде могут быть аппроксимированы степенным полиномом PU)P vj р (AJ ) - ф;ункци , под обозначением Р где к эторой понимают всевозможные физические, параметры (ток, проводимость, емкость, индуктивность и. т.д.), а под аргументом V -напр жени , пропорш1ональн1 1е воздействуюидам факторам (ток, напр жение , давление, температура и т.д.) вызывающим изменени  физических параметров в исследуемой точке; - максимальное значение функции, соответстьующее определенному значению аргумента , например л) О; л1л - пороговое напр жение, характеризующее экстремальные значени  исследуемых функций О или со , например, дл  полевых транзисторов это напр жение соответствует напр жению отсечки JaQoTC при котором канал лишаетс  проводимости (PtUjd ото О) а дл  варикапов - контактной разности потенциалов VK при компенсации внешним напр жением ( и - к ) которой барьерна  емкость условно устремл етс  в бескЬнечность; степень аппроксимирующего полинома, отличие которой от единицы  вл етс  мерой нелин ности исследуемых характерно тик, - в общем случае она мо жет быть величиной как больш так и меньше нул ; например, дл  некоторых типов полевых транзисторов ,1,9...2,2, а дл  варикапов эе - (О,3.. О,5). Дл  отмеченных типов Снёпинейных элементов существ -. жестка  св зь между знаками 1 ±, сто щими перед параметр ми л) и эе , а именно, знак + в скобках соотношени  (1 соответствует характеристикам варикапов, а знак - - полевым транзисторам. Дл  определени  искомых величин проди фференцируем (1) по параметру л) /V аеи f То) (« ЭР, ,. . „ макс --1,л1)±«--г- Реша  совместно (-2) и (1), получа W) at )-,(3) J « з соотношений (3) и (4) видно, параметры аппроксимации жестко мосв заны и дл  их раздельного иэни  необходимо отысйать другие олее обобщенные параметры, в полной е характеризующие искомые величиак как соотношени  (3) и (4) гаыимы при любых значени х л/ , заируем величину параметра V и ставим (3) в виде aePHJ ,l i±Vo; av огда на основании (3) и (5) можаписать ||cv. aePl-y) ,.5 Отсюда р(л; ) дл учетом (6) соотношение (4) приобет вид -V.. ( pv,) ЭР jap. pR) a 7 Переход  к конечным приращени м ыполн   в процессе измерений уои  flP(V) AP( U) РЮ коэффициент п может быть выбран ным 0,15, выражени  (6) и (7) ественно упрощаем ( M-vjuPiv) PU)4V(V)-mdV(V) ° r (л1л;,)дл)(л1) 1 nJ II-1- v . (л) ° LuV(a)-niav tf-,) J Ввд  обобщенный параметр dVCvbmavtv) чательно получаем ,. M.Pill. PiV) )(V)) Предлагаемое устройство в автомати ческом режиме производит измерение фи зических параметров Р.и приращений ... напр жений Л л) , пропорциональных прои tUV . ff водным, при двух значени х напр жений V ил), при которых автоматически вы полн ютс  услови  (8) и (9), вычисл е значение обобщенного параметра .(12) и в соответствии с (13) и (14) определ ет искомые параметры аппроксимации соответствующих характеристик нелиней ных элементов, обеспечива  выигрыш в точности и быстродействии измерений. На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства дл  иэ мерени  параметров аппроксимации хара теристик нелинейных элементов; на фиг. J упрощенна  структурна  схема преобра . зовател  физических параметров, в напр жение , соединенного с исследуемым нелине -ым элементом и вторым суммирующим блоком; на фиг. 3 - диаграммы по сн ющие принцип работы устройства; на фиг. 4 - диаграммы, по сн ющие выигрыщ в точности измерений параметр аппроксимации характеристик нелинейных элементов. Устройство (фиг. 1) включает р д функциональных систем. Исследуемый элемент 1, преобразователь 2 физических параметров в напр жение, первый и второй синхронные демодул торы 3 и 4 и первый пропорциональный модул тор 5, управл емые генератором 6 импульсов, а также второй .аттенюатор 7 с.коэффициентом передачи равным (9), первый сравнивающий блок 8 и первый и второй суммирующие блоки 9 и 10 образуют систему модул ции физических параметров, позвол щую при измерени х автоматически выполнить условие (9), при котором уст навливает с  заданное соотнощение .параметров в соответствующих точках исследуемых характеристик, например i 0,15 и, следовательно, непосредственно определить разность напр жений л) , , вхо . в (1О) - (12). Блок 11 опорных напр жений, и второ сравнивающий блок 12, вход щие совместно с первым и вторым суммирующими блоками 9 и 1О, преобразовате , жение и вторым синхронным демодул тором 4 в состав системы нормировани  физических параме ров, позвол ет застабилизировать независимо от действи  различных факторов значение параметра в одной из отсчетныхточек P(V) исследуемых характеристик нелинейного элемента 1 и, следовательно, однозначно , определить ее координаты, информаци  / J / Q которых входит в (13) и (14). Отс етную точку Р(л))на исследуемых характеристиках выбирают таким , чтобы ее ордината соответствовала, например , пределам измерений каждого из параметров преобразовател  2, что достижимо .при первичной регулировке опорного напр жени  блока 11 и коэффициента передачи преобразовател  2 физических параметров, в напр жение. Второй пропорциональный модул тор 13, управл емый генератором 6 импуль- сов, четвертый аттенюатор 14с коэф- ,/,л/Л фициентом передачи равным (1-т) (9), суммирующе-вычитающий блок 15, второй линейный преобразователь 16 напр жений , третий сравнивающий блок 17, третий аттенюатор 18, управл емый напр жением , и генератор 19 модулирующего . напр жени  совместно с первым и вторым суммирующими блоками 9 и 10, преоб- . разователем 2 физических параметров в напр жение и блоком 11 опорных напр жений образуют систему стабилизации приращений др физических параметров независимо от положени  отсчетных точек Р(1))и Р(.л),) на исследуемых характеристиках нелинейного элемента 1, котора  в процессе измерений производит необходимую обработку сигналов и совместно с указанными выше системами обеспечивает автоматическое выполнение услови  (8). Первый линейный преобразователь 20 напр дсений, третий и четвертый синхронные демодул торы 21 и 22, первый аттенюатор 23 с коэффициентом передачи равным m (9), первый вычитающий блок 24 и дел щий блок 25 . представл ют собой канал обработки информации о приращени х напр жений Д(л)и Дл)(Ч)), пропорциональных производным в точках Р(л}) исследуемых характеристик, и формировани  в соответствии с (12) обобщенного параметра М. Масштабный преобразователь 26 напр жений и перемножающий блок 27с вторым вычитающим блоком 28 образуют каналы измерени  параметров эб и . Vg , которые осушествп ют дальнейшие преобразовани  получаемой внформашга и вычисление .в соответствии с уравнени ми (13) и (14) искомых параметров : с последующей передачей дл  индикашт на регистрирующий прибор 29. Дл  автоматической коррекции показаний регистрирующего прибора 29, св занных с изменением пределов измерени  физических параметров (делитель P(V) в формуле (13) управл ющие органы преоб разовател  2 |л1зических параметров в напр жение и масштабного преобразовател  26, осуществл ющие изменение их коэффициентов передачи, сопр жены меж ду собой. Преобразователь 2 физических параметров в напр жение (фиг. 2) включает операционный усилитель ЗО, имеющий в цепи отрицательной обратной св зи резистор 31, с помощью которого можно измен ть коэф(}ицие т передачи, и исследуемый нелинейный элемент 1, а также амплитудный детектор 32, соединенный с выходом усилител  30, генератор 33 переменного напр жени , блок 34 напр жений смещени  и два переключател  35 и 36. С помощью переключател  35 .на два положени  можно измен ть пол р ность напр жений смешени  блока 34 в случае исследовани  трехполюсных нелинейных элементов, например полевых транзисторов с различным типом проводимости канала.- Переключатель 36 На четыре положени  с трем  направл ющими , кажда  по пор дку представл юща  собой соответственно .первый, второ и третий выходы 37 - 39 преобразовател  2, позвол ет перево;ить преобразователь в необходамый режим преобразовани  физических параметров в напр жение , например емкости С варикапов и активной проводимости Ci крутизны S i и тока 1 полевых транзисторов. Дл  создани  нормального .режима работы вход преобразовател , 2, которым  вл етс  вход onepajm.OHHOro усилител  3 и первый выход 37 этого же преобразовател  соединены раздельно с первой и второй клеммами 4О и 41 дл  подключени  исследуемых элементов 1. Третий выход преобразовател  2 подключен к вт рому входу 42 второго суммирующего блока 10 (фиг. 2), выход которого соединен с третьей клеммой 43 дл  подклю ченй  исследуемых элементов 1.. Дл  исследовани  двухполюсных нелинейных

элементов, например варикапов, эти эле-

ного, пропорционального приращ.ению параменты подключают к первой и третьей клеммам 40 и 43, при этом втора  клемма 41 остаетс  свободной. Второй суммирующий блок (фиг. 2) выполнен в виде широкополюсного пассиш ного сумматора, на активном резисторе 44 сравнительно небольшого номинала которого происходит суммирование относительно низкочастотных, включа  .tiocто нную составл ющую, сигналов, поступающих на первый вход 45 с выхода первого суммирующего блока 9 (фиг. 1) и относительно высокочастотных сигналов, поступающих на второй вход 42 с третьего выхода 39 преобразовател  2 (фиг. 2). Величины реактивных элементов второго суммирующего блока 10 (;фиг. 2) выбраны такими, что исключаетс  взаимное вли ние источников сигналов, действующих в этом блоке. Динамика процессов, протекающих в устройстве, состоит в следующем,, При подключении к соответствующим клеммам 40 - 43 (фиг. 2) устройства исследуемого нелинейного элемента 1, например полевого транзистора, и переводе с помощью переключателей 35 и 36 в необходимый режим работы п еобразовател  2 физических параметров в напр жение, например в режим преобразовани  крутизны S (фиг. 2), рабоча  точка нелинейного элемента оказываетс  смещенной в область максимальных значений параметров исследуемой характеристики Р ;(л)(фиг. 3) под вли нием большого разностного сигнала , возникающего во втором сравнивающем блоке 12 (фиг. 1) за счет действи  опорного напр жени  блока 11 и отсутстви  в данный момент времен  напр жени  синхронного демодул тора 4. Кроме этого , под вли нием большого разностного сигнала, образующегос  за счет аналогичных действий в третьем сравнивающем бпоке 17, коэффициент передачи третьего аттенюатора 18 становитс  максимальным к модулирующее напр же ние генератора 19 без заметного ослаблени  передаётс  совместно с напр жением второго сравнивающего блокв 12 через первый и второй суммирующие блоки 9 и 1О на управл ющий электрод исследуемого нелинейного элемейнгга 1, что способствует образованию на втором выходе 38 (фиг. 2) преобразовател  2 напр жений (фйг. 3) в виде суммы посто нного, пропорционального величине параметра Р ( U (Р) Р (V), и перемен1196 метра йР (ли (Р) АР (V) независимо от местонахождени  рабочей точки на исследуемой характеристике. Образующийс  на втором выходе преобразовател  2 сигнал поступает дл  обработки на один из суммирующих входов суммирующе-вычитающего блока 15 и информационные входы синхронных демодул торов 3 и 4, причем второй синхронный демодул тор 4 в данный момент времени оказываетс  открытым дл  приема информацки под действием первого импульСа (фиг. 3 г), -вырабатываемого генератором 6. Получаемое не выходе синхронного демодул тора 4 напр жение, не содержащее , модулирующего сигнала генератора 19, преодолева  во втором ; сравнивающем блоке 12 опорное напр жение блока 11, переводит рабочую точку нелинейного элемента 1 на участок характеристики, определ емый начальными услови ми с последующей стабилизацией в установивщемс  режиме величины параметра Р (л) (фиг. За) с заданной точностью, независимо от вли ни  различных факторов, за счет изменени  напр жени  смещени  -V , создаваемо. го на выходе сравнивающего блока 12, которое поступает на один из входов второго вычитающего блока 28, а также на регистрирующий прибор 2 9, Одновременно с этим полное выходное напр жение преобразовател  2 в суммирующе-вычитающем блоке 15 вычитаетс  с опорным напр жением блока . 11, образу  на выходе блока 15 только переменную составл ющую .напр жени  ли (Р) (фиг. За), пропорциональную приращению ДР (V) ,(фиг. 3в). Получаемое переменное напр жение, преобразу с во втором тшнейном преобразователе 16 в посто нное (фиг. 3 ж), преодолевает Б третьем сравнивающем блоке 17 опорное напр жедае блока 11 и измен ет коэффициент передачи.третьего аттенюато ра 18 таким образом, чтобы в установи шемс  рбйкиме сохранить посто нной с заданной степенью точности и независимо от вли ни  различного рода факторов в том числе и напр жени  смещени  нелинейного элемента, величину приращени  ди (Р)ЕДР(О) (фиг. 3 в), действующего на выходе преобразовател , что возможно за счет изменени  приращени  напр жени  uU ()Д л (л)) (фиг. 3 б), соэдаваемого генератором 19 модулирующего напр жени  на выходе третьего аттенюатора 18. При таких услови х выход212 ное напр жение третьего аттенюатора 18 (фиг. Зз), несущее информацию с производной физических параметров в точке Р ()) исслед,емой характеристики нелинейного элемента 1, поступает в первый линейный преобразователь 20, где превращаетс  в посто нное напр жение (фиг. Зи), пропорциональное приращению аргумента дл(л}) и накапливаетс  в четвертом синхронном демодул торе 22, который в рассматриваемый момент времени оказываетс  открытым дл  приема информации так же, как и синхронный демодул тор 4, под вли нием первого импульса (фиг. Зг) генератора 6. Образуемое на выходе синхронного демодул тора 22 напр жение воздействует на соответствующие входы первого вычитающего и перемножающего блоков 24 27. По окончании управл ющего импульса генератора 6, длительность которого зависит от времени установлени  переходных процессов в рассматриваемых систе- мах авторегулировок, второй и четвертой, синхронные демодул торы 4 и 22 переход т в режим хранени  накопленной информации соответственно о величинах параметра Р (V) и приращени  аргумента Дл)(л), а первый и третий синхронные демодул торы 3 и 21, воспринима  с второго выхода генератора 6 управл ющий импульс (фиг. Зд) - в режим приема информации. Одновременно с этим импульс с второго выхода генератора 6 открывает дл  передачи информации первый и второй пропорциональные. модул торы 5 и 13, а также разрешает регистрирующему прибору 29 измерение и индикацию одного из параметров аппроксимации - напр жени  смещени , действующего на выходе второго сравнивающего блока 12, которое к данному моменту времени оказываетс  установив- щемс  и соответствует величина исследуемого физического параметра Р (V) св зи генератора 6, синхронизирующие работу регистрируюего прибора 29, (не показаны). При этом напр жение, хранимое во втором синхронном демодул торе 4, сравниваетс  с приобретаемым напр жением первого синхронного демодул тора 3 в первом сравнивающем блоке 8, на выходе которого, из-за  вного преобладани  в данный момент времени выходного напр жени  демодул тора 3, образуетс  резкий перепад напр жени , который через, открытый первый пропор139PSSS214

ц ональный модул тор 5, первый и вто- . системы стабилизацщ приращашй - посрой суммирующие блоки 9 и 10 беспре-то нство приращений параметров (8) неп тственно .передаетс  на управл ющий электрод нелинейного элемента 1 и сме щает рабочую точку в область меньших значений физических параметров Р (V), вызыва  тем самь1м модул цию параметров исследуемого нелинейного элемента и одновременно изменение производной в соответствии с новым значением напр жени  смещени . Получаемое на втором выходе прео&разовател  2 напр жение с меньшим уровнем и(Р)Е Р (Л) после слежени с частью опорного напр жени , поступаю щего от блока 11 через открытый вторЬ пропорциональный модул тор 13 и четве тый аттенюатор 14, Имеющий, коэффициент передачи равный (1-|т), полность крмпенсируетс  в суммирующе-вычитающем блоке 15 с полным опорным напр - жением блока 11, создава  на выходе блока 15 только переменную составл ющую дЦ(Р)дР (V)( фиг. 2в) меньшей амплитуды, однако система стабилизации приращений физических параметров дР , стрем сь воспреп тствовать изменению этой амплитуды (фиг. 2е) после ее выпр млени  (фиг. 2ж) во втором линейном Преобразователе 16 и сравне ни  в блоке 17 вызывает скачкообразное изменение коэффициента передачи третьего аттенюатора 18: и, следовательно , увеличение на его выходе модулирующего напр жени  (фиг, Зз), создаваемого генератором 19, .. По истечении предельного короткого интервала времени, неотмеченного на диаграммах:..(фиг. 36, в, е, .,, .и), как- ные системы стабилизации приход т в равновесное состо ние, непрерывно поддержива  посто нными с заданной степенью точности значение физического параметра P|V) и соответстви н с уровнем затухани  второго аттенюатора 7, а также величину приращени  этого параметра йР{л1,), в точности равного приращению ДРЫ) в соответствии с уровнем опорного напр ж:ени , имеющегос  на втором выходе блока 11. При этом в результате работы системы модул ции достигаетс  необходима  глубина модул  ции (9) физических параметров нелинейного элемента (фиг. Зв), независимо от вли ни  различного рода факторов, за счет стабилиГзации абсолютной разности напр жений и()-и,Л) (фиг, 36 образуемой на выходе первого сравниваю щего блока 8, а в результате работы зависимо от местонахождени  рабочей точки на исследуемой характеристик (фиг. За) за счет авторегу ровки Ш дулирующего воздействи  aU(.V) ЛV (.V) (фиг. 36, з), образуемого на выходе третьего аттенюатора 18 и несущего ( шформацию о производных, вход щих в выражени  (6) и (7). Одновременно с протеканием переход« ix процессов и установлением стациопарного режима работы рассмотренных систем стабилизации производитс  дадьгнейшее непрерывное преобразование их выходных сигналов в канале обработки информации о приращени х налр ж 1Ий ДОСл) и uVlV )и форми ровани . обобщенного параметра М, а также в каналах измерени  исксмых г(|1рш детров зе и VQ . Выходное напр жение (фиг. Зз) третьего аттенюатора 18 снова выпр мл етс  в первом линейном преобр1азрвателе 2О И в виде посто нного напр жени  (фиг, Зи), пропорционального приращению аргумента aV (V I, накапливаетс  в третьем синхронном демодул торе 21. Данна  информаци  о приращении аргумента; участвует в соответствии с (12) в формировав НИИ обобщенного параметра М., т.е. ослабл етс  в необходимые чисра раз в первом аттенюаторе 23 (коэффициент передачи аттенюатора равен т), вычитаетс  в блохе 24 с хранимой инфо1 мацией четвертого синхронного дем дул тора 22, а получаема  разность напр жени  управл ет коэффициентом деление дел щего блЬка 25, на выходе которого после взаимодействи  с нагф жением (U- U )5 (V - -У ) (фиг. 36) первого сравнивающего &1ока 8 образуетс  напр жение, пропорциональное обобщенному параметру М. Далее это напр жение, проход  масштабный преобразователь 26, порождает в соответст вии с (13) напр жение, прс горционалх ное искомому, параметру at , а также взаимодейству  i. соответствии с (14) в перемножающем блоке с. хранимь1М напр жением четвертого синхронного демодул тсфа 22 ти во втором вычитающем блоке 28 с выходным напр жением второго сравнивающего блока 12, напр жение , пропорциональное искомому параметру VQ Образуемые на выходах масшабного преобразовател  26 и второго вычитающего блока 28 напр жени  поступают на регистрирующий прибор 29, Таким образом, по установлению в системах модул ции и стабилизации приращений физических параметров переходных процессов, когда выходные напр же ни  первого сравнивающего блока 8 и третьего аттенюатора 18 станут в точности соответствовать разности напр же ний V- V и приращению uV(-V), генера тор 6, заканчива  формирование управл ющего импульса (фиг. 2д) на своем втором выходе, переводит первый и .третий синхронные демодул торы 3 и 21 в режим хранени  накопленной информации соответственно о величине физического параметра Р (Vvt) .(фиг. .Зв) и приращеНИИ аргумента Л-)()) (фиг. 36), а также прекращает передачу информации через первый и второй пропорциональные модул торы 5 и 13 и разрешает регист рирующему прибору 29 изменение с по сл едующей индикацией выходных напр жений масштабного преобразовател  26 и второго вычитающего блока 28, которые к данному моменту времени ока- зьтаютс  точно соответствующими измер емым параметрам аппроксимации Эе, и VQ исследуемой характеристики нелинейного элемента 1. Исчезновение напр жений на выходах первого и второго пропорциональных модул торов 5 и 13 прекращает работу системы модул ции физических параметров и напр жение смещени  возвращаетс  к прежнему значению аргумента , независимо от состо ни  режима работы нелинейного элемента 1 ипреобразовател  2. Это св зано с тем, что система нормировани  физических параметров сохран ет прежний режим работы, так как состо ние второго синхронного демодул тора . 4 пока остаетс  неизменным При -этом система стабилизации приращений физических параметров работает дво ко в зависимости от состо ни  режима работы нелинейного элемента 1 и преобразо)зател  2, который, начина  с |данного момента времени, быть произвольно изменен, включа  смену нелинейного элемента и переключение предела измерени . Если нелинейный элемент 1 исключен, и, следовательно, отсутствует какое-либо напр жение на втором выходе преобразовател  2, то эта система возвращаетс  в исходное состо ние, при котором переменное напр жение на выходе третьего аттенюато .ра 18 становитс  максимально возможным . В противном случае система стабилизации приращений физических парам ров и Р описанным выще способом стремитс  сохранить неизменным лриращение dP(V)ЛP(,лl)нeзaвиcимo от абсолютного значени  параметра Р, соответствующ&го значению аргумента л) . Если нелинейный элемент 1 остаетс  подключенным к измерительным клеммам преобразовател  2 с сохранением исходного режима работы обеих, то рабоча  точка на иссле дуемой характеристике возвращаетс  (фиг. За, в,) к прежним значени м Параметра P(V) и его приращению йР() 9(), и устройство подготавливаетс  к новому циклу измерений, исход  уже не из нулевых (исходных) условий, а с новых, соответствующих нынещнему состо нию рассматриваемых систем стабилизации . Спуст  некоторое предельно короткое врем  . f (фиг. Зг, д), достаточное только дл  установлени  показаний р&гистрирующего прибора 20 или изменени  режима работы преобразовател  2, например выбора иного предела измер&ни  параметров, включа  смену исследуемого нелинейного элемента, снова срабатывает генератор 6, и управл ющий импульс (фиг. Зг) с его первого выхода снова открывает дл  приема информации второй и четвертый синхронные демодул торы 4 и 22, привод  тем самым дополнительно в действие систему нормировани  физических параметров , начинающую работать с нового состо ни  (при отключении исследуемого элемента она возвращаетс  в исходное состо ние) и канал отработки информации о приращени х напр жений /а)()и Л л1 (Лх ) и формировани  обобщенного параметра М. В дальнейшем процессы в измерительном устройстве периодически повтор ютс  описанным выще способом , производ  по избранной программе измерение тех или иных параметров нелинейных элементов. Индикаци  измер емых величин может производитьс  : параметров ае. и V за врем  действи  каждого из управл ющих импульсов (фиг. Зг), за исключением первого, образующихс  на первом выходе генератора 6, т.е. за врем  измерени  параметров следующего нелинейного элемента: параметра - , как было отмечено выше, - за врем  действи  упра&л ющих импульсов (фиг. Зд), имеющихс  на втором выходе генератор.:, о: смена нелинейного элемента или его режима работы,включа  изменение предела камере17:998 ни  преобразовател 2-заинтервал време-r ни 1г , образуемый между импульсами у (фиг. Зд), по вл ющимис  последова- . тельно на втором и первом выходах генератора 6, который при необходимости может регулироватьсжГ в широких пределах. включа  режим Останов, Индикахш  других параметров аппроксимации, а име но значений .физических парам эов в исследуемой точке характеристики РСл)) производитс  с п6мо11а ю указател  поло жени  управл ющего органа резистора 3 ( фиг, 2), сопр женного с масштабным преобразователем 26, который может быть оцифрован в значени х пределов измер емых величин (фиг. 2) с указа нием соответствующих наименований физических единиц, например пикофарад (пф), микросш«1енсов (мкСм), микроампер (мкА) в зависимости от вида ио- . следуемых характеристик нелинейного элемента (переключатель 36). . Выбор предела измерени  физических параметров при исследовании одного и того же нелинейного элемента на показани х регистрирующего прибора 29, измер ющего параметры зь и л)р , не должен оказыватьс , если только характеристики этого элемента соответствуют степенной функции, так как при изменен НИИ коэффициента .передачи преобразова тел  2 автоматически подстраиваетс  обобщенный параметр М ii2), вход щий в выражени  (13) и (.14), и одноврёмен нокорректируетс  ко9ф йщиент пфедачи масштабного преобразовател  26, так, что отношение -pT-rj , гредставленное 6 аналоговых величинах, остаетс  пооТО5ШНЫМ . Если при изменении предела наблюдаютс  различи  в измер емых параметрах ае и VQ то это свидетельствует о том, что анализируемый интервал характеристики не соответст вует степенному полиному и его необ- ход шло сузить, причем характерным, признаком дл  установлетпш границ этого интервала может  витьс  допустимое отклонение измер емых величин эй, и VQ Предлагаемое устройство отличаетс  ; повышенной точнсютью и- быстродейстувием измерений, что обеспечиваетс  ис- пользованием в устройстве изложенного выше метода определени  параметров аппроксимации характеристик нелинейных элементов, позвол ющего практически полностью исключить составл ющие погрешности, обусловленных -нелинейностью исследуемых. характеристик, KOTopbie присущи известным методам измерений J :55 6218 и 1вл ютс  преобладающими при отклонени х степени аппроксимиру эшёго полинома от единипы, достигаа дес тков процентов, а также реализацией соответствующего алгоритма работы устройства, позвопжощего в автоматическом режиме одновременно измер ть все параметрры аппроксимации с минимально возможными погрещнсют ми, ускор   тем самым процесс измерений. Дл  количественной оценки вьшгрыша в точности измерений параметров иоследуемых элементов целесообразно и оходить из сравнени  соответствующих сумм систематичес сих (аддитивных) и случайных (среднеквадратических) составл ющих погрешностей, образуемых в известном f|j. и tf j и предлагаемой ,сГ f; и сГ; if устройствах за счет вли ни различного рода факторов: ,.. М1М.Ы.1«, . №af Pi,l : : Таким образом, дл  достоверной оценки вышраща (15) достаточно определить лишь аддитивную составл ющую погрешности известного устройства и среднеквадраТИчёскую предлагаемого, -так как из ш 1Шеизпоженного справедлик 1 соотношени  №il №i|-,l isl KiulАддитивна  составл юща  погрешноо ти измерени  параметра в самом общем виде., ,,(«, где VQ - пороговое напр жение, исследуемой характеристики нелинейного элемента, получаемое с помощью известного устройства при отличии степени шшрок- симгрующего полинсма от еди . . ницы. В св зи с тем, что нзв ггное устройство п товано на линейной аппроксимации характеристик нелинейных элементов то дл  нахохэдени  величины V достаточно не исследуемой хёфактеристике Сфиг. 4а) провести пр мую, проход щую через тр тс1чки с координатами (V)},,.шp(V. ,0. уравнение пр мой, проход щей через данные точки, имеет вид 0-РИ) Р(л)-тр1У) Отсюда -0)1 0 Vnl Разность аргументов , V-V  вл етс  промежуточной величиной (неудобной дл  практического использовани ) и ее целесообразно представить через измер емы параметры. Дл  этого воспользуемс  исходным соотношением (1) и составим уравнение,, (VI 1ЧГЧ« г решение которого позвол ет определить искомую величину A/-vV-Vo(,1--l)(--tl), (18) Подставл  (17) и (18) в (16), получаем. „. ) И, Дл  значений параметров - - 0,25 , т 0,5, , характерных дл§ таких нелинейных элементов как, наприм полевые:транзисторы, при измерени х на известном устройстве оГпт ЗИотс 31,5%. При исследовании на этом же устройстве, например варикапов с э& - 0,5, целесообразно прин ть - - 1 тогда при m 0,5 погрешность определени  контактной разности потенциалов составит cГ)„т„ ., с - 200%. 01 D . Аддитивную составл ющую погрешнос ти измерени  параметра зе с помощью -Jit J- {(dM) dae- Vl wl -ES Pl jfl +CS i fviP; (22; где ., (V;, (n;),(V)- Среднеквадратические составл юшие погрешности формировани  параметров M,V,AV(-V),PW), ЛР(-У) , обусловленные не.совершенством соответствующих систем стабилизации. В св зи с тем, что в предлагаемом устройстве использованы однотипные статические системы стабизизации, отмеченные составл ющие погрешности, за исключением первой, оказываютс  равновеликими и могут быть прин ты кажда  в отдельности примерно равными ((Tci ± tO,l%). В формировании обобшенного па9 220 известного устройства можно оценить на основании (3) при условии, что параметр P(V) и его производна  - определ етс  точно, а прраметр приближенно , - в соответствии с (17) Л)У вл/v- те РГ п л)) Принима  во внимание (16), полуаем искомую погрешность в удобном дл  практического использовани  виде. R-) С учетом ранее прин тых численных значений параметров, вход щих в (20), дл  тех. же нелинейных элементов соответственно имеем cTae-j-j -42% и сГэе., - Отсюда следует, что.оценить относительно точно значение параметра ге, с по- мошью известного устройства не представл етс  возможным. Среднеквадратические составл ющие погрешности из}41ерений параметров л)о и зе , характерные дл  предлагаемого устройства, определим на основании соотношений (13) и (14) путем почленного дифференцировани  по каждому из параметров , вли ющих, на точность измерений, с последующим геометрическим суммированием получаемых частных составл ющих )Ч) (2) раметра М (12) участвуют. практически все системы устройства и составл ющую оМ следует рассмотреть более подробно. Анализиру  соотношение (12). нетрудно заметить, что между величинами й-(л)и дл)() строга  коррел ционна  св зь. Во - первых, они формируют; с  одной и той же системой стабилизации приращений, во- вторых, их соотношение определ етс , очевидно, параметрами апгфоксимации, и, следовательно, зависит от коэффициента m . Действительно , реша  совместно (12), (14) и (18) можно установить, что лл1/ ) Г uVlV) Ш

гдecГ(V-V-,)и - составл ющие погрешности формировани  разности аргументов .V- Vxj и коэффициента m.

Перва  составл юща  определ етс  несовершенством системы модул ции физических параметр ов, а втора  - нестабильностью коэффициента передачи второго аттенюатора 7.

При равновеликих частных среди еквадратических составл ющих погрешнооти ( - (Г ) формировани  обобщенного параметра М, что на практике обычно имеет место, сортнощение (25) представить в виде

, Ufe) где весорой коэффициент

(21)

/ -- (-

Vm

Представленна  на фиг. 46 графичеока  интерпретаци  соотношени  (27) в функции параметра m дл  различных значений степени аппроксимирующего полинома эе показывает целесообразность выбора значени  коэффициента в пределах О,1 ... 0,2, в отличие от известного устройства, где рекомендовано значение m 0,5.

В соответствии с графиком (фиг. 46) при m 0,15, зе. 2, что характерно дл  полевых транзисторов, весовой к эффициент V 1,45, и если прин ть -±

±О,1%, то, согласно (26) или (25), сГМр ± 0,145%. Аналогично дл  варикапов: ае. -0,5; Ц 2,5 и

стц ± 0,25%.

Подставл   данные численные значени  дл  «TW в (21) и (22) и принима  - О,25 (дл  полевых транзио торов) и - - 1 (дл  варика11ов), а также полага  другие частные соста&л ющие , вход щие в (21) и (22), равными + О,1%, соответственно получаем: ).., ± О, i8%,5 V-f:o o, .t

Unfоцв

Ю,2% ,аеОв- 0.28%.

I

Вьшгрыш в точности измерений по рогового напр жени  и степени аппрокнсимируюшего полинома в соответствии с (15) дл  полученных численных значений аддитивных (19), (2О) и среднеквадратических (21),j (22) составл к щих погрешностей составл ет: а) при исследовании характеристик полевых транзисторов

..

oini

П4; В

crZlOv

i,

.

аепт

0 1пт|r lnjl

исследовании характеристик вари ..

(fV,

01 в

i

COi Во

00

,

-В

она

Количестбенную оценку выигрыша в быстродействии измерений можно произвести лишь ориентировочно на основании сравнени  времен уравновешивани  иэвестного устройства и предлагаемого, которые оказываютс  примерно равными . Однако известное устройство за это врем  способно измерить лишь один основной параметр - пороговое напр жение (напр жение отсечки), а предлагаемое устройство - как минимум, два - пороговое напр жение и степень аппроксимирующего полинома. Поэтому можно считать, что выигрыш по быстродейст вию измерений составл ет не менее двух раз.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает высокой эффект вностъю и позвол ет существенно повысить точность измерений параметров аппроксимации характе ристик нелинейных элементов, а также ; ускорить npcniecc измерений. Это устройство , как наиболее эффективное, целесообразнб дл  использовани  в подсистемах технической диагностики нелинейных элементов автоматизированных систем контрол  параметров различной радиоэлектронной аппаратуры. 23 Ф о р м у л а и. 3 обретени  Устройство дл  измерени  параметро аппроксимации характеристик нелинейных элементов, содержащее регистрирующий прибор, генератор импульсов, выходы которого соединены с управл ющими . входами первого модул тора, первого и второго синхронных демодул торов, выход, первого синхронного демодул -. .тора подключен через первый аттенюатор к первому входу блока сравнени , второй вход которого соединен с выходом второго синхронного демодул тора, а выход соединен свходом первого модул тора, преобразователь:физически)( параметров в напр жение, первый вход которого соединен с входом первого и второго синхронных детекторов, а второй выход и вход соединены соответственно с первой и второй клеммами дл  подключени  исследуемого прибора, гене ратор модулирующего напр жени  и второй аттенюатор, выход- которого под1шн чен к первому входу первого вычитающего блока, ,р тличающее с   . тем, что с целью повыщени  точности и быстродействи  измерений, в него введены третий и четвертый аттенюаторы , второй модул тор, третий и четвер . тый Синхронные демодул торы, масштабный и первый и второй линейные преобразователи напр жений, блок делени , блок умножени , первый и второй сум , мирующие блоки, суммирующе-вычитающий блок, второй вычитающий блок, второй и третий сравнивающие блоки и блок опорных напр жений, причем выход генератора модулирующего напр жени  через третий аттенюатор соединен с входом первого линейного преобразовател  напр жений и с первым входом первого суммирующего блока, второй и третий входы которого подключены к выходам первого модул тора и второг сравнивающего блока, а выход - к первому входу второго суммирующего блока , второй вход которого подключен к третьему выходу преобразовател  физических параметров в напр жение, а выход - к третьей клемме дл  подклк чени  исследуемого полупроводникового прибора, первый вход второго сравниваю 82 щего блока соединен с выходом второго синхронного.демодул тора, второй подключен к входу второго модул тора, первому вычитающему входу суммирутоще-вычитающего блока и первому выходу блока опорных напр жений, второй вход третьего аттенюатора подключен к выходу третьего сравнивающего блока, один вход которого соединен с вторым выходом блока опорных напр жений, а второй через второй линейный преобразователь напр жений соединен с выхрдом суммирующе-вычитающего, блока, второй суммирующий вход которого под- ключен к второму выходу преобразовател  физических параметров в напр жение , а .третий - через четвертый атте-. нюатор к выходу второго модул тора, управл ющий вход которого подключен к соответствующему выходу генератора импульсов, выход.первого линейного преобразовател  напр жений соединен с входами третьего и четвертого синхронных демодул торов, управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора импульсов, а выходы - соответственно к входу первого аттенюатора и к вторым входам первого вычитающего и перемножающего блоков ,соответствующие входы блока делени  Соединены с выходами первого сравниваю- щего и первого вычитающего блоков, а выход - с первым входом перемножающего блока и через масщтабный преобразователь напр жений, с одним из входов регистрирующего .прибора, другие входы которого подключены раздельно к выходам второго сравнивающего и второго вычитающего блоков, первый вход которого подключен к выходу второго сравнивающегоблока , а второй - к выходу перемножающего блока. . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Каскады радиоприемников на по- . левых транзисторах. Под ред. Н. Г. Петрова. М., Энерги , 1974, с. 192, (Б-ка по радиоэлектронике, вып. 5О) с. 13-17. 2. Авторское свидетельство СССР № 543894, кл. G, 10 R 31/26, опублик. 18.05.77, (прототип).

i г Iff r rrr1t I Т.. Л1 I .. i-r-L -jb jTrr - -jziU -Hii ; йЗХ- I 7 Ай1 f - «HI ylfSILJ- L : J. L.-I JL J I III I  , . J 7/W . X .IWe . KSftOKy26 Iff imfajwAM Фиг.г .5 Ve f , 0 0.1 O.Z 0.3 О.Ч 0. ФМ1 tn.

Claims (1)

1. Формула из обретения

   Устройство для измерения параметров аппроксимации характеристик нелинейных элементов, содержащее регистрирующий прибор, генератор импульсов, выходы которого соединены с управляющими . входами первого модулятора, первого щего блока соединен с выходом второго синхронного демодулятора, второй подключен к входу второго модулятора, первому вычитающему входу суммирую5 ще-вычитающего блока и первому выходу блока опорных напряжений, второй вход' третьего аттенюатора подключен к выходу третьего сравнивающего блока, и второго синхронных демодуляторов, выход, первого синхронного демодуля-. 10 тора подключен через первый аттенюатор к первому входу блока сравнения, второй вход 'которого соединен с выходом второго синхронного демодулятора, а выход соединен С входом первого 15 модулятора, преобразователь; физических параметров в напряжение, первый вход которого соединен с входом первого и второго синхронных детекторов, а второй выход и вход соединены соответст- · 20 венно с первой и второй клеммами для подключения исследуемого прибора, генератор модулирующего напряжения и второй аттенюатор, выход- которого подключен к первому входу первого вычитаю- 25 щего блока, .отличающееся тем, что с целью повышения точности * и быстродействия измерений, в него введены третий и четвертый аттенюаторы, второй модулятор, третий и четвертый синхронные демодуляторы, масштаб—' ный и первый и второй линейные преобразователи напряжений, блок деления, блок умножения, первый и второй сум- , мирующие блоки,' суммирующе-вычитаю щий блок, второй вычитающий блок, ¹ второй и третий сравнивающие блоки и блок опорных напряжений, причем выход генератора модулирующего напряжения через третий аттенюатор соединен с входом первого линейного преобразователя напряжений и с первым входом первого суммирующего блока, второй и третий входы которого подключены к выходам первого модулятора и второго сравнивающего блока, а выход - к первому входу второго суммирующего блока, второй вход которого подключен к третьему выходу преобразователя физических параметров в напряжение, а выход - к третьей клемме для подключения исследуемого полупроводникового прибора, первый вход второго сравниваюодин вход которого соединен с вторым выходом блока опорных напряжений, а второй через второй линейный преобразователь напряжений соединен с выходом суммирующе-вычитающего. блока, второй суммирующий вход которого подключен к второму выходу преобразователя физических параметров в напряжение, а третий - через четверть® атте-. нюатор к выходу второго модулятора, . управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу генератора импульсов, выход первого линейного преобразователя напряжений соединен с входами третьего и четвертого синхронных демодуляторов, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора импульсов, а выходы — соответственно к входу первого аттенюатора и к вторым входам первого вычитающего и перемножающего блоков,соответствующие входы блока деления соединены с выходами первого сравнивающего и первого вычитающего блоков, а выход — с первым входом перемножающего блока и через масштабный преобразователь напряжений, с одним из входов регистрирующего прибора, другие входы которого подключены раздельно к выходам второго сравнивающего и второго вычитающего блоков, первый вход которого под; ключей к выходу второго сравнивающего¹ блока, а второй - к выходу перемножающего блока. .