Пристрій для контролю ступеня розбіжності ємності

Реферат: Винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки й може бути використаний при контролі параметрів напівпровідникових приладів. Задачею винаходу є створення пристрою, у якому за рахунок конструктивних особливостей можливо було б здійснити ступінь контролю по ідентичності із заданим допуском розбіжності для довільної кількості варикапів. Це досягається тим, що в схему додатково введені нові блоки: блок ключів, випробувані варикапи, формувач імпульсів, дві схеми затримки, дві двовходові схеми "АБО", три двовходові блоки збігу, два граничні елементи, інвертор, розподільник імпульсів, блок D-тригерів. UA 107520 C2 (12) UA 107520 C2 UA 107520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки й може бути використаний при контролі параметрів напівпровідникових приладів. Відомий пристрій для контролю параметрів варикапів (патент України UA 10410), що містить генератор високої частоти, схему з керованим коефіцієнтом передачі, ємність, перший вивід якої з'єднаний з першим виводом першого резистора й з першим виводом ємності дільника, другий вивід якого через другий резистор з'єднаний із джерелом зсуву й з першою клемою для підключення випробуваного варикапа, друга клема якого спільно із другим виводом першого резистора підключена до загальної шини, перша клема для підключення випробуваного варикапа через підсилювач підключена до входу детектора, блок, що віднімає, вихід якого є виходом пристрою, а один із входів підключений до клеми опорної напруги, другий підсилювач, другий детектор, пристрій порівняння, при цьому вихід першого детектора з'єднаний з першим входом пристрою порівняння, другий вхід якого з'єднаний із клемою опорної напруги, а вихід з керуючим входом схеми з керованим коефіцієнтом передачі; перший вивід першого резистора через послідовно з'єднані другий підсилювач і другий детектор підключений до другого входу блока вирахування, вихід генератора високої частоти підключений до входу схеми з керованим коефіцієнтом передачі, вихід якої з'єднаний із другим входом ємності. До недоліків пристрою слід віднести відносно невисоку точність виміру, викликану складностями при створенні абсолютно ідентичних по параметрах двох каналів виміру, а також те, що наведений пристрій дозволяє визначити ступінь ідентичності ємностей тільки двох варикапів. Найбільш близьким по своїй технічній суті до пропонованого пристрою є пристрій для контролю параметрів варикапів (патент України 36344А - прототип), що містить генератор високої частоти, джерело зсуву, ємність, резистор, ключ, другий резистор, схему з керованим коефіцієнтом передачі, клеми для підключення випробуваного приладу, підсилювач високої частоти, детектор, генератор імпульсів, ємність дільника, блок збігу, двійковий лічильник, граничний елемент, блок, що віднімає, шину для підключення опорної напруги, пускову шину, причому генератор високочастотної напруги через ємність підключений до першого резистора, другий вивід якого з'єднаний із загальною шиною, до ємності дільника й першого контакту ключа, другий контакт якого з'єднаний з першою клемою для підключення випробуваного варикапа, другим виводом ємності дільника, входом підсилювача високої частоти й через другий резистор із джерелом зсуву, вихід підсилювача через детектор з'єднаний з аналоговим входом схеми з керованим коефіцієнтом передачі, вихід якої з'єднаний з входами граничного елемента, й блока, що віднімає, вихід якого є виходом пристрою, а другий вхід з'єднаний із шиною для підключення опорної напруги, вихід граничного елемента з'єднаний з керуючим входом ключа й одним із входів блока збігу, до другого входу якого підключений генератор імпульсів, вихід блока збігу з'єднаний з тактовим входом двійкового лічильника, R-вхід якого підключений до пускової шини, а вихід - до керуючого входу схеми з керованим коефіцієнтом передачі, друга клема для підключення випробуваного приладу з'єднана із загальною шиною. До недоліків пристрою слід віднести те, що пристрій дозволяє контролювати ступінь ідентичності тільки двох варикапів і неможливість контролю зазначеного параметра для довільної їхньої кількості. Задачею винаходу є створення пристрою, що дозволяє здійснювати ступінь контролю по ідентичності із заданим допуском розбіжності для довільної кількості варикапів. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для контролю ступеня розбіжності ємностей, який містить генератор високої частоти, резистор, один з виводів якого підключений до загальної шини, а другий - до першого виводу розділової ємності, другий резистор, один з виводів якого підключений до джерела зсуву, а другий - до нормально замкненого контакту ключа, управляючий вхід якого підключений до виходу граничного елемента й першого входу блока збігу, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора імпульсів, а вихід - з тактовим входом двійкового лічильника, інформаційний вихід якого з'єднаний із цифровим входом схеми з керованим коефіцієнтом передачі, вихід якої з'єднаний з першим входом блока, що віднімає, на другий вхід якого подана опорна напруга; перший вхід граничного елемента з'єднаний з другим джерелом опорної напруги, а другий вхід - з виходом схеми з керованим коефіцієнтом передачі, аналоговий вхід якої підключений до виходу детектора, вхід якого - до виходу підсилювача високої частоти, ємність дільника, перший вивід якої підключений до перекидного контакту ключа, шину "Пуск", додатково містить блок ключів, випробувані варикапи, формувач імпульсів, дві схеми затримки, дві двовхдові схеми "АБО", три двовходові блоки збігу, два граничні елементи, інвертор, розподільник імпульсів, блок D-тригерів, при цьому вихід генератора високої частоти з'єднаний з перекидним контактом ключа й першим виводом третього резистора, другий вивід якого з'єднаний з виходом джерела зсуву; вхід підсилювача 1 UA 107520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 високої частоти через другу розділову ємність з'єднаний з перекидними контактами блока ключів, нормально відкриті контакти яких через випробувані варикапи з'єднані із загальною шиною, а керуючі входи - з відповідними виходами розподільника імпульсів і D-входами блока тригерів, вихід якого є виходом пристрою, R-входи з'єднані разом і підключені до шини "Пуск", а С-входи -до виходу другого блока збігу, перший вхід якого підключений до виходу третього блока збігу, обоє входи якого підключені до виходів другого й третього граничних елементів, перші входи яких підключені до виходу блока, що віднімає, а другі входи з'єднані із третім і четвертим джерелом опорних напруг; вихід першого граничного елемента через перший формувач імпульсів підключений до другого входу другого блока збігу й першому входу четвертого блока збігу, другий вхід якого підключений до виходу інвертора, а вихід - до першого входу схеми "АБО", вихід якої з'єднаний з першим входом другої схеми "АБО" і через першу схему затримки - з R-входом двійкового лічильника; вхід інвертора з'єднаний з останнім виходом розподільника імпульсів, тактовий вхід якого з'єднаний з виходом другої схеми "АБО", другий вхід якої з'єднаний з виходом другої схеми затримки, вхід якої підключений до R-входу розподільника імпульсів, другого входу першої схеми "АБО" і шини "Пуск"; другий вхід ємності дільника підключений до першого виводу першого резистора, другий вивід першої розділової ємності з'єднаний з перекидними контактами блока ключів. Зіставний аналіз із прототипом показує, що пристрій, що заявляється, відрізняється тим, що в схему додатково введені нові блоки: блок ключів, випробувані варикапи, формувач імпульсів, дві схеми затримки, дві двовходові схеми "АБО", три двовходові блоки збігу, два граничні елементи, інвертор, розподільник імпульсів, блок D-Тригерів. На кресленні представлена схема пропонованого пристрою. Вона містить ключ 1, розділові ємності 2 і 13, підсилювач 3 високої частоти, детектор 4, схему 5 з керованим коефіцієнтом передачі, клеми 6, 22, 26 і 27 для підключення опорних напруг, граничні елементи 7, 28 і 29, формувач 8 імпульсів, резистори 9, 11 і 15, генератор 10 високої частоти, ємність 12 дільника, джерело 14 напруги зсуву, блок 16 ключів, випробувані варикапи 17, генератор 18 імпульсів, блоки 19, 25, 30 і 31 збігу, лічильник імпульсів 20, схеми 21 і 32 затримки, блок 23, що віднімає, схеми 24 і 33 "АБО", розподільник 34 імпульсів, інвертор 35, блок 36 D-тригерів. Схема 5 з керованим коефіцієнтом передачі в цьому випадку може бути зібрана на основі цифро-аналогового перетворювача, що множить, коефіцієнт передачі якого визначається кодом, що знаходиться в лічильнику 20. Ємність 12 і випробувані варикапи 17 утворюють ємнісний дільник. Як ємність 12 дільника використовується такий же варикап, як і випробувані. Пристрій містить генератор 10 високої частоти, резистор 9, один з виводів якого підключений до загальної шини, а другий - до першого виводу розділової ємності 13, другий резистор 11, один з виводів якого підключено до джерела 14 зсуву, а другий - до нормально замкненого контакту ключа 1. Керуючий вхід цього ключа підключений до виходу граничного елемента 7 і першого входу блока 19 збігу, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора 18 імпульсів, а вихід - з тактовим входом двійкового лічильника 20. Інформаційний вихід цього лічильника з'єднаний із цифровим входом схеми 5 з керованим коефіцієнтом передачі, вихід якої з'єднаний з першим входом блока 23, що віднімає, на другий вхід якого із клеми 22 подана опорна напруга. Перший вхід граничного елемента 7 з'єднаний - із другим джерелом опорної напруги, підключеної до клеми 6, а другий вхід - з виходом схеми 5 з керованим коефіцієнтом передачі. Аналоговий вхід схеми 5 підключений до виходу детектора 4, вхід якого - до виходу підсилювача 3 високої частоти. У ємності 12 дільника перший вивід підключений до перекидного контакту ключа. Вихід генератора 10 високої частоти з'єднаний з перекидним контактом ключа 1 і першим виводом третього резистора 11, другий вивід якого з'єднаний з виходом джерела 14 зсуву. Вхід підсилювача 3 високої частоти через другу розділову ємність 2 з'єднаний з перекидними контактами блока 16 ключів, нормально відкриті контакти яких через випробувані варикапи 17 з'єднані із загальною шиною. Керуючі входи цих ключів з'єднані з відповідними виходами розподільника 34 імпульсів і D-входами блока 36 тригерів, вихід якого є виходом пристрою. R-входи тригерів блока 36 з'єднані разом і підключені до шини "Пуск", а С-входи - до виходу другого блока 31 збігу, перший вхід якого підключений до виходу третього блока 30 збігу. Обоє входи блока 30 підключені до виходів другого 28 і третього 29 граничних елементів, перші входи яких підключені до виходу блока 23, що віднімає. Другі входи граничних елементів 28 і 29 з'єднані із третім - через клему 26 - і четвертим - через клему 27 - джерелами опорних напруг. Вихід першого граничного елемента 7 через перший формувач 8 імпульсів підключений до другого входу другого блока 31 збігу й першому входу четвертого блока 25 збігу. Другий вхід блока 25 підключений до виходу інвертора 35, а вихід - до першого входу схеми 24 "АБО", вихід якої з'єднаний з першим входом другої схеми 33 "АБО" і через першу схему 21 затримки - з Rвходом двійкового лічильника 20. Вхід інвертора 35 з'єднаний з останнім виходом розподільника 2 UA 107520 C2 5 10 15 34 імпульсів, тактовий вхід якого з'єднаний з виходом другої схеми 33 "АБО". Другий вхід схеми 33 з'єднаний з виходом другої схеми 32 затримки, вхід якої підключений до R-входу розподільника 34 імпульсів, другого входу першої схеми 24 "АБО" і шини "Пуск". Другий вхід ємності 12 дільника підключений до першого виводу першого резистора 9, другий вивід першої розділової ємності 13 з'єднаний з перекидними контактами блока 16 ключів. У вихідному стані схеми генератор 10 високої частоти виробляє синусоїдальну напругу частоти, при якій проводиться вимір ємнісних параметрів варикапів C0 Cn , яка підсилюється й детектується відповідно підсилювачем 3 і детектором 4 і надходить на аналоговий вхід схеми 5 з керованим коефіцієнтом передачі. Із приходом імпульсу "Пуск" обнуляється розподільник 34 імпульсів, а через схему 24 "АБО" і схему 21 затримки обнуляється лічильник 20. Сигнал на виході схеми 5 стає рівним нулю. По цьому стану спрацьовує граничний елемент 7, переводячи ключ 1 у розімкнутий стан. Одночасно на блок 19 збігу надходить дозвіл на проходження тактових імпульсів від генератора 18 на вхід лічильника 20. Через час, обумовлений схемою 32 затримки на тактовий вхід розподільника 34 імпульсів, надходить сигнал, що встановлює розподільник у перший стан. По цьому стану спрацьовує перший ключ блока 16 ключів, підключаючи до вимірювальної позиції перший варикап із числа випробуваних. Ємність 12 і перший варикап із числа випробуваних утворюють ємнісний дільник. Сигнал U на виході детектора дорівнює: 20 U1  Uг  k у C0 , 1   Uг  k у  1 1 C1 C0  C1  C0 C1 (1) де U1 - напруга на виході детектора при підключенні першого випробуваного варикапа; C1 - ємність цього варикапа; 25 30 C0 - значення ємності 12; Uг - напруга генератора, k у - загальний коефіцієнт підсилення підсилювача 3 і детектора 4;  - кругова частота виміру, Із приходом дозволу на проходження тактових імпульсів на вхід лічильника 20 код у ньому, а отже, і напруга на виході схеми 5 росте. При досягненні їм значення, обумовленого порогом спрацьовування елемента 7, на виході схеми 7 формується потенціал, що забороняє проходження тактових імпульсів на вхід лічильника. На виході схеми 5 одержуємо: U1  k1  Uоп , 35 (2) де k 1 - коефіцієнт передачі схеми 5 при підключенні першого випробуваного варикапа C1 , Uоп - значення опорної напруги, поданої на клему 6. Значення k 1 у вигляді коду зберігається в лічильнику СТ2. З появою забороняючого потенціалу на виході схеми 7 ключ 1 переходить у замкнений стан. У цьому випадку сигнал на виході схеми 5 дорівнює: U1  Uг  k у  k1 , (3) 40 Або з урахуванням (1) і (2): Uоп C0  C1 C U1  Uг  k у   Uоп  Uоп 1 . Uг  k у C0 C0 45 При подачі на клему 22 опорної напруги, рівної 2Uon , на виході пристрою 23, що віднімає, одержимо C C1 U23  Uоп 1  Uоп  Uоп  UопC1 , C0 C0 3 UA 107520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 де C1  C1  C0  C1 - відносна величина ступеня розбіжності ємностей C0 і C1 . C0 C0 Цей сигнал надходить на входи граничних пристроїв 28 і 29, на другі входи яких надходять опорні напруги Uоп  C (на клему 26) і Uоп  C (на клему 27). Якщо сигнал на виході пристрою, що віднімає, перебуває усередині зони, обумовленої цими опорними напругами, на виході блока 30 збігу формується сигнал логічної одиниці, який, стробуючись імпульсом з виходу формувача 8, надходить на С-входи блока 36 тригерів. По першому стану розподільника 34 імпульсів установлюється в одиницю перший тригер блока 36 тригерів, сигналізуючи про те, що варикапи 12 і перший варикап із числа випробуваних являють собою пару із заданим допуском C . Одночасно імпульсом з виходу формувача 8 з дозволу від інвертора 35 на виході блока 25 збігу формується імпульс, який, пройшовши схему 24 "АБО", через схему 33 "АБО" додає одиницю в розподільник 34 імпульсів, переводячи останній у другий стан, підключаючи до вимірювальної позиції другий варикап із числа випробуваних і дозволяючи запам'ятовування інформації в другому тригері блока 36 тригерів про ступінь ідентичності другого варикапа стосовно варикапа 12. Також імпульсом з виходу схеми 24 через час, обумовлений схемою 21 затримки, яка необхідна для переключення ключів і встановлення перехідних процесів, що виникли в результаті комутації, обнуляється лічильник 20. Далі розмикається ключ 1 і цикл повторюється. На виході блока 23 наприкінці циклу з'являється сигнал C C2 U23  Uоп 2  Uоп  Uоп  UопC2 , C0 C0 де C2  C2  C0  C2 - відносна величина ступеня розбіжності ємностей C0 і C2 . C0 C0 Потім підключається третій варикап і т.д. Після визначення ступеня придатності по ідентичності n-го варикапа (де n - число випробуваних варикапів), розподільник 34 перейде в n+1 стан, на виході інвертора 35 виникне стан логічного нуля, що забороняє подальшу роботу пристрою. Цикл контролю закінчується. У результаті в тригерах блока 36 буде зберігатися інформація про ступінь придатності по ємності кожного з випробуваних варикапів стосовно варикапа 12 із заданим рівнем допуску. Наведений пристрій може бути використаний як для контролю вже готових комплектів варикапів, так і для їхнього комплектування. При цьому, якщо необхідно, допустимо, скомплектувати варикапи не більш ніж з 3-х процентною зоною розкиду, різниця опорних напруг, що подається на клеми 26 і 27 повинна становити ці 3 %. Після повного циклу контролю ті з варикапів, які будуть представляти пару стосовно "опорного" варикапа 12, між собою будуть розходитися по ємності не більш, ніж на необхідні 3 %. Слід зазначити, що вихідний сигнал пристрою, як і в прототипі, не залежить від параметрів генератора й підсилювача високої частоти, що вигідно відрізняє наведену схему в частині її стабільності. Отже, наведену схему можна рекомендувати для варикапів з мінімальною ємністю, тобто найпоширеніших типу KB 122, використовуваних у селекторах телевізійних приймачів. При необхідності контролювати ступінь ідентичності по всій вольтфарадній характеристиці випробуваних варикапів пристрій слід доповнити пам'яттю, де будуть зберігатися в цифровому виді значення коефіцієнтів ki . ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Пристрій для контролю ступеня розбіжності ємностей, що містить генератор високої частоти, резистор, один з виводів якого підключений до загальної шини, а другий - до першого виводу розділової ємності, другий резистор, один з виводів якого підключений до джерела зсуву, а другий - до нормально замкненого контакту ключа, керуючий вхід якого підключений до виходу граничного елемента й першого входу блока збігу, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора імпульсів, а вихід - з тактовим входом двійкового лічильника, інформаційний вихід якого з'єднаний із цифровим входом схеми з керованим коефіцієнтом передачі, вихід якої з'єднаний з першим входом блока, що віднімає, на другий вхід якого подана опорна напруга; перший вхід граничного елемента з'єднаний з другим джерелом опорної напруги, а другий вхід з виходом схеми з керованим коефіцієнтом передачі, аналоговий вхід якої підключений до виходу детектора, вхід якого - до виходу підсилювача високої частоти, ємність дільника, перший 4 UA 107520 C2 5 10 15 20 вивід якої підключений до перекидного контакту ключа, шину "Пуск", який відрізняється тим, що він додатково містить блок ключів, випробувані варикапи, формувач імпульсів, дві схеми затримки, дві двовходові схеми "АБО", три двовходові блоки збігу, два граничні елементи, інвертор, розподільник імпульсів, блок D-тригерів, при цьому вихід генератора високої частоти з'єднаний з перекидним контактом ключа й першим виводом третього резистора, другий вивід якого з'єднаний з виходом джерела зсуву; вхід підсилювача високої частоти через другу розділову ємність з'єднаний з перекидними контактами блока ключів, нормально відкриті контакти яких через випробувані варикапи з'єднані із загальною шиною, а керуючі входи - з відповідними виходами розподільника імпульсів і D-входами блока тригерів, виходи якого є виходами пристрою, R-входи з'єднані разом і підключені до шини "Пуск", а С-входи - до виходу другого блока збігу, перший вхід якого підключений до виходу третього блока збігу, обоє входів якого підключені до виходів другого й третього граничних елементів, перші входи яких підключені до виходу блока, що віднімає, а другі входи відповідно з'єднані із третім і четвертим джерелами опорних напруг; вихід першого граничного елемента через перший формувач імпульсів підключений до другого входу другого блока збігу й першого входу четвертого блока збігу, другий вхід якого підключений до виходу інвертора, а вихід - до першого входу схеми "АБО", вихід якої з'єднаний з першим входом другої схеми "АБО" і через першу схему затримки з R-входом двійкового лічильника; вхід інвертора з'єднаний з останнім виходом розподільника імпульсів, тактовий вхід якого з'єднаний з виходом другої схеми "АБО", другий вхід якої з'єднаний з виходом другої схеми затримки, вхід якої підключений до R-входу розподільника імпульсів, другого входу першої схеми "АБО" і шини "Пуск"; другий вхід ємності дільника підключений до першого виводу першого резистора, другий вивід першої розділової ємності з'єднаний з перекидними контактами блока ключів. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5