Пристрій для виміру ємності
Формула / Реферат
Пристрій для виміру ємності, що містить генератор високої частоти, який через послідовно з'єднані перший керований підсилювач і розділювальний конденсатор під′єднаний до виходу елемента розв'язки і першої вимірювальної клеми, друга вимірювальна клема через резистор ємнісно-омічного дільника з'єднана з загальною шиною і через послідовно з'єднані підсилювач і детектор - з першим входом першого блока порівняння, другий вхід якого з'єднаний із першою клемою опорної напруги, а вихід - із керуючим входом першого керованого підсилювача, перша вимірювальна клема через послідовно з'єднані другий підсилювач і другий детектор під′єднана до першого входу другого блока порівняння і нормально замкнутого контакту першого ключа, нормально відкритий контакт якого під′єднаний до другої клеми опорної напруги, а перекидний контакт через другий керований підсилювач - до першого входу блока вирахування і другого входу другого блока порівняння, вихід якого через формувач імпульсів з'єднаний із скидним входом першого тригера, вихід якого з'єднаний із керуючим входом першого ключа, а установлювальний вхід - із шиною ″Пуск″ і скидними входами першого і другого лічильників, вихід першого лічильника з'єднаний із керуючим входом другого керованого підсилювача, вихід другого лічильника - із керуючими входами третього і четвертого керованих підсилювачів, з'єднаних послідовно, вихід четвертого керованого підсилювача під′єднаний до першого входу третього блока порівняння, вхід елемента розв'язки під′єднаний до виходу блока задання режиму, другий вхід блока вирахування під′єднаний до третьої клеми опорної напруги, а вихід - до нормально відкритого контакту другого ключа, скидний вхід першого тригера з'єднаний із установлювальним входом другого тригера, генератор імпульсів, який відрізняється тим, що додатково містить три двовходові блоки збігу, масштабуючий підсилювач, два блоки додавання, третій лічильник, п'ятий керований підсилювач, четвертий блок порівняння, другий формувач імпульсів, третій тригер, при цьому вихід генератора імпульсів під′єднаний до перших входів блоків збігів, другий вхід першого блока збігу з'єднаний із виходом першого тригера, а вихід - із тактовим входом першого лічильника, другий вхід другого блока збігу з'єднаний із виходом другого тригера, а вихід - із тактовим входом другого лічильника, другий вхід третього блока збігу з'єднаний із виходом третього тригера, а вихід - із тактовим входом третього лічильника, скидний вхід якого з'єднаний із шиною ″Пуск″, а вихід із керуючим входом п'ятого керованого підсилювача, вихід якого під′єднаний до першого входу четвертого блока порівняння і є виходом пристрою, а вхід - до перекидного контакту другого ключа, керуючий вхід якого під′єднаний до виходу третього тригера, установлювальний вхід якого з'єднаний із виходом другого формувача і скидного входу другого тригера, а скидний вхід - із виходом четвертого блока порівняння, вихід блока вирахування через масштабуючий підсилювач з'єднаний із першим входом першого блока додавання, вихід якого з'єднаний із другим входом третього блока порівняння, а другий вхід під′єднаний до третьої клеми опорної напруги, входу третього керованого підсилювача, другому входу четвертого блока порівняння і першого входу другого блока додавання, вихід якого з'єднаний із нормально замкненим контактом другого ключа, а другий вхід - із виходом третього керованого підсилювача, вихід третього блока порівняння з'єднаний із входом другого формувача імпульсів.
Текст
Реферат: Пристрій для виміру ємності належить до контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний при контролі параметрів напівпровідникових приладів. Пристрій містить генератор високої частоти, керовані підсилювачі, розділювальний конденсатор, вимірювальні клеми, резистор ємнісно-омічного дільника, підсилювачі, детектори, клеми для підключення опорної напруги, блоки порівняння, ключі, елемент розв′язки, три двоходові блоки збігу, лічильники імпульсів, блок вирахування, маштабуючий підсилювач, блок задання режиму, блоки додавання, генератор імпульсів, формувачі імпульсів, тригери. Технічним результатом є збільшення точності виміру ємності низького рівня завдяки врахуванню впливу вхідного опору і вхідної ємності підсилювача, а також ланцюгів розв'язки по високій частоті на вихідний сигнал пристрою. UA 101536 C2 (12) UA 101536 C2 UA 101536 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний при контролі параметрів напівпровідникових приладів. Відомо пристрій для виміру ємності (патент України 6651 А), що містить генератор високої частоти, який через розділювальний конденсатор залучений до першого виводу вимірюваного конденсатора, другий вивід якого через резистор ємнісно-омічного дільника залучений до загальної шини і через послідовно з'єднані підсилювач і детектор - до аналогового входу цифроаналогового перетворювача, цифровий вхід якого з'єднаний із виходом лічильника імпульсів, скидний вхід якого з'єднаний із шиною "Пуск", блок задання режиму, два тригери, генератор імпульсів, блок затримки, дві клеми для підключення опорних напруг, блок вирахування, два керовані підсилювачі, цифрові входи яких з'єднані паралельно, елемент розв'язки, два керованих підсилювачі, ключ, другий лічильник імпульсів, два тривходові блоки збігу, два блоки порівняння, дві клеми для підключення опорних напруг, формувач імпульсів, при цьому вихід блока задання режиму через елемент розв'язки залучений до першого виводу вимірюваного конденсатора, перший вхід першого блока порівняння - до першої клеми опорної напруги, вихід цифро-аналогового перетворювача - до другого входу першого блока порівняння і через послідовно з'єднані перший і другий керовані підсилювачі - до першого входу блока вирахування, другий вхід якого з'єднаний із другою клемою опорної напруги, а вихід - із нормально розімкненим контактом ключа, нормально замкнений контакт якого залучений до третьої клеми опорної напруги, а перекидний контакт через послідовно з'єднані третій і четвертий керовані підсилювачі - до першого входу другого блока порівняння, другий вхід якого залучений до четвертої клеми опорної напруги, а вихід - до скидного входу першого тригера і першого входу першого блока збігу, другий вхід якого залучений до виходу першого тригера і керуючого входу ключа, а вихід - до тактового входу другого лічильника, скидний вхід якого з'єднаний із шиною «Пуск» і установним входом другого тригера, а вихід - із цифровими входами третього і четвертого керованих підсилювачів; установний вхід першого тригера з'єднаний із скидним входом другого тригера і з виходом формувача імпульсів, вхід якого з'єднаний із виходом першого блока порівняння і першим входом другого блока збігу, другий вхід якого разом із третім входом першого блока збігу залучений до виходу генератора імпульсів, а вихід - до тактового входу першого лічильника, вихід другого тригера через блок затримки з'єднаний із третім входом другого блока збігу, цифрові входи цифро-аналогового перетворювача і першого і другого керованих підсилювачів з'єднані паралельно, виходом пристрою є вихід третього керованого підсилювача. До недоліків пристрою варто віднести невисоку стабільність виміру, оскільки вихідний сигнал пристрою залежить від напруги генератора і коефіцієнта підсилення підсилювача високої частоти - основних джерела нестабільності схеми. У зв'язку з нелінійністю об'єкта виміру, розмір високочастотної напруги на ньому обмежується десятками мілівольт. Схема використовує метод ємнісно-омічного дільника, утвореного вимірюваним конденсатором і струмознімним резистором. І хоча опір струмознімного резистора вибрано великим, вихідний сигнал дільника потребує значного посилення на частоті виміру, що породжує нестабільність вихідного сигналу пристрою в цілому. Найбільш близьким по своїй технічній суті до запропонованого пристрою є пристрій для виміру ємності (патент України UA 78068 - прототип), що містить генератор високої частоти, розділювальний конденсатор, один вивід якого залучений до першої вимірювальної клеми і виходу елемента розв'язки, вхід якого залучений до виходу блока задання режиму, друга вимірювальна клема залучена до резистора ємнісно-омічного дільника, другий вивід якого з'єднаний із загальною шиною, і через підсилювач до входу детектора; блок вирахування, один вхід якого залучений до клеми опорної напруги, другий до виходу керованого підсилювача, а вихід - до нормально відкритого контакту ключа, нормально закритий контакт якого залучений до клеми другої опорної напруги, а перекидний контакт через послідовно з'єднані другий і третій керовані підсилювачі до першого входу блока порівняння, другий вхід якого залучений до третьої клеми опорної напруги, а вихід до скидного входу першого тригера і першого входу першого блока збігу, другий вхід якого залучений до виходу першого тригера і керуючого входу ключа, а третій вхід - до виходу генератора імпульсів і першого входу другого блока збігу, другий вхід якого з'єднаний із виходом блока затримки, а третій вхід - із входом формувача імпульсів і виходом другого блока порівняння; вихід формувача імпульсів з'єднаний із установним входом першого тригера і скидним входом другого тригера, вихід якого з'єднаний із входом блока затримки, установний вхід - із шиною «Пуск» і скидними входами першого і другого лічильників імпульсів, тактовий вхід першого лічильника залучений до виходу другого блока збігу, а вихід - до цифрового входу першого керованого підсилювача, тактовий вхід другого лічильника імпульсів залучений до виходу першого блока збігу, а вихід - до цифрових 1 UA 101536 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 входів другого і третього керованих підсилювачів, виходом пристрою є вихід другого керованого підсилювача, другий підсилювач і другий детектор, другий ключ, третій блок порівняння, четвертий керований підсилювач, четверту і п'яту клеми опорної напруги, при цьому генератор високої частоти залучений до входу четвертого керованого підсилювача, вихід якого з'єднаний із другим виводом розділювального конденсатора, а керуючий вхід - із виходом третього блока порівняння, перший вхід якого з'єднаний із четвертою клемою опорної напруги, а другий вхід - із виходом першого детектора, перша вимірювальна клема через послідовно з'єднані другий підсилювач і другий детектор з'єднана із першим входом другого блока порівняння і з нормально закритим контактом другого ключа, нормально відкритий контакт якого з'єднаний із п’ятою клемою опорної напруги, перекидний контакт - із входом першого керованого підсилювача, а керуючий вхід - із виходом другого тригера, другий вхід другого блока порівняння з'єднаний із виходом першого керованого підсилювача. До недоліків пристрою варто віднести невисоку точність виміру, оскільки в схемі не враховується вплив вхідного опору і вхідної ємності підсилювача і ланцюгів розв'язки, що особливо відчутно при вимірах ємностей низького (нижче 10 пФ) рівня. Задачею винаходу є створення пристрою для виміру ємності варикапів, у якому за рахунок конструктивних особливостей можливо було б одержати збільшення точності при виміру ємності. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для виміру ємності, що містить генератор високої частоти, який через послідовно з'єднані перший керований підсилювач і розділювальний конденсатор залучений до виходу елемента розв'язки і перший вимірювальної клеми, друга вимірювальна клема через резистор ємнісно-омічного дільника з'єднана з загальною шиною і через послідовно з'єднані підсилювач і детектор - із першим входом першого блока порівняння, другий вхід якого з'єднаний із першою клемою опорної напруги, а вихід - із керуючим входом першого керованого підсилювача, перша вимірювальна клема через послідовно з'єднані другий підсилювач і другий детектор залучені до першого входу другого блока порівняння і нормально замкненого контакту першого ключа, нормально відкритий контакт якого залучений до другої клеми опорної напруги, а перекидний контакт через другий керований підсилювач - до першого входу блока вирахування і другого входу другого блока порівняння, вихід якого через формувач імпульсів з'єднаний із скидним входом першого тригера, вихід якого з'єднаний із керуючим входом першого ключа, а установний вхід - із шиною «Пуск» і скидними входами першого і другого лічильників, вихід першого лічильника з'єднаний із керуючим входом другого керованого підсилювача, вихід другого лічильника - із керуючими входами третього і четвертого керованих підсилювачів, з'єднаних послідовно, вихід четвертого керованого підсилювача залучений до першого входу третього блока порівняння, вхід елемента розв'язки залучений до виходу блока задання режиму, другий вхід блока вирахування залучений до третьої клеми опорної напруги, а вихід - до нормально відкритого контакту другого ключа, скидний вхід першого тригера з'єднаний із установним входом другого тригера, генератор імпульсів, додатково містить три двовходові блоки збігу, масштабуючий підсилювач, два блоки додавання, третій лічильник, п'ятий керований підсилювач, четвертий блок порівняння, другий формувач імпульсів, третій тригер, при цьому вихід генератора імпульсів залучений до перших входів блоків збігу, другий вхід першого блока збігу з'єднаний із виходом першого тригера, а вихід - із тактовим входом першого лічильника, другий вхід другого блока збігу з'єднаний із виходом другого тригера, а вихід - із тактовим входом другого лічильника, другий вхід третього блока збігу з'єднаний із виходом третього тригера, а вихід - із тактовим входом третього лічильника, скидний вхід якого з'єднаний із шиною «Пуск», а вихід із керуючим входом п'ятого керованого підсилювача, вихід якого залучений до першого входу четвертого блока порівняння і є виходом пристрою, а вхід до перекидного контакту другого ключа, управляючий вхід якого залучений до виходу третього тригера, установний вхід якого з'єднаний із виходом другого формувача і скидного входу другого тригера, а скидний вхід - із виходом четвертого блока порівняння, вихід блока вирахування через масштабуючий підсилювач з'єднаний із першим входом першого блока додавання, вихід якого з'єднаний із другим входом третього блока порівняння, а другий вхід залучений до третьої клеми опорної напруги, входу третього керованого підсилювача, другому входу четвертого блока порівняння і першого входу другого блока додавання, вихід якого з'єднаний із нормально замкнутим контактом другого ключа, а другий вхід - із виходом третього керованого підсилювача, вихід третього блока порівняння з'єднаний із входом другого формувача імпульсів. Порівняний аналіз із прототипом показує, що пристрій, що заявляється, відрізняється тим, що в схему додатково введені нові блоки: три двовходових блоки збігу, масштабуючий підсилювач, два блоки додавання, третій лічильник, п'ятий керований підсилювач, четвертий 2 UA 101536 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 блок порівняння, другий формувач імпульсів, третій тригер, що дозволило врахувати вплив вхідного опору і вхідної ємності підсилювача, а також ланцюгів розв'язки по високій частоті на вихідний сигнал пристрою. На кресленні подана схема запропонованого пристрою. Вона містить генератор 1 високої частоти, керовані підсилювачі 2, 14, 24, 25 і 34, розділювальний конденсатор 3, вимірювальні клеми 4, резистор 5 ємнісно-омічного дільника, підсилювачі 6 і 10, детектори 7 і 11, клеми 8, 12 і 20 для підключення опорної напруги, блоки 9, 15, 26 і 35 порівняння, ключі 13 і 31, елемент 16 розв'язки, три двовходові блоки 17, 28 і 32 збігу, лічильники 18, 29 і 33 імпульсів, блок 19 вирахування, масштабуючий підсилювач 21, блок 22 задання режиму, блоки 23 і 30 додавання, генератор 27 імпульсів, формувачі 36 і 38 імпульсів, тригера 37, 39 і 40. Значення резистора ємнісно-омічного дільника так само, як і в прототипі, вибирають таким, щоб напруга на ньому була сумісна з напругою на вимірюваній ємності. Керований підсилювач 2 повинен формувати коефіцієнт підсилення, пропорційний напрузі на керуючому вході. Керовані підсилювачі 12, 24, 25 і 34 можуть бути зібрані на основі множачих цифро-аналогових перетворювачів (ЦАП) і операційних підсилювачів. Коефіцієнти передачі таких керованих підсилювачів визначаються кодами, що знаходяться в лічильниках 18, 29 і 33. При цьому неодмінно повинно дотримуватися рівність коефіцієнтів підсилення підсилювачів 24 і 25. Генератор 1 високої частоти через послідовно з'єднані перший керований підсилювач 2 і розділювальний конденсатор 3 залучений до виходу елемента розв'язки 16 і першої вимірювальної клеми 4. Друга вимірювальна клема через резистор 5 ємнісно-омічного дільника з'єднана з загальною шиною і через послідовно з'єднані підсилювач 6 і 7 детектор - із першим входом першого блока 9 порівняння. Другий вхід блока 9 з'єднаний із першою клемою 8 опорної напруги, а вихід - із керуючим входом першого керованого підсилювача 2. Перша вимірювальна клема 4 через послідовно з'єднані другий підсилювач 10 і другий детектор 11 залучена до першого входу другого блока 15 порівняння і нормально замкненого контакту першого ключа 13. Нормально відкритий контакт ключа 13 залучений до другої клеми 12 опорної напруги, а перекидний контакт через другий керований підсилювач 14 - до першого входу блока 19 вирахування і другого входу другого блока 15 порівняння. Вихід блока 15 через формувач 36 імпульсів з'єднаний із скидним входом першого тригера 37, вихід якого з'єднаний із керуючим входом першого ключа 13, а установний вхід - із шиною «Пуск» і скидними входами першого 18 і другого 29 лічильників. Вихід лічильника 18 з'єднаний із керуючим входом другого керованого підсилювача 14, вихід другого лічильника 29 - із керуючими входами третього 24 і четвертого 25 керованих підсилювачів, з'єднаних послідовно. Вихід керованого підсилювача 25 залучений до першого входу третього блока 26 порівняння. Вхід елемента 16 розв'язки залучений до виходу блока 22 задання режиму. Другий вхід блока 19 вирахування залучений до третьої клеми 20 опорної напруги, а вихід - до нормально відкритого контакту другого ключа 31. Скидний вхід першого тригера 37 з'єднаний із установним входом другого тригера 39. Генератор 27 імпульсів залучений до перших входів блоків 17, 28 і 32 збігу. Другий вхід першого блока 17 збігу з'єднаний із виходом першого тригера 37, а вихід - із тактовим входом першого лічильника 18. Другий вхід другого блока 28 збігу з'єднаний із виходом другого тригера 39, а вихід - із тактовим входом другого лічильника 29. Другий вхід третього блока 32 збігу з'єднаний із виходом третього тригера 40, а вихід - із тактовим входом третього лічильника 33, скидний вхід якого з'єднаний із шиною «Пуск». Вихід лічильника 33 залучений до керуючого входу п'ятого керованого підсилювача 34, вихід якого залучений до першого входу четвертого блока 35 порівняння і є виходом пристрою. Вхід підсилювача 34 залучений до перекидного контакту другого ключа 31, управляючий вхід якого залучений до виходу третього тригера 40. Установний вхід тригера 40 з'єднаний із виходом другого формувача 38 і скидним входом другого тригера 39, а скидний вхід - із виходом четвертого блока 35 порівняння. Вихід блока 19 вирахування через масштабуючий підсилювач 21 з'єднаний із першим входом першого блока 23 додавання, вихід якого з'єднаний із другим входом третього блока 26 порівняння. Другий вхід блока 23 залучений до третьої клеми 20 опорної напруги, входу третього керованого підсилювача 24, другому входу четвертого блока 35 порівняння і першого входу другого блока 30 додавання. Вихід блока 30 з'єднаний із нормально замкненим контактом другого ключа 31, а другий вхід - із виходом третього керованого підсилювача 24. Вихід третього блока 26 порівняння з'єднаний із входом другого формувача 38 імпульсів. У вихідному стані генератор 1 виробляє напругу частоти, при якій вимірюється ємність варикапа, яка через керований підсилювач 2 надходить на ємнісно-омічний дільник, утворений випробуваним варикапом 4 разом із резистором 5. Тригери 37, 39 і 40 знаходяться в нульовому стані. Напруга ємнісно-омічного дільника надходить на вхід підсилювача 6, посилена напруга 3 UA 101536 C2 15 випрямляється детектором 7. При цьому напруга на вході підсилювача 6 у комплексній формі запису дорівнює: U CR [R(C C0 ) j] Uг , UR г J 1 R 2 2C2 1 С 1 jC0 R де Uг - напруга на виході керованого підсилювача 2, R - величина струмознімного резистора 5, С - вимірювана ємність 4, С0 - розмір вхідної ємності підсилювача, включеної паралельно R, - кругова частота виміру. Оскільки вхідний опір підсилювача залучено паралельно опорові R, воно дещо зменшує його значення, не приводячи до зміни отриманого виразу. Те ж саме слід зазначити й у відношенні впливу ланцюгів розв'язки. Після підсилення і детектування даного сигналу на виході амплітудного детектора 7 одержимо Uг k y1RC , (1) U1 R22 (C C0 )2 1 де U1 - напруга на виході детектора 7, 20 k y1 - результуючий коефіцієнт підсилення підсилювача 6 і детектора 7. Оскільки система охоплена зворотним зв'язком, отримане значення напруги буде дорівнювати опорній напрузі Uon1 , поданій на клему 8. Якщо вирішити (1) відносно Uг , одержимо значення напруги на виході керованого підсилювача 2, яка потім посилюється підсилювачем 10 і випрямляється детектором 11. Тоді 5 10 U 2 Uon1 k y2 R22 (C C0 )2 1 , (2) ky1 RC - напруга на виході детектора 11, де U2 k y 2 - результуючий коефіцієнт підсилення підсилювача 10 і детектора 11. 25 Якщо підсилювачі 6 і 10 і детектори 7 і 11 виконати попарно однаковими і помістити їх в однакові умови, із достатнім ступенем точності можна прийняти k y1 k y 2 у всіх режимах роботи схеми. Тоді вираз (2) матиме вид R 2 2 (C C 0 ) 2 1 U 2 Uon1 RC Рішення (3) щодо С дає C C0 1 U22 2 Uon1 30 2 1 1 U 2 1 A , U2 on1 1 1 . 2 2R 2C0 Можна показати, що знак "-" дає негативні значення С, що позбавлено фізичного вмісту. З огляду на це, одержимо: де A 1 C C0 35 (3) 1 U22 2 1 1 U 2 1 A (4) U2 on1 1 2 Uon1 Реалізація обчислень по виразу (4) у приведеному пристрої здійснюється в такий спосіб. З приходом імпульсу «Пуск» встановлюється в «1» тригер 37 і обнулюються лічильники 17, 28 і 32, сигнал на виході підсилювачів 14, 24, 25 і 34 дорівнює нулю, спрацьовує ключ 13, підключаючи вхід керованого підсилювача 14 до джерела опорної напруги, поданої на клему 12. З установкою тригера 37 у «1» дозволяється проходження тактових імпульсів від генератора 27 4 UA 101536 C2 на тактовий вхід лічильника 18 через блок 17 збігу. Код у лічильнику 18 росте. Напруга на виході керованого підсилювача 14 збільшується доти, поки не досягне значення напруги Uд2 на виході 5 10 детектора 11. У цей момент спрацьовує блок 15 порівняння і буде справедлива рівність: Uon2k1 U2 , де k 1 - коефіцієнт передачі керованого підсилювача 14, Uon 2 - розмір опорної напруги, поданої на клему 12. У момент спрацьовування блока 15 формувач 36 імпульсу видає імпульс, що скидає в «0» тригер 37 і встановлює в «1» тригер 39. Подача тактових імпульсів на лічильник 18 припиняється, ключ 13 виключається, встановлюючись у стан, показаний на рисунку, і підключаючи до входу керованого підсилювача 14 вихід детектора 11. На виході підсилювача 14 одержуємо сигнал: U2 2 , Uon 2 - напруга на виході керованого підсилювача 14. U14 U 2k 1 де U14 15 2 Приймемо Uon 2 Uon1 , Uon 3 1 , де Uon 3 - опорна напруга, подана на клему 20. Тоді U14 U 22 , 2 Uon1 а на виході блока 19 вирахування одержимо U19 U14 Uon 3 20 U2 2 1. 2 Uon1 У масштабуючому підсилювачі 21 отриманий сигнал умножається на постійну величину 1 A 1 2 2 2 , тобто на виході блока 21 одержимо R C0 U2 U21 U19 A 2 2 1 A U on1 Отриманий сигнал складається з опорною напругою, поданою на клему 20, і на виході блока 23 додавання маємо: 25 30 U2 U23 Uon 3 U21 1 2 2 1 A U on1 З установкою тригера 39 дозволяється проходження тактових імпульсів від генератора 27 на вхід лічильника 29 через блок 28 збігу. Код у лічильнику 29 росте доти, доки напруга на виході керованого підсилювача 25 не досягне величини сигналу на виході блока 23 додавання, тобто Uon 3 k 2 U23 , 2 де k 2 - значення коефіцієнта передачі керованих підсилювачів 24 і 25. Тоді на виході підсилювача 24 одержимо: U2 U24 Uon 3 k 2 U23 1 2 2 1 A , U on1 а на виході блока 30 додавання: 35 40 U2 U30 Uon 3 U24 1 1 2 2 1 A U on1 У момент рівності напруг на входах блока 26 порівняння останній спрацьовує і через формувач імпульсу 38 скидає в «0» тригер 39 і встановлює в «1» тригер 40. Подача тактових імпульсів на вхід лічильника 29 припиняється, а дозволяється їхнє проходження на вхід лічильника 33 через блок 32 збіги. Одночасно спрацьовує ключ 31, підключаючи до входу керованого підсилювача 34 вихідний сигнал блока 19 вирахування. Код у лічильнику 34 росте до моменту рівності вихідної напруги блока 34 і опорної напруги, поданої на клему 20. Тоді на виході підсилювача 34 у цей момент при замкненому ключі 31 маємо: 5 UA 101536 C2 U34 U19 k 3 Uon3 . У момент рівності напруг на входах блока 35 порівняння останній спрацьовує і скидає в «0» тригер 40. Подача тактових імпульсів на вхід лічильника 33 припиняється, ключ 31 повертається в стан, показаний на рисунку. На виході керованого підсилювача 34 одержуємо: 5 10 15 Uвих U30 k 3 U30 1 2 U19 U 2 U2 1 1 2 2 1 A . U on1 1 2 Uon1 Зіставлення отриманого сигналу з виразом (4) показує, що вихідний сигнал пристрою дорівнює вимірюваній ємності С, вираженій у відносних одиницях від вхідної ємності підсилювача C 0 . Таким чином, застосувавши спеціалізований обчислювач, побудований на цифрових керованих підсилювачах, одержимо на виході пристрою сигнал, пропорційний вимірюваній ємності. Використання подібного обчислювача на цифро-аналогових пристроях дає відносну простоту в порівнянні з чисто цифровими пристроями і високу точність в порівнянні з аналоговими обчислювачами. Відсутність залежності вихідного сигналу від напруги високочастотного генератора і коефіцієнта підсилення підсилювача забезпечує часову і температурну стабільність пристрою в цілому, а урахування вхідної ємності високочастотного підсилювача робить схему, придатною для виміру ємностей малого рівня з високою точністю. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій для виміру ємності, що містить генератор високої частоти, який через послідовно з'єднані перший керований підсилювач і розділювальний конденсатор під′єднаний до виходу елемента розв'язки і першої вимірювальної клеми, друга вимірювальна клема через резистор ємнісно-омічного дільника з'єднана з загальною шиною і через послідовно з'єднані підсилювач і детектор - з першим входом першого блока порівняння, другий вхід якого з'єднаний із першою клемою опорної напруги, а вихід - із керуючим входом першого керованого підсилювача, перша вимірювальна клема через послідовно з'єднані другий підсилювач і другий детектор під′єднана до першого входу другого блока порівняння і нормально замкнутого контакту першого ключа, нормально відкритий контакт якого під′єднаний до другої клеми опорної напруги, а перекидний контакт через другий керований підсилювач - до першого входу блока вирахування і другого входу другого блока порівняння, вихід якого через формувач імпульсів з'єднаний із скидним входом першого тригера, вихід якого з'єднаний із керуючим входом першого ключа, а установлювальний вхід - із шиною ″Пуск″ і скидними входами першого і другого лічильників, вихід першого лічильника з'єднаний із керуючим входом другого керованого підсилювача, вихід другого лічильника - із керуючими входами третього і четвертого керованих підсилювачів, з'єднаних послідовно, вихід четвертого керованого підсилювача під′єднаний до першого входу третього блока порівняння, вхід елемента розв'язки під′єднаний до виходу блока задання режиму, другий вхід блока вирахування під′єднаний до третьої клеми опорної напруги, а вихід до нормально відкритого контакту другого ключа, скидний вхід першого тригера з'єднаний із установлювальним входом другого тригера, генератор імпульсів, який відрізняється тим, що додатково містить три двовходові блоки збігу, масштабуючий підсилювач, два блоки додавання, третій лічильник, п'ятий керований підсилювач, четвертий блок порівняння, другий формувач імпульсів, третій тригер, при цьому вихід генератора імпульсів під′єднаний до перших входів блоків збігів, другий вхід першого блока збігу з'єднаний із виходом першого тригера, а вихід - із тактовим входом першого лічильника, другий вхід другого блока збігу з'єднаний із виходом другого тригера, а вихід - із тактовим входом другого лічильника, другий вхід третього блока збігу з'єднаний із виходом третього тригера, а вихід - із тактовим входом третього лічильника, скидний вхід якого з'єднаний із шиною ″Пуск″, а вихід із керуючим входом п'ятого керованого підсилювача, вихід якого під′єднаний до першого входу четвертого блока порівняння і є виходом пристрою, а вхід - до перекидного контакту другого ключа, керуючий вхід якого під′єднаний до виходу третього тригера, установлювальний вхід якого з'єднаний із виходом другого формувача і скидного входу другого тригера, а скидний вхід - із виходом четвертого блока порівняння, вихід блока вирахування через масштабуючий підсилювач з'єднаний із першим входом першого блока додавання, вихід якого з'єднаний із другим входом третього блока порівняння, а другий вхід під′єднаний до третьої клеми опорної напруги, входу третього керованого підсилювача, другому входу четвертого блока порівняння і першого входу другого блока додавання, вихід 6 UA 101536 C2 якого з'єднаний із нормально замкненим контактом другого ключа, а другий вхід - із виходом третього керованого підсилювача, вихід третього блока порівняння з'єднаний із входом другого формувача імпульсів. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 7
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDevice for measurement of capacity
Автори англійськоюHoloschapov Serhii Stepanovych
Назва патенту російськоюУстройство для измерения емкости
Автори російськоюГолощапов Сергей Степанович
МПК / Мітки
МПК: G01R 27/26
Мітки: виміру, пристрій, ємності
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/9-101536-pristrijj-dlya-vimiru-ehmnosti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для виміру ємності</a>
Попередній патент: Пристрій для охолоджування валка в прокатній кліті
Наступний патент: Система в космосі для посилення фотосинтезу і відповідний спосіб
Випадковий патент: Межовий знак