, (20)
Таким образом, для определения полной проводимости (сопротивления) двухполюсника достаточно выполнить измерения трех напряжений согласно схемам (рис.8). При этом справедливы следующие условия:
1) измерительный процесс легко автоматизировать, так как при его
реализации не требуется производить подстроечные операции;
2) из трех тестов два (при регистрации напряжений Uo и Uk) являются калибровочными и при массовых измерениях на фиксированной частоте производятся только один раз;
3) при выполнении предыдущего условия процесс измерения сводится к регистрации одного напряжения U с последующим расчетом по формуле (20);
4) при диапазонных измерениях операции по калибровке можно свести к определению четырех вещественных функций, которые определяют модуль напряжения Uo
Uo = Uo(); (21)
аргумент напряжения Uo
модуль напряжения Uk
Uk = Uk(); (23)
и аргумент напряжения Uk
При использовании стабильной измерительной аппаратуры операции по определению функций (21) - (23) можно выполнить один раз, так функции (19) - (20) определяются в режиме холостого хода или при перестановке нагрузки и их зависимость от частоты не будет сложной. В большинстве случаев эти функции можно выразить через уравнения первого или второго порядка. Для их идентификации необходимо выполнить измерения в двух - трех точках заданного частотного диапазона.
Процесс определения АЧХ и ФЧХ двухполюсника может быть сведен к измерению модуля и фазы напряжения U согласно схеме рис.8в; определения по АЧХ и ФЧХ напряжений Uo и Uk на измеряемой частоте; определение модуля и аргумента проводимости Y на частоте измерения; выполнение аналогичных измерений на всех дискретных точках частотного диапазона, определенных планом эксперимента; вычисление АЧХ и ФЧХ проводимости Y двухполюсника; обработка АЧХ и ФЧХ для определения интересующих пользователя параметров, наблюдения на экране дисплея графиков и т.п.
Структурная схема измерительного стенда для измерения параметров способом сравнения с образцовыми мерами приведена на рис.4.1.
Ядром стенда служит тестер параметров радиоэлементов (ТПР). Автоматизированный режим измерения поддерживается программно с помощью персонального компьютера (ПК). Остальные блоки имеют следующее назначение:
регулятор температурного режима (РТР) для поддержания требуемой по условиям эсперимента температуры измеряемого образца;
программируемый генератор стандартных сигналов (ПГСС) для
измерения в заданном диапозоне частот;
программируемый источник питания (ПИП) для электропитания
измеряемых образцов по постоянному току при высоких уровнях потребляемой мощности;
векторный вольтметр (ВВ) для регистрации сигналов переменного тока;
пакет управления и обработки базы данных РЭ.
| Структурная схема измерительного стендаРис.9 |
Контрольно измерительное устройство (КИУ) служит для управления и контроля режимами исследуемого РЭ по постоянному и переменному току. КИУ содержит измерительную головку (ИГ) для подключения исследуемого образца и электропитание его по постоянному и переменному току; и коммутатором сигналов статических и динамических измерительных цепей.
Управление КИУ, ПГСС, ПИП и РТР осуществляется ПК через ТПР. ТПР содержит интерфейс на основе МПУ, регистры для управления цифровыми устройствами в составе стенда и АЦП для измерения и контроля режимов измеряемого РЭ.
Общая электрическая схема комплекса приведена на КД2.791.001ЭЗ (прил.).
Состав устройств на КД2.791.001ЭЗ и их назначение соответствует рис.9.
Общая схема ТПР приведена на КД2.720.001ЭЗ.
ТПР содержит устройство А1 (стандартный блок питания БПС6-1) и устройство А2 (блок управления КД3.097.002).
Электропитание осуществляется от сети 200В 50Гц через вилку разъема Х1.
Электрическая схема блока управления (БУ) приведена на КД3.097.002ЭЗ.
БУ содержит устройство А1 - ЦАП (КД5.192.007) для управления генератором тока (устройство А5 КД5.192.009); устройство А2 - ЦАП (КД5.192.007) для регулировки коллекторного напряжения при измерении транзисторов; устройство А3 - ЦАП (КД5.192.007) для управления устройством РТР (рис.9); устройство А4 - источник электропитания цепей гальванической развязки ПК с ТПР (КД5.192.008).
Управление устройствами А1- А3 осуществляется МПУ через регистры. Состав регистров, их элементов и управляемых устройств приведено в табл.1.
Таблица 1.
Соответствие регистров устройствам А1 - А3
| Номер регистра | Состав элементов | Управляемое устройство |
| 1 | DD7, DD8 | A1 |
| 2 | DD9, DD10 | A2 |
| 3 | DD13, DD14 | A3 |
Функционирование БУ поддерживает МПУ на основе микроЭВМ К1816ВЕ35 (DD1), адресного регистра К1533ИР22 (DD2) и ПЗУ К573РФ2 (DD3). Тактовая частота МПУ (6 МГц) стабилизирована кварцем ZQ1.
Функциональное назначение остальных элементов схемы отражено в табл.2.
Таблица 2.
Функциональное назначение элементов БУ
| Наименование элементов | Функциональное назначение | Объект управления |
| DD4,DD5,DD6 | дешифратор адреса | регистры на элементах DD7 - DD16 |
| DD11, DD12 | регистр | ПГСС |
| DD15 | регистр | КИУ - статика |
| DD16 | регистр | КИУ - динамика |
| DA1, DA2 | источник опорных напряжений | устройства А1, А2, А3 |
| U1, U2 | гальваническая развязка | ПК - БУ |
| VT3, VT4 | внешний усилитель мощности стабильного напряжения | устройство А5 |
| С4 - С20 | блокировочные конденсаторы | DD1 - DD16 |
Транзисторы VT4 - VT20 служат для согласования ТТЛ логики с реле, расположенных в КИУ .
Резисторы R15 - R20 служат для регулировки опорных напряжений, которые поступают на устройства А1 - А3. Назначение остальных резисторов понятно из схемы БУ.
Стабилитроны VD1 - VD4 служат для стабилизации режимов, причем VD1 и VD2 выбраны с учетом высокой температурной стабильности.
Разъем XS1 служит для связи с ПК, а через разъем XP1 проводится электропитание БУ от источника БПС6 - 1.
Разъем ХР2 служит для подключения ПГСС и источника Б5-50, а разъем ХР3 - устройства КИУ.
Процесс взаимодействия ПК и МПУ подразделяется на две законченные стадии: передача и прием данных.
При передаче данных с ПК на МПУ происходит следующее. Передаваемые данные в последовательном виде через оптотранзистор гальванической развязки U1 поступают на вход INT микроэвм DD1. Последняя, распознавая сигнал стартового импульса, обрабатывает принимаемые данные посредством виртуального драйвера поддержки протокола V.24 (описанного в п.п.7.3). Данные переведенные в параллельную форму, в соответствии с командой, записываются в выбранный, посредством микросхемы DD4, регистр (DD7-DD14).
При считывании данных с АЦП DA1 микроэвм инициирует управляющие сигналы и после завершения цикла счета DA1 передает данные на обработку виртуальному драйверу. После обработки данных с DA1 они в последовательном виде через оптотранзистор U2 гальванической развязки передается на ПК.
Электрическая схема устройств А1 - А3 приведена на КД5.192.007Э3. ЦАП сконструирован на базе микросхемы К572ПА1. Микросхемы DD1 - DD2 (повторители с открытым коллектором) служат для защиты цифровых входов от перегрузок, а также для согласования ТТЛ уровней с входными уровнями микросхем серии К572. Микросхема DD3 служит для управления реле К1 и К2, коммутирующих опорное напряжение. Микросхема DA2 (прецизионный операционный усилитель) служит для преобразования выходного тока DA1 в напряжение. Диоды VD1 и VD2 предназначены для защиты выхода DA1 от случайных наводок. Смещение входов 4 - 13 микросхемы DA1 производится напряжением +5В через резисторы R1 - R10, которое вырабатывается на эмиттере транзистора VT1, который работает в схеме делителя +15В поступающего на его коллектор. Конденсаторы С1 - С10 являются блокировочными. Соединение устройства с базовой схемой БУ осуществляется через контакты 1 - 27.
Электрическая схема устройства А4 (источника питания) приведена на КД5.192.008Э3. Оно выполнено на основе генератора Ройера. Генератор выполнен на элементах VT1 и VT2, R1 и R2, и трансформаторе Т2. Элементы С1, С2 и Т1 используется для фильтрации помехи с частотой преобразования. Элементы VD1, VD2, C3 - C6 образуют выпрямитель напряжения, а R3, R4, VD5, VD6 - параметрический стабилизатор.
Устройство А5, электрическая схема которого приведена на КД5.195.009Э3, представляет собой преобразователь напряжение - ток. И содержит 3 генератора тока, первый из которых собран на DA1, VT1, VT2 служит для привязки к напряжению питания, второй на DA2, VT3 формирует положительный выходной ток, а третий на DA3, VT4 - отрицательный. Расчет элементов устройства приведен в п.п.5.1.
Общая схема КИУ приведена на КД3.097.001Э3. КИУ содержит 4 устройства:
измерительную головку (ИГ) - устройство А1;
дифференциальный измерительный усилитель (ДИУ) - устройство А2;
плату управления (ПУ) - устройство А3;
устройство управления и контроля режимов (УУКР) - А4;
гнезда коаксиальных разъемов Х1 - Х4 служат для подключения аналоговых выходов двух ВВ;
гнездо коаксиального разъема Х5 - для подключения выхода ПГСС;
переменный резистор R1 используется для подстройки режима источника тока, который расположен в устройстве А4, причем подключение осуществляется через переключатель устройства А3.
Устройство А4 является базовым. В нем расположены цепи контроля статического режима измеряемого РЭ, схемы автоматизированного управления рабочей точкой транзистора, в том числе программируемый источник тока для управления током коллектора (стока) при измерении транзисторов в режиме микротоков и коммутатор сигналов. Сигналы режимов по постоянному току вырабатываются непосредственно в УУКР, а аналоговые сигналы динамических режимов поступают с разъемов Х1-Х4. Сигналы управления режимом измеряемого РЭ по постоянному току поступают с контактов 3 - 5 на ИГ. Измерительные сигналы с выхода коммутатора , через контакты 7 - 12 устройства А4 поступают на ДИУ, с выхода которого (контакты 8 - 12) и контакты 15 - 20 устройства А4 подключаются к входу АЦП, расположенному в ТПР. Выбор режима измерения (транзистор - интегральная схема, структура NPN - структура PNP, внутренний - внешний источник тока) производится переключателями, расположенными в устройстве А3, которое через контакты 23 - 27 подключено к устройству А4. Сигнал с выхода ПГСС через разъем Х5 поступает на высокочастотный вход ИГ.