Устройство для измерения среднего значения тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при научных исследованиях в технической диагностике и в промышленных измерительно-вычислительных комплексах для испытания полупроводниковых приборов. Цель изобретения - расширение области использования устройства за счет обеспечения измерения среднего значения тока последовательности импульсов произвольной формы и длительности. Для этого в устройство введены интегратор 17, блоки 8 и 9 выборки и хранения соответственно, делитель 21, сумматор 10, вычитатель 20. Устройство содержит также ключи 1 - 7, блок 11 управления, входную шину 12, преобразователь 13 напряжения в ток, интеграторы 14 - 16, компаратор 18, выходную шину 19, шину 22 опорного напряжения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g))g С 01 R 19/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4385802/24-21 (22) 21.02.88 (46) 15.03.90. Бюл, ¹ 10 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) С.Л. Исупов, Б.А. Коровниченко, В.А. Прянишников и В.M. Чапайкин (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 665273, кл. G 01 R 19/22, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 1273823, кл. G 01 R 19/22, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при научных исследованиях

„„SU„„1550432

2 в техническои диагностике и в промышленных измерительно-вычислительных комплексах для испытания полупроводниковых приборов. Цель изобретения расширение области использования устройства за счет обеспечения измерения среднего значения тока последовательности импульсов произвольной формы и длительности. Для этого в устройство введены интегратор 17, блоки 8 и 9 выборки и хранения соответственно, делитель 21, сумматор 1О, вычитатель 20. Устройство содержит также ключи 1-7, блок 11 управления, входную шину 12, преобразователь 13 напряжения в ток, интеграторы 14-16, компаратор 18, выходную шину 19, шину @

22 опорного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1550432

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения среднего значения тока в последовательности импульсов произвольной формы и длительности.

Цель изобретения — расширение области использования устройства за счет обеспечения измерения среднего значения тока последовательности импульсов произвольной формы и длительности.

На фиг. 1 приведена структурная

; схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его ра15 боты; на фиг, 3 — функциональная схема блока управления; на фиг. 4 — временные диаграммы его работы.

Устройство для измерения среднего значения тока содержит ключи 1-7» блоки 8 и 9 выборки и хранения, сумматор 10, блок 11 управления, входную сигнальную шину 12, преобразователь !

3 напряжения в ток, интеграторы 1417, компаратор 18 напряжения, выходную шину 19, вычитатель 20, аналоговый делитель 21, шину 22 опорного напряжения, при этом входная сигнальная шина 12 соединена через ключ 7 с общей шиной, а через ключ 1 — с входом интегратора 14, выход которого подключен к инверсному входу компаратора 18 напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока 11 управления, при этом выход интегратора

15 соединен через преобразователь 13 напряжения в ток с входом ключа 4, входом ключа 3, выход которого соединен с входом интегратора 14, а управляющий вход ключа 3 соединен с

40 третьим выходом блока 11 управления, управляющим входом ключа 5, вход которого соединен с входом ключа 6, шиной 22 опорного напряжения и с входом ключа 2, управляющий вход которо- 45 го соединен с управляющим входом ключа 1, с выходом блока 11 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа 7, а четвертый выход блока 11 управления соеди50 нен с управляющим входом ключа 4, выход которого соединен с общей шиной, выход сумматора 10 соединен с входом блока 8 выборки и хранения, выход которого соединен с выходной шиной

19, входом блока 9 выборки и хране55 ния, выход которого соединен с первыми входами сумматора 10 и вычитателя

20, второй вход которого соединен с выходом интегратора 16, а выход — с первым входом аналогового делителя

21, второй вход которого соединен с выходом интегратора 17,, а выход — с вторым входом сумматора 10, выходы ключей 2 и 5 соединены с входами интеграторов 15 и 16 соответственно.

Вход обнуления интегратора 16 соединен с шестым выходом блока 11 управления, входом обнуления интегратора 15, прямой вход компаратора 18

/ напряжения соединен с общей шиной.

Выход ключа 6 соединен с входом интегратора 17, вход обнуления интегратора 17 соединен с пятым выходом блока 11 управления, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блоков 8 и 9 выборки и хранения и ключа 6, а первый вход блока 11 управления соединен с входной сигнальной шиной 12.

Блок 11 управления содержит логические элементы НЕ 23 и 24, компаратор 25 напряжения. логический элемент ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ 26, логический элемент ИЛИ-НЕ 27, одновибраторы

28-30, резистор 31, кнопку 32, первый вывод которой соединен с пятым выходом блока 11 управления, и через резистор 31 — с общей шиной, второй вывод — с входом напряжения питания.

Выход одновибратора 30 соединен с восьмым выходом. блока 11 управления, а вход — с седьмым выходом блока 11 управления, выходом одновибратора 29, вход одновибратора 29 соединен с вторым входом блока 11 управления.

Выход компаратора 25 напряжения соединен с вторым выходом блока 11 управления, первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, входом логического элемента НЕ 24, выход которого соединен с первым выходом блока 11 управления, входом одновибратора 28, выход одновибратора 28 соединен с девятым выходом блока 11 управления, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ- НЕ 27, выход которого соединен с шестым выходом блока 11 управления, а второй вход — с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮТ, ЕЕ

ИЛИ 26, вторым входом блока 11 управления, первый вход которого соединен с прямым входом кампаратора 25 напряжения, инверсный вход которого соединен с общей шиной.

5 1550432 6

Вход логического элемента ИСКЛЮ- Выходное напряжение интегратора

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 соединен с третьим вы- 15 с помощью преобразователя 13 пре-. ходом блока 11 управления, входом ло- образуется в ток гического элемента ?3, выход которого 11Т J

z -и .» -- д соединен с четвертым выходом блока р» И «p

Ь

11 управления. устройство для измерения ср него где Т «р — проводимость преобразоназначения тока работает следующим обтеля 13. разом.

Ток I «„ через замкнутый ключ 4 >

Перед началом измерения произвопротекает на об щую шину, дится разряд интегратора 17 з а - На ныходе интегратора 17 фо"ми ем к юча, управляемого кно кой 32 етсЯ напРЯжение 0з» пРопоРциональное блока 11 управления. В исходном сос Длительности Т импУльса, откРынающетоянии ключи 1, 2, 3, 5 6 и интег» 15 Т ратора 17 разомкнуты, а ключи 4, 7 и интеграторов 16 и 15 замкнуты. Иэс 0 с меряемый импульс тока i (t) через Во втором такте Т „„производится входную сигнальную шину 12 и замкну- разряд конденсатора интегратора 14 тын ключ 7 протекает на общую шину 20 и заряд конденсатора интегратора 16. (фиг. 4, где Π— разомкнутое состоя- По окончанию импульса тока (1-;) x»» ние ключей, 1 — замкнутое состояние) . подаваемого на шину 12, ключи „2, Полный цикл работы устройства раз- 4, 6 и интеграторон 16, 15 и 17 деляется на и интервалов, соответ- разомкнуты, а ключи 3 5 и 7 замкну» ствующих числу импульсов в последова- 26 ты. При этом измеряемый ток i (t) те

° Х» льности, для которои определяется протекает через шину 12 и замкнутый среднее значение тока Iрр„. Каждый ключ 7 на общую шину устройства а

» интервал состоит из двух тактов: опорное напряжение через шину 22

Т„, д» в течение которого выполняет- и замкнутый ключ 5 поступает на вхор, ся интегрирование n-ro импульса изме- рп интегратора 16. Одновременно выходряемого тока и опорного напряжения. ной ток I . преобразователя 13 че еэ

1 :» ч р.

Бр» и Т„,в течение которого опреде- замкнутый ключ 3 протекает на вход ляется среднее значение тока I Ä 14 н к концу второго для n-ro импульса. такта Т„р напряжение на его выходе

При поступлении первого импульса равно нулю тока i () с сигнальной шины 12 на

35 тx»

1 первыи вход блока 11 управления клю- — 4 I dt O . (5)

4 чи 1, 2, 4 и 6 замкнуты, а ключи 3, о

5, 7 и интеграторы 16, 15 и 17 разом- Момент равенства нулю выходного кнуты. Первый измеряемый ток „„() 40 напряжения интегратора 14 фиксирует1 через замкнутыи ключ 1 протекает на ся компаратором 18 напряжения котоs вход интегратора 14, состоящего из рый управляет ключами 3-5. операционного усилителя с емкостной В соответствии с выражением (5) обратной связью. Опорное напряжение длительность второго такта

U через шину 22 и замкнутый ключ 45 т

2 поступает через резистор К на вход интегратора 15, также состояще- р ПР

ro из операционного усилителя с ем- (6) костной обратной связью, Напряжение т.е. пропорциональна среднему эначена выходе интегратора 14 к концу пер- 50:=нию 1 „,, измеряемого тока за выбвого такта Т „имеет значение ранный интервал усреднения Т „с»,. тс»

pñð» Напряжение на выходе интегратора

i „»() 1 » (1) . 16 к концу второго такта имеет значение гце С вЂ” емкость интегратора, Напряжение на выходе интегратора

15 к концу первого такта имеет значение 1

Т ср, 55 Ra Г 1.

«» х»

Ка J 01 р.»

p «

x»cp» а пр

1550432 и, следовательно, также пропорционально среднему значению измеряемого тока за время усреднения Т„ п,.

Среднее значение тока I „ в последовательности и импульсов произ5 вольной формы и длительности определяется выражением к с 1 2 Р ... "1 е п-ц к л у

I ср п

10 (8) При поступлении с сигнальной шины

12 каждого импульса последовательности напряжение П. ня гыходе интегратора 17 увеличивается на напряжение

У, определяемое выражением (4) . Такйм образом, п=Пз (9)

ПЗ п 03 нормированное напр я жение ня выходе интегратора 17„

При этом выражение (8) может быть записано в следующем вице: вых1 I&iX2 алых (n-4J выхп

I. =-К вЂ” —: — — — —— >

t;p и и (1O) Ri пр где К=

Rs

Для исключения погрешности, связанной с насыщением суммирующего устройства, определяющего числитель выражения (10), используется рекуррентный способ Вычисления среднего тока I „,,определяемого выражением ( я и П Р1ч- } + срп

111

ВЫХ n . 11Х-П

U — +Ц

ПРl h и ср (ьч) (12}

При срабатывании к Омпарат ора 18 на седьмом. выходе 7 блока ll управ55 ления формируется импульс напряжения

Ub„„,, Во время которого напряжение

U „ заносится в блок 8 выборки и

Напряжение с выхода интегратора

16 поступает на второй вход вычитателя 20. На первый вход вычитателя А0

20 с выхода блока 9 выборки и хранения поступает напряжение 11ср<„,1 пропорциональное среднему значению тока I

Аналоговый делитель 21 напряжения осуществляет деление напряжения с

Выхода вычитателя 29 на напряжение

Ь с ВыхОДЯ инте ГрЯТОрЯ 1 7

НЯ сумматоре* 10 Образуется напряжение

1 хранения, из которого во время импульса U b,l„b, формируемого в блоке

11 управления по заднему фронту им" пульса U,„,, переписывается в блок

9 выборки и хранения.

Блок 11 управления (фиг. 3) работает следующим вбразом. При поступлении с сигнальной шины 12 на первый вход импульса произвольной формы и длительности на выходе компаратора

25 формируется прямоугольный импульс

U ы„ (фиг, 4), длительность которого равна Т „, „ . Напряжение 11 ц„ 2поступает на вход элемента НЕ 24, на выходе которого формируется импульс. напряжения 0 ы„,. На второй вход блока

11 управления поступает напряжение с выхода компаратора 18, которое складывается по модулю 2 элементом

ИСКЛ10ЧАРЩЕЕ ИЛИ 26 с напряжением

Н „z. В результате на третьем выходе блока 11 управления и на выходе логического элемента НЕ 23 формируется напряжение U,х, при этом на выходе логического элемента НЕ

23 формируется напряжение Ub,l, .

Длительность импульсов Uâ H U вы

ВЫх З ЬЫХ соответствует времени второго такта

Тхп

; c.

При переходе напряжения U „ц,„из

"1" в " 0" запускается одновибратор

28 и на его выходе формируется импульс

11 цы„, длительность Т которого определяется соотношением

T=0,36 RC (13) где R — сопротивление резистора;

С вЂ” емкость конденсатора одновибрато-, ра 28.

При переходе напряжения U 8„2 из

"1" в "0" запускается одновибратор

29 и на его выходе формируется импульс U ц,„„,,,,по заднему фронту которого запускается одновибратор 30 и на era выходе формируется импульс

Б е„,„b . Длительности импульсов U Bbix и U baal q равны Т и определяются соответственно значениями резисторов и конденсаторов, адновибраторов 29 и 30, Напряжение U b,lÄ, сформированное одновибратором 29, поступает на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ

27, на первом вхоце которого находится напряжение U „2. На выходе элемента 27 по окончании импульса U „,„ 1 формируется напряжение U которое

Ьых 61 поступает на шестой выход блока 1! управления.

1550432

Иапряжение Б „„, фоРмируемое кнопкой 32, устанавливается перед началом работы устройства на пятом выходе блока 11 управления. формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для измерения среднего значения тока, содержащее семь ключей, блок управления, входную сигнальную шину, преобразователь напряжения в ток, три интегратора, кампаратар напряжения, выходную шину, при этом входная сигнальная шина. соединена через седьмой ключ с общей шиной, а через первый ключ †. с входом второго интегратора, выход которого подключен к инверсному входу компаратора напряжения, выход ко торого соединен с вторым входом блока управления, а прямой вход . — с общей шиной, при этом выход первого интегратора соединен через преобразователь напряжения в ток с входом четвертого ключа, входом третьего ключа, выход которого соединен с входом второго 25 интегратора, а управляющий вход третьего ключа соединен с третьим выходом блока управления, при этом вход пятого ключа соединен с шиной опорного напряжения, с входом шестого клю- 3р ча, с входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, с вторым выходом блока управления, первый выход .которого соединен с управляющим 35 входом седьмого ключа, а четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого соединен с общей шиной, выходы второго и пятого ключей 4О соединены соответственна с входами первого и третьего интеграторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области использования устройства, в него введены чет- 4 вертый интегратор, два блока выборки и хранения, аналоговый делитель, сумматор, вычитатель, причем выход сумматора соединен с входом первого блока выборки и хранения, выход которого подключен к выходной шине, входу второго блока выборки и хранения, выход которого соединен с первыми входами сумматора и вычитателя, второй вход которого соединен с выходом третьего интегратора, а выход— с первым входом аналогового делителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого интегратора, а выхад — с вторым входом сумматора вхо1

1 ды обнуления первого и третьего интеграторов соединены с шестым выходом блока управления, выход шестого ключа соединен с входом четвертого интегратора, вход обнуления которого соединен с пятым выходом блока управления, седьмой, восьмой и девятый выхоцы которога соединены соответственно с управляющими входами первого, второго блоков выборки и хранения и шестого ключа, а первый вход — с входной сигнальной шиной, третий вход, кроме того, — с упр;;зляющим входом пятого ключа.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два логических элемента НЕ, компаратор напряжения, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и

ИЛИ-ПЕ, три однавибратора, резистор, кнопку установки в исходное состояние, первый вывод которой соединен с пятым входом блока. управления и через рез стар — с общей шиной, второй вывод — с входам напряжения питания, выход третьего.одновибратара соединен с восьмым, а вход — с седьмым выходом блока управления и выходам второго одновибратара, вход второго адновибратора соединен с вторым входам блока управления, при этом выход кампаратора напряжения соединен с вторым выходом блока управления, первым входом логического элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входом первого логическага элемента HE выход которого соединен с первым выходом блока управления, входом первого аднавибратара, выход первого одновибратара соединен с девятым выходом блока управления, седьмой выход которого соединен, кроме того, с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, выход каторага соединен с шестым выходом блока управления, а второй вход — с вторым входом логического элемента

ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ, вторым входом блока управления, первый вход которого соединен с прямым входом компаратора напряжения, инверсный вход которого соединен с общей шиной, при этом выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с третьим выходом блока управления, входом второго логического элемента НЕ, выход которого саедийен с четвертым выходом блока управления.

1550432

Составитель А. Рафиков

Редактор Ю, Середа Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимишинец

Заказ 269 Тираж 555 Подпнс ное

ВИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэвсдственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101