Способ определения производныхвольт-амперных характеристик нелинейныхэлементов и устройство для егоосуществления

Способ определения производныхвольт-амперных характеристик нелинейныхэлементов и устройство для егоосуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советск ни

Социапистичесиик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

834608 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 17.04. 78 (21) 2608360/18-21 (51.)М. Кл.

G 0I R 27/28//

G 01 R 23/20 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет

Гоаудеротееилый комитет

СССР

II0 делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 30, 05. 81. Бюллетень РЙ20

Дата опубликования описания 10, 06, 81

1 (53) УДК 621. 317,,73(088.8) (72) Авторы изобретения

А. П, Квачев и В. М, Свистунов 1

t l. 1

Донецкий физико-технический институт АН Украинской.=СИ,,, (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению вольт-амперных характеристик различных нелинейных элементов, и может найти применение в научной аппаратуре для исследования малых нелинейностей в тонкопленочных туннельных переходах при изучении сверхпроводимости, Известен способ измерения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов, заключающийся в том, что измеряют отклонение вольтамперной характеристики элемента от линейности fll13

Однако известный .способ не дает количественной оценки порядка производных вольт-амперной характеристики элемента, а измеренное отклонение характерйстикй от линейноСти обусловлено наличием в кривой как первой так и высших производных, Наиболее близким к предлагаемому является способ определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов, заключающийся в том, что испытательный сигнал формируют в виде комбинации напряжения смещения и синусоидального напряженият подают его на исследуемый нелинейный элемент, затем исследуют спектр выходного сигнала (2J.

Недостатком известного способа является то, что требуемая достоверность измерения производных может быть получена только для некоторых относительно простых типов нелинейных характеристик, допускающих возможность аппроксимации ограниченным полиномом со степенью не выше порядка измеряемой производной.

Известно устройство для определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов, содержащее генератор синусоидального напряжения, выход которого через атл енюатор подключен к исследуемому нелинейному элементу, к которому

8346

Исследуемая вольт-амперная характеристика нелинейного элемента может быть представлена либо степенным полиномом

1= Е О„х (1)

YI=0 либо рядом Тейлора (или эквивалентным

30 рядом Макларена в исходной нулевой точке) также подключен выход источника постоянного напряжения, выход нелинейного элемента через последовательно соединенные измерительный мост, избирательный усилитель и синхронный детектор соединен с регистратором, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, опорный вход синхронного детектора соединен с другим выходом гене- 10 ратора синусоидального напряжения $2(.

Недостатком известного устройства является то, что из-за необходимости использования очень малых уровней модуляции предъявляются высокие тре- 15 бования к избирательному усилителю, которые трудно реализовать на практике.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов формируют испы.. тательный сигнал в виде комбинаций напряжения смещения и синусоидального напряжения, подают его на исследуемый нелинейный элемент, затем исследуют спектр выходного сигнала, Кроме того, измеряют спектральные составляющие выходного сигнала в центре каждого исследуемого участка вольт-амперной характеристики, при .этом амплитудой синусоидального на35 пряжения перекрывают исследуемый участок, а по амплитудам и фазам спектральных составляющих вычисляют значения производных.

Поставленная цель достигается также 40 тем, что в устройство для осуществления способа определения производных вольт-амперных-характеристик нелинейных элементов, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входному зажиму устройства для подключения нелинейного элемента, ко второму входному зажиму устройства под50 ключен измерительный мост, избирательный усилитель, аттенюатор, основной синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом генера. тора синусоидального напряжейия, ре55 гистратор, введены фазовращатель, сумматор „дополнительный синхронный детектор, кварцевый фильтр и вычислительный блок, причем выход измери08 4 тельного моста соединен через последовательно соединенные сумматор; избирательный усилитель, кварцевый фильтр и регулируемый аттенюатор со входами синхронных детекторов, выход основного. синхронного детектора соединен с входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом регистратора, опорный вход дополнительного синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с входом измерительного моста и с выходом генератора синусоидального напряжения, другие выходы которого подключены к третьему входному зажиму устройства, второй выход.фазовращателя соединен со вторым входом сумматора, выход дополнительного синхронного детектора — с управляемым входом регулируемого аттенюатора. = y(g)+ х, (>) и j""(О) И, где у (О) - производная первого поИ рядка нелинейной характеристики в исходной нулевой точке.

Если в некоторой одной точке получить значения всех производных вольтамперной характеристики нелинейного элемента, то, воспользовавшись рядом

Тейлора (2), легко получить значения вольт«амперной характеристики и ее производных во всей исследуемой области.

При подаче на исследуемый нелинейный элемент испытательного сигнала в виде комбинации напряжения смещения, соответствующего центру первого исследуемого участка вольт-амперной характеристики, и синусоидального напряжения(cosA t с амплитудой Д . сигнал на выходе нелинейного элемен та.можно одновременно представить рядом Тейлора (2) и рядом Фурье у (О= Е А, cosn.uL t, (ъ)

Щ) На основании однозначной связи ряда Фурье (3) и ряда Тейлора (2) лучен алгоритм

zO у (0) =р (А„- ЗА3 + 5А5 — 7А7 + 9Ag у (О) = (4ъ — 5"5+ !4Ат- 30"9+. 834608 4 области характеристики, поступающее по- от источника 4 постоянного напряже-. ния. Выходной сигнал с исследуемого нелинейного элемента 1 поступает на измерительный мост 2, компенсирующий

° ° / часть измерительного сигнала для по2Я ) t) вышения динамического диапазона избио рательного усилителя 7, и суммирует° ° ) ся в сумматоре 6 с контрольным сиг!

О !

30

А =d"Î вЂ” d а + 1" а +...

3 Ъ 10 5

1 1 4 16 = — ф с1„+ — 6 g y — (У

1 2 4 4- 15

2. 2 "- 8 4 „! 6

2 7

А = — d а +- д с + — d" д +... 4- Ь 1Ь 6% ь связывающий значения производных в исходной точке со значениями амплитуд гармонических составляющих спектра выходного сигнала нелинейного элемента.

Амплитуда синусоидального напряжения выбирается такой большой, чтобы она перекрывала весь исследуемый участок вольт-амперной характеристики, а по спектру выходного сигнала нелинейного элемента в соответствии с алгоритмом (4), (5) и (2) опреде ляются одновременно все производные вольт-амперной характеристики на всем исследуемом участке.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для реализации способа определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов.

Устройство содержит исследуемый нелинейный элемент 1, например тонкопленочные туннельные переходы, измерительный мост 2, генератор 3 синусоидального напряжения, например синтезатор частот, источник 4 постоянного напряжения, фазовращатель 5, сумматор 6, избирательный усилитель

7, кварцевый фильтр 8, регулируемый аттенюатор 9, основной синхронный детектор 10, дополнительный синхронный детектор ll вычислительный блок

12, регистратор 13, Устройство работает следующим образом.

На исследуемый нелинейный элемент

1 подается от генератора 3 синусоидального напряжения одна из гармонических составляющих, модулирующих постоянное напряжение, соответствующее центру выбранной для исследования налом, сдвинутым фазовращателем относительно измерительного сигнала на

Х/2. Суммарный сигнал усиливается избирательным усилителем 7, выделя- ется из шумов кварцевым фильтром 8, проходит через регулируемый аттенюатор 9 и вновь. разделяется синхронными детекторами 10 и 11, управляемыми опорными сигналами, сдвинутыми. друг относительно друга на 3Г/2, на измерительный сигнал, поступающий в вычислительный блок 12, и на контрольный сигнал, поступающий на регулируемый аттенюатор 9 в качестве отрицательной обратной связи, стабилизирующей общий коэффициент усиления. Вычислительный блок 12 по значениям амплитуд гармонических составляющих определяет значения производных .нелинейной характеристики в соответствии с алгоритмом и управляет регистратором 13„

Благодаря учету всех гармонических составляющих выходного сигнала нелинейного элемента, повышается точность определения производных вольт-амперной характеристики вне зависимости от характера нелинейности исследуемого нелинейного элемента, Формула изобретения

1. Способ определения производных вольт-амперных характеристик нелинейных элементов, заключающийся в том, что формируют испытательный сигнал в виде комбинации напряжения смещения и синусоидального напряжения, подают его на исследуемый нелинейный элемент; затем исследуют спектр выходного сигнала, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, измеряют спектральные составляющие выходного сигнала в центре каждого исследуемого: участка вольт-амперной характеристики, Ври этом амплитудой синусоидального

Составитель Л,Фомина

Редактор К.Лембак Техред Е.Гаврилешко Корректор Л.Иван

Заказ 4098 71 Тираж.732 Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

7 83 напряжения перекрывают исследуемый участок, а по амплитудам и фазам спектральных составляющих вычисляют значения производных, 2. Устройство для осуществления способа определения производных вольт-амперных характеристик нели— нейных элементов, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входному зажиму устройства для подключения нелинейного элемента, ко второму входному зажиму устройства подключен измерительный мост, избирательный усилитель, аттенюатор, ос,новной синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом.генератора синусоидального напряжения, регистратор, отличающееся тем, что введены фазовращатель, сумматор, дополнительный синхронный детектор, кварцевый фильтр и вычислительный блок, прйчем выход измерительного моста соединен через последовательно соединенные сумматор, избирательный усилитель, кварцевый

4608 8 фильтр и регулируемый аттенюатор со входами синхронных детекторов, выход основного синхронного детектора сое- динен с входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом ре гистратора, опорный вход дополнительного синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с входом измерительного моста и с выходом генератора синусоидального напряжения, другие выходы которого подключены к третьему входному зажиму устройства, второй выход фазовращателя соединен со вто15 рым входом сумматора, выход дополнительного синхронного детектора сое-, динен с управляемым входом регулируемого аттенюатора.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1Ф 362260, кл. G 01 R 27/08, 1971.

2. Эдлер, Джексон, Система для наблюдения малых нелинейностей в

2$ туннельных переходах, — "Приборы для научных исследований", 1966, N - 8, с, 63 (прототип),