Рис. 3.8. Схемы преобразования сопротивления Rx в напряжение: а - упрощенная принципиальная схема; б - шестипроводная схема.

одного предела преобразования). Следовательно, контролируемое сопротивление находится в режиме заданного тока. Уравнение преобразования значения сопротивления Rx в напряжение Ux при идеальных характеристиках усилителей и отсутствии переходных контактных сопротивлений определяется расчетным соотношением

Ux=,--ERx. (3.18)

Однако по изложенным выше причинам реальные значения напряжения Ux отличаются от расчетных.

Юценку погрешностей проведем, как и в случае преобразований проводимостей, отдельно для каждого из сопротивлений гл, гв и щ.

Воспользовавшись, преобразованием (рис. 3.6, б) и соотношением (3.11). получим

где Rxa - значение эквивалентного сопротивления между точками А и В (рис. 3.6, б), обратное значению проводимости Gxa. Относительная погрешность преобразования бл имеет значение, определи* емое соотношением (3.19):

Ьд = RxA~Rx ЮО % = гА (Gx + gAc) ЮО %. (3.19)

Аналогично определяется значение погрешности бв, учитывающей влияние переходного сопротивления гв:

бв - RxBR~Rx 100 % = г в (Gx + gBc) 100 %. (3.20)

При учете сопротивления ге между узлами А и В возникает дополнительная проводимость GAb (3.14), шунтирующая измеряемое сопротивление Rx. Сопротивление Rxc с учетом проводимости Gab определится соотношением

Я с = Д, 1 + gabRx ..

Значение относительной погрешности бс, учитывающей влияние сопротивления гс, определится аналогично выражению (3.15):

4 RXC - Rx inn о/ GABRx /ООП

Ос =-в- Ю0 %---r-J-Tj-кг. (d.ZI)

Для малых сопротивлений гс значения погрешностей 6<j, подсчитан* ные по формулам (3.21) и (3.15), практически совпадают по абсолютной величине и противоположны по знаку:

6cSE--

rACrBC

Однако точное значение бо для преобразования сопротивлений оказывается несколько меньшим. Для рассмотренных выше значений параметров объекта контроля значение проводимости, подсчитанное по формуле (3.14):

Погрешность при измерении проводимости Gx

в От100 о/о = 0,98 10- 100 о/о = gg /

G* 1,0 -10 j>

Приближенное значение бс, определенное ранее, составляло 100 %. Погрешность при измерении сопротивления Rx

GABRxW0 о/о

Точное значение погрешности от влияния переходных контактов заземления для сопротивления Rx (при заданных значениях

j ,- . параметров) оказалось почти вдвое меньше

\и„е по модулю, чем для проводимости Gx.

Компенсация погрешностей, вызванных наличием переходных сопротивлений контактов, при преобразовании сопротивлений Rx производится (как и для проводимостей Gx) за счет многопроводных схем подключения объекта контроля и измерительной цепи. На рис. 3.8, б показана шестипроводная схема подключения резистора при контроле его сопротивления Rx. Компенсация переходных сопротивлений в цепи заземления (точка С) производится с помощью дополнительного Рис. 3.9. Погрешности корректирующего усилителя D4, действие эт заземления. которого рассматривалось ранее. Характерной

особенностью схемы является измерение падения напряжения на сопротивлении Rx непосредственно с помощью дифференциального усилителя D3.

Провода, подключающие входы дифференциального усилителя D3, являются потенциальными (значения сопротивлений R3 и Ru выбираются достаточно большими). Поэтому влияние переходных сопротивлений контактов гА и Гв оказывается незначительным.

Линии, содержащие переходные сопротивления контактов гд и г в, являются токовыми. Поскольку преобразование Rx производится в режиме заданного тока, сопротивления гд и гв не вызывают существенных погрешностей. Значительное уменьшение погрешности бс достигается непосредственным подключением неинверти-рующего входа усилителя D2 к узлу С (рис. 3.9).

Проведем анализ, аналогичный анализу схемы 3.6, е. Как и прежде, характеристики усилителя примем идеальными. Это означает, что за счет действия обратной связи потенциал в точке С установится равным потенциалу точки А (входное сопротивлениегуси-лителя велико и ток по потенциальной линии гс не протекает). Равенство потенциалов в точках А а С приводит к отсутствию тока

через сопротивление г ас, и весь ток / проходит по сопротивлё нигс> Rx.

Ток / создает на сопротивлении Rx падение напряжения \ и* = IRX. (3.22)

Равенство потенциалов в точках Л и С свидетельствует о том, что напряжение Uxc также равно падению напряжения на сопротивле* нии т.вс- Ток, протекающий по сопротивлению гВс, одновременно протекает и по сопротивлению гс, создавая на нем падение, напряжения AU. Следовательно,

AU = UxC--. (3.23)

Ток, протекающий по сопротивлению Rx и задаваемый сопротнвле* нием R2, определится уравнением

, Е + ьи

(3.24)

Решив совместно уравнения (3.22) - (3.24), получим характеристику преобразования с учетом влияния переходных сопротивлений контактов гс

bxc=E~ {rcRx)}{rBCRj = и* l-(rcRx)/(rBCRb) (3 25>

Характеристика (3.25) отличается от идеальной (при га = 0). Относительная погрешность преобразования бо имеет значения, определяемые соотношением:

ихГ - их , {гг/гяг) (Rx/R ) бс = хС 100 % = C(rBC2:n L ЮО %. (3.26)

При анализе бс необходимо учитывать, что для каждого i-ro предела преобразования отношение RXilR2i выбирается постоянным и обычно не превышает единицы. Приняв R2 ~ Rx = 10 кОм для ранее установленных значений параметров объекта контроля, получим

л- (1/100) (1С/10*) 100 % . о/ с~ 1 - (1/100) (104/Ю4) ~

Погрешность б0 равна по модулю погрешности из выражения (3.16) для проводимости Gx, однако в отличие от нее имеет положительный знак.

Включение ОД в цепь обратной связи усилителя по схемам, изображенным на рис. 3.8, оказывается не всегда возможным. При некоторых соотношениях реактивных параметров ОД в цепи усилителя D2 возникает режим генерации. Схема преобразования значения

еопротивления Rx, представленная на рис. 3.10, свободна от указанного недостатка. Измеряемое сопротивление Rx подключается к/ис-точнику напряжения /fF с внутренним сопротивлением R . Напряжение на выходе усилителя D1 пропорционально значению тока, протекающего по сопротивлению Rx: 1/г = lxR\. Падение напряжения Ux на сопротивлении Rx измеряется с помощью дифференциального усилителя D2, аналогично измерению по схеме рие. 3.8, 6j

Ua = KUX= KIXRX>

где К - коэффициент преобразования каскада усилителя D2. Значение сопротивления вычисляется по формуле:

и, Ri

д

\iK яП Пю

Рис. 3.10. Схема определения значений Rx по результатам измерений напряжения и тока.

водится на постоянном токе. Значения мерительного преобразователя так же, бираются в пределах от 10 мВ до 1 В.

Вычисления проводятся g помощью средств, имеющихся в АСКД.

Изменение значения сопротивления Rr в широких пределах практически не влияет на результат измерения сопротивления Rx.

3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДВУХПОЛЮСНЫХ ЭРЭ

Преобразование параметров полупроводниковых ЭРЭ в АСКД обычно про-выходного напряжения из-как и для резисторов, вы-

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДИОДОВ

Падение напряжения на открытом переходе диода измеряется в режиме заданного тока. Режим заданного тока обеспечивается включением диода в цепь обратной связи операционного усилителя D2, изображенного на рис. 3.11, а. Значение задающего тока / устанавливается сопротивлением R2:

1=>ЕЩл(и1 = Е).

Для маломощных диодов обычно выбирают значение задающего тока в пределах (1 + 10) мА, что при ЭДС Е = 1 В соответствует значениям сопротивления R2 = (1 кОм - 100 Ом).

Типичные значения падения напряжения на открытом перехо-ie германиевых и кремниевых диодов проведены в табл. 3.2. Здесь е приведены соответствующие значения статического сопротлвле-ия / .

а

Рис. 3.11. Схемы включения диодов:

а - включение в цепь обратной связи; б - подключение к выходу источника на

пряжения.

Из табл. 3.2 следует, что g увеличением рабочего тока / существенно уменьшается сопротивление г0 открытого диода. Если значения шунтирующего действия сопротивления намного превышают значения r0i то их влиянием можно пренебречь и точку С (рис. 3.11, а) вообще не заземлять.

3.2. Значения падения напряжения открытого днода

Так, например, для значений г ас - гво - 200 Ом погрешность преобразования параметров германиевого диода не превышает 5 % при токе / = 10 мА, в то время как при токе / = 1 мА эта погрешность достигает 30 %.

Обратный ток диода измеряется в режиме заданного напряжения. Режим заданного напряжения обеспечивается подключением диода к выходу низкоомного источника напряжения Ult изображенного на рис. 3.11, б. Обратный ток диода /д преобразуется в напряжение U2 операционным усилителем D2:

т. е. фактически преобразуется значение проводимости g3 закрытого диода в напряжение по схеме преобразования проводимостей

Gx (см. рис. 3.5, а). Расчетное значение выходного напряжения / определяется соотношением, аналогичным (3.10). Значение питающего/ напряжения Ux выбирается в пределах (1-3) В с целью обеспече/ ния неповреждающего контроля. Типичные значения обратного тока /д и статического сопротивления г3 закрытого диода для германиевых и кремниевых диодов приведены в табл. 3.3. Следует отметить, что даже для диодов одного типа значения сопротивления гв м гут отличаться более чем на порядок. Поэтому при программировании в АСКД обычно указываются предельно допустимые максимальные значения тока утечки /д или сопротивления ra. При уста-

3.3 Значения обратного тока закрытого диода

новлении предельно допустимых значений тока утечки необходимо учитывать следующие факторы:

1. Значения тока /д для кремниевых диодов соизмеримы со значениями теплового тока Д/0 на входе усилителя D2, что приводит к возникновению существенных погрешностей преобразования.

2. Шунтирующее действие сопротивлений г ас и гвс также может.привести к дополнительным погрешностям (см. формулу 3.15). В отличие от прямого включения при обратном включении дио-дов~ шунтирующие цепи (точку С) необходимо обязательно подключить к общей шине.

Перечисленные погрешности, а также широкий диапазон изменения значений температурного тока /д() привели к тому, что реальные допустимые значения обратного тока диода /д выбираются для германиевых диодов в пределах 10 мкА, для кремниевых диодов - 1 мкА [2]. Для получения выходного напряжения U2 порядка 1 В необходимо установить значения сопротивлений R2, указанные в табл. 3.3.

Контроль обратных параметров диодов с закороченным р - п переходом может привести к возникновению значительных напряжений на выходе усилителя D2, что противоречит требованиям неповреждающего контроля. Для исключения указанных перегрузок усилителя применяются специальные меры, основанные на включении нелинейной обратной связи. Однако для устранения опасностей перегрузок усилителя необходимо, чтобы контролю параметров диодов предшествовал контроль на отсутствие коротких замыканий.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕМНИЕВЫХ СТАБИЛИТРОНОВ

Преобразование параметров кремниевых стабилитронов в АСКД происходит в трех различных режимах: в режиме прямого смещения диода; в режиме обратного смещения; в режиме пробоя. . \ Первые два режима ничем не отличаются от режимов проверки обычных диодов. Параметры преобразовываются в унифицированные напряжения по схемам, представленным на рис. 3.12, их характеристики соответствуют характеристикам кремниевых диодов (табл. 3.2, 3.3). В режиме пробоя обычно измеряется значение напряжения стабилизации £/ст при заданном токе / = 10 мА.

Рис. 3.12. Схемы измерения параметров закрытых диодов:

а - измерение параметров пробоя стабилитрона; б - включение дополнительного лителя У/ по схеме повторителя напряжения.

Напряжение стабилизации £/ст Для большинства типов стабилитронов существенно превышает допустимые значения напряжений Л-3 В), удовлетворяющие требованиям неповреждающего контроля. Поэтому проверку стабилитронов в режиме пробоя следует проводить после завершения проверок всех остальных элементов.

Параметры пробоя стабилитронов преобразовываются по схеме, показанной на рис. 3.12, а, непосредственно перед функциональной проверкой ПУ, осуществляемой при номинальных значениях напряжений питания; Сопротивление R0 задает ток /, протекающий по цепи, содержащей проверяемый стабилитрон VD. Усилитель D2 используется в режиме делителя напряжения. Значения сопротивлений Rt и R2 выбираются достаточно большими по сравнению с R0. Напряжение U2 на выходе усилителя пропорционально напряжению стабилизации £/ст:

U* = U-л

В реальных ПУ стабилитрон соединяется с другими элементами, имеющими эквивалентные сопротивления г ас и гвс- Указанные элементы шунтируют стабилитрон. Общее шунтирующее сопроти'в-

ление Rm определится соотношением

RI [гдг -+- rRr)

Rl\r Л (3-27>

1<l + ГАС + ВС

Влияние сопротивления Rm необходимо учитывать при выборе ЭДС Е и сопротивления R0, задающих режим работы стабилитрона.

Значение тока /ст, протекающего через стабилитрон, определится соотношением

(3.28)

где 7?сн = UCT/1сн - статическое сопротивление стабилитрона при. номинальном значении тока /сн.

Допустим, что при некотором максимальном значении сопротивления Rmi значение тока /ст, протекающего через стабилитрон, вдвое превысит номинальное значение /сн. Допустим также, что при некотором минимальном значении шунтирующего сопротивления Rm2 значение тока /ст уменьшится вдвое по сравнению с номинальным значением /сн. Указанным допущениям соответствуют уравнения

i) - = 2;

= 0,5. (3.29)

Сравнивая уравнения (3.29), получаем

iGuj2 - Gmi = 1,5GCH, (3.30)

ГДе Gmi = l/Rmi, Gu2 = 1/Rm2> GCH = i/Rcv

Из соотношения (3.30) следует, что допустимый диапазон изменения значений шунтирующих проводимостей постоянен для всех пределов преобразования. Используя выражение (3.29), для каждого предела преобразования вычислим значение задающего сопротивления R0.

В табл. 3.4 приведены предельные значения сопротивлений шунтирующих резисторов Rm\; Rua и соответствующие им значения сопротивлений R0, подсчитанные по формулам (3.29) и (3.30) для стабилитронов, имеющих следующие характеристики: /сн = 10 мА; /Уст = 5 В. Из табл. 3.4, в частности, следует, что при питании преобразователя от источника ЭДС Е - 30 В и задающем сопротивлении R0 - 1250 Ом нормальная проверка стабилитрона возможна лишь при значениях шунтирующего сопротивления, превышающих 333 Ом.

При уменьшении значений сопротивлений Rm уменьшается допустимый диапазон их изменения для каждого предела преобразова-

ия. Так, например, для четвертого предела преобразования. (табл. 3.4) допустимый диапазон изменения Rw составляет всего 29 Ом. Практически приходится ограничиваться работой в пределах первого диапазона, т. е. принимать минимально допустимое значение шунтирующего сопротивления #Ш2 из условия

#ш2 = 0,66#сн. (3.31>

При этом во всем диапазоне изменения значений шунтирующих: сопротивлений от бесконечности до /?Ш2 рабочий ток /ст, протека- ющий по стабилитрону, изменяется от 0,5/сн до 2,0/сн.

Если шунтирующее сопротивление Rm меньше, чем 0,66/?сн, и образовано соединением двух сопротивлений г ас и Гвс, то следует применять дополнительный компенсирующий усилитель, включен-

3.4. Предельные значения сопротивлений н проводимостей

ный по схеме повторителя напряжения, как это показано на* рис. 3.12, б, или проводить проверку в режиме преобразования сопротивления по схеме рис. 3.11, а при обратном направлении включения стабилитрона.

Компенсирующий усилитель (рис. 3.12, б) поддерживает потенциал точки С равным потенциалу точки А. Следовательно, по-участку цепи с сопротивлением г ас ток не протекает и шунтирующая цепь отсутствует.. Значение ограничивающего сопротивления R0 выбирается из соотношения

Rn - Rc

(it-1)-

(3.32)

Так, в частности, для рассмотренного ранее стабилитрона при Е - = 30 Б = 500 (30/6 - 1) = 2500 Ом. Значение рабочего тока через стабилитрон равно номинальному:

-5)g = 0,01 А = 10 мА.

-2500 Ом

Компенсирующий усилитель'!)./ должен обладать нагрузочной способностью, достаточной для подключения к его выходу сопротивления Гвс.

5&