Блок схема алгоритма формирования ЭФФ приведена на рисунке 1

Система Системы Система

(10)-(11) (8)-(9) (12)-(13)

Iк(Iб) Iб(Uк) Iб(Uк)

Iк(Uк) Iк(Iб) Iб(Iк) Iб(Iк(Iб)) Iб(Uб)

Uб(Iб) Uб(Iк(Iб)) Uб(Iк) Iк(Iб) Iб(Uб)

Iб(Uк) Uб(Uк) Iк(Uб(Uк)) Iк(Uк)

Рисунок 1 - Алгоритм преобразования систем ЭФФ

В результате реализации алгоритма, рисунок 1, находятся ЭФФ преобразованных ВАХ, чтобы определить ФФ этих ВАХ необходимо вычислить соответствующие ПФФ, которые можно вычислить по табличным значениям ФФ. Исходными данными для расчета являются табличные значения ЭФФ.

Рассмотрим алгоритм формирования табличных значений ФФ для плана 34-2. Пусть fij - элементы ЭФФ, где i=1,4 - индекс фактора, а j=1,3 - индекс уровня фактора. Если принять, что при i=1 фактор изменяется по строкам матрицы планирования (МП), i=2 - по столбцам, i=3 - по диагонали справа-налево и i=4 - по диагонали слева-направо, то обозначив символом ykl элементы МП, где k=1,3 и l=1,3 получим условия для определения системы уравнений, достаточных для определения элементов ykl по известным элементам fij.

Из теории планирования эксперимента известно, что утроенные значения fkl равны сумме элементов yij по фиксированному уровню фактора i.

Тогда для полиминальной модели исходные системы уравнений имеют вид для первого фактора

3f11=y11+y12+y13; 3f21=y21+y22+y23; 3f23=y31+y32+y33, (3.14)

для второго фактора

3f21=y11+y21+y31; 3f22=y12+y22+y32; 3f23=y13+y23+y33, (3.15)

для третьего фактора

3f31=y11+y22+y33; 3f32=y12+y23+y13; y33=y13+y21+y32, (3.16)

и для четвертого фактора

3f41=y31+y22+y13; y42=y11+y23+y32; y21=y12+y33. (3.17)

Алгоритм определения преобразованной МП по табличным значениям ЭФФ сводится к вычислению этих yij этой МП по формулам, полученным в результате совместного решения систем (3.14)-(3.17):

y31=f41 + f21 + f32 - f11 - f12; (3.18)

y32=f33 + f42 + f22 - f11 - f12; (3.19)

y21=f33 + f21 + f24 - f11 - f13; (3.20)

y13=3f33 - y21 - y32; (3.21)

y12=3f22 - 3f41 - y32 + y13 + y31; (3.22)

y23=3f32 - y12 - y31; (3.23)

y11=3f11 - y12 - y13; (3.24)

y22=3f12 - y21 - y32; (3.25)

y33=3f13 - y31 - y32. (3.26)

При полиминальной модели (ФФ представляет собой произведение ЭФФ) также используют формулы (3.18)-(3.26), но для логарифмированных табличных значений ФФ.

Для аттестации параметров модели Эберса-Молла необходимо определить уравнения (2.18) для инверсного включения транзистора. Дополнительные данные для определения этой модели или ее корректировки могут быть получены при определении переходов база-эммитер и база-коллектор согласно схемам, рисунки 3.2 и 3.3.

Рисунок 3.2 - Измерение ВАХ в нормальном режиме

Рисунок 3.3 - Измерение ВАХ в инверсном режиме.

Регистрируются напряжения Uк, Uб, которые падают на образцовых резисторах R0k, R0б. Соответственно токи Iк, Iб рассчитываются по формулам.

Ток Ik служит для контроля режима измерения, если электропитание проводится от источника тока.

В процессе реализации измерительного процесса необходимо руководствоваться сведениями о структуре РЭ, приведенными в п. 2.2-2.3.

3.1.2 Измерение динамических параметров

Рассмотрим условия реализации принятого машинно-ориентированного способа измерения линейных параметров многополюсника.

Согласно этому способу, сущность которого приведена в работах /9/, для определения Y-матрицы многополюсника необходимо выполнить измерение матрицы Uo напряжений холостого хода согласно схеме, рисунок 3.4а, на которой изображены: источник синусоидального напряжения Ei, многополюсник эквивалентный паразитным параметрам измерительной цепи с матрицей проводимости Yo. Источник Ei подключен к i-му входу-полюсу через комплексное сопротивление Zi, а остальные полюсы-входы нагружены на комплексные сопротивления Zj (j=1).

Индексами i и j обозначены точки подключения измерительного прибора, а именно пробник измерительного канала векторного вольтметра.

Согласно рисунку 3.4а при отсутствии измеряемого многополюсника (ИМП) и поочередном подключении последовательно к каждому резистору Zi источника Ei измеряют диагональные Uii и недиагональные Uoji компоненты матрицы Uo. Затем при поочередном подключении образцовой Yoi меры последовательно к каждому источнику Ei с внутренним сопротивлением Zi (рисунок 3.5б) измеряют напряжение Uoi - элемент вектора калибровочных напряжений Uk. Операции измерений матрицы Uo и вектора Uk опорных и калибровочных напряжений осуществляется n`+n раз, где n- число активных входов многополюсника по переменному току. На этом процесс калибровки измерительной схемы завершается. В результате определяется информация достаточная для учета влияния паразитных параметров эквивалентного многополюсника Yo.

Рабочий цикл измерения производится согласно рисунку 3.5. В этом случае параллельно схеме рисунок 3.5а подключают измеряемый многополюсник с матрицей проводимости Yo. В результате измерительные цепи оказываются нагруженными эквивалентным многополюсником с матрицей проводимости Yo, которую можно рассчитать по формуле

Yo = Y + Yo . (3.29)

Затем производится измерение элементов Uji матрицы U нагруженного режима таким же способом, как и измерение элементов матрицы Uo опорных напряжений. Переключение источника Ei производится n раз и определяются n` напряжений.

Измерение параметров многополюсника

а - измерение элементов матрицы Uo опорных напряжений;

б - измерение элементов вектора Uk калибровочных напряжений;

в - измерение элементов матрицы и нагруженного режима

Рисунок 3.4 - Измерение параметров многополюсника

Элементы матрицы Uo, U и вектора Uk используются для расчета матриц передачи Ко холостого хода и К нагруженного режима.

Элемент матрицы Ко рассчитывают по формуле

, (3.30)

а элемент матрицы К - по формуле

, (3.31)

где Yп - полная проводимость входной цепи пробника измерительного

канала векторного вольтметра.

В работе /1/ показано, что Y- матрица измеряемого многополюсника может быть определена в результате решения матричного уравнения

Y = 2(K-1 - Ko-1), (3.32)

где -1 - знак обращения матриц К и Ко.

Для случая двухполюсника

n = 1 (3.33)

имеем

i = 1; j = 0. (3.34)

Очевидно, что при условиях (3.33), (3.34) имеем:

коэффициенты матриц Ко и К с индексами j не имеют смысла;

всего аттестуются один коэффициент по формуле (3.30) и один коэффициент по формуле (3.31);

индекс i не имеет смысла, так как n = 1, матричное уравнение (3.32) превращается в простое алгебраическое;

для определения полной проводимости Y двухполюсника достаточно выполнить согласно рисунку 3.5 измерение трех напряжений: Uo холостого хода (рисунок 3.5а), Uk калибровки (рисунок 3.5б) и U нагруженного режима (рисунок 3.5в).

С учетом (3.32) - (3.33) и отмеченных замечаний из формул (3.30) - (3.31) приходим к формулам

, (3.35)

а - измерение напряжения Uo холостого хода;

б - измерение напряжения Uk калибровки при нагрузке схемы образцовой

мерой Yk;

в - измерение напряжения U при нагрузке схемы измеряемым

двухполюсником Y

Рисунок 3.5 - Измерение двухполюсника

, (3.36)

Подставляя коэффициенты Ко и К в уравнение (3.32) с учетом замечания (3.33) получаем формулу для расчета аттестуемой проводимости Y.

, (3.37)

Таким образом, для определения полной проводимости (сопротивления) двухполюсника достаточно выполнить измерения трех напряжений согласно схемам (рисунок 3.5). При этом справедливы следующие условия:

измерительный процесс легко автоматизировать, так как при его
реализации не требуется производить подстроечные операции;

из трех тестов два (при регистрации напряжений Uo и Uk) являются калибровочными и при массовых измерениях на фиксированной частоте производятся только один раз;

при выполнении предыдущего условия процесс измерения сводится к регистрации одного напряжения U с последующим расчетом по формуле (3.37);

при диапазонных измерениях операции по калибровке можно свести к определению четырех вещественных функций, которые определяют модуль напряжения Uo

Uo = Uo(?); (3.38)

аргумент напряжения Uo

???= ????? ; ????? (3.39)

модуль напряжения Uk

Uk = Uk(?); (3.40)

и аргумент напряжения Uk

?К?= ?К??? ; (3.41)

где ? - угловая частота.

При использовании стабильной измерительной аппаратуры операции по определению функций (3.38) - (3.40) можно выполнить один раз, так функции (3.36) - (3.37) 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 рисунок 3.5в; 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.

При реализации измерений согласно принятых методам следует учитывать специфику измерительных цепей, в котором эти измерения проводятся.

3.2 Структурная схема тестера

Структурная схема тестера приведена на рисунке 3.6.

Тестер содержит устройство интерфейса (УИ) и измерительно-контрольное устройство (ИКУ). Блок УИ предназначен для обмена информацией с персональным компьютером (ПК) в процессе управления тестером, обработки сигналов непосредственного управления ИКУ, а также управление приборами, агрегатированными в стойку программированных измерительных приборов (СПИП).

Объект измерения (ОУ) подключается к выходу ИКУ. Сигналы возбуждения ОУ и отклики на них поступают и воспринимаются приборами стойки СПИП через коммутаторы электрических сигналов расположенных в ИКУ.

СПИП

ПК УИ ИКУ ОИ

Рисунок 3.6 - Структурная схема тестера

3.3 Устройство интерфейса

Блок УИ сконструирован на основе микропроцессорного устройства, через которое командами с порта COM1 ПК типа IBM PC управляет:

через первый ЦАП генератором тока в интервале от 1 до 100 мА при измерении транзисторов;

через второй ЦАП источником опорного напряжения, который служит для регулировки напряжения транзистора;

через третий ЦАП устройством регулировки температуры.

Управление ЦАП производится через первый - третий регистры. Остальные три регистра предназначены для управления программируемым генератором синусоидальных сигналов (ПГСС), коммутации цепей, контроля статических режимов ОИ, коммутации цепей измерения и контроля динамического режима ОИ.

Регистрация измеряемых сигналов осуществляется АЦП, управление которым осуществляется программно от ПК.

На ИКУ с выходов УИ поступают сигналы постоянного тока, которые определяют режим ОИ и коды управления коммутаторов контроля статического и динамического режимов ОИ.

Полезная информация поступает с выхода ИКУ в виде аналогового сигнала постоянного тока, который преобразуется в цифровой сигнал АЦП и подаётся на ПК для дальнейшей обработки.

3.4 Измерительно-контрольное устройство (ИКУ)

3.4.1 Электрическая схема ИКУ

Схема электрическая соединений ИКУ представлена на МК 3.097.002 Э4. ИКУ составляет собой четыре модуля: измерительная головка (ИГ), модуль А1, плата управления и контроля статическим и динамическим режимами тестера (ПУиК), модуль А2, нагрузка коллекторная, модуль А3, нагрузка базовая, модуль А4.

Устройство ИГ (МК 5.192.006 Э3) представляет собой держатель ОИ, на котором установлены: гнездо для подключения измерительного канала векторного вольтметра (ВВ); контакты для подключения собственно ОИ; вилка разъёма для подключения ИГ к ПУиК. При измерении четырёхполюсных РЭ ИГ содержит реле для подключения ВВ к входу или выходу ОИ.

Электрическая схема ПУиК приведена на МК 5.064.001 Э3.

Плата управления и контроля статическим и динамическим режимами тестера (ПУиК) содержит:

коммутатор контроля динамических и статических контролируемых

розетка разъема Х4 для подключения блока стабилизации температуры (БСТ);

розетка разъема Х5 для подключения блока стабилизации режима транзистора (БСР);

резистор R1 для контроля режима базы;

резистор R2 для контроля режима коллектора;

резисторы R3,R4 для согласования цепи ВЧ сигнала;

резисторы R5-R7, R8-R10 и R11-R13 для ослабления сигнала;

конденсаторы С1-С10 для блокировки ВЧ сигналов в цепях питания транзистора по постоянному току;

конденсаторы С11-С12 для разделения цепей питания по переменному и постоянному току;

контакты 1а-24а, 1б-24б, 1с-10с и 1д-10д для подключения платы к внешним устройствам.

Устройство работает следующим образом:

ККС предназначен для измерения модулей сигналов на аналоговых выходах первого и второго векторных вольтметров (ВВ);

измерения разностей фаз на аналоговых выходах первого и второго ВВ;

измерения контроля напряжений Uк, Uб и токов Jк, Jб определяющих рабочую точку транзисторов при измерениях в активном режиме;

измерения напряжений Uб-к,Uб-э и соответствующих им токов Jк, Jб для аттестации параметров моделей Эберса-Молла;

измерения напряжения Uт для определения температуры окружающей среды.

Состояние реле ККС приведены в таблице 3.2. С помощью КДР реализуются динамические тесты. При этом измеряют комплексные напряжения ,,,, холостого хода на базе транзистора, которые используют для калибровки аттенюатора собранного на реле К10-К12.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5