Погодить пристрій для вимірювання чотирьохполюсних радіоелементів

ВСТУП

Створення радіоелектронної апаратури - дуже складний процес, що вимагає чіткої організації робіт на всіх етапах, починаючи з творчого задуму і кінчаючи виготовленням пристрою.

У зв'язку з цим постає питання про вимірювання параметрів радіоелементів. Особливий інтерес представляють автоматизовані вимірювання.

У даному дипломному проекті реалізований спосіб вимірювання за А.С. 1317370. Вимірювання параметрів цим способом дозволяє покласти всі головні аспекти на сучасну обчислювальну техніку. У нашому випадку ядром комплексу є широко поширений персональний комп'ютер класу IBM - PC.

Алгоритм вимірювання реалізує розроблений пакет програм для IBM - PC на мові високого рівня Pascal.

1. АНАЛІЗ ТЗ

З літературних даних [8-9] випливає, що виконання п.п.3.1 ТЗ по суті, представляє розвиток методики вимірювання та технічних засобів реалізованих у процесі розробки в Воронезькому Державному Технічному Університеті і виготовлення (в НІІПХ м. Москва) тестера Д780. При цьому були впроваджені А.С.1084709 і 1317370 СРСР. А.С.1619209 реалізують алгоритми за способом А.С.1317370 для чотирьохполюсних мікросхем і може бути реалізована у вигляді знімної вимірювальної головки.

Використання як ядра комплексу персонального комп'ютера сумісного з IBM - PC дозволяє не тільки виконати завдання, пов'язані з вимірюванням і обробкою попередніх результатів, але й вирішити широке коло завдань у сфері розробки аналітичних макромоделей діодів, всіх видів транзисторів та аналогових мікросхем.

Реалізація п.п.3.2-3.4 не представляє принципових труднощів, але вимагає істотних витрат матеріальних і трудових ресурсів. При цьому представляється можливим застосувати елементну базу загального призначення. Так як стандарт швидкості обміну по порту RS -232 становить 9600 Бод, то використання мікроЕОМ КР1816ВЕ35 дозволяє відмовитися від спеціалізованих, а отже дорогих мікросхем послідовного інтерфейсу.

Таким чином, даний ТЗ здійснимо в умовах кафедри МіЕРА.

2. ВИМІРЮВАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

1. Склад елементної бази аналогових РЕЗ

Елементну базу РЕЗ, по-перше, утворюють два великих класу

елементів: пасивні та активні.

Пасивні радіокомпоненти (ПРК) поділяються на компоненти загального застосування (КОП) і НВЧ компоненти (СВЧК).

До складу ПРК входять:

двухполюсник, в тому числі резистори, конденсатори, котушки індуктивності, електронні LC фільтри послідовного або паралельного типу, одиночні кварцові резонатори;

чотириполюсники: електричні LC фільтри;

Акустоелектронні фільтри на об'емнихілі ПАР хвилях;

електричні або акустичні лінії затримки;

п'єзоелектричні трансформатори та інші пристрої, які мають одну пару контактів для підключення вхідного сигналу і іншу для підключення навантаження;

багатополюсників: многоотводние електричні й окустоелектронние лінії затримки і фільтри електричних сигналів, багатообмотувальних вузькосмугові і широкосмугового трансформаторні пристрої тощо

Склад СВЧК більш різноманітний, оскільки окрім компонентів, що виконують функції аналогічні функціям ПРК, перерахованим вище, в нього входять специфічні для НВЧ діапазону двополюсні і багатополюсні компоненти: діоди, хвилеводні розгалужувачі і відгалужувачі.

Як ПРК так і СВЧК бувають узкополостние і широкосмугового,

що накладвает певну специфіку при описі його моделей. З іншого боку, окустоелектронние пристрої, що працюють у звичайному діапозоні частот (від сотень кГц до десятків МГц) можуть бути опис методу НВЧ діапозона.

Велика розмаїтість електронної бази РЕЗ неминуче пов'язаного з різноманітністю їх описів та методів вимірювань параметрів моделей РЕ.

2. Способи представлення параметрів елементів

1. Двухполюсник

Двополюсні ПРК можуть бути представлені або у вигляді еквівалентних схем зі розосереджених постійними (рис.1а, б) або у вигляді параметрів "чорного ящика" (рис.3, в).

Моделі двополюсників

а) модель резистора без урахування індуктивностей висновків, б) модель резистора з урахуванням індуктивностей висновків; в) модель резистора у вигляді "чорного ящика"

Рис.1

На підвищених частотах (більше або дорівнює 1 МГц) необхідно враховувати частотну залежність параметрів моделі рис.3, б. Для резисторів, наприклад, комі вимірювання опору R з-за поверхневого ефекту можуть сущестенно проявитися додаткові втрати у висновках або діелектричному ізоляційному покритіі.Такіе вимірювання враховані в моделях типу рис.3, в. Ці моделі з метою аналізу фізичних ефектів, поісхоящіх в результаті функціонування елемента, можна "просвітлить", висловивши сущетвенние фізичні ефекти у вигляді елементарних елементів. (Рис.2).

Можливі способи представлення моделей

а, б-прі ємнісному характері двухполюсника; в, г-при індуктивному

Рис.2

Для елементів, що працюють в обмеженому, вплодь до єдиної частоти, діапозоні частот на параметри можуть бути виражені єдиними значеннями L, R, C еквівалентних елементів, представлених схемами рис.4. Атестація елемента за допомогою схем рис.3, б розширює частотний діапазон моделі. Опис за допомогою "чорного ящика" (ріс.3в) дозволяє отримати точне значення параметрів при заданих частотах. З іншого боку моделі типу рис.1 можуть бути представлені у вигляді

, (1)

або

, (2)

Такі самі висловлювання можуть бути використані для повного опору (Z (w)).

3. Методи вимірювання параметрів радіоелементів

1. Класифікація методів вимірювання

Для вимірювання параметрів радіоелементів використовуються наступні принципи, що враховують особливості підключення об'єкта і сигналів:

поділ напруги та струму (для двополюсників);

порівняння двухполюсника з зразковим в мостових схемах;

визначення резонансної частоти або її зміни;

зміна напружень і (або) струмів на виході і вході;

поділ падаючих і відбитих хвиль;

виділення падаючих і відбитих хвиль на вході і виході;

аналіз картини стоячій хвилі;

порівняння двухполюсника з зразковою мірою у схемі з кінцевими навантаженнями;

порівняння багатополюсників зі зразковими мірами у схемах з кінцевими навантаженнями.

Структури вимірників визначають три основні групи.

До складу першої групи входять вимірювачі параметрів елементів зі зосередженими постійними:

опорів (відносин напруги до струму);

індуктивності та ємності з комплексних опорів на відомій частоті;

двополюсників в мостових схемах змінного і постійного струмів;

резонансної частоти (Q-метри).

Другу групу утворюють вимірювачі НВЧ елементів з розподіленими параметрами:

прилади, засновані на аналізі стоячій хвилі у вимірювальній лінії з рухомим зондом або набором фіксованих зондів;

прилади, засновані на поділі і вимірі комплексних амплітуд сигналів падаючих і відбитих хвиль спрямовані відгалужувачі.

Третю групу становлять пристрої реалізують способи порівняння багатополюсників з активними або комплексними зразковими мірами шляхом аналізу векторних відносин комплексних напруг:

пристрої з активними зразковими навантаженнями;

пристрої з комплексними зразковими мірами і кінцевими, в загальному випадку, комплексними навантаженнями.

Пристрої третьої групи прості за структурою і можуть використовуватися для вимірювання як елементів зі зосередженими так і з розподіленими постійними. Відсутність будь-яких підстроювальних операцій дозволяє реалізувати комплексну автоматизацію на основі ПК. Це машинно-орієнтовані пристрої. Це практично універсальні пристрої, які дозволяють на одній технологічній установці реалізувати вимір широкої номенклатури елементів (пасивні двухполюсник, активні двухполюсник, діоди, стабілітрони, варикапи тощо; транзистори будь-якої структури, операційні підсилювачі; НВЧ двох і багатополюсні пристрою).

Більшість приладів всіх груп складається з джерела сигналу, схеми підключення зразка-вимірювальної головки (ІГ) і поділу сигналів. При вимірі повних характеристик об'єкта (повний опір або комплексні матриці) застосовується вимірювач векторних відносин.

2. Методи вимірювання параметрів моделей елементів на основі еквівалентних схем

Виміри проводяться на постійному струмі або в робочому діапазоні частот. Найпростішим методом для вимірювання двополюсників

є схема омметра (рис.3).

Схеми вимірювання повного опору по виміряних напруженням і току

Рис.3

У режимі короткого замикання контактів 1 і 2 регулюванням резистора R встановлюють максимальну калібрований значення струму

. (3)

Значення вимірюваного опору Rx розраховують за зменшення струму

, (4)

де I - зменшення струму, що відраховується від рівня Imax kal.

Шкала амперметра градуюється в омах. Джерела напруги і індикатор можуть працювати на постійному і змінному струмі.

При використанні джерела напруги (ріс.3б) вимірюваний струм назад-пропорційний модулю повного опору об'єкта. У цьому випадку представляється можливим визначити індуктивність або ємність елементу за формулами

; (5)

, (6)

де w - частота виміру.

Схеми рис.3, б не дозволяє вимірювати малі опору з-за впливу провідне, що приєднують об'єкт до контактів 1,2. Для вимірювання малих опорів використовується схема ріс.3в, електроживлення якої здійснюється від джерела струму. Об'єкт підключається між контактами 1 і 2.Ізмеряемое напруга пропорційний опору об'єкта. Провідники з'єднують вхідні контакти 3 і 4 вольтметра з контактами 1 і 2 не впливають на результати внаслідок високого внутрішнього опору вольтметра.

Похибки приладів, заснованих на вимірі струмів і напруг, залежать від нестабільностей джерел напруги або струму і похибок амперметрів і вольтметрів. У сукупності ці похибки досягають декількох процентов.Частотний діапазон, як

правило, не перевищує 1МГц. Достоїнствами методів є простота вимірювальних схем і відсутність калібрувальних операцій при використанні стабільних джерел струму або напруги.

Недоліки пов'язані з обмеженням частотного діапзона, жорсткими вимогами до вхідних опорів вольтметрів, які для отримання прийнятних результатів повинні перевищувати, як мінімум на два порядки модулі повних імеряемих опорів, а для амперметрів їх власні опору повинні бути на два порядки менше вимірюваних.

Схеми на основі резонансних методів працездатні в діапазоні частот до некольких сотень мегагерц. Як правило, застосовується схема, в якій досліджувана індуктивність включається послідовно з джерелом напруги в послідовний Котур (рис.4.).

При настроюванні схеми в резонанс каліброваним конденсатором С і досить високої добротності вимірюваної котушки (wL>> Rx) добротність визначається за формулою

. (7)

Схема вимірювання індуктивності резонансним способом

Рис.4

Для розрахунку індуктивності використовують вислів

, (8)

де С-ємність конденсатора; w-частота резонансу.

Шкала вольтметра градуюється в одиницях добротносі.

Опір Rx можна визначити за формулою

. (9)

Для визначення ємності Cx використовують стабільну котушку, яку підключають до контактів 1-2 і налаштовують схему ємністю С в резонанс. Нехай на резонансній частоті w, ємність дорівнює С1. Потім до контактів 2-0 паралельно ємності С підключають вимірюваний конденсатор Cx і знову налаштовують схему в резонанс на частоті w,. Якщо у другому випадку ємність зразкового конденсатора дорівнює С2, то при Q>> 1 шукана ємність визначається за формулою

Cx = C1-C2. (10)

Для вимірювання індуктивності та добротності можна використовувати схеми з контуром ударного збудження, одним з елементів якого є вимірювана котушка.

Похибки вимірювання параметрів резонансними методами визначаються похибками вольтметрів, похибками градуювальних (каліброваних) конденсаторів. Зразкові похибки таких приладів -1  5%, на високих частотах збільшуються до 20%. Похибки вимірювачів з контурами ударного збудження - 3   5%.

Більш точні методи вимірювання, засновані на порівнянні досліджуваного об'єкта з зразковою мірою в мостовій схемі (рис.5.).

Структурна схема моста для виміру повного опору

Рис.5

Сигнал джерела Е входить у жодну з діагоналей моста, в іншу включається індикатор нуля напруги або струму. Нуль індикатора встановлюється при виконанні умови

Zx = Zобр (Z1 / Z2). (11)

Зразковими заходами зазвичай є резистори і конденсатори. Набір цих заходів дозволяє робити відлік всіх параметрів елементів при різних їх еквівалентних схемах. На рис.6 показано чотири варіанти мостових схем з резисторами Rа, Rб, Rр і конденсатором Сn, які використовуються в якості зразкових мір. При кожному включенні забезпечується умова балансу шляхом регулювання зразкових резисторів.

Наприклад, при імереніі послідовно включених сопротівлеій rx і wLx при балансі мосту отримаємо

. (12)

При вимірі активних опорів на постійному і змінному струмі схеми рис.3.4 використовуються без конденсатора Cn.

Варіанти мостових схем для вимірювання параметрів різних еквівалентних двополюсників

Рис.6

Перевагою схем рис.6 є реалізація процесу врівноваження мостів тільки шляхом регулювання резисторів. Недолік - обмеження частотного діапазону зверху, так як стабільні і чисто активні змінні резистори важко реалізувати за допомогою недротяні робочих елементів.

У високочатотних мостах з частотним діапазоном до сотень МГц застосовуються автотрансформаторного дільники [5].

Похибки в мостових приладах можуть становити від десятих до тисячнич часток відсотка в залежності від точності зразкових мір.

Ручне балансування моста, особливо на змінному струмі, являє собою не тільки трудомісткий, але і складний процес.

Цей процес щодо складно автоматизувати, так як у вимірювальних ланцюгах повинні застосовуватися цифрові ділильні трансформатори та схеми синхронізації, а так само програміруємих атенюатори.

У зв'язку з цим певні переваги за визначенням комплексного опору є схеми з використанням зразкових двополюсних заходів і вимірників векторних відносин. У цьому випадку мости з ручним балансуванням корисно використовувати для атестації зразкових мір.

3. Вимірювання багатополюсників шляхом порівняння зі зразковими мірами

Розглянемо умови реалізації базового машинно-орієнтованого способу вимірювання лінійних параметрів багатополюсників.

Відповідно до цього способу, сутність якого наведена в роботах [1,2], для визначення Y-матриці багатополюсників необхідно виконати вимірювання матриці Uo напруг холостого ходу згідно схеми рис.7а, на якій зображені: джерело синусоїдальної напруги Ei, багатополюсників еквівалентний паразитним параметрами вимірювальної ланцюга з матрицею провідності Yo. Джерело Ei підключений до i-му входу-полюсу через комплексний опір Zi, а інші полюси-входи навантажені на комплексні опору Zj (j = 1).

Індексами i і j є такі точки підключення вимірювального приладу, а саме пробник вимірювального каналу векторного вольтметра.

Згідно рис.7а за відсутності вимірюваного багатополюсників (ІМП) і почерговому підключенні послідовно до кожного резистору Zi джерела Ei вимірюють діагональні Uii і недіагональні

Uoji компоненти матриці Uo. Потім при почерговому підключенні зразковою Yoi заходи послідовно до кожного джерела Ei з внутрішнім опором Zi (рис.7б) вимірюють напругу Uoi - елемент вектора калібрувальних напруг Uk. Операції вимірювань

матриці Uo і вектора Uk опорних і калібрувальних напруг здійснюється n `+ n раз, де n-число активних входів багатополюсників по змінному струмі. На цьому процес калібрування вимірювальної схеми завершується. У результаті визначається інформація достатня для врахування впливу паразитних параметрів еквівалентного многоплюсніка Yo.

Робочий цикл вимірювання проводиться згідно ріс.3в. У цьому випадку паралельно схемою рис.7а підключають вимірюваний багатополюсників з матрицею провідності Yo. У результаті вимірювальні ланцюги виявляються навантаженими еквівалентним багатополюсників з матрицею провідності Yo, яку можна обчислити за формулою

Yo = Y + Yo. (13)

Потім проводиться вимірювання елементів Uji матриці U навантаженого режиму таким же способом, як і вимірювання елементів матриці Uo опорних напруг. Перемикання джерела Ei виробляється n раз і визначаються n `напруг.

Вимірювання параметрів багатополюсників

а-вимірювання елементів матриці Uo опорних напруг, б-вимірювання елементів вектора Uk калібрувальних напруг, по-вимірювання елементів матриці і навантаженого режиму

Рис.7

Елементи матриці Uo, U і вектора Uk використовуються для розрахунку матриць передачі Ко холостого ходу і К навантаженого режиму.

Елемент матриці Ко розраховують за формулою

, (14)

а елемент матриці К-за формулою

, (15)

де Yп-повна провідність вхідного ланцюга пробника вимірювального каналу векторного вольтметра.

У роботі [2] показано, що Y-матриця вимірюваного багатополюсників може бути визначена в результаті рішення матричного рівняння

Y = 2 (K - Ko), (16)

де -1 - знак звернення матриць К і Ко.

4. Методика вимірювання двох-і чотирьохполюсних радіоелементів

Для випадку двухполюсника

n = 1 (17)

маємо

i = 1; j = 0. (18)

Очевидно, що за умов (17) - (18) маємо:

1. коефіцієнти матриць Ко і К з індексами j не мають сенсу;

2. всього атестуються один коефіцієнт за формулою (14) і один коефіцієнт за формулою (15);

3. індекс i не має сенсу, тому що n = 1, матричне рівняння (16) перетворюється на просте алгебраїчне;

4. для визначення повної провідності Y двухполюсника досить виконати згідно рис.8 вимір трьох напруг: Uo холостого ходу (рис. 8), Uk калібрування (ріс.8б) і U навантаженого режиму (рис. 8 в).

З урахуванням (16) - (17) та зазначених зауважень з формул (14) - (15) приходимо до формул

, (17)

Вимірювання двухполюсника

а - вимірювання напруги Uo холостого ходу; б - вимірювання напруги Uk калібрування при навантаженні схеми зразковою мірою Yk; в - вимірювання напруги U при навантаженні схеми вимірюваним двополюсників Y

Рис.8

, (19)

Підставляючи коефіцієнти Ко і К в рівняння (16) з урахуванням зауваження (15) отримуємо формулу для розрахунку аттестуемой провідності Y.

, (20)

Таким чином, для визначення повної провідності (опору) двухполюсника досить виконати вимірювання трьох напружень відповідно до схем (рис.8). При цьому справедливі наступні умови:

1. вимірювальний процес легко автоматизувати, тому що при його
   реалізації не потрібно проводити подстроєчниє операції;

2. з трьох тестів два (при реєстрації напруг Uo і Uk) є калібрувальними і при масових вимірах на фіксованій частоті виробляються тільки один раз;

3. при виконанні попередньої умови процес вимірювання зводиться до реєстрації однієї напруги U з подальшим розрахунком за формулою (20);

4. при діапазонних вимірах операції з калібрування можна звести до визначення чотирьох дійсних функцій, які визначають модуль напруги Uo

Uo = Uo (); (21)

аргумент напруги Uo

модуль напруги Uk

Uk = Uk (); (23)

і аргумент напруги Uk

При використанні стабільної вимірювальної апаратури операції по визначенню функцій (21) - (23) можна виконати один раз, так функції (19) - (20) визначаються в режимі холостого ходу або при перестановці навантаження та їх залежність від частоти не буде складною. У більшості випадків ці функції можна виразити через рівняння першого або другого порядку. Для їх ідентифікації необхідно виконати вимірювання у двох - трьох точках заданого частотного діапазону.

Процес визначення АЧХ і ФЧХ двухполюсника може бути зведений до вимірювання модуля і фази напруги U згідно зі схемою рис. 8 в; визначення за АЧХ і ФЧХ напруг Uo і Uk на вимірюваної частоті; визначення модуля й аргументу провідності Y на частоті вимірювання; виконання аналогічних вимірювань на всіх дискретних точках частотного діапазону, визначених планом експерименту; обчислення АЧХ і ФЧХ провідності Y двухполюсника; обробка АЧХ і ФЧХ для визначення цікавлять користувача параметрів, спостереження на екрані дисплея графіків і т.п.

4. Засоби вимірювання

1. Структурна схема вимірювального стенду

Структурна схема вимірювального стенду для вимірювання параметрів способом порівняння зі зразковими мірами наведена на рис.4.1.

Ядром стенду служить тестер параметрів радіоелементів (ТПР). Автоматизований режим вимірювання підтримується програмно за допомогою персонального комп'ютера (ПК). Решта блоки мають таке призначення:

регулятор температурного режиму (РТР) для підтримки необхідної за умовами есперімента температури вимірюваного зразка;

програмований генератор стандартних сигналів (ПГСС) для

вимірювання в заданому діапозоні частот;

програмований джерело живлення (ПІП) для електроживлення

вимірюваних зразків по постійному струмі при високих рівнях споживаної потужності;

векторний вольтметр (ВВ) для реєстрації сигналів змінного струму;

пакет управління та обробки бази даних РЕ.

Структурна схема вимірювального стенду

Рис.9

Контрольно вимірювальне пристрій (КВУ) служить для управління і контролю режимами досліджуваного РЕ по постійному і змінному струму. КВУ містить вимірювальну головку (ІГ) для підключення досліджуваного зразка і електроживлення його по постійному і змінному струмі; і комутатором сигналів статичних і динамічних вимірювальних ланцюгів.

Управління КВУ, ПГСС, ПІП і РТР здійснюється ПК через ТПР. ТПР містить інтерфейс на основі МПУ, регістри для управління цифровими пристроями в складі стенду і АЦП для вимірювання та контролю режимів вимірюваного РЕ.

2. Електрична схема

1. Загальна електрична схема стенду

Загальна електрична схема комплексу наведена на КД2.791.001ЕЗ (додаток).

Склад пристроїв на КД2.791.001ЕЗ і їх призначення відповідає рис.9.

2. Загальна схема ТПР

Загальна схема ТПР наведена на КД2.720.001ЕЗ.

ТПР містить пристрій А1 (стандартний блок живлення БПС6-1) і пристрій А2 (блок керування КД3.097.002).

Електроживлення здійснюється від мережі 200В 50Гц через вилку роз'єму Х1.

3. Блок управління

Електрична схема блоку керування (БК) наведена на КД3.097.002ЕЗ.

БО містить пристрій А1 - ЦАП (КД5.192.007) для керування генератором струму (пристрій А5 КД5.192.009); пристрій А2 - ЦАП (КД5.192.007) для регулювання колекторного напруги при вимірюванні транзисторів; пристрій А3 - ЦАП (КД5.192.007) для управління пристроєм РТР (рис.9); пристрій А4 - джерело електроживлення ланцюгів гальванічної розв'язки ПК з ТПР (КД5.192.008).

Управління пристроями А1-А3 здійснюється МПУ через регістри. Склад регістрів, їх елементів та керованих пристроїв наведено в табл.1.

Таблиця 1.

Відповідність регістрів пристроїв А1 - А3

Функціонування БО підтримує МПУ на основі мікроЕОМ К1816ВЕ35 (DD 1), адресного регістра К1533ІР22 (DD 2) і ПЗУ К573РФ2 (DD 3). Тактова частота МПУ (6 МГц) стабілізована кварцом ZQ 1.

Функціональне призначення інших елементів схеми відображено в табл.2.

Таблиця 2.

Функціональне призначення елементів БО

Транзистори VT 4 - VT 20 служать для узгодження ТТЛ логіки з реле, розташованих у КВУ.

Резистори R 15 - R 20 служать для регулювання опорних напруг, які надходять на пристрої А1 - А3. Призначення інших резисторів зрозуміло зі схеми БО.

Стабілітрони VD 1 - VD 4 служать для стабілізації режимів, причому VD 1 і VD 2 обрані з урахуванням високої температурної стабільності.

Роз'єм XS 1 служить для зв'язку з ПК, а через роз'єм XP 1 проводиться електроживлення БО від джерела БПС6 - 1.

Роз'єм ХР2 служить для підключення ПГСС і джерела Б5-50, а роз'єм ХР3 - пристрої КВУ.

Процес взаємодії ПК і МПУ підрозділяється на дві завершені стадії: передача і прийом даних.

При передачі даних з ПК на МПУ відбувається наступне. Передані дані в послідовному вигляді через оптотранзістор гальванічної розв'язки U1 надходять на вхід INT мікроЕОМ DD1. Остання, розпізнаючи сигнал стартового імпульсу, обробляє прийняті дані за допомогою віртуального драйвера підтримки протоколу V.24 (описаного в п.п.7.3). Дані переведені в паралельну форму, відповідно до командою, записуються в обраний, за допомогою мікросхеми DD4, регістр (DD7-DD14).

При зчитуванні даних з АЦП DA1 мікроЕОМ ініціює керуючі сигнали і після завершення циклу рахунку DA1 передає дані на обробку віртуального драйвера. Після обробки даних з DA1 вони в послідовному вигляді через оптотранзістор U2 гальванічної розв'язки передається на ПК.

Електрична схема пристроїв А1 - А3 наведена на КД5.192.007Е3. ЦАП сконструйований на базі мікросхеми К572ПА1. Мікросхеми DD 1 - DD 2 (повторювачі з відкритим колектором) служать для захисту цифрових входів від перевантажень, а також для узгодження ТТЛ рівня з вхідними рівнями мікросхем серії К572. Мікросхема DD 3 служить для управління реле К1 і К2, комутуючих опорне напруга. Мікросхема DA 2 (прецизійний операційний підсилювач) служить для перетворення вихідного струму DA 1 в напругу. Діоди VD 1 і VD 2 призначені для захисту виходу DA 1 від випадкових наведень. Зсув входів 4 - 13 мікросхеми DA 1 проводиться напругою +5 В через резистори R 1 - R 10, яке виробляється на емітер транзистора VT 1, який працює в схемі дільника +15 В надходить на його колектор. Конденсатори С1 - С10 є блокувальними. З'єднання пристрою з базовою схемою БО здійснюється через контакти 1 - 27.

Електрична схема пристрою А4 (джерела живлення) наведена на КД5.192.008Е3. Воно виконане на основі генератора Ройер. Генератор виконаний на елементах VT 1 і VT 2, R 1 і R 2, і трансформаторі Т2. Елементи С1, С2 і Т1 використовується для фільтрації перешкоди з частотою перетворення. Елементи VD 1, VD 2, C 3 - C 6 утворюють випрямляч напруги, а R 3, R 4, VD 5, VD 6 - параметричний стабілізатор.

Пристрій А5, електрична схема якого наведена на КД5.195.009Е3, являє собою перетворювач напруга - струм. І містить 3 генератори струму, перший з яких зібраний на DA 1, VT 1, VT 2 служить для прив'язки до напруги живлення, другий на DA 2, VT 3 формує позитивний вихідний струм, а третій на DA 3, VT 4 - негативний. Розрахунок елементів пристрою наведено в п.п.5.1.

4. Контрольно - вимірювальний пристрій

Загальна схема КВУ наведена на КД3.097.001Е3. КВУ містить 4 пристрої:

вимірювальну головку (ІГ) - пристрій А1;

диференціальний вимірювальний підсилювач (ДІУ) - пристрій А2;

плату управління (ПУ) - пристрій А3;

пристрій управління і контролю режимів (УУКР) - А4;

гнізда коаксіальних роз'ємів Х1 - Х4 служать для підключення аналогових виходів двох ВР;

гніздо коаксіального роз'єму Х5 - для підключення виходу ПГСС;

змінний резистор R 1 використовується для підстроювання режиму джерела струму, який розташований у пристрої А4, причому підключення здійснюється через перемикач пристрої А3.

Пристрій А4 є базовим. У ньому розташовані ланцюги контролю статичного режиму вимірюваного РЕ, схеми автоматизованого управління робочої точкою транзистора, в тому числі програмований джерело струму для керування струмом колектора (стоку) при вимірі транзисторів у режимі мікрострумів і комутатор сигналів. Сигнали режимів по постійному струму виробляються безпосередньо в УУКР, а аналогові сигнали динамічних режимів надходять з роз'ємів Х1-Х4. Сигнали керування режимом вимірюваного РЕ по постійному току надходять з контактів 3 - 5 на ІГ. Вимірювальні сигнали з виходу комутатора, через контакти 7 - 12 пристрої А4 надходять на ДІУ, з виходу якого (контакти 8 - 12) і контакти 15 - 20 пристрої А4 підключаються до входу АЦП, розташованому в ТПР. Вибір режиму вимірювання (транзистор - інтегральна схема, структура NPN - структура PNP, внутрішній - зовнішнє джерело струму) проводиться перемикачами, розташованими в пристрої А3, яке через контакти 23 - 27 приєднаний до пристрою А4. Сигнал з виходу ПГСС через роз'єм Х5 надходить на високочастотний вхід ІГ.

Загальна схема пристрою А1 наведена на КД4.097.001. До складу ВГ входить:

пристрій А1 - панель підключення РЕ (на схемі наведено варіант ПП для вимірювання біполярних транзисторів);

пристрій А2 - пристрій, що погодить (СУ);

пристрій А3 - тестовий атенюатор.

Підключення до схеми КВО відбувається через контакти 1 - 10. Електроживлення транзистора по постійному і змінному струму здійснюється через контакти 1 і 2 пристрої А1, контакти 4 і 5 використовуються для управління реле, яке комутує вимірювані сигнали змінного струму. Сигнали керування режимом транзистора надходять з контактів 6 і 7 ІГ на контакти 5 і 8 пристрої А2. ВЧ сигнал з контакту 8 ІГ надходить на контакт 4 пристрої А3. З виходів 1 або 2 пристрої А3 ВЧ сигнал надходить на входи 1 або 2 пристрої А1. Через контакти 1 - 5 ІГ здійснюється управління комутатором пристрої А3 і реле розташованому в пристрої А1.

Електрична схема пристрою А1 - ІГ наведена на КД5.192.003Е3. Пристрій містить контакти Х1, Х2, Х3 для підключення транзистора, роз'єм Х4 для підключення вимірювального входу ВВ і реле К1 з контактами К1.11 - К1.13 для підключення ВВ до колектора або базі транзистора. Підключення пристрою до ІГ відбувається через контакти 1 - 5.

Електрична схема СУ (пристрій А2 ІГ) наведена на КД5.192.002Е3. Резистори R 1 і R 4 служать для електроживлення колектора і бази по постійному струму. Сигнали змінного струму знімаються з контактів 6 і 7 і через согласующие емітерних повторювачі, зібрані на транзисторах VT 1 і VT 2, і резистори R 1 і R 3 надходять для електроживлення бази або колектора по змінному струмі. Стабілітрони VD 1 і VD 2 для стабілізації режимів емітерних повторювачів. Конденсатори С1 - С8 служать для розв'язки ланцюгів по змінному і постійному струму або блокування по змінному струмі. Пари резисторів R 1, R 2 і R 3, R 4 служать навантажувальними резисторами в ланцюзі колектора і бази.

Електрична схема ТА (пристрій А3 ІГ) наведена на КД5.192.001Е3. ТА служить для регулювання рівня сигналу при вимірюванні транзисторів або мікросхем. Власне ТА містить 3 ступені поділу по 20 дБ кожна, включені послідовно. Ідентичні дільники на резисторах R 3 - R 5, R 6 - R 8 і R 9 - R 11 зібрані по «П»-образної схемою і дозволяють регулювати сигнал без зміни вихідного і вхідного опору, який за будь-яких комутаціях залишається рівним 50 Ом. Управління дільником здійснюється реле К2 - К4. Реле К1 служить для підключення ТА до ланцюга колектора (нормальне положення) або до ланцюга бази. Резистори R 1 і R 2 служать для узгодження вхідних ланцюгів. ВЧ сигнал надходить через контакт 4, а вихідні знімаються з контактів 1 або 2, контакти 5 - 8 використовуються для управління реле.

Пристрій А2 КВУ (диференціальний вимірювальний підсилювач) представлено на КД5.192.005Е3. ДІУ містить 3 прецизійних операційних підсилювачів DA 1 - DA 3. На DA 1, DA 2 зібраний підсилювач з коефіцієнтом підсилення диференціального сигналу 2,5 а синфазного сигналу - 1. На DA 3 зібраний підсилювач, коефіцієнт підсилення диференціального сигналу - 1, а синфазного - 0. Завдяки такому рішенню ослаблення синфазного сигналу   100 дБ. Коефіцієнт підсилення диференціального сигналу задається резисторами R 3, R 5, R 6 і R 8, причому R 5 служить для точного підстроювання коефіцієнта підсилення. Резистор R 4 призначений для балансування підсилювача (установка 0). Резистор R 13 служить для оптимізації коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу, а елементи С1 - С4, R 14, R 15 представляють собою фільтр живлення.

Принципова схема пристрою А3 КВУ наведена на КД5.192.004Е3. Вона містить перемикачі: S 1 - для електроживлення транзистора (PNP або NPN структура); S 2 - для підключення зовнішнього або внутрішнього джерела струму; S 3 - для вибору вимірюваного елемента (транзистор - мікросхема). Світлодіоди HL 1 - HL 2 для індикації положення перемикачів. З'єднання пристроїв А3 з А4 КВУ проводиться за допомогою контактів 1 -17.

Пристрій А4 КВУ представлено на КД5.192.006Е3 (УУКР). Воно містить програмований синтезатор колекторного напруги на мікросхемі DA 1 і DA 2, транзисторах VT 1 і VT 2 і стабілітронах VD 1 і VD 2. Який реалізує пристрій регулювання колекторного напруги транзистора по АС № 1084709 СРСР. Управління робочої точкою по напрузі U до здійснюється від ЦАП. Сигнал управління надходить через контакти 24а, 25а роз'єму Х1 на резистор R 1 (див. схему КД3.097.001). Сигнал з движка резистора R 1 надходить на инвертирующий вхід мікросхеми DA 1. На неінвертуючий вхід цієї мікросхеми поступає сигнал зворотного зв'язку з виходу дільника R 1 - R 2, який підключений до колекторному ланцюзі вимірюваного транзистора через контакт 8. Схема на ОУ DA 2 являє собою прецизійний джерело струму, керований напругою. Це джерело включається замість зовнішнього джерела струму, розташованого в СУ ТПР, при мікропотужні струмових режимах. При цьому для програмного управління використовується потужне джерело струму, сигнал від якого надходить через контакти 28а і 29а.

Комутатор на реле К1 - К9 служить для перемикання вимірювальних ланцюгів в процесі вимірювання.

Таблиця 3

Таблиця станів реле

Примітки:

1. УУКР в перспективі розрахований на вимірювання із застосуванням двох ВВ (для цього введені реле К3 і К2).

2. резистор R 1 - еталонна міра в ланцюзі харчування колектора, визначення якого здійснюється за формулою

I к = U _{R 3} / R 3, (25)

де U _{R 3} - падіння напруги, зареєстроване на R 3.

3. Зразковий резистор R 4 служить для вимірювання струму бази, який розраховують за формулою

I б = U _{R 4} / R 4, (26)

де U _{R 4} - падіння напруги, зареєстроване на R 4.

4. При вимірі мікросхем їх електроживлення по постійному струму здійснюється через контакти 28а і 29а, причому замість джерела струму використовується джерело напруги.

Управління реле й електроживлення електронної частини УУКР проводиться через роз'єм Х1, який служить для з'єднання УУКР з БП ТПР.

Реле К1 - К9 управляється через контакти 4а, 6а, 8а, 10а, 14а і 15а роз'єму Х1. Через контакти 4, 6, 8, 10, 14 цього роз'єму надходять сигнали управління реле ІГ.

3. Конструкторська опрацювання електричної схеми

При розробці електричної схеми були взяті до уваги основні принципи функціонально - блочного методу конструювання і оптимальні умови виконання вимірювального процесу. У зв'язку з цим апаратна частина комплексу було вирішено розділити на два функціональних вузла: блок управління та контрольно-вимірювальне обладнання. Це дозволило розділити ланцюга управління в блоці БО, а вимірювальні ланцюги в блоці КВУ. Зосередження всіх вимірювальних ланцюгів в локальному просторі блоку КВУ дозволило звести до мінімуму рівень перешкод, які неминуче виникають при роботі цифрових ланцюгів, за допомогою просторового рознесення цифрових і аналогових вимірювальних ланцюгів, мінімізації з'єднувальних провідників, що з'єднують вимірювальні ланцюги. Крім того представляється можливим застосування КВУ у вигляді окремого, функціонально закінченого блоку, що дозволяє поліпшити ергономічні показники всього комплексу в цілому.

У процесі розробки схеми ТПР було прийнято до уваги використання в якості базового блоку корзини від ЕОМ ДВК-2М зі стандартним блоком живлення БПС 1-6. Це принципово вирішило питання по електроживлення комплексу по постійному струму від мережі 220В 50Гц.

БО було вирішено сконструювати на базі макетної плати з полупечатью. Так як БУ повинен містити ряд досить складних схем (ЦАП - 3 шт; джерело живлення ИП; генератор струму ГТ), розміщення елементів яких безпосередньо на платі представляє відому складність через ліміт площі, то ці пристрої було вирішено виконати у вигляді окремих виробів ( пристрою А1 - А5), які підключаються до базової касеті.

При розробці схеми КВУ було прийнято до уваги функціональне призначення окремих її складових ділянок схеми. Особливу увагу було приділено обліку конструктивних особливостей вимірювальної головки. При цьому були взяті до уваги питання розвитку та удосконалення конструкції. Так як ІГ, за допомогою якої реалізується прийнятий спосіб вимірювання, можна виключити при визначенні параметрів широкого класу радіоелементів (пасивні та активні, двухполюсник, у тому числі 15 типів діодів; біполярні та польові транзистори різних структур; аналогові ІВ і т.д.), то при розробці схеми було враховано використання змінних окремих модулів, що дозволяють оптимізувати вимір конкретного РЕ. У першу чергу це стосується контактній панелі (пристрій А1 ІГ). Виділення ТА (пристрій А3 ІГ) у вигляді окремого модуля дозволяє оптимізувати процес вимірювання активних чотириполюсників за відсутності ПГСС з програмованим рівнем вихідного сигналу. Так як за базовим способу вимірювання (АС № 1317370 СРСР) можна визначати параметри багатополюсників в діапазоні частот до одиниць ГГц, то були передбачено використання легкозаменяемого узгоджувального пристрою (пристрій А2 ІГ). Це дозволяє використовувати базовий модуль УУКР (пристрій А4 КВУ) при використанні нових конструкцій модулів ІГ призначених працювати в різних діапазонах частот. Зосередження органів управління блоком УУКР на окремій платі, розташованої в безпосередній близькості до лицьової панелі, дозволило спростити структуру з'єднувальних провідників.

Використання у вигляді окремого модуля дозволило спростити настройку та дозволяє застосувати індивідуальний захист від електромагнітних завад у разі виміру мікропотужні струмів вимірювальним підсилювачем (пристрій А2 КВУ).

4. Вибір і обгрунтування елементної бази

У розробленому комплексі застосовані широкораспространенной і дешеві радіоелементи. Для цифрової частини комплексу обрана серія К1533, тому що вона має знижене енергоспоживання і малі вхідні струми, що дозволяє підвищити навантажувальну здатність мікроЕОМ К1816 до 15 (проти 1 з серією К155). МікроЕОМ обрана серії К1816 як найбільш доступна і відповідає вимогам швидкодії та оптимальної архітектури.

В якості операційних підсилювачів обраний самий дешевий з прецизійних ОУ К140УД17А з малим температурним і тимчасовим дрейфами нуля. Високим вхідним опором і коефіцієнтом ослаблення синфазного сигналу.

Блокувальні конденсатори застосовані типу КМ і К50-35 як найбільш дешеві і допустимі.

Резистори застосовані типу МЛТ з допуском  10% (для вимірювального підсилювача  1%).

5. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

1. Розрахунок генератора струму керованого напругою

Спрощена схема перетворювача наведена на рис. 10.

Перетворювач напруга - струм

Рис.10.

I _{н max} =   0,1 A, при U _н =  10 В; U _{вх max} =  5 B; Е _піт =  12 В.

Вибираємо резистори R 3 (нехтуючи U _кенас VT 3 і VT 4)

. (27)

У нашому випадку R 3 = 20 Ом.

Вибираємо резистори R 1 і R 2:

. (28)

Для I _{н max} = 0,1 А, R 3 = 20 Ом і U _{вх max} = 5 B отримаємо R 1 / R 2 = 2 / 5. Вибираємо R 1 = 400 Ом, тоді R 2 = 1 кОм.

2. Розрахунок перетворювача напруги

Перетворювач напруги КД5.192.002 побудований за схемою генератора Ройер (рис.11).

Перетворювач напруги на основі генератора Ройер

Рис.11

напруга живлення U ₁ - 5 B;

вихідна напруга перетворювача U ₂ - 15 B;

максимальний струм вторинної обмотки I _{2 max} - 50 mA;

частота генерації f - 25000 Гц.

1. Розрахунок елементів перетворювача

Визначаємо струм колектора відкритого транзистора

I _Кнас = I _2max U ₂ /  U _1, (29)

де  - ККД перетворювача.

Приймаються   = 0,8, I _{2 max} = 0,05 А, U ₂ = 15В, U ₁ = 5В. За таких значеннях отримуємо I _Кнас = 0,19 А.

Визначаємо максимальну напругу на закритому транзисторі

U _{ке max} = 2,4 U _1. (30)

При U ₁ = 5В отримуємо U _{ке max} = 12В.

Вибираємо тип транзисторів VT 1 і VT 2 по значенням U _кемах і I _кмах, причому

I _кмах = I _Кнас 2,5. (31)

Якщо I _Кнас = 0,19 А, то I _кмах = 0,48 А. Цим вимогам задовольняють широко поширені транзистори КТ815А. Для них I _кмах = 1,5 А, U _{ке max} = 25В, h _21Е  40.

Визначаємо струм бази транзистора

I _бнас = 1,4 I _Кнас / h _{21Е min,} (32)

де h _{21Е min} - мінімальне значення коефіцієнта передачі струму транзистора в схемі з загальним емітером.

У нашому випадку h _{21Е min} = 40, а I _бнас = 6,7 10 ^-3 А.

Напруга базових обмоток W _б (рис.11) U _б вибираємо рівним 3В (середнє значення напруг насичення база - емітер транзисторів великої потужності).

Опору резисторів R 1 і R 2 рівні:

R 1 = (U _б - 0,65) / I _бнас, (33)

R 2 = U 1 R 2 / 0,7. (34)

Виходячи з наявних даних отримуємо R 1 = 350 Ом і R 2 = 2,5 кОм.

2. Розрахунок трансформатора

Типорозмір магнітопровода трансформатора вибирається за твором S ст _* S ок

S ст _* S ок = ^Рг. 10 ² / ^{2. F. Bs. J. Km. Kc.} , (35)

де S ст - площа поперечного перерізу стержня муздрамтеатру (см ^2); S ок - площа поперечного перерізу вікна магнітопровода (см ^2); Рт - габаритна потужність трансформатора Bs - індукція насичення матеріалу магніпровода; j - щільність струму в проводах обмотки трансформатора; До m - коефіцієнт заповнення міддю вікна осердя; Кс - коефіцієнт заповнення площі поперечного перерізу стрижня муздрамтеатру матеріалом муздрамтеатру.

Рг = ^Uc. I / . (36)

У нашому випадку Рт = 0,94 Вт

В якості матеріалу магнітопровода вибираємо ферит марки 2000НМ, як найбільш доступний, а трансформатор тороїдальний. Для фериту марки 2000НМ Bs = 0,35 Тл, Кс = 1.

Так як трансформатор тороїдальний, то в якості До m візьмемо оцінне значення 0,2. Щільність струму j виберемо рівною 5 А / мм ^2, т.к. трансформатор малопотужний.

Таким чином отримуємо S ст _* S ок = ^5,4. 10 ^-3 (см ^4), або 54 мм ^4. З стандартного ряду магнітопроводів нам підходить типорозмір К10х6х2 (рис.11). Для нього S ок = 28,27 мм ^2, S ст = 3,19 мм ^2, S ст _* S ок = 110,5 мм ^4. Для розрахунків S ок  0,28 см ^2, S ст   0,04 мм ^2.

Муздрамтеатр К10х6х2

Рис.12

Число витків колекторних обмоток

W к = U ^_1. 10 ⁴ / ^{4. F. Bs.} S ^ст. Kc, (37)

що в нашому випадку становить приблизно 36 витків.

Число витків вторинної обмотки

W ₂ = (U ₂ / U ^_1). W к. (38)

Для нас це становить 108 витків.

Число витків базових обмоток

W _б = (U _б / U ^_1). W _1. (39)

При U _б = 3В і U ₁ = 5В число витків W _б = 22 витки.

Визначимо струми в обмотках трансформатора

, (40)

. (41)

Виходячи з розрахунків I до = 0,27 А, а I б = ^9,5. 10 ^-3 А.

Визначимо діаметри проводів обмоток

, (42)

де d - діаметр проводу (мм);

j - щільність струму (A / мм ^2);

I - струм (А).

Для колекторних обмоток d _красч = 0,26 мм, для базових обмоток обмоток d _брасч = 0,049 мм, для вторинної обмотки d _2расч = 0,013 мм.

Виходячи зі стандартних діаметрів дротів і технологічних міркувань приймаємо

d _к = 0,25 мм,

d _б = 0,1 мм,

d ₂ = 0,1 мм.

Таким чином, розрахунок перетворювача напруги можна вважати завершеним.

3. Розрахунок друкованої плати

Основні дані для розрахунку зведені в табл.4.

Таблиця 4

Розрахунок настановної площі ЕРЕ

Площа плати ТПР S = 660 см ^2.

Коефіцієнт заповнення за площею Ks = 155,1 / 660 = 0,235.

4. Розрахунок надійності

Дані для розрахунку надійності зведені в табл.5.

Таблиця 5

Надійність елементів

До _{1мех.возд.} = 1

До _{2вліян.влажн.} = 1

До _{3вліян.атм.давл} = 1

Інтенсивність відмови схеми

.

Імовірність безвідмовної роботи протягом заданої нароботкі tp = 10000 годин дорівнює.

6. КОНСТРУКЦІЯ ТПР

1. Загальна компоновка

Електронна частина комплексу реалізована у вигляді двох модулів ТПР та КВУ, ТПР виконаний на базі кошика мікроЕОМ ДВК-2М причому для електроживлення комплексу використовується стандартний блок живлення БПС 6-1, розташований в цьому кошику.

Інший блок представляє пристрій КВУ, в якому зосереджені ланцюга вимірювання режимів досліджуваних РЕ по змінному і постійному струмі.

2. Блок управління

БО змонтований на макетної полупечатной платі, на якій розміщені елементи МПУ, АЦП, пристрій гальванічної розв'язки, а також модулі ЦАП (3 модуля), генератор струму (ГТ_ та харчування схеми гальванічної розв'язки з ПК.

3. Контрольно-вимірювальне пристрій

Блок КВУ (КД3.097.001СБ) виконаний у вигляді касети 1 (КД3.097.003). Касета вставляється в корпус по спеціальних напрямних і фіксується замком. Кришка 3 кріпиться до основи 2 двома гвинтами М3 і виконуємо естетично-захисну функцію. Касета КД3.097.003СБ містить підставу 1, пристрій 2 (плата УУКР), плату 3 (пристрій ПУ), модуль 4 (пристрій ІГ), лицьову панель 5, задню панель 6, стійки 7 і куточки 8 для кріплення плати 3, резистор 9 та гнізда 10 з елементами кріплення 14, 15 і ручкою 17, гвинти 11, 12 з елементами кріплення 18,16.

4. Вимірювальні головки

У процесі проектування були розроблені модулі пристроїв А1 (контактна панель (КП) КД5.192.003) і А3 (ТА КД5.192.002).

Сконструйований варіант КП призначений для вимірювання транзисторів серій КТ201, 203, 313 та інших з аналогічними корпусами, при цьому були вжиті заходи для зменшення похибки вимірювання індуктивності емітерного виведення за рахунок коректного підключення транзистора, а також зменшення впливу індуктивності колекторних і базових вимірювальних ланцюгів за рахунок раціонального підключення вимірювального входу ВВ.

7. Програмні засоби

1. Концептуальний пакет програм управління тестером

Структурна схема пакету програм для управління тестером в процесі вимірювання статичних та динамічних параметрів радіоелементів, прийнятої вище номенклатури, наведена на рис.7.1.

Структура пакета програм управління тестером статичних і динамічних параметрів радіоелементів

Рис.14

Пакет програм управління тестером (ППУТ) містить два блоки програм: пакет блоку вимірювання (ПБІ) і пакет блоку калібрування (ПБК).

У ПБІ входять програми ідентифікації вольт-амперних характеристик (ВАХ), частотних характеристик (ЧХ), факторних статистичних моделей (ФСМ) і графічних моделей (ГМ). Пакет ВАХ призначений для формування макромоделей діодів (Д), біполярних транзисторів (БТ), польових транзисторів (ПТ), мікросхем (МС) і операційних підсилювачів (ОП). Кожен з блоків Д, БТ, ПТ, МС і ОУ може являти собою пакет з кількох керуючих програм, кожна з яких відображає специфіку виміру конкретного елемента (зауважимо, що тільки напівпровідникові діоди поділяються на 15 принципових класів).

Пакет ЧХ містить блоки пасивних двополюсників (ПДП), пасивних чотириполюсників (ПЧ), пасивних багатополюсників (ПМ), динамічних параметрів двополюсників (ДД), динамічних параметрів біполярних транзисторів (ДБТ), динамічних параметрів мікросхем (ДМС) і динамічних параметрів ОУ (ДОП) . Кожен із зазначених блоків у принципі являє собою пакет керуючих програм відображають не тільки специфіку вимірюваного елемента, а й вид моделі, наприклад графічній або факторної.

У результаті реалізації вимірювань згідно з пакетів ВАХ, ЧХ, ФСМ, ГМ формується інформаційна база даних елементів, керована програмою ІБДЕ.

Пакет ПБК містить блоки калібрування режимів вимірювання ВАХ (КВАХ), частотних характеристик (КЧХ), факторних моделей (КФМ), графічних моделей (КГМ), які об'єднуються пакетом оптимізації (ОПТ). При реалізації програм КВАХ, КЧХ, КФМ, КГМ і ОПТ в якості основних модулів використовуються програми з пакетів ВАХ, ЧХ, ФСМ і ГМ, а також апріорна інформація, що міститься в ІБДЕ.

У результаті реалізації роботи в просторі пакету ПБК визначається оптимальний режим роботи тестера для конкретного радіоелементу. Дані калібрування записуються в інформаційну базуданних калібрування, що керувалася програмою ІБДК і використовуваних при реалізації пакету ПБІ, якщо простір режимів вимірюваного елемента вже визначено в ІБДК.

2. Пропозиції про порядок розробки пакету ППУТ

Базовим способом вимірювання є алгоритм визначення Y-параметрів багатополюсників, наведений в [9] і описаний в пунктах 3.3 - 3.4. За даними факторних рівнянь Y-матриць можуть бути обчислені:

- Параметри малосигнальних еквівалентних схем;

- Динамічні ємності нелінійних моделей діодів і

транзисторів;

- Залежності параметрів еквівалентних схем від режиму діодів,

транзисторів і мікросхем по постійному струму.

У зв'язку з цим в першу чергу реалізувати базові програми з пакетів ЧХ і ФСМ, а саме програми блоків ПДП, ПЧ, ДД та ДБТ. Причому ці програми мають загальне ядро у вигляді підпрограми управління тестером і зчитування інформації, а програми ПДП та ДД відрізняються включенням до програми пакету ДД відповідних моделей з пакету ВАХ, а пакети ПЧ, ПМ і ДБТ, ДПТ і ДМС-включенням відповідних "статичних" блоків з пакету ВАХ.

Реалізація перелічених програм дозволить організувати ІБДЕ, і визначити необхідні умови для організації пакету ПБК і бази даних ІБДК.

3. Віртуальний драйвер підтримки протоколу V .24

Для роботи МПУ здійснює обмін інформацією з ПК, необхідна програма емулює на програмному рівні протокол обміну по послідовному порту V .24.

Дана програма написана на мові асемблера з використанням програмного емулятора процесора класу ВЕ35 написаного для комп'ютера IBM - PC на мові високого рівня Pascal - 7.0.

Драйвер підтримки протоколу V .24, надалі драйвер, дозволяє окрім обміну даними з ПК здійснювати управління всіма складовими частинами комплексу за допомогою програмування регістрів.

Детальніше зупинимося на роботі програми, лістинг якої представлений в пріл.18. Алгоритм програми представлений на рис. 15.

Програма реалізує програмну підтримку протоколу V .24, що накладає свій відбиток на структуру програми. Після запуску програма починає чекати стартовий біта, по пришесті якого відбувається послідовний прийом 8 біт, які утворюють байт команди. У залежності від команда відбувається відповідне розгалуження за структурі алгоритму і виконання закладених дій.

Для управління МПУ існує набір команд (табл.6) що складаються з 1 або 2 байт.

Таблиця 6

Команди управління

2-х байтних командах, призначених для управління АЦП, передачі інформації в ЦАП, або зовнішнє ОЗУ (регістри), другим

Алгоритм роботи віртуального драйвера

1

Початок

2

CBYTE = 127

ENTO CLK

3

Висновок в порт

Р1 числа 127

4

Висновок в порт

Р2 числа 0

5

LOAD

6

RBYTE = A

7

Біти Так

4,5,6 акумулятора

вимкнені?

Ні

8

Так Біт 4

акумулятора

враховані?

Ні

Ні Біт 5

акумулятора

враховані?

Так

Рівень Так

на вході Т1

високий?

Ні

R 2 = 0 R 2 = 255

SAVE SAVE

Процедура СНН

Початок

R 4 = 1, 13

Кінець

RBYTE = A

Біт 7

акумулятора

враховані?

А = RBYTE 1

A = A and 15

R0 = A

MOVX A, @ R0 Читання з

порту Р 2

R2 = A R2 = A

SAVE SAVE

Процедура HHH

Початок

R4 = 1, 10

Кінець

LOAD

RBYTE2 = A

A = RBYTE1

Біт 7

акумулятора

враховані?

A = RBYTE1

A = RBYTE1

A = A and 1

R0 = A

A = RBYTE2

Біт 0

акумулятора

враховані?

MOVX @ R 0, A

A = RBYTE2

A = RBYTE2

A = A and 127

CBYTE = A

Висновок в порт Висновок в порт

Р1 акумулятора Р2 акумулятора

Процедура LOAD

Початок

R 2 = 0

R 5 = 8

З = 0 A = R 2

Рівень С = С R 5 = R 5-1

на вході INT RRC A A = R5

високий?

R 3 = 1,14

Немає В

акумуляторі

нуль?

CHH

Рівень

на вході INT

високий?

C = 0 R2 = A

A = R2 R5 = R5-1

RRC A A = R5

NOP

LOAD

RBYTE 2 = A

A = RBYTE 1

У

Ні акумуляторі

нуль?

Так

A = R 2

Кінець

Процедура SAVE

Початок

A = CBYTE

A = A or 128 HHH

Висновок в порт R 3 = R 3 - 1

Р2 акумулятора A = R 3

NOP

NOP У Ні

NOP акумуляторі

нуль?

HHH

Так

R3 = 8

A = R2 А = CBYTE

RRC A A = A and 127

R2 = A

Введення в порт Р2

акумулятора

Прапор «С»

враховані? ННН

Кінець

A = CBYTE A = CBYTE

A = A and 127 A = A or 128

Висновок в порт Р2 Висновок в порт Р2

акумулятора акумулятора

байтом йде сам байт інформації, а адреса одержувача закладений в молодших бітах команди управління.

4. Програма вимірювання параметрів двополюсників

Дана програма є складовою частиною пакету програм для програмно-технічного комплексу ПТК-3. Основним завданням цієї програми є забезпечення взаємодії оператора та досліджуваного зразка шляхом передачі сигналів по ланцюжку: персональний комп'ютер - інтерфейс зв'язку - зразок, в обох напрямках. Для забезпечення роботи програми у складі пакету програм застосовано об'єктно-орієнтоване програмування на мові високого рівня Pascal. Дана програма здійснює вимірювання двополюсників зі збереженням інформації на магнітному носії в базі данна радіоелементів. Лістинг програми представлений в дод. 19 і 20, а алгоритм програми на рис. 16. У зв'язку з розмірами програми алгоритм даний з низькою деталізацією.

Алгоритм роботи програми «двухполюсник»

Початок

Ні

Калібрувати?

Введення з

Так ІБДТ

PR 1, Введення f, Rk

Розрахунок fk, b, Ck, Lk, Zk

Дані

Перевірити Ні калібрування в Ні

тестер? ІБДТ записати?

Так Так

Масив даних Запис у

багаторазових ІБДТ

вимірювань одного

зразка

Статистична

обробка

результатів

Виміри

виконувати?

Режим Так Ні

нормальний?

Так

Ні

Вимірювання партії

Встановіть та усунення зразків і видача

ните причини результатів на

нестабільності дисплей

Ні Запис в

ІБДТ?

Так

Запис у

ІБДТ

Кінець

5. Програма для вимірювання чотириполюсників

Дана програма, також як і вищеописана, є складовою частиною пакету програм для зняття параметрів радіоелементів. Дана програмна частина є реалізацією алгоритму з вимірювання чотириполюсників. Програма побудована відповідно до концепції структурного програмування з реалізацією обміну з базою даних радіоелементів. Однією з відмінних особливостей програми є можливість збереження даних калібрування на магнітному носії при соответствующе налаштованої апаратної частини, що призводить до значного зменшення часу на вимірювання елементів.

Програма формально розбита на кілька частин. Одна з основних частин здійснює взаємодію з інтерфейсом зв'язку через послідовний порт персонального комп'ютера типу IBM - PC, у зв'язку з цим було використано безпосереднє програмування порту через функції BIOS 'а з програмуванням на мові низького рівня - асемблера. Частина здійснює велику кількість математичних обчислень реалізована повністю на Pascal 'е з використанням об'єктно-орієнтованої математичної бібліотеці з комплекту поставки об'єктно-орієнтованої бібліотеці Turbo - professional.

Лістинг програми представлений в пріл.21, а алгоритм програми на рис.17. У зв'язку з великим обсягом програми, алгоритм представлений з низькою деталізацією.

Алгоритм програми для виміру чотириполюсників

Початок

Ні

Калібрувати

ФК2-12?

Так

PR 1

Розрахунок fk, b

ІГ Ні

калібрувати?

Так

PRR 1 Введення

Введення f [3], r k [2] файлу з даними

Розрахунок ck 1 [3], ck 2 [3], lk [3] калібрування

lk 2 [3], yk 1 [3], yk 2 [3]

PRX (Досліди Х.Х.)

У просторі f [3]

Розрахунок ka 1 [2,3], ka 2 [2,3]

k 01 [2,3], k 02 [2,3], k 0 [2,2,3]

Занести Ні

результати в

ІБДК?

Так

Запис

результатів у

ІБДК

Повідомлення

Тестер до вимірювання

ППП підготовлений

Потрібен Ні

контроль

режиму?

Так

PRK

Введення

розміру партії

N

j = 1,3

l = 1, N

Запис файлу

k = 1,4 в ІБДЕ

Вимірювання

матриці U

Розрахунки матриць К і Y

Кінець

6. Пропозиції щодо організації інформаційної бази даних радіоелементів

У попередніх пунктах були розглянуті питання програмного вимірювання параметрів дво-і чотирьохполюсних елементів. Це накладає свій відбиток на питання збору та обробки великого обсягу інформації.

Для збору інформації про елементах повинна використовуватися відповідна програма - для вимірювання двох-або чотирьохполюсних радіоелементів.

Для зберігання великого обсягу інформації з можливістю швидкого доступу до неї необхідно використання спеціалізованих систем управління базами даних (СКБД). У даний момент розроблено велику кількість СУБД як у Росії, так і за кордоном.

З найбільш популярних СУБД розроблених в Росії є реляційна СУБД «Лінтер» воронезької фірми Релекс. З розроблених за кордоном - інформаційне середовище розробника баз даних А CESS фірми Microsoft і подальша модернізація мови високого рівня Pascal для роботи в середовищі Windows - Delfy.

Будь-яка з представлених СУБД дозволяє вирішити поставлене питання зі зберігання й доступу до інформації.

Єдине обмеження на використання зарубіжних СУБД полягає в ціні лецензіонной копії, яка становить 200 - 400 доларів США. При цьому ціна розробки Релекса становить приблизно 50 доларів США. У зв'язку з цим рішення про застосування тієї чи іншої СУБД повинен приймати відповідно розробник інформаційної бази даних радіоелементів.

Застосування як ядра СУБД програми розраховану на роботу в середовищі Windows не є недоліком, а навпаки дозволяє реалізувати багатозадачний режим роботи комп'ютера. Даний режим дозволить псевдопаралельною працювати з програмою вимірювання РЕ і СУБД.

У зв'язку з усім вищесказаним можна зробити наступний висновок: для інформаційної бази даних РЕ необхідне використання СУБД, бажано розрахованої на роботу в середовищі Windows, програма здійснює взаємодія користувача з СУБД повинна забезпечувати дружній інтерфейс і контекстну систему допомоги.

8. Організаційно економічна частина

1. Визначення трудомісткості теми

Таблиця 7

Розрахунок трудомісткості розробки робочих креслень

Трудомісткість розробки робочих креслень

Т _ррч = t * До _нов * _До середини * До _усл.п * До _п.т = 536 * 1.3 * 1.2 * 1.0 * 0.7 = 585 чол.-год

Таблиця 8

Загальна трудомісткість ДКР

2. Визначення складу виконавців по темі

Розрахунок кількості виконавців

А = Т _окр / D * F = 5318 / 5 * 169,2   6 чол.

Таблиця 9

Розрахунок трудомісткості робіт виконавців ДКР