Блок двойного дифференцирования предназначен для выделения и измерения нелинейности вольт-амперных характеристик (ВАХ) радио-электроннных компонентов, что может быть полезно не только с точки зрения исследований процессов, протекающих в структуре элементов, но и с целью выявления потенциально-ненадежных компонентов, многие из которых еще до выхода из строя проявляют себя нелинейностью ВАХ или имеют повышенный уровень шумов.

Принцип работы стандартного измерения нелинейности ВАХ состоит в том, что питающее напряжение или ток постоянной величины, фиксирующее рабочую точку на ВАХ, модулируется переменной составляющей (синусоидальной или линейно-изменяющейся) небольшой величины. Этот переменный сигнал выделяется из результирующего сигнала после прохождения через исследуемый образец, и по величине гармоники на кратных частотах определяется степень нелинейности ВАХ. При модуляции линейно-изменяющимся сигналом анализ нелинейности ВАХ осуществляется после двойного дифференцирования результирующего сигнала.

Эти принципы имеют один, но очень важный принципиальный нелостаток - модуляция переменным во времени сигналом и последующий анализ именно "нарушений" результирующего сигнала во времени приводит к тому, что любое искажение сигнала при его формировании, искажения в модуляторе, и т.д. детектируется как нелинейность ВАХ исследуемого прибора. Другими словами, модуляция переменным сигналом - это модуляция входного сигнала некоторой функцией времени с последующим анализом искажений выходного сигнала именно как функции времени. Любое искажение, не связанное с влиянием объекта исследований, а с измерительными или модулирующими цепями, помехами или шумами, приводит к искажению этой функции времени и детектируется как паразитный сигнал. Учет этого паразитного сигнала становится достаточно сложной задачей.

Применение АЦП с высокой разрядностью также не позволяет произвести простое измерение малых изменений больших сигналов.

Тем не менее, современное развитие микропроцессорной обработки сигналов позволяет реализовать совершенно иной подход к анализу нелинейности ВАХ, не прибегая к модуляции входного сигнала переменным во времени сигналом.

Основным узлом в анализаторе нелинейности ВАХ является блок дифференцирования сигнала, который состоит из прецизионного устройства выборки-хранения и прецизионного усилителя дифференциального сигнала с программируемым коэффициентом усиления.

Принцип работы достаточно прост в понимании. В исходном состоянии на вход блока поступает анализируемый сигнал величиной Ui. Этот сигнал параллельно поступает на вход устройства выборки-хранения и на один из входов операционного усилителя с дифференциальным входом. В режиме выборки входной сигнал проходит через УВХ без изменений и на выходе операционного усилителя напряжение равно нулю. По команде от внешнего блока управления УВХ переходит в режим хранения. При этом, на его выходе фиксируется напряжение Ui, которое присутствовало на входе в момент переключения УВХ. При изменении входного сигнала от величины Ui до величины Ui+dU на выходе операционного усилителя формируется напряжение величиной dU*K, где K- выбранный коэффициент усиления.

Правильный выбор коэффициента усиления обеспечивает усиление изменения входного сигнала без выхода за динамический диапазон используемого АЦП

Еще более интересеные результаты можно обеспечить последовательным включением двух блоков дифференцирования.

При таком включении и нужной расстановки управляющих сигналов на выходе второго блока выделяется сигнал изменения сигнала на выходе первого блока.

При этом на блок управления возлагается дополнительная задача нужной расстановки управляющих сигналов для управления двумя УВХ и оптимального выбора коэффициентов усиления двух операционных усилителей с дифференциальным входом K1 и K2 соответственно.