Измеритель добротности и ел\кости полупроводниковых приборов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ов429375

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 09.02.72 (21) 1745524 26-9 (51) М. Кл. 6 01г 27,26 с присоединением заявки— (32) Приоритет—

Спублик: зано 25.05.74. Бюллетень М 19

Дата опубликования описания 02.07.75

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621,317.337 (088.8) ао делам изобретений и открытий (72) Лвтор и,зо б плетения

В. Л. Свирид

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ И ЕМКОСТИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

C„„

G., — — G1

2ж

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и предназначено для измерения добротности и емкости,варикапов с пособом ударного возбуждения измерительного контура и может быть использовано для измерения емкостей конденсаторов с большимп потерями и их тангенса угла потерь.

Известен измеритель,,работа которого основана на компенсации вносимых потерь в измерительном контуре при его ударном возбуждении, содержащий последовательно соединенный генератор импульсов, схему управления, измерительный контур, схему положительной обратной связи.

Однако известный измеритель не обеспечивает,высокой про изводительности измерений, сложен и не позволяет получить линейную шкалу отсчета добротности.

Целью изобретения является повышение производительности измерений, упрощение устройства и получение линейной шкалы отсчета дооротности.

Для этого .в измеритель введены измерительный прибор и система автокомпенсаци и вносимых потерь, состоящая из последовательно соединенных импульсного детектора, дифференцирующей цепи, усилителя импульсов, двух разнополярных,детекторов, сравнивающего устройства, усилителя постоянного тока, ил пульсный детектор которой подключен к усилителю схемы положительной обратной связ|и, а усилитель постоянного тока — к полному сопротивлению, управляемому напряжением, которое введено:в разрыв цепи между аттенюатором и,измерительным контуром, ттричем один из выходов измер|ительного прибора, .вы полненного на основе аналогового делителя, подключен к выходу усилителя постоязоного тока, а второй — к движку пере10 менного резистора, сопряженного кинематической связью с ротором образцового,конденсатора измерительного контура. Добротность, измеренную предложенным измерителем, определяют по формуле

15 где а — частота измерения, С. — емкость варикапа, ее определяют по,методу замещения емкости образцового конденсатора переменной емкости, постоянно .включенного в измерительный контур, емкостью варикапа как разность двух значений емкости этого конденcàòîðà С, и Се соответственно при отключенном и включенном варикапе, G„ G, — :проводимости резистора, управ3

429375 ляемого напряжением, соответственно когда к измерительному контуру не подключен и II03,ключен варпкап, К вЂ” коэффициент усиления усилителя схемы положительной обратной связи, cp — угол сдвига фаз схемы положительной обратной .связи.

Производя автоматическое у правление коэфф ициентом передачи измерительного прибора в соответствии с измеряемой емкостью, отсчитываемой непосредственно по шкале образцового конденсатора переменной емкости измерительного .контура, одним из известных способов, получают непосредственнь и отсчет добротности BBpHKBIIIOB.

Изобретение пояснено чертежамя.

На фиг. приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 а, б, в — огибающие импульсов сигнала на измерительном контуре при ударном возбуждении соответстве=IHC ïðè полной компенсации, переком пенсации и недокомпенсации потерь .в измерительном контуре; на фиг. 2 г, д, е — форма импульсов после диффврвнцирования опибающих импульсов сигнала на измерительном контуре, соответствующих полной компенсации, перекомпенсации и педокомпенсации потерь в измерительнном контуре.

Изгмеритель добротности и емкости .полупроводниковых приборов содержит измерительный контур 1, соединенный с генератором импульсов 2 через схему управления 8, последовательно включен ные усилитель 4, ступенчатый аттенюатор 5 и линейное управляемое полиое сопротивление б, к которому подключен измерительный прнбор 7. Полное сопротивление б подключено,к измерительному контуру .1. Выход усилителя 4 подключен к последовательно соединенным импульсному детектору 8, дифференцирующей цепи 9, усилителю импульсов,10, выход которого подключен к детекторам 11, 12, а их выходы подключены ко .входам схемы сравнения 18. Выход схвмы сравнения 18 через усилитель постоянного тока;14 подключен к измеритель,ному прибору 7. Выход усилителя 4 подключен к импульсному частотному детектору 15, в нагрузке которого;вкчючен показывающий прибор lб. Напряжение смеще-IHII от источника 17, подключенного .к измерительному контуру 1, регистрируется измерителем 18. Оощее питание,схемы осуществляется от блока питания 19.

Измеритель, работает следующим образом.

В измврителыном контуре 1 (см. фпг. !), ооразованном катушкой индукт ивности и образцовым конденсатором переменной .. IHccTlr с постоянными потерями, ударно,возбуждают колебала ния прямоугольными к м пульсам и от генератора импульсов 2 пооредстзо;I схемы управления 3.

Полученные колебания с максимальной ам плитудой, допустимой при измерении соответствующих нелннейных элементов, подают на схему полоиительной ооратной связи, состоящей из сравнительно широкополосного усилителя 4, ст1упенчатого аттенюатора 5, не внося5 щего фазовых сдвигов при ослабления сигналов, и линейного управляемого полного сопротивления б. Ступенчатый аттенюатор 5 ,расширяет пределы измерения добротности и при выполнения его с фиксированными значе,ниями;коэффициента ослабления, кратными пределам шкал добротностей измерительного прибора 7, упрощает, последний.

В качестве линейного управляемого,полного со противления б может быть использован в соответствующем режиме полевой транзистор, имеющий линейную зависимость сопротивления исток — сток от управляющего напряжения на затворе. Линейное управляемое полное сопротивление б связывают с:измерительным контуром 1 посредством емкостной с,вяз и.

Усиленный усилителем 4 сигнал с измерительного контура l,детектиру от импульсным детектором 8, .полученные,видеоимпульсы диффервнцируют цепью 9 и усиливают,в усилителе им пульсов 10.до максимально .возможной амплитуды. 3атем осуществляют раздельное детектирование обеих полярностей им,пульсов: отрицательных —,в детекторе 11 и положительных — в детекторе 12. Напряжение .на выходе детектора 11, соответствующее переднему фронту огибающей импульса сигнала на измерительном контуре 1, принимают за опорное, так как амплитуда его не зависит от уровня .вносимых потерь .в измерительный контур 1 (положительные импульсы на фпг. 2 г, д, е). Найряжение на .выходе детектора 12, соответствующее заднему фронту огибающей импульса сигнала на измерительном контуре

1 и зависящее от уровня вносимых потерь,,принимают за управляющее (отрицательные импульсы на фиг. 2 г, д, г). Управляющее напряжение детектора 12 сравнивают с опорным иапряженивм детектора 11 в схеме сравнения

45 18, отрегулированной таким образом, чтобы,в рабочем диапазоне изменения сопротивления линейного управляемого полного сопротивления б опорное напряжение, превышало управляющее.

Полученное в результате сравнения напряжение усиливают в усилителе 14 и воздействуют им íа линейное управляемое полное сопротивление б, которое изменяет свою величину в соответствии с изменением вносимых потерь в из мерительном контуре 1. Изменения на пряжения, воздействующие,на линейное управляемое полное сопротивление б, измеряют измерительным прибором 7, шкалу ко. орого градуируют в единиц,х измеряемой добротности,,и его коэффициент передачи автоматически изменяют в соответствии с емкостью варика па С. согласно выраженшо для,добpDTHcñòH Я. одним из известных способов, на пример путем,кинематической связи осей

65 образцового конденсатора измерительного

429375

65 контура 1 и переменного резистора регулятзра коэффициента переда ги из.мер:1тельного пр 1бора 7.

Настройку измерительного контура 1 на частоту, измерения производят при помощи подключаемого к выходу усилителя 4 частотного детектора 15, в нагрузке которого имеется показывающий прибор 16 с:нулем,в середине шкалы. Для задания раоочей точки на измеряемом элементе к измерительному контуру подводят напряжение смещения от источника 17, которое измеряют измерителем напряжения смешения 18. Общее питачие схемы измерения осуществляется блоком питания 19, В исходном состоянии схема измерений от,регулирована так, что при установке, ротора образцового конденсатора переменной емкости измерительного контура 1,в положение максимальной емкости,,принятой за условный нуль, и подключении образцового резистора, моделирующего потери варикапа, с добротностью, равной предельному измеряемому значению, и,расчетным значением емкости,,равной максимальной емкости образцового конденсатора, на измерительном контуре 1 в результате ударного .возбуждения возникают импульсы типа меандр с огибающей неискаженной формы (см. фиг. 2 а) и частотой заполнения, .равной частоте измерения. При этссм ступенчатый аттенюатор 5 обладает максимальным ослаблением; линейное управляемое полное сопротивление 6 имеет максимальное сопротивление; показания измерительного прибора 7 равны нулю в результате того, что образцовый конденсатор измерительного контура, сопряженный с его регулятором коэффициента передачи, установлен в лолохкение условного нуля отсчета емкости варикапа; показываюшии пр:1бор 16 отмечает точную настройку из:11ерительпого контура 1

:Ia собственную частоту настройки частотного детектора 15.

К измерительному контуру вместо образцового резистора, моделиру.ощего потери варпкапа, подключают реальный варикап и при помощи напряжечия смещения устанавливают необходимый режим, При этом измерительный контур 1 возбуждается на частоте, отличной от частоты измерения, которая может находиться за предела»;1 полосы лропускания усилителя 4. Уменьшая емкость образцового конденсатора и осуществляя контроль по показывающему п1рибору 16, производят .настройку измерительного контура 1 на частоту измерения. По мере приближения настройки измерительного контура 1 к полосе

1про1пуска ния усилителя 4 напряжение импульсов на,выходе усил1пеля 4 растет, растут и амплитуды импульсов на выходах импульсного детектора 8 и,дифференцирующей цепи 9, которые в результате до1полннтельного усиления в усилителе 10 и последующего раздельиого детектирования в детекторах 11 и 12 срав11ива1отся,в схеме сравнения И.

Напряжение на выходе схемы 18 растет по абсолютной величине,и после усиления воздействует на линейное управляемое полное сзпротнзление 6 так, что уменьшает его величину, увеличивая тем самым глубину положительной обратной связи схемы компенсации потерь и, следовательно, осуществляя компенсацию вносимых потерь в измерительном контуре.

При подходе частоты настройки пзмеритсльнî"o контура 1 к участку полосы пропускания, в 1пределах которого коэффициент передачи усилителя 4 .не зависит от частоты, изменение о1порного напряжения прекращается и с этОГО момента дальнеIIIIIBB приолин1еН IB настройки измерительного контура 1 к частоте измерения сопровождает:я автоматической компе нсацие11 вносимых потерь с сохранением формы огиоающей импульсов,в пределах заданной точности (см. фиг. 2 а), хотя измерительный контур 1 еше может быть

11В настроен на частоту измерения. Точную настройку определяют го показывающему приоору 16, стрелка которого должна отклоняться влево или вправо, переходя через нуль, при расстройке измерительного контура 1 относительно частоты измерения, соответственно вверх или,вниз.

При увеличении расстройки измерительного контура 1 относительно частоты измерения при уменьшении .вносимых потерь при настроенном на частоту измерения измерительном контуре 1 процесс автоматической регулировки ком пенсации,потерь повторяется ,в обратном .порядке и ли нейное управляемое полное сопротивление 6 увеличивается. Таким образом, форма огибающей импульсов па лзмерительном контуре 1 (см. фнг. 2 а), соответствующая полнoi компенсации потерь, автоматически сохраняется неизмен11ой с заданной степенью точ 1ости,:-1езависимо от ,внесения в него потерь, а линейное управляе111ое 11олное сопротивление 6 изменяется в соответствии с изменением этих потерь. Изме,нBHIIÿ напряжения, пропоpII:Iональные изиенению полного ыпротивления 6, регистрируют измерительным, прибором 7, по шкале которо,го отсчитывают измерен:-1ую дооротность варикапа. Изменением коэффициента ослабления аттенюатора 5 может оыть достигнуто расширение пределов измерения дооротности, не увеличивая степени изменения величины линейного управляемо"0 полного сопротивления 6.

Отсчет емкости .варнкапа производят непосредственно,по шкале образцового ко1денсатора переменной емкости при точной настройке измерительного контура на частоту измерения.

Предмет изобретения

Измеритель, добротности и емкости полупроводниковых приооров, ocHoHBHIIbIH на ком1пенсации вносимых потерь в измерительном

429375

Риг. <

Риг 2

Составитель Л. Сорокина

Техред А. Камышникова

Редактор А. Зиньковский

Корректор И. Симкина

Заказ 252/563 Изд. № 940 Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» контуре при его ударном возбуждении и содержащий последовательно coegиненные генератор импульсов, схему управления, изме,рительный контур, схему положительной ооратной связи, состоящую из усилителя и атте|нюатора, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности измерений, упрощения устройства и получения линейной шкалы отсчета .добротности,,в него введены измерительный прибор и система автокомпенсации вносимых потерь, состоящая из последовательно соединенных импульсного детектора,,дифференцирующей цепи, усилителя импульсов, двух разнополярных,детекторов, сравнивающего устройства, усилителя постоянного тока, импульсный детектор которой подключен к усилителю схемы положительной обратной связи, а усилитель постоянного

5 тока — к полному сопротивлению, управляемому напряжением, которое введено,в,разрыв цепи между аттенюатором и измерительным контуром, причем один из выходов измерительного прибора, .выполненного на основе

10 аналогового делителя,,подключен к выходу усилителя постоянного тока, а,второй — к движку переменного резистора, сопряженного кинематической связью с ротором образцового конденсатора измерительного контура.