Устройство для измерения параметров варикапа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик п11708267 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 260977 (21) 2526874/18-25 .с присоедииемием заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 0501,80. бюллетень М 1

Дата опубликования описания 0801-80 (51)/щ. Кл.2

G 01 R 31/26

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621.382 (088,8) (72) Авторы изобретения

Н.В.Громков, А.И. Мартяшин, В.М. Тростянский, П.П. Чураков и В.М. Шпяндин

Пензенский политехнический институт (7)) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВАРИКАПА

Изобретение касается измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров р-п-переходов, в частности варикапов, .емкости р-и-переходов и его актив- 5 ных сопротивлений.

Известно устройство для измерения параметров варикапа, использующее метод резистивно-емкостного делителя, которое содержит генератор напряжения высокой частоты, источник напряжения смещения, высокочастотный усилитель, подключенный к токосъемному резистору делителя, и вольтметр (1) . 15

Однако это устройство обеспечивает измерение только одного параметра варикапа — емкости р-п-перехода.

Известно также устройство для 20 измерения параметров в арик апа, которое содержит генератор напряжения высокой частоты и источник напряжения смещения, которые подключаются через разделительный конденсатор к колебательному контуру. Испытуемый варикап включается в контур параллельно калибровочному конденсатору переменной емкости, по шкале которого производится отсчет емкости вари- 30 капа при настройке контура в резонанс. Данное устройство позволяет измерить не только величину емкости варикапа при заданном напряжении смещения, но и оценить его.добротность (2) .

Однако это устройство обладает невысокой точностью, низкой производительностью и не применимо для автсматиэации контроля полупроводниковых приборов.

Наиболее близким по технической сущности к предложеннсму является устройство, которое содержит клеммы для подключения исследуемого прибора, соединенные с инвертирующим BxGдом и с выходом операционного усилителя, вход которого через реэистор соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход через фильтр верхних частот — с входом первого амплитудного детектора, переключатель и второй амплитудный детектор.

Благодаря наличию в устройстве усилителя-ограничителя, интегратора и опорного конденсатора, через который замыкаетоя цепь положительной обратной связи, в устройстве возникают колебания, частота которых пропорциональна емкости исследуемого при708267 бора. Эта частота регистрируется в цифровой форме с помощью формировате. ля опорного интервала времени, схемы совпадения и счетчика (3) . Однако это устройство не обеспечивает измерение таких важных параметров варикапа, как активные параллельное и последовательное сопротивления его эквивалентной схемы.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства для измерения параметров варикапа.

Это достигается тем, что в устройство для измерения параметров варикапа дополнительно введены генератор прямоуголь ных импульс он, опорный резистор, два вычитающих усилителя, иннертор, делитель напряжения, пороговое устройство, преобраэонатель напряжения в интервал времени и преобразователь отношения интервалов времени н код. Выход фильтра верхних частот соединен с одним из входов первого вычитающего усилителя, второй вход которого соединен с выходом переключателя, аналоговые входы которого соединены с выходом первого амплитудного детектора, один непосредстненно, другой — через инвертор, а управляющий вход — с в ыходом генератора прямоугольных импульсов и через опорный резистор с инвертирующим входом операционного усилителя. Выход первого вычитающего усилителя соединен с входом второго амплитудного детектора и с одним из входов порогового устройства, другой вход которого через делитель напряжения соединен с выходом второго амплитудного детектора, с входом преобразователя напряжения в интервал времени и с одним из входов второго вычитающего усилителя, другой вход которого, соединен с выходом первого амплитудного детектора„Входы преобразователя отношения интерналов времени в код соединены с выходами порогового устройства и преобразователя напряжения в интервал времени. Это устройство позволяет измерять не только емкость, но также последовательное и параллельное сопротивления эквивалентной схемы варикапа при Фиксированном напряжении смещения. Благодаря тому, что значение емкости варикапа регистрируется в цифровом коде, а значения сопротивлений преобразуются в соотнетствующие напряжения постоянного тока, которые также могут быть измерены циФровыми вольтметрами,. обеспечивается высокая производительность измерений и возможность автсматизации контроля полупроводник ов ых приборов .

На Фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства для измерения параметров варикапа; на

ЗО

50 б5 фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства °

Устройство содержит клеммы для подключения исследуемого прибора 1, соединенные с инвертирующим нходом и с выходом операционного усилителя

2. Исследуемый варикап, эквин алентная схема которого может быть представлена последовательной цепью, состоящей из резистора, сопротивление которого равно сопротивлению г потерь нарикапа, и цепочки, составленной иэ параллельно соединенных конденсатора С со значением емкости, равным полной емкости р-п-перехода, и резистора R со значением сопротивления, равным обратному сопротивлению р-п-перехода, включается, таким образом, в цепь параллельной отрицательной обратной связи операционного усилителя 2. Инвертирующий вход операционного усилителя 2 через резистор

R< соединен с выходом источника 3 напряжения смещения, а через опорный резистр R †с выходом генератора 4 прямоугольных импульсон. От источника

3 напряжения смещения задается рабочая точка исследуемого р-п-перехода по постоянному току. Выход операционного усилителя 2 через фильтр 5 верхних частот соединен с входом амплитудного детектора б и с одним из входов первого вычитающего усилителя 7, второй вход которого соединен с выходом переключателя 8. Аналоговые входы переключателя 8 соединены с выходом амплитудного детектора б, причем один непосредственно, а другой— через инвертор 9. Управляющий вход переключателя 8 соединен с выходом генератора 4 прямоугольных импульсов.

Сигнал с выхода вычитающего усилителя 7 поступает;на вход второго ам-плитудного детектора 10, выход которого соединен с входами порогового устройстна 11 через делитель напряжения 12, с входом преобразователя

13 напряжения в интервал времени и с одним из входов второго вычитающего усилителя 14, другой вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 6. Второй вход порогового устройстна 11 соединен с ныходом первого нычитающего усилителя 7, а выход — с первым входом преобразователя 15 отношения интервалов времени в код, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 13 напряжения в интервал времени, Выходами устройства являются клеммы, подключенные к выходам второго амплитуд.ного детектора 10, второго вычитающега усилителя 14 и преобразователя 15 отношения интервалов времени в код.

Устройство работает следующим образом.

С генератора 4 прямоугольных импульсон на вход операционного усилителя 2 через опорный резистор Ro no708267

10 ступают прямоугольные импульсы в виде меандра (фиг. 2а) . В результате действия отрицательной обратной связи, которая определяется параметрами эквивалентной схемы С, R u rs варикапа, на выходе операционного усилите- ля 2 формируются импульсы сложной формы (фиг. 2б), зависящей от укаэанных параметров варикапа. Фильтр верхних частот 5 исключает прохождение постоян ной составляющей выходного сигнала операционного усилителя 2, равной напряжению смещения на варикапе, на вход первого амплитудного детектора б (фиг. 2в) . Напряжение, ны)(еленное амплитудньм детектором 6, пропорционально сумме сопротивлений (r>+R) эквивалентной схемы варикапа (фйг.. 2г) . Это напряжение 0(г +В) после изменения полярности инвертором 9 с помощью переключателя 8 преобразуется в меандр (фиг. 2д) под 30 действием напряжения с генератора 4 прямоугольных импульсов, которое подается на управляккуий вход переключателя 8. В результате операции вычитания на выходе вычитающего усили- 5 теля 7 образуются импульсы с крутым передним фронтом и экспоненциально спадающим задним фронтом (фиг. 2е) °

Амплитуда этих импульсов, пропорциональная сопротивлению R эквивалент- З0 ной схемы варикапа, после детектирования амплитудным детектором 10 преобразуется в напряжение постоянного тока U(R) (фиг. 2ж), которое подается на ныходную клемму и может быть измерено вольтметром, в частности цифровьм. Постоянная времени спада импульсов на выходе вычитающего усилителя 7 равна произведению R Ñ. Из напряжения U (R), прошедшего через делитель напряжения 12 (фиг. 2и), и импульсов с выхода вычитакщего усилителя 7 пороговое устройство 11 формирует прямоугольные импульсы, длительность которых Г =RC (фиг. 2к), а из напряжения U (R) преобразователь 45

13 напряжения в интервал времени формирует импульсы длительностью, пропорциональной R. Из двух укаэанных интервалов времени в преобразователе

15 отношения интерналов времени в. g0 код образуется цифровой код, соответствующий значению емкости С, который поступает на выходящую клемму. Иэ напряжений постоянного тока, ()(г +К) и U(R), которые получаются на вйходах амплитудных детекторов б и 10 соответственно, с помощью вычитающего усилителя 14 получается напряжение U (г ), пропорциональное r + (фиг. 2э), которое подается на выходную клемму и также измеряется цифровым вольтмет-.

POM

Таким образом, все параметры эквивалентной схемы нарикапа измеряются с помощью предложенного устройства в цифровой Форме, что обеспечивает вы- 45 сокую производительность измерений и возможность автоматизации контроля.

Формула изобретения

Устройство для измерения парамет-. ров варикапа, содержащее клеммы для подключения исследуемого прибора, соединенные с инвертирующим входсы и с выходом операционного усилителя, вход которого через резистор соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход через фильтр верхних частот — с входом первого амплитудного детектора, переключатель, второй амплитудный детектор, о т личающееся тем,что,с целью расширения функциональных воэможностей, дополнительно введены генератор прямоугольных импульсов, опорный резистор, два вычитающих усилителя, иннертор, делитель напряжения, порогов ое устройстн о, преобразователь напряжения в интервал времени и преобразователь отношения интервалов времени в код, причем выход ф.ультра верхних частот соединен с одним из входов первого вычитающего усилителя, второй .вход которого соединен -с выходом переключателя, аналоговые входы которого соединены с выходом первого амплитудного детектора, один непосредственно, другой — через инвертор, а управляющий вход — с выходом генератора прямоугольных импульсов и через опорный резистор с инвертирующим входом операционного усИЛителя, выход первого вычнтающего усилителя соединен с входом второго амплитудного детектора и с одним из входов порогового устройства, другой вход которого через делитель напряжения соединен с выходом второго амплитудного детектора, с входом преобразователя напряжения в интервал времени и с одним иэ входов второго вычитающего усилителя, другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, входы преобразователя отношения интервалов времени в код соединены с выходами порогового устройства и преобразователя напряжения в интервал временй.

Ис точник и информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Измеритель емкостей полевых транзисторов Л2-3 4. Вопросы радиоэлектроники, серия б, Радиоиэмерительная техника, 1972, вып. 2, с ° 135.

2. Аронов В.Л., Федотов Я.A. Испытание и исследование полупроводниковых приборов. М., Высшая школа, 1975, с. 125-126.

3 . As тарское свидетельств о CCC Г

Р 512440, кл. G 01 R 31/26, 1976 (прототнп) .

708267 иг. 2

Тираж 1019 П одпис ное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытия

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Заказ 8478/40

Филиал ППП Патент, г. ужгород, уЛ. Проектная, 4

Составитель Ю. Брявгалов

Редак тор A. Маелъкин Техред 3 .Фанта Корректор Т. Скворцова