Устройство для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах Советский патент 1984 года по МПК G01R29/00 

со

а I11 Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании химических и физических свойств веществ. Известно устройство для измерения концентрации носителей заряда в полу проводниковых материалах, содержащее последовательно включенные СВЧ генератор, ферритовый вентиль, измерительную линию с турникетньпу сочлением, соленоид и селективный усилитель СП. Недостаток устройства связан со з чительной конструктивной сложностью V из-за применения в нем измерительног тракта СВЧ. Наиболее близким к предла гаемому является устройство для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах, содержащее источ ник магнитного поля, перпендикулярного, исследуемому образцу, источник тока, выход которого соединен с клем мами для подключения токовых выводов исследуемого образца j усилитель Холловского сигнала, вход которого соед нен с клеммами для подключения потен циальных выводов последнего, датчики напряженности магнитного поля и тока через исследуемый образец, выходы ко торого подключены к входам блока умножения, синхронный детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя Холловского сигнала а управляющий вход через фазосдвигающий блок - с выходом блока умножения, регистрирующие приборы в виде вольтметра ЭДС Холла и двухкоординатного самописца, входы которого подключены к выходам синхронного детектора и термопары С2. Известное устройство, обеспечивающее регистрацию ЭДС Холла, а также вычисление и запись постоянной Холла при температурных исследованиях, дает возможность определять искомую концентрацию носителей заряда в образце лишь путем дополнительных трудоемких аналитических расчетов. Это отрицательно сказывается на достоверности полученных результатов. Кроме того, при использовании известного устройства имеют место погрешности измерения, обусловленные ограниченным динамическим диапазоном вольтметра ЭДС Холла. Цель изобретения - повьщгение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источник тока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчик напряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, введены дифференциальный усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилителя подключены к выходам усилителя Холловского сигнала и датчика напряженности магнитного поля, а выход - к входу регистрирующего прибора и через функциональный преобразователь к управляющему входу источника тока. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения концентрации носите,лёй заряда в проводящих материалах. Устройство содержит источник магнитного поля (не показан), перпендикулярного исследуемому образцу 1, источник 2 тока, усилитель 3 Холловского сигнала, датчик 4 напряженности И магнитного поля, регистрирующий прибор 5, дифференциальный усилитель 6 и функциональный преобразователь 7 с показательной функцией преобразования вида у , Выход источника 2 тока соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца 1, вход усилителя 3 Холловского сигнала соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, входы дифференциального усилителя 6 подключены к выходам усилителя 3 Холловского сигнала и датчика 4 напряженности Н магнитного поля, а выход - к входу регистрирующего прибора 5 и через функциональный преобразователь 7 к управляющему входу источника 2 тока. Устройство работает следующим образом. При протекании через образец 1, находящийся в магнитном поле, тока от источника 2, на его потенциальных 311 выводах образуется ЭДС V Холла, обратно пропорциональная концентрации N носителей заряда. Эта ЭДС усиливается усилителем 3, на выходе которого формируется напряжение Uj, поступающее на один из входов дифференциального усилителя 6. На друго вход дифференциального усилителя 6 подается напряжение U, с выхода датчика 4 напряженности И магнитного no ля. Если напряжение {j меньше напряжения Uu то выходной сигнал дифференциального усилителя 6 в конечно счете увеличивает ток на выходе источника 2 до тех пор, пока Uj не сравняется с U;. Если же напряжение Uj больше напряжения Ц, то ток на выходе источника 2, наборот, уменьшается до наступления равенства Uj и Ц. Введение в устройство функционального преобразователя 7 не изменяет динамики процессов. Можно показать, что при выбранной схеме построения устройства сигнал U на выходе дифференциального усилителя 6 и на входе регистрирующего прибора 5 определяется как u.-JftjN- fi t) где оГ- толщина образца 1 л направлении магнитного поля; С - заряд электрона; f - холл-фактор; 2,ц коэффициенты передачи соответственно блоков 2, 3, А; ft - параметр показательной функции преобразования преобразователя 7. Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известных позволяет определять искомую концентрацшр без дополнительных аналитических расчетов, что исключает возможные ошибки и предопределяет высокую точность измерения. Логарифмическая форма представления информации, реализуемая с помощью функционального преобразователя 7, обеспечивает расши1 2нный динамический диапазон измерения устройства, а также способствует повьшенИю точности. Поскольку ЭДС и Холла и напряжение (J- на выходе умножителя 3 являются также, как и напряжение U, на выходе датчика 4, прямо пропорциональными напряженности Н магнитного поля, предлагаемое устройство в целом оказывается нечувствительным к ее изменению. При необходимости в предлагаемом устройстве может быть использован регистрирующий прибор с линейной шкалой отсчета. В этом случае его следует подключать к выходу функционального преобразователя.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕЕ1ИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛАХ, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источник п ЙМ(-й„ тока, выход которого соединён с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчик напряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дифференциальньи усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилителя подключены к выходам усилителя Холловского сигнала и датчика напря(Л женности маг}штного поля, а выход к входу регистрирующего прибора и через функциональный преобразователь j к управляющему входу источника тока.