Измеритель комплексного сопротивления Советский патент 1988 года по МПК G01R27/00 

со сд

ел

Изобретение может быть использовано, в частности, для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Измеритель комплексного сопротивления содержит дифференциальный усилитель 8, выпрямители 4, 6, блок 5 вьщеления переменной направляющей, преобразователь 3 ток - напряжение, фильтр 7 и источник 1 периодических сигналов, выполненный в виде генератора напряжения прямоугольной формы в случае индуктивного характера реактивной составляющей комплексного сопротив- ления. Измеритель имеет расширенные функциональные возможности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ю

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, в частности для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов.

Цель изобретения - .расширение функциональных возможностей измерителя путем обеспечения возможности измерения реактивной составляющей комплексного сопротивления.

На фиг. 1 представлена функцио- нальная схема предлагаемого измери теля; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель ко1 плексного сопротивления содержит последовательно соединенные источник 1 периодических сигналов, измеряемый объект 2 в виде комплексного сопротивления, схема которого представляет собой параллельн соединенные сопротивление и емкость С (а) или сопротивление и индуктив- ность (&), преобразователь 3 ток - напряжение первый выпрямитель 4,блок 5 вьщеления переменной составляющей, второй выпрямитель 4, блок 5 выделе- ня переменной составляющей, второй вьтрямитель 6 и фильтр 7, а также дифференциальный усилитель 8, неинвертирующий вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а инвертирующий вход - с выходом схемы выделения переменной составляющей, выход дифференциального усилителя соединен с выходом II устройства, а выход фильтра - с выходом I.

Возможны два варианта работы устройства.

Вариант а . Измеряемый объект 2 представляет собой параллельно соединенные сопротивление Д и емкость С.

Сигнал треугольной формы Uj, амплитудой А и периодом Т (фиг. 2.1)

oL(t - Т/4), о 6 t

Uo

Ч(1

-oC(t -ЗТ/4), T/2:t t Т

4А где ot - ,

функция Uo(t) - кусочно-гладкая, непрерывная и продолжается на всю временную ось с периодом Т, сигнал U поступает от источника 1 периодичес- ких сигналов на вход преобразователя 3 ток - напряжение через измеряемый объект 2.

Полный ток преобразователя, представляющего собой усилитель с резистором RjjB цепи обратной связи и инвертор, равен сумме активной

Uo, „ dUo

-rr- и реактивной С -г- составляющих.

кQ с

На выходе преобразователя будет изменяющийся с периодом Т сигнал U, (фиг. 2.2):

(t-T/4), и 6 (t-3T/4)-ctR«C, T/2etiT

(2)

U, (

Первый выпрямитель 4, вы1 олненный по двухполупериодной схеме, формируе сигнал и (фиг. 2.3) с периодом Т/2. Величина этого сигнала определяется модулем и, при условии, что величина амплитудного значения 1с 1щ которое выполняется лри RC Т/4:

, oi. RO

Ui

lu,

R

(t-T/4) + oiR,C,

0 t j

(3)

где ot RO,C - величина постоянная, не зависящая от t.

На выходе блока 5 выделения переменной составляющей, который может быть выполнен, например, в вид.е конденсатора, не передающего постоянную составляющую входного сигнала, будет сигнал и.

.

3 (фиг. 2.4):

(t - Т/4), 0 t Т/2,

(4)

Функция из(с) - кусочно-гладкая, непрерывная и продолжается периодически с п ериодом Т/2. Значение U пропорционально измеряемому сопротивлению и не зависит от емкости.Это напряжение подается на второй выпрямитель 6, на выходе которого будет сигнал 1)4 (фиг. 2.5.), повторяющийся с периодом 1/2: etRo R

U4(U,|

4t - т/4) Т/4

oi-Rc R

(t - T/4) T/4 tiT/2

(b)

С помощью последовательно включенного фильтра 7 нижних частот формиру- .ется среднее значение этого напряжения Uy .т г

и

л (фиг. 2.6.):

-fiU,. |ju,(t)dt |J- (t-T/4)dt4

вО 1

J

oiRc

R

(t - T//4)dt

Ha выходе 1 устройства, которьй является выходом фильтра:

8R

ARc 2R

(6)

Это напряжение, пропорциональное , , R . . RO еряемому сопротивлению, - величина U(U, - j V i/4; -j ,

О t T/2.(10)

измеряемому

постоянная и может быть измерено

вольтметром постоянного тока.

Для измерения емкостной составля- кщей на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8 подается сигнал и. с выхода первого выпрямителя, а на инвертирующий вход - сигнал с выхода блока выделения переменной составляющей. На выходе дифференциального -усилителя, являющемся выходом II устройства, будет . сигнал

На выходе блока 5 выделения пер 15 менной составляющей будет сигнал U (фиг. 3.4.):

и

(t-|), 0.

t - . (1

20

Функция и - кусочно-гладкая,не прерьгоная и продолжается периодиче ки с периодом Т/2.

Значение U пропорционально изм ряемому значению индуктивности и о сопротивления на зависит.

Ufi m(U - Uj),

(7)

где m - дифференциальный коэффициен усиления.

На выходе II с учетом (1) и (7) будет постоянное напряжение U

4Am

mci-R-C

R С, пропорционально

Т о

измеряемой емкости, которое может быть измерено любым вольтметром постоянного тока.

Вариант S . Измеряемый объект 2 представляет собой параллельно соедненные индуктивность L и сопротивление R.

Сигнал прямоугольной формы U ам плитудой А и периодом Т (фиг. 3.1.)

-А,.iT

поступает от источника 1 периодических сигналов на вход преобразователя 3 через измеряемый объект 2.

Сигнал на выходе преобразователя и (фиг. 3.2.) предстазляет собой сумму активной и реактивной составляющих;

и, - u«(t)dt .|iu(t) .

ь

L -R

A(t-T/4)+

ь

R

A; 06 te4

f A(t-3T/4)

1413550

Первый выпрямитель 4, выполненньй по двухполуперкоднон схеме, формирует сигнал Uj Сфиг. 3.3) с периодом Т/2. g Величина этого сигнала определяется модулем и при условии, что величина амплитудного значения U Uj, которое выполняется при RC Т/4:

На выходе блока 5 выделения пере- 15 менной составляющей будет сигнал Uj (фиг. 3.4.):

и

(t-|), 0.

t - . (11)

Функция и - кусочно-гладкая,не- прерьгоная и продолжается периодически с периодом Т/2.

Значение U пропорционально измеряемому значению индуктивности и от сопротивления на зависит.

Это напряжение подается на второй выпрямитель 6, на выходе которого будет сигнал и (фиг. 3.5), повторяю- пщйся с периодом Т/2:

A(t-T/4), 06ttT/4

(12)

и, HU./

L R

A(t-T/4), Т/4 itiT/2 .

2 Г R Y J

Сигнал U,j на выходе фильтра 7 ниж- них частот равен среднему значению и. (фиг. 3.6):

TI4

V I J U4(t) A(t-T/4)dt+

Tll „о

Г R J

ГД,

(13)

45

На выходе I устройства, являющемся выходом фильтра,будет сигнал

и « AR T/8oi

На выходе II, который является выходом дифференциального усилителя 8, будет сигнал U (фиг. 3.7), пропор- 50 ционапьный измеряемому сопротивлению

m(U,i - и,)

mA

Ь

R

(14)

55

(9)

который также может быть измерен любым вольтметром постоянного тока.

Формула изобретения

II

l/n Г

фиг. 2