Способ измерения добротности варикапов Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться .при измерении добротности полупроводниковых конденсаторов (варикапов).

Цель изобретения - повышение точности путем учета температурного дрейфа добротности контура без измеряемого объекта (варикапа).

На фиг,1 представлена эквивалентная схема варикапа настройки; на фиг.2 - модифицированная эквивалентная схема варикапа астройки| на фиг.З - общая схема замещения копту- ра с испытуемым варикапом, иллюстрирующая реализацию способа измерения добротности варикапов.

Способ измерения добротности варикапов предусматривает определение

параметров схемы замещения измерения по мерам добротности, представляющим собой емкостные двухполюсники с известными значениями емкости и доброт- .ности,

С целью обеспечения возможности автоматизации процесса измерения путем применения.электронной настройки используется схема, в которой в качестве конденсатора переменной емкости используется варикап настройки. Поскольку величина емкости испытуемых варикапов находится в пределах от , , варикап настройки должен перекрыть указанный диапазон емкостей. Для создания максимальной чувствительности контура- в заданном диапазоне используется

СП

со

00

К)

участок варикапа настройки в области возможно большргх смещений, т.е. на участок с максимальной добротностью.

Представим варикап настройки в ви- с де дбух параллельно соединенных емкостей Сцд и CH и последовательного резистора г g (фиг.1), где С - начальная емкость варикапа при максимально возможном смещении, измерен- ю ная перед установкой.варикапа в схе- Myj С - текущая емкость варикапа настройки; т - сопротивление потерь этого варикапа.

При этом С(,. . (I) 15 Пусть к варикапу приложено напряжение и с частотой 03. Тогда ток в резисторе Tg равен

I 1 СО(С„о+Сн ).

20

поскольку

противление потерь, учитывающее потери начальной емкости Го, потери в экране и элементах конструкции; С и г - параметры варикапа настройки;

(л 1л параметры измеряемого вари- капа.

Определим добротность части контура без измеряемого варикапа. В общем случае добротность индуктивности

о -«1. 1.

или через отношение энергий

Q -2

1ТЗ .

где W

Ь 2

- реактивная энергия индуктивности;

Pf,-I т - активные потери.

тогда

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении добротности полупроводниковых варикапов. Целью изобретения является повышение точности измерения путем учета температурного дрейфа добротности контура без измеряемого варикапа. Способ заключается в том, что контур с объектом измерения настраивают в резонанс и по уровню добротности контура с объектом измерения и добротности контура без объекта измерения рассчитывают величину добротности последнего, причем измеряют начальную емкость варикапа настройки и по трем мерам добротности, две из которых должны иметь равные емкости, измеряют общую емкость контура и сопротивление потерь варикапа настройки. Затем при отсутствии объекта измерения периодически определяют сопротивление потерь индуктивности контура. По измеренным значениям параметров контура методом расстройки частоты определяют добротность контура без объекта измерения. 3 ил.

М()

еПотери Р в резисторе г равны

P, UW(C,0+C,)

В

Схему (фиг,1) можно представить в виде двух параллельно соединенных RC-цепей, одна из которых представ- ляет собой емкость С д с последовательно соединенным резистором Гц, другая - цепь, состоящую из емкости Сц с последовательно соединенньгм резистором г (фиг.2).

По аналогии с предыдущим суммарные потери в схеме:

Р(и ) rg + (UQ. Cf,). г.

Исходя из равенства после необходимы : преобразований получим

г г„ (-2..iI-),.

(2)

Таким образом, варикап настрой

ки можно представить в виде двух па- раллельных ветвей, одна из которых содержит постоянные параметры C,.Q и &« другая - переменные С и г, за- висящие от измеряемой емкости.

Общая схема замещения контура с испытуемым варикапом принимает вид, приведенный на фиг.З, где L - индуктивность контура; г - сопротивление потерь индуктивности; С, - эквивален ная емкость, состоящая из начальной емкости варикапа настройки Cj , емкости экрана и элементов конструкции (Cg const), TO - эквивалентное со

Q

2оЭЬЧ

ZP

(3)

где ХР - суммарные потери рассматриваемой части контура. Учитывая, что се ветви схемы высокодобротные, можно записать

С,

Г S

Z2 I

С«

где C -CQ+C +Cц - общая емкость контура (С const), тогда2:Р 1 г, + + ,+11г,ипи 2Р 1 Гг; +

. (f;)4 .

Подставляя полученное выражение и ;учитьгоая, что , получим выражение добротности рассматриваемой части контура через параметры схемы

замещения:

Q.

1

-«-.ЧЧ ЕГ

г, - эквивалентное сопротивление

потерь индуктивности, тогда

. х2

I г , «1 s: выражения (3)

,.С,)г,

(4)

Значения С. и Гц можно определить по трем мерам добротности с известными значениями 0 , Оду и и емкостями, соответственно равными Сд,

М2. и мз

- . Для определения С необходимо выполнение условия

QM Qu2

Таким образом, подставив на изме- рительную позицию поочередно вместо варикапа меры с указанными параметрами при настройке в резонанс, сняв отсчеты Q, и . можно определить с.

Проведя аналогичные операции с мерами q и Од,,, соглас-но (4) получаем

Выбрав значения емкостей мер, равные

л МиЧ

W3 й Maw «

(10)

э о

. О.з..

сос.,Л2с,.,+с )

(10)

«t

Параметры Гц, определенные соответственно по (6) и (10 ), по мерам, выполненным в соответствии с 5 условиями (5) и (10), принимаются по- .t стоянными для данного экземпляра контура .

Параметр г , подверженный временному и температурному дрейфу, определяется периодически в течение времени измерения при отсутствии измеряемого варикапа. При этом контур настраивается в резонанс частоты только ем- костью варикапа настройки. Очевидно, что в этом случае емкость последнего равна:

25

30

В режиме измерения используется .измеряемый варикап с предварительно измеренной емкостью С, контур настраивается в резонанс, снимается

Х

)

р

где у - теку1чее значение;

у - аьтлитудное значение при

СО WQ .

55 Настроим контур в резонанс при 03 ССд и снимем отсчет у . Затем изменим частоту на ± Д (j и снимем отсчеты у и у . Тогда

(12)

А 4- .. Йп СОо+ЛО

0

Wo-iG) MO

Qo

Йо-йЫ

Поскольку UGO « СО, . по определению, пренебрегая величинами второго порядка малости, получаем

Ч,

(13)

Решая ситему (12) относительно О с учетом (13), получаем

Q -У-ор31Т72ш у2 + у| 2ZL.

г +

у2

(14)

По выражению (14) через отсчеты

Qi УТ И Уг резонансной кривой при

частотах f f +Af м -F «

j, J-Q ut и Гд-Д соответственно определятся истинные добротности контуров о.

Описанный алгоритм измерения добротности предусматривает определение лишь трех -постоянных величин С Гц первая из которых измеряется непосредственно, две другие определяются по трем мерам добротности. Вычисление параметров г,.,, Q Q и 0

Фиг.1

целесообразно производить на специализированном вычислительном устройстве, выполненном на базе микропроцессора или микроэвм. Настройку контура в резонанс можно автоматизировать, выполнив на базе цифроаналого- вого преобразователя управляемый источник напряжения смещения, с помощью которого можно изменять емкость варикапа настройки.

ормула изо

Р е т е н и я

5

0

5

0

5

Способ измерения добротности варикапов, заключающийся в том, что контур из индуктивности, переменной емкости и объекта измерения настраивают в резонанс на частоте измерения и по значениям добротности контура с объектом измерения н добротности без объекта измерения рассчитывают добротность, отличающийся тем, что, с целью повьааения точности путем учета температурного дрейфа добротности контура без измеряемого объекта, измеряют начальную емкость варикапа настройки и по трем мерам добротности контура, две из которых имеют равные значения емкости, измеряют общую емкость контура и сопротивление потерь варикапа настройки, затем при отсутствии объекта измерения периодически определяют сопротивление потерь индуктивности контура, после чего по измеренным параметрам методом расстройки частот определяют добротность контура без объекта измерения.

z

Фиг. 2

и

Фиг. 5