Преобразователь параметров варикапа в напряжение Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 G01R31/26 

исследуемого варикапа 1. С помощью суммирующего усилителя 8, дифференцирующего усилителя 10, двухполярно- го амплитудного детектора 12,выходное напряжение операционной схемы преобразуется в прямоугольное с амплитудой, обратно пропорциональной емкости С p-n-перехода. Постоянные напряжения на выходе каждого из выпрямителей 14, 15 и 16 содержат информацию о параметрах эквивалентной схемы варикапа. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля значений емкости и активных сопротивлений p-n-переходов полупроводниковых приборов, в частности варикапов.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния дрейфа напряжения Функциональных блоков путем применения двухполярных амплитудных детекторов.

На фиг.1 представлена Функциональная схема преобразователя параметров варикапа в напряжение; на фиг.2 - временные диаграммы,поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь параметров варикапа в напряжение содержит клеммы для подключения исследуемого варикапа 1, представленного трехэлементной схемо замещения, операционной усилитель 2, источник 3 напряжения смещения,генератор 4 прямоугопьных импульсов (ПТИ фильтр 5 верхних частот (ФВЧ), блок 6 компенсации влияния источника смещения, вычитающий 7, первый 8 и второй 9 суммирующие и дифференцирующий 10 усилители, двухполярный блок 11 выборки-хранения, первый 12 и второй 13 двухполярные амплитудные детекторы, первый 14, второй 15 и 1ретий 16 выпрямители, опорный резистор 17.

Выход генератора 4 через опорный резистор 17 соединен с входом операционного усилителя 2 и с одной из клемм для подключения исследуемого варикапа 1. Другая клемма через первые вход и выход блока 6 соединена с выходом источника 3 и через фильтр 5 с выходом усилителя 2 и вторым входом блока 6. Второй выход блока 6 содинен с одним из входов вычитающего усилителя 7 и первого суммирующего усилителя 8 непосредственно, а с вторым входом вычитающего усилитепя 7 и одним из входов второго суммирующего усилителя 9 через блок 11. Вход

5

0

5

0

5

0

45

30

5

выпрямителя 14 через первый двухполярный амплитудный детектор 12 и дигЬ- ференцирующий усилитель 10 соединен с выходом первого суммирующего усилителя 8, один из входов которого соединен с входом выпрямителя 15 и выходом второго суммирую цего усилителя 9. Второй вход которого соединен с входом выпрямителя 16 непосредственно, а с выходом вычитающего усилителя 7 через второй двухполярный амплитудный детектор 13.

Преобразователь работает следующим образом.

Первоначально на варикапе с помощью источника 3 задается требуемое напряжение смещения (источник 3 может быть программируемым для автоматического задания режима измерения). Использование блока 6 позволяет с достаточной степенью точности считать, что постоянные напряжения на первом- втором зажимах и переменные напряжения на третьем-четвертом зажимах блока 6 повторяют друг друг а,поэтому напряжение источника 3 полностью приложено к варикапу, , выходное напряжение усилителя 2 - к входам вычитающего 7 и суммирующего 3 усилителей и блока 11. Кроме этого, блок 6 обеспечивает на первом-втором, зажимах очень большое сопротивление на частоте выходного сигнала генератора 4, чем устраняется шунтирующее влияние источника 3 на варикап.

С выхода генератора 4 поступают прямоугольные импульсы в виде меандра с амплитудой Е (фиг.2).В результате действия отрицательной обратной связи, определяемой параметрами эквивалентной схемы варикапа 1, на выходе усилителя 2 формируются импульсы сложной формы. 3 каждом полупериоде входного сигнала выходное напряжение усилителя 2 описывается выражением

(-ЈЈ-) - 2Е0Г-Е- + |- (1-е RC ), ,5)T, о L о Ko J

+E0 (--v(t)

- 70-e - ). (K+0,5)T где + K0(r+R) /R 0 - установившееся знаt - текущ Т - перио входн

ченне выходного напряжения усилителя при - сопротивление утечки;

Напряжение на выходе блока 6 повторяет напряжение на выходе усилитег - сопротивление рас-15 ля 2, поступает на аналоговый вход

текания;блока 11 и под действием управляющих

С - емкость варикапа 1;импульсов с генератора Д преобраэуетRQ - значение сопротив-ся в напряжение типа меандр с амшшления спорного ре-тудой, определяемой суммой сопротивзистора 17;ленлй г и R варикапа 1:

1W°

Разность выходных напряжений уси- риоде представляет собой остроконеч- лителя 2 и блока 11, на выходе вычи- ные импульсы тающего усилителя 7 в каждом полупе- 30

2Е) |- exp(-t/RC), (K+0,5)T,

R,

uW7(t) АП блока 11 и половину напряжения двух- полярного амплитудного детектора 13,

2Е l exp(-t/RC), (K+0,5)(K+l)T:

о Из этого напряжения второй двухполяр- На выходе второго суммирующего

ный амплитудный детектор 13 форми- усилителя 9 имеем напряжение,предс- рует прямоугольное напряжение с амп- тавляющее собой сумму напряжения литудон 2EeR/R0, и на выходе третьего выпрямителя 16 имеем постоянное напряжение, определяющее сопротивление утечки R варикапа 1.

+E0r/R0, (K+0,5)T,

(0 иА«х« ь - ° 5UAAAi3(t)

-E0r/R0, (K+0,5)(K+l)T.

Постоянное напряжение на выходе На входы первого суммирующего второго выпрямителя 15 пропорционапь- 50 Усилителя 8 поступают напряжения с но значению сопротивления расстоя- выходов усилителя 2 и второго сум- ния г варикапа 1.мирующего усилителя 9, на выходе суммирующего усилителя 8 имеем

Е JL- + 2Е„ -|- . (K+0,5)T,

иечв(0

uoaz(t) + Uc49(t)

: t (K+1)T,

70-e - ). (K+0,5)T

t - текущее время; Т - период изменения входного сигнала;

К 0,1,2,3

Напряжение на выходе блока 6 повторяет напряжение на выходе усилителя 2, поступает на аналоговый вход

r+R

+En( (K+0,5)T ;

О J А

-Е (-- - ), (К+0,5)Т t(K+l)T. о К0

|-

R,

АП блока 11 и половину напряжения двух- полярного амплитудного детектора 13,

усилителя 9 имеем напряжение,предс- тавляющее собой сумму напряжения

+Е 5- - 2Е -- (1 - eRC ),(K+0,5)T4tc(K+l)T. ° R0О R0

В результате дифференцирования выходного напряжения суммирующего уси-2ЕА W°

+ 2Е„ 4 е

R0C

где L./LJ - постоянная времени дифференцирующего усилителя 10.

На выходе первого двухполярного амплитудного детектора 12 имеем прямоугольное напряжение типа меандр с амплитудой 2Е Јду/Р.0С, а постоянное напряжение на выходе первого выпрямителя 14 определяется значением емкости С варикапа 1.

Таким образом, постоянное напряжение на выходах выпрямителей 14 - 16 содержит информацию о трех параметрах эквивалентной схемы варикапа I .

Предлагаемый преобразователь позволяет производить измерение при более высоких значениях напряжения смещения без использования высоковольтных операционных усилителей, снизить погрешности за счет применения двух- полярных амплитудных детекторов.

Формула изобретения

Преобразователь параметров варика па в напряжение, содержащий источник смещения, вычитающий усилитель,клеммы для подключения исследуемого объекта, первая из которых соединена непосредственно с входом операционного угдшителя и через опорный резистор - с выходом генератора прямоугольных импульсов, а вторая через фильтр верхних частот - с выходом операционного усилителя, отличающий ся тем, что, с целью

А

.

R0C

лителя 8 на выходе дифференцирующего усилителя 10 получим

- i

RC

t(K+0,5)T,

е

Ь

КС

0C

f V

(К + 0,5)Tctc(K+l)T,

15

20

25

35

30

40

45

повышения точности, в него введены блок компенсации влияния источника смещения, два двухполярных амплитудных детектора, двухполярный блок выборки-хранения, три выпрямителя,два суммирующих и дифференцирующий усилители, причем вход первого выпрямителя последовательно через первый двухполярный амплитудный детектор и дифференцирующий усилитель соединен с выходом первого суммирующего усилителя, первьгй вход которого соединен с входом второго выпрямителя и выходом второго суммирующего усилителя, выход вычитающего усилителя через второй двухполярный амплитудный детектор соединен с входом третьего выпрямителя и с первым входом второго суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с первым входом вычитающего усилителя и выходом двухполярного блока выборки-хранения, управляющий вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов и управляющими входами двухполярных амплитудных детекторов, выход источника смещения через первые вход и выход блока компенсации влияния источникл смещения соединен с второй клеммой для подключения варикапа, а выход операционного усилителя через вторые вход и выход блока компенсации влияния источника смещения соединен с вторыми входами первого суммирующего и вычитающего усилителей и входом днухполяр- ного блока выборки-хранения.

L2Eor/Re

1У&ХИ.

СУ9

СУ8

7

1УЮ

f-Eor/Ro

t

/