Устройство для измерения емкости, зашунтированной проводимостью Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Ё

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электротехнике, электронике, физике твердого тела, материаловедении. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения погрешности, обусловленной наличием шунтирующей проводимости, путем компенсации проводимости измеряемого объекта проводимостью противоположного знака. Устройство содержит высокочастотный мост 1, разделительную емкость 2, измерительный блок 5, элемент 6 развязки по частоте, источник 7 смещения, элемент 8 с регулируемой по знаку и величине дифференциальной проводимостью, разделительную емкость 9 второй источник 10 смещения, второй элемент 11 развязки по частоте моста, измерительный блок 12. 4 ил.

Фаз. 7

О 00

о VJ ю XI

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электротехнике, электронике, физике твердого тела и материаловедении.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения погрешности, обусловленной наличием шунтирующей проводимости, путем компенсации проводимости измеряемого объекта проводимостью противоположного знака.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 - схема включения низкоомного измеряемого объекта и элемента с регулируемой дифференциальной проводимостью (ДП), управляемого напряжением; на фиг.З - зависимости дифферен- циальной проводимости (кривая I), эквивалентной дифференциальной проводимости Сээкв (кривая II) и емкости (кривая III) и эквивалентной емкости Сээкв (кривая IV) от напряжения для элемента с регулируемой дифференциальной проводимостью (тунельного диода ЗИ202И) соответственно.

Устройство содержит высокочастотный мост 1, включенные через разделительную емкость 2 в одно из плеч моста контакты 3 для подключения измеряемого объекта 4, к которым присоединены измерительный блок 5 и через элемент 6 развязки по частоте моста источник 7 смещения. Кроме того, устройство содержит элемент 8 с регулируемой по знаку и величине дифференциальной проводимостью, подключенный через разделительную емкость 9 к присоединительным контактам 3, последовательно соединенные второй источник 10 смещения, второй элемент 11 развязки по частоте моста и второй измерительный блок 12, подключенные к элементу 8.

Анализ эквивалентной схемы подключения низкоомного емкостного объекта и элемента с регулируемой ДП, управляемого напряжением (фиг.2), приводит к следующим выражениям для эквивалентных значений измеряемой емкости С.экв и проводимости Сэ.экв:

г- г ± Ср2 Сэ.экв v

W.3KB - Сх + г , г л

1-Ф2 т .экв

бэ.экв

1 +

(JJ Сэ.экв (Ср2 + Сэ.экв)

---/Чл г -

л ,.ЭКВ

(1)

а (СР2 + Сэ.экв):

GX +

ft/2 Cp2 Сэ.

э.экв

+ OJ2 (Сэ.экв + СР2)2

где СР2 вторая разделительная емкость;

г2

оэ.экв

-(2)

0

Сэ.экв - эквивалентаня емкость элемента (ДП) при установленном напряжении смещения;

Сэ.экв - эквивалентная дифференциальная проводимость элемента (ДП) при установленном напряжении смещения.

Для элемента с регулируемой ДП, управляемого напряжением, значения Сэ.экв и Сэ.экв определяются выражениями

Сэ.экв - Сэ-иС Сз + Сэ)

(1 + R3 Сэ - ft/ 1э Сэ)2 + О (1э Сэ + Рэ Сэ)2

(3)

Сэ.экв

20

Сз (1 + R3 G9) + О R3 CJ

(1 + R3 G3 -ft)2 Ь C3)2 + 0 (U G3 + R3 Сэ):

,(4)

5

0

5

где Сэ - эквивалентная дифференциальная проводимость элемента (ДП);

ш- круговая частота;

Рэ - паразитное сопротивление элемента (ДП);

Ц - паразитная индуктивность элемента (ДП);

Сэ - эквивалентная емкость элемента (ДП).

Анализ выражения (2) показывает, что наиболее широкий диапазон компенсации проводимости GX при заданных параметрах элемента с регулируемой дифференциальной проводимостью достигается при соблюдении следующих условий;

I Сэ.экв I

СР2 Сэ.экв, СР2

О)

(5)

40

При этом, как следует из (1), точность измерения емкости тем выше, чем лучше выполняется условие

5

0

5

СР2

Г2

Ьэ.экв

(6)

ш Сэ.экв

Устройство работает следующим образом,

После подключения измеряемого объекта 4 к присоединительным контактам 3 высокочастотного моста 1 и установления на нем заданного напряжения смещения по измерительному блоку 5 от источника 7 через элемент 6 развязки, определяются некоторые значения емкости и проводимости. Величина напряжения смещения, поступающего от источника 10 через элемент 11 развязки на элемент 8 с изменяемой ДП, регулируется до получения наиболее полной компенсации проводимости измеряемого объекта 4, при этом фиксируются показания моста 1 и измерительного блока

г - г-Ср2 Сэ.экв v

UX - V,Ј3KB Г-75 Л

Ср2 + Сэ.экв

1 +

а2.

,экв

ш Сэ.экв (Ср2 + Сэ,экв)

1 +Сээ

(7)

UJ2 (СР2 + Сэ.экв)

Использование предлагаемого устройства для измерения емкостей, зашунтиро- ванных проводимостью, открывает возможности для проведения физических исследований ряда емкостных объектов (р - n-переходов, барьеров Шоттки при положительных напряжениях смещения, ТД и др.), практически ранее недоступных исследований

0

5

0

например определения параметров полупроводниковых материалов методами емкостной спектроскопии и др. Формула изобретения

Устройство для измерения емкости, за- шунтирЪванной проводимостью, содержащее высокочастотный мост, включенные через разделительную емкость в одно из плеч моста контакты для подключения измеряемого обьекта, к которым присоединены измерительный блок и, через элемент развязки по частоте моста, источник смещения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит подключенный к контактам через вторую разделительную емкость элемент с регулируемой дифференциальной проводимостью, к которому присоединены второй измерительный блок и через второй элемент развязки по частоте моста второй источник смещения.

0,8

ФилЗ

Фиг.Ь