Изобретение относится к измерению параметров диодов Ганна и может быть использовано при исследованиях и разработке диодов Ганна.
Применение в качестве генераторов СВЧ-диапазона новых полупроводниковых приборов - диодов Ганна - позволяет обойти некоторые ограничения, присущие полупроводниковым приборам других типов: расширить диапазон генерируемых частот, увеличить выходную мощность и т.д. С другой стороны, диодам Ганна присущи качества, характерные для всего класса полупроводниковых приборов: малые габариты и вес, низкая потребляемая мощность, высокая надежность и т.д. Поэтому диоды Ганна очень перспективны для использования в технике СВЧ.
В настоящее время установлено, что при включении диода Ганна во внешнюю схему возможна работа их в нескольких режимах (см., например, J.E.Carroll. The Radio and Electronic End., V.34, N1, July 1967, p.17-21). Оказалось, что режим работы диода определяется не только его электрофизическими и геометрическими параметрами, но и параметрами схемы, в которую включается диод. При этом схема в процессе взаимодействия с диодом воздействует на последний, заставляя его работать в том или ином режиме. Причем один и тот же диод при включении его в схемы с разными параметрами может работать в разных режимах, которым соответствуют разные частоты, разные уровни выходной мощности и т.д. Поэтому, чтобы характеризовать качество диода, производить расчет его выходных характеристик в режиме генерации и гарантировать его надежную работу в схеме, необходимо иметь устройство, которое позволяло бы измерять параметры диода, не влияя на них. Таких параметров у диода Ганна три:
1) сопротивление диода постоянному току при напряженности электрического поля между его электродами значительно меньше критического R0,
2) время пролета доменов электрического поля между электродами диода Тпр (или пролетная частота 
3) пороговое напряжение Епор.
В литературе (см., например, G.S.Hobson, JEEE Transactions, v. ED-14, N9, 1967, p.529) описано устройство, с помощью которого могут быть измерены указанные параметры диодов Ганна. Однако из приведенного рисунка и описания видно, что способ, которым вносится затухание, необходимое для подавления возникающих в схеме мощных колебаний и исключения влияния схемы на диод, эффективно действует только на достаточно высоких частотах в диапазоне СВЧ. В области обычных радиочастот к электродам прибора подключается сопротивление, модуль которого может оказаться достаточно большим. Поэтому в такой схеме возможно возникновение достаточно больших переменных напряжений и, как следствие, измерительная схема может воздействовать на диод. Особенно сильно это явление проявляется при малых модулях отрицательного сопротивления диода. В этом случае достоверное и стабильное измерение параметров диода окажется невозможным.
Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. устранение возможности взаимодействия измеряемого диода с измерительной схемой и измерение параметров диодов Ганна, которые не зависят от внешней схемы.
Поставленная цель достигается тем, что между входными клеммами устройства и электродами диода Ганна включается П-образный фильтр нижних частот, а импульсное напряжение на схему подается через трансформатор.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для измерения параметров диодов Ганна; на фиг.2 дано схематическое изображение конструкции устройства для измерения параметров диодов Ганна.
На фиг.1 сделаны следующие обозначения:
1 - диод Ганна; 2 - измерительное сопротивление, с помощью которого измеряется величина и анализируется форма тока через диод; 3 - индуктивность фильтра; 4 - емкости фильтра; 5 - первичная обмотка импульсного трансформатора; 6 - вторичная обмотка импульсного трансформатора; аа - входные клеммы устройства.
На фиг.2 показано следующее: 1 - диод Ганна; 2 - измерительное сопротивление; 3 - отрезок полосковой линии с большим волновым сопротивлением, образующий индуктивность фильтра; 4 - отрезки полосковой линии с низким волновым сопротивлением, образующие емкости фильтра; 5 - первичная обмотка импульсного трансформатора; 6 - вторичная обмотка импульсного трансформатора; аа - входные клеммы устройства; бб и вв - входные клеммы устройства (бб к каналу А осциллографа, вв - к каналу В осциллографа)
Для обеспечения между электродами диода режима, близкого к режиму короткого замыкания, волновое сопротивление и частота среза фильтра выбираются из условий
fсреза≪fпролет., (II)
где ρФ - волновое сопротивление фильтра,
LФ - индуктивность фильтра,
СФ - емкость фильтра,
|Rg-| - модуль отрицательного сопротивления измеряемого диода Ганна,
fсреза - частота среза фильтра, т.е. частота, выше которой его коэффициент передачи равен нулю,
fпролет - пролетная частота диода Ганна.
При выполнении условий I и II на частотах выше fсреза между электродами диода будет осуществлен режим, близкий к режиму короткого замыкания. Однако в связи с тем, что диод Ганна обладает отрицательным сопротивлением вплоть до нулевых частот (см., например, А.Н.Jonson. Electronic Eng., April 1968, p.191) необходимо, чтобы и на частотах, меньших fпролет, между его зажимами осуществлялся режим, близкий к режиму короткого замыкания. Этому условию можно удовлетворить в том случае, если индуктивность вторичной обмотки трансформатора выбрана из соотношения
2πfсреза·Lвтор<|Rg-|, (III)
где Lвтор - индуктивность вторичной обмотки трансформатора,
fсреза - частота среза фильтра нижних частот,
|Rg-| - модуль отрицательного сопротивления измеряемого диода Ганна.
Конструктивно устройство выполняется в виде единого блока. Для уменьшения паразитных параметров и исключения нежелательных резонансов в широком диапазоне частот используются методы, принятые при конструировании СВЧ-узлов. Входные и выходные клеммы аа, бб и вв (см. фиг.2) устройства выполнены в виде коаксиальных разъемов. Фильтр нижних частот 3, 4 (см. фиг.1, 2) изготавливается печатным способом на фольгированном диэлектрике. Измерительное сопротивление 2 (см. фиг.1, 2) для уменьшения его индуктивности набирается из нескольких включенных параллельно сопротивлений типа УНУШ. Для упрощения процесса измерений величина этого сопротивления выбирается достаточно малой. Например, при измерении диодов с сопротивлением 10-15 Ом измерительное сопротивление берется величиной 0,1-0,15 Ом. При этом падением напряжения на нем можно пренебречь. Измерение параметров диодов Ганна производится в импульсном режиме. Импульс от импульсного генератора подается на первичную обмотку 5 (см. фиг.1) импульсного трансформатора.
Измерение R0 производится следующим образом. Измеряется напряжение на клеммах - бб (см. фиг.2), которое приложено между электродами диода, и напряжение на клеммах - вв (см. фиг.2), пропорциональное току через диод.
Зная величину тока и напряжения вычисляется R0. Измерение можно производить автоматически, если использовать двухкоординатный самописец, на Х-вход которого подавать напряжение с клемм - бб (см. фиг.2), а на У-вход напряжение с клемм - вв (см. фиг.2)
Пролетная частота измеряется при напряжении питания, превышающем критическое, с помощью наблюдения формы напряжения на клеммах вв (см. фиг.2) скоростным осциллографом (например, CI-39, CI-45, Tectronics 587, Hewlett-Packard 140-A и т.д.). Можно также напряжение с клемм - вв (см. фиг.2) подать на анализатор спектра (например, С4-5) и измерить частоту первой гармоники последовательности импульсов тока, возникающих в диоде. Частота первой гармоники равна пролетной частоте.
Пороговое напряжение определяется по точке перегиба V-А характеристики диода Ганна, снятой по точкам либо с помощью двухкоординатного самописца. Его можно также определить, измеряя напряжение, при котором возникает генерация импульсов тока через диод.
Изобретение относится к испытаниям полупроводниковых приборов и может быть использовано при исследованиях и разработке диодов Ганна. Техническим результатом является устранение возможности взаимодействия измеряемого диода с измерительной схемой. Устройство содержит стабилизирующие элементы, входные и выходные зажимы. Выходные зажимы подключены параллельно измерительному сопротивлению. Источник импульсного питания подключен к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена ко входу фильтра нижних частот. Выход фильтра нижних частот подключен к последовательной цепи, состоящей из диода Ганна и измерительного сопротивления. 2 ил.
Устройство для измерения параметров диода Ганна, содержащее стабилизирующие элементы, входные и выходные зажимы, отличающееся тем, что, с целью исключения взаимодействия диода Ганна с измерительной схемой и повышения стабильности измерений, источник импульсного питания подключен к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка упомянутого трансформатора подключена на вход ФНЧ, а выход указанного фильтра подключен к последовательно цепи; состоящей из диода Ганна и измерительного сопротивления, причем выходные зажимы подключены параллельно измерительному сопротивлению.
