ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ И ЕЛ\КОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1974 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к технологии ,полуттроводии-ковых и,рибор01В и предназначено для намерения доброт1но.сти и емкости варикатов способом ударного возбуждения измерительного контура -и может быть использовано для измерения емкостей конденсаторов с большими потерями и их тангенса угла потерь.

Известен измеритель, .работа которого основана на ком1пен.саци|И вносимых потерь в измерительном контуре при его ударном возбуж|дени.и, содврж.ащий последовательно соединенный генератор имлульсов, схему управления, измерительный контур, схему положительной обратной связи.

Однако известный измеритель не обеспечивает высокой производительности измерений, сложен и не позволяет получить линейную шкалу отсчета добротности.

Целью изобретения является повышение производит.ельност1и И3|мерений, упрошение устройства и получение линейной шкалы отсчета добротности.

Для этото в измеритель введены измерительный прибор и система авто компенсации вносимых потерь, состоящая из последовательно соединенных импульсного детектора, дифференцирующей цепи, усилителя импульсов, двух разнополярных детекторов, сравнивающего устройства, усилителя постоянного тока, импульсный детектор которой подключен к

2

усилителю схемы положительной обратной связи, а усилитель постоянного тока - к полному сопротивлению, управляемому напряжением, которое введено в разрыв депи между

аттенюаторол и из.мерительным контуром, причем один из выходов измерительного прибора, вьшолненного н.а основе аналогового делителя, подключен к выходу усилителя постоянного тока, а второй - к движку леременпого резистора, сопряженного кинематической связью с роторам образцового .конденсатора измерительного контура. Добротность, измеренную и-редложенным измерителем, определяют по формуле

2шС„

VB -

G., - G,

,.sT

где со - частота измерения,

С а - емкость варикапа, ее определяют по методу замещения емкости образцового конденсатора переменной емкости, постоянно включенного в измерительный контур, емкостью варикапа как разность двух значений емкости этого конденсатора С и С соответственно при отключенном и включенном варика-пе, GI, GZ - проводимости резистора, управляемого напряжением, соответственно когда к измерительному контуру не подключен и подключен варлкап,

/С - коэффициент усиления усилителя схемы положительной обратной связи,

Ф - угол сдвига фаз схемы положительной обратной связи.

Производя автоматическое управление коэфф|ициентом передачи измерительного прибора в соответствии с измеряемой емкостью, отсчитываемой непосредственно ino шкале образцового конденсатора переменной емкости измерительного л онрура, адн1им из известных спо,собоз, получают .непосредст.венный отсчет добротности варикапов.

Изобретение пояснено чертежам.я.

На фиг. I приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 а, б, в - огибающие импульсов сигнала на измерительном контуре при ударном возбуладении соответствеННО ;при полной комиенсации, переколипенсадии и недокомпенсадии потерь .в из.мерительном ко.нтуре; на фиг. ,2 г, д, е - форма имтульсов после диффаревцирования опибающих импульсо,в сигнала на измерительном контуре, :Соответствующих полной компенсации, перекомпенсации и педокомпенсации потерь в измерительнном контуре.

Измеритель добротности и емкости .полупроводниковых приборов содержит .измерительный контур 1, соединенный с генератором имлульсов 2 через схему у1правлен1ия 3, (Последовательно включенные усилитель 4, ступенч-атый аттенюатор 5 и линейное управляемое полное сопротивление 6, к которому подключен измерительный 1при|бор 7. Полное сопротивление 6 подключено ;к измерительному контуру 1. Выход усилителя 4 подключен к последовательно соеди-ненны.м ил1пульсно му детектору 8, дифференцирующей цеои 9, усилителю и.мпульсов ,10, выход которого подключен к детектора.м 11, 12, а их выходы подключены КО входам схемы сравнения 13. Выход схемы сравнения 13 через усилитель постоянного тока .М .подключен к из.мерительному прибору 7. Выход усилителя 4 подключен к импульсному частотному детектору 15, в нагрузке которого включен показывающий прибор 16. Напряжение с.мещения от источника 17, подключеншого .к из.мерительному контуру 1, регистрирует.ся измерителем 18. О,бщее питание .схемы осуществляется от блока питания 19.

Измеритель работает следующим образоль

В измерительном контуре / (см. фиг. 1), образованно,м катушкой индукт(ивнасти и образцовым конденсатором переменной емкости с .постоянными потерями, ударно возбуждлют колеб1ания яря.моугольными и мпульсами от генератора импульсов 2 посредством схемы удравления 3.

Полученные колебания с максимальной амплитудой, допустимой при измеренр и соответствующих нелинейных элементов, подают на схему полож1ительной обратной связи, состоящей ИЗ сравлительно щирокополосного усилителя 4, ст)упенчатого аттенюатора 5, не вносящего фазовых сдвигов при ослаблении сиг-налов, и линейного управляемого полного сопротивления 6. Ступенчатый аттенюатор 5 расширяет пределы из.мерения добротности и при выполнении его с фиксированными аначениями ;коэффициента ослабления, кратными пределам щкал добротностей измерительного прибора 7, упрощает последний.

В качестве линейного управляемого .полного сопротивления 6 может быть использован в соответствующем режиме полевой транзистор, имеющий линейную зависимость сопротивления исток - сток от управляющего напрялсения затворе. Линейное управляемое пол.ное сопротивление 6 связывают с яз,мерительным -контуром / посредство.м емкостной связи.

Усиленный усилителем 4 сигнал с из-мерительного контура / детектируют и.мпульсным детектор01М 8, .полученные видеоимпульсы

дифференцируют цепью 9 и усиливают в усилителе импульсов 10 до макскм-ально .возможной амплитуды. Затем осуществляют раз.дельное детектирование обеих полярностей импульсов: отрицательных - в детекторе // и

положительных - в детекторе 12. Напряжение .на выходе детектора 11, соответствующее переднему фронту огибающей и шульса сигнала «а измернтельно.м контуре I, принижают за опорное, так как амплитуда его не зависит

от зфовня вносимых потерь в из.мерительный

контур / (положительные .импульсы на фиг. 2

г, д, е. Напряжение на выхо.де детектора 12,

соответствующее заднему фронту огибающей

и.мпульса сигнала на из.мерительном контуре

/ и зависящее от уровня вносимых потерь, принимают за управляющее (отрицательные импульсы .на фиг. 2 г, д, е). Упр|авляющее напряжение детектора 12 сравнивают с опорным напрял ением детектора // в схе.ме сравнения

13, отрегулированной таки.м образом, чтобы ,в рабочем диапазоне изменения сопротивления линейного управляемого полного со противления 6 опорное напряжение превыщало управляющее.

Полученное в результате сравнения напряжение усиливают В усилителе 14 и воздействуют им .на линейное упра1вляемое пол.ное сопротивление 6, которое изменяет свою величину в соответствии с изменением вносимых поте,рь в иэмерительно.м контуре /. Изменения напряжения, во.з-действующие на л.инейное управляе.мое полное сопротивление 6, измеряют измерительным приборо.м 7, шкалу которого градуируют в единицах измеряемой добротности, ,и его коэффициент передач-и автоматически изменяют в соответствии с емкостью варикапа Со согласно выр.ажению для добротности QB одним из известных способов, например путем кинематической связи осей образцового конденсатора из.мерительного

контура 1 и переменного резистора регулятора коэффициента передачи из:мерительного прибора 7.

Настройку измерительного ко 1тура / на частоту .измерения производят при помощи подключаемого к выходу усилителя 4 частотного детектора 15, в нагрузке которого имеется показывающий п.рибор 16 с «улем в середине шкалы. Для задания рабочей точки «а измеряемом элементе к измерительному контуру по,двадят наиряжение смещения от источника 17, Которое измеряют измерителем напряжения смещения 18. Общее питание схемы измерения осуществляется блоко-м питания 19.

В исходном состоянии схема измерений отрегулирОВа на так, что щм установке .ротора образцового конденсатора переменной емкости измерительного контура / в положение максимальной емкости, лринятой за условный нуль, и Подключении образцового .резистора, моделирующего потери варикапа, с доброт«остыо, равной предельному измеряемому значению, и расчетным звачэнием емкости, равной максимальной емкости образцового конденсатора, на измерительном контуре / в результате ударного возбуждения возникают импульсы типа меандр с огибающей .неискаженной фор,мы (см. фиг. 2 а) и частотой .запол.нения, частоте измерения. При этом сту1пенч1атый аттенюатор 5 .обла.дает максимальным ослаблением; линейное управляемое полное сопротивление 6 имеет максимальное сопротивление; показания измерительного прибора 7 равны нулю в результате того, ЧТО образцовый конденсатор из.мерительного контура, сопряженный с его регулятором коэффициента передачи, установлен в положение условного нуля отсчета емкости варикапа; показывающий прибор 16 отмечает точную настройку измерительного контура 1 .на собственную частоту настройки частотного детектора 15.

К иЗМеритель.ному контуру .вместо образцового резистора, .моделирующего потери варикапа, подключ:ают реальный варикап и при .помощи напряжения смещения устанавливают необходимый режим. При этом измерительный контур / возбуждается на частоте, отличной от частоты измерения, которая может находиться за предела.ми полосы пропуокаиия усилителя 4. Уменьщая емкость образцового конденсатора и осуществляя контроль по показывающему |П|рибору 16, производят настройку измерительного ко.нтура ./ на частоту нзмерения. По мере приближения .настройки из.мерительного контура 1 к полосе пропускания усилителя 4 напряжение и.мпуль.сов на выхо.де усилителя 4 растет, растут и амплитуды импульсов на выходах импульсного детектора 8 и .дифференцирующей цепи 9, которые в результате дополнительного усиления в усилителе 10 и последующего раздельного детектирова.ния в детекторах Т/ и 12 ср:ав.ниваются .в схеме сравнения 13.

Напряжение на выходе схемы 13 растет по абсолютной величине .и после усиления воздействует на линейное управляемое полпое соПротивление 6 так, что уменьшает его величину, увеличивая тем самым глубину положительной обратной связи схемы компенсации потерь и, следовательно, осуществляя компенсацию .вносимых потерь в измерительном контуре.

При подходе частоты настройки измерительного контура / к участку полосы пропускания, в пределах которого коэффициент передачи усилителя 4 не зависит от частоты, изменение опорного напряжения прекращается и с этого мо:Мента дальнейшее приближение настройки Измерительного контура / к частоте измерения сопровож.дает.ся автоматической компенсацией вносимых потерь с сохранением формы огибающей импульсов .в

пределах заданной точности (см. фиг. 2 а), хотя измерительный контур / еще быть .не настроен На частоту измерения. Точ.ную настройку определяют по показывающему прибору 16, стрелка .которого должна отклопяться влево или вправо, переходя через нуль, при расстройке измер.ительного контура / относительно частоты измерения соответственно вверх или вниз.

При увеличении расстройки измерительного контура / относительно частоты измерения при у.меньщении вносимых потерь при настроенном на частоту .намерения измерительном контуре / про.цесс автоматической регулиров.ки компенсации потерь повторяется

.в обратном .порядке и линейное управляемое полное сопротивление 6 увеличивается. Таким образом, фор.ма огибающей им.пульсо.в на .измерительнО:М ко.нтуре 1 (см. фиг. 2 с), соответствующая полной компенсации потерь,

авто,матическп сохраняется неизменной с задан.ной степенью точности, независимо от .внесения в него .потерь, а линейное управляемое (Полное сопротивление 6 изменяется в соответствии с изменением этих потерь. Изменения напряжения, пропорциональные из/менению (ПОЛ.НОГО сопротивления 6, регистрируют измерительным приборо.м 7, по шкале которого отсчитывают измеранную добротность ва.рикапа. Изменением коэффициента ослабления аттенюатора 5 может быть достигнуто расширение пределов измерения .добротности, не увеличивая степени изменения величины линейного управляемого полного сопротивления 6.

Отсчет емкости варикапа производят непосредственно по шкале образцового конденсатора переменной емкости при точной настройке измерительного контура на частоту змерения.

Предмет изобретения

Измеритель добротности и емкости полупроводниковых приборов, основанный на комщенсации вносимых потерь в измерительном

контуре при его ударном возбуждении и содержащий по.сле,довательно соединенные генератор импульсов, схему управления, изме,рительный колтур, схему положительной обратной связи, состоящую из усилителя и аттенюатора, отличающийся тем, что, с целью по-выщ.ения троизводительности измерений, упрощения устройства и получения линейной щкалы отсчета добротности, в него введены измерительный прибор и система аетокомпенсации вносимых .потерь, состоящая из последовательно соединенных импульсного детектора, дифференцирующей цели, усилителя импульсов, двух раз,нополярных детекторов.

сравнивающего усТ|ройства, усилителя постоянного тока, импульсный детектор которой подключен к усилителю схемы положительной обратной связи, а усилитель постоянного

тока - к полному сопротивлению, управляемому нап,ряжецием, которое введено в разрыв депн между аттенюаторо,м и измерительным контурам, причем один из выходов измерительного П ри1б0ра, выполненного на основе

аналогового делителя, подключен к выходу усилителя постоянного тока, а второй - к движку переменного резистора, сопряженного кинематической связью с ротором образцового конденсатора нзмерительного контура.