Устройство для измерения параметров варикапа Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

Изобретение касается измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров р-п-переходов, в частности варикапов, емкости р-п-переходов и его активных сопротивлений. Известно устройство для измерения параметров варикапа, использующее метод резистивно-емкостного дел теля, которое содержит генератор на пряжения высокой частоты, источник напряжения смещения, высокочастотный усилитель, подключенный к токосъемнсму резистору делителя, и вольтметр 1. Однако это устройство обеспечивает измерение только одного параметра варикапа - емкости р-п-перехо да. Известно также устройство для измерения параметров варикапа, кото рое содержит генератор напряжения высокой частоты и источник напряжения смацения, которые подключаются через разделительный конденсатор к колебательному контуру. Испытуемый варикап включается в контур параллельно калибровочному конденсатору переменной емкости, по шкале которо го производится отсчет емкости вари капа при настройке контура в резонанс. Данное устройство позволяет измерить не только величину емкости варикапа при заданном напряжении смещения, но и оценить его.добротность 2 . Однако это устройство обладает невысокой точностью, низкой производительностью и не применимо для автоматизации контроля полупроводниковых приборов. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, которое содержит клеммы для подключения исследуемого прибора, соединенные с инвертирующим входом и с выходом операционного усилителя, вход которого через резистор соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход через фильтр верхних частот - с входом первого амплитудного детектора, переключатель и второй амплитудный детектор. Благодаря наличию в устройстве усилителя-ограничителя, интегратора и опорного конденсатора, через который заичыкаетоя цепь положительной обратной связи, в устройстве возникают колебания, частота которых пропорциональна емкости исследуемого прибора. Эта частота регистрируется в цифровой форме с помощью формирователя опорного интервала времени, схемы совпадения и счетчика 3.

Однако это устройство не обеспечивает измерение таких важных параметров варикапа, как активные параллельное и последовательное сопротивления его эквивалентной схемы.

1 ,.-,

Цель изобретения - расширение.

функциональных возможностей устройства для измерения параметров варикапа .

Это достигается тем, что в устройство для измерения параметров варикапа дополнительно введены генератор прямоугольных импульсов, опорный резистор, два вычитающих усилителя, инвертор, делитель напряжения, пороговое устройство, преобразователь напряжения, в интервал времени и преобразователь отношения интервалов времени в код. Выход фильтра верхних частот соединен с одним из входов первого вычитающего усилителя, второй вход которого соединен с выходом переключателя, аналоговые входы которого соединены с выходом первого амплитудного детектора, один непосредственно, другой - через инвертор а управляющий вход - с выходом генератора прямоугольных импульсов и через опорный резистор с инвертирующим входом операционного усилителя. Выход первого вычитанощего усилителя соединён с входом второго амплитудного детектора и с одним из входов порогового устройства, другой вход которого через делитель напряжения соединен с выходом второго амплитудного детектора, с входом преобразователя напряжения в интервал времени и с одним из входов второго вычитающего усилителя, другой вход которого .соединен с выходом перво.го амплитудного детектора. Входы преобразователя отношения интервалов времени в код соединены с выходами порогового устройства и преобразователя напряжения в интервал времени. Это устройство позволяет измерять не только емкость, но также последовательное и параллельное сопротивления эквивалентной схемы варикапа при фиксированном напряжении смещения. Благодаря тому, что значение емкости варикапа регистрируется в цифровсяи коде, а значения сопротивлений преобразуются в соответствующие напряжения постоянного тока, которые также могут быть измерены цифровьми вольтметрами ,- обеспечивается высокая производительность измерений и возможность автоматизации контроля полупроводниковых при.боров .

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства для измерения параметров варикапа; на

фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит клеммы для подключения исследуемого прибора 1, соединенные с инвертирующим входом и с выходом операционного усилители 2. Исследуемый варикап, эквивалентная схема которого может быть представлена последовательной цепью, состоящей из резистора, сопротивление которого равно сопротивлению rg потерь варикапа, и цепочки, составленной из параллельно соединенных конденсатора С со значением емкости, равным полной емкости р-п-перехода, и резистора R со значением сопротивлния, равным обратному сопротивлению р-п-перехода, включается, таким образом, в цепь параллельной отрицателной обратной связи операционного усилителя 2. Инвертирующий вход операционного усилителя 2 через резистор R соединён с выходсм источника 3 напряжения смещения, а через опорный резистр RO - с выходом генератора 4 прямоугольных импульсов. От источник 3 напряжения смещения задается рабочая точка исследуемого р-п-перехода по постоянному току. Выход операционного усилителя 2 через фильтр 5 верхних частот соединен с входом амплитудного детектора бис одним из входов первого вычитающего усилителя 7, второй вход которого соединен с выходом переключателя 8. Аналоговые входы переключателя 8 соединены с выходом амплитудного детектора б, причем один непосредственно, а другой - через инвертор 9.. Управляющий вход переключателя 8 соединен с выходом генератора 4 прямоугольных импульсов Сигнал с вьЬсода вычитающего усилителя 7 поступает :на вход второго амплитудного детектора 10, выход которого соединен с входами порогового устройства 11 через делитель напряжения 12, с входом преобразователя 13 напряжения в интервал времени и с одним из входов второго вычитающего усилителя 14, другой вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 6. Второй вход порогового устройства 11 соединен с выходом первого вычитающего усилителя 7, а выход - с первым входом преобразователя 15 отношения интервалов времени в код, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 13 напряжения в интервал времени. Выходами устройства являются клеммы, подключенные к выходам второго амплитуд.ного детектора 10, второго вычитающего усилителя 14 и преобразователя 15 отношения интервалов времени в код.

Устройство работает следующим образом.

С генератора 4 прямоугольных им-пульсов на вход операционного усилителя 2 через опорный резистор RO поступают прямоугольные импульсы в виде меандра (фиг. 2а). В результате действия отрицательной обратной связи, которая определяется параметрами эквивалентной схемы С, R и Гд варикапа, на выходе операционного усили геля 2 формируются импульсы сложной формы (фиг. 26) , зависящей от указанных параметров варикапа. Фильтр верхних частот 5 исключает прохождение постоянной составляющей выходного сигнала операционного усилителя 2, равной напряжению смещения на варикапе, на вход первого амплитудного детектора 6 (фиг. 2в) . Напряжение, выделенное амплитудным детекторе б, пропорционально сумме сопротивлений (Гд+R) эквивалентной схемы варикапа (фиг.. 2г) . Это напряжение U(r,.) после изменения полярности инвертором 9 с помощью переключателя 8 преобразуется в меандр (фиг. 2д) под действием напряжения с генератора 4 прямоугольных импульсов, которое подается на управлякхдий вход переключателя 8. В результате операции вычитания на выходе вычитающего усилителя 7 образуются импульсы с крутым передним фронтом и экспоненциально спадаквдим задним фронтом (фиг. 2е). Амплитуда этих импульсов, пропорциональная сопротивлению R эквивалентной схемы варикапа,- после детектирования амплитудным детектором 10 преобразуется в напряжение постоянного тока U(R) (фиг. 2ж) , которое подается на выходную клемму и может быть измерено вольтметром, в частности цифровьм. Постоянная времени спада импульсов на выходе вычитающего усилителя 7 равна произведению RC. Из напряжения U(R), прошедшего через делитель напряжения 12 (фиг. 2и) , и импульсов с выхода вычитающего усилителя 7 пороговое устройство 11 формирует прямоугольные импульсы, длительность которых tr RC (фиг. 2к) , а из напряжения U(R) преобразователь 13 напряжения в интервал времени формирует импульсы длительностью, про-, порциональной R. Из двух указанных интервалов времени в преобразователе 15 отношения интервалов вралени в код образуется цифровой код, соответствующий значению емкости С, который поступает на выходящую клемму. Из напряжений постоянного тока,и() и U(R), которые получаются на выходах амплитудных детекторов б и 10 соответственно, с помощью вычитающего усилителя 14 получается напряжение U(r), пропорциональное г (фиг. 2з), которое подается на выходную клемму и также измеряется цифровым вольтметт ром.

Таким образом, - все параметры эквивалентной схемы варикапа измеряются с помощью предложенного устройства в цифровой форме, что обеспечивает высокую производительность измерений и возможность автоматизации контроля.

Формула изобретения

Устройство для измерения парамет-ров варикапа, содержащее клеммы для подключения исследуемого прибора, соединенные с инвертирующим входом и с выходом операционного усилителя,

0 вход которого через резистор соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход через фильтр верхних частот - с входом первого амплитудного (детектора, переключатель,

5 второй амплитудный детектор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно введены генератор прямоугольных импульсов,

0 опорный резистор, два вычитакжцих усилителя, инвертор, делитель напряжения, пороговое устройство, преобразователь напряжения в интервал времени и преобразователь отношения ин5тервалов времени в код, причем выход флльтра верхних частот соединен с одним из входов первого вычитающего усилителя, второй .вход которого соединен с вьлхрдом переключателя, аналоговые входы которого соединены

0 с выходом первого амплитудного детектора, один непосредственно, другой - через инвертор, а управляющий вход - с выходом генератора прямо;угольных импульсов и через опорный

5 резистор с инвертирующим входом операционного уси1Лителя, выход первого вычитающего усилителя соединен с входом второго амплитудного детектора и с одним из входов порогового уст0ройства, другой вход которого через делитель напряжения соединен с выходом второго амплитудного детектора, с входом преобразователя напряжения в интервал времени и с одним из

5 входов второго вычитающего усилителя, другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, входы преобразователя отношения интеЕшалов времени в код соединены с выходами порогового устройст0ва и преобразователя напряжения в интервал времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Измеритель емкостей полевых

5 транзисторов Л2-34, Вопросы радиоэлектроники , серия 6, Радиоизмерительнан техника , 1972, вып. 2, с. 135.

. 2. ТРОНОВ В.Л., Федотов Я.А. Испы0тание и исследование полупроводниковых Приборов. М., Высшая школа , 1975, с. 125-126.

3. Авторское свидетельство СССР 512440, кл. G 01 R 31/26, 1976

5 (прототип).

I.f i