Устройство для измерения параметров варикапа

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез Сфветскик Социалистических Республик(51)М. Кл.2 С 01 В 31/26 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) АвтОры изобретения Н.В.Громков, А.И. Мартяшин, В,М. Тростянский, П.П. Чураков и В,М. Шпяндин Пензенский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВАРИКАПА Изобретение касается измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров р-п-переходов, в частности варикапов, .емкости р-и-переходов и его актив ных сопротивлений.Известно устройство для измерения параметров варикапа, использующее метод резистивно-емкостного делителя, которое содержит генератор на" 10 пряжения высокой частоты, источник напряжения смещения, высокочастотный усилитель, подключенный к токо- съемному резистору делителя, ивольтметр 1) . 15Однако это устройство обеспечивает измерение только одного параметра варикапа - емкости р-п-перехода.Известно также устройство для 20 измерения параметров варикапа, которое содержит генератор напряжения высокой частоты и источник напряжения смещения, которые подключаются через разделительный конденсатор к колебательному контуру, Испытуемый варикап включается в контур параллельно калибровочнсму конденсатору переменной емкости, по шкале которого 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 проиэво" дительностью и не применимо для автсматиэации контроля полупроводниковых приборов.Наиболее близким по технической сущности к предложеннсму является устройство, которое содержит клеммы для подключения исследуемого прибора, соединенные с инвертирующим входом и с выходом операционного усилителя, вход которого через реэистор 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 н опорного конденсатора, через который замыкаетоя цепь положительной обратной связи, в устройстве возникают колебания, частота которых пропорциональна емкости исследуемого прибора. Эта частота регистрируется в цифровой форме с помощью формировате ля опорного интервала времени, схемы совпадения и счетчика 31.Однако это устройство не обеспечивает измерение таких важных параметров варикапа, как активные параллельное и последовательное сопротивления его эквивалентной схемы,Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устройства для измерения параметров вари" капа.Это достигается тем, что в устройство для измерения параметров вари- капа дополнительно введены генератор прямоугольных импульсон, опорный резистор, два вычитающих усилителя, иннертор, делитель напряжения, пороговое устройство,преобраэонатель напряжения в интервал времени и преобразователь отношения интервалов времени н 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 первогоамплитудного детектора, один непосредстненно, другой - через инвертор,а управляющий вход - с выходом генератора прямоугольных импульсов и через опорный резистор с инвертирующимвходом операционного усилителя. Выход первого вычитающего усилителясоединен с входом второго амплитудного детектора и с одним из входовпорогового устройства, другой входкоторого через делитель напряжениясоединен с выходом второго амплитудного детектора, с входом преобразователя напряжения в интервал времении с одним из входов второго вычитающего усилителя, другой вход которого,соединен с выходом первого амплитудного детектора Входы преобразователя отношения интерналов времени в код соединены с выходами порогового устройства и преобразователя напряжения в интервал времени. Это устройство позволяет измерять не только емкость, но также последовательное ипараллельное сопротивления эквивалентной схемы варикапа при фиксированном напряжении смещения, Благодаря тому, что значение емкости варикапа регистрируется в цифровом коде,а значения сопротивлений преобразуются в соотнетствующие напряжения постоянного тока, которые также могут быть измерены цифровыми вольтметрами, обеспечивается высокая производительность измерений и возможность автоматизации к онтроля полупров одниковых приборов.На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства для измерения параметров варикапа; на 510 15 20 25 ЗО 35 40 50 б 5 фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройстваУстройство содержит клеммы для подключения исследуемого прибора 1, соединенные с инвертирующим нходом и с выходом операционного усилителя 2. Исследуемый варикап, эквиналентная схема которого может быть представлена последовательной цепью, со. стоящей из резистора, сопротивление которого равно сопротивлению г потерь нарикапа, и цепочки, составленной иэ параллельно соединенных конденсатора С со значением емкости, равным полной емкости р-п-перехода, и резистора В со значением сопротивления, равным обратному сопротивлению р-п-перехода, включается, таким образом, в цепь параллельной отрицательной обратной связи операционного усилителя 2, Инвертирующий вход операционного усилителя 2 через резистор й соединен с выходом источника 3 напряжения смещения, а через опорный резистр йо вс выходом генератора 4 прямоугольных импульсон. От источника 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 б и с 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 выхода вычитающего усилителя 7 поступает:на вход второго ам плитудного детектора 10, выход которого соединен с входами порогового устройстна 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 б, Второй вход порогового устройстна 11 соединен с ныходом 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 1 5 отношения интервалов времени в код.Устройство работает следующим образом.С генератора 4 прямоугольных импульсон на вход операционного усилителя 2 через опорный резистор Яр по 7082671 О ступают прямоугольные импульсы в виде меандра (фиг, 2 а), В результате действия отрицательной обратной связи, которая определяется параметрами эквивалентной схемы С, В и гв варикапа, на выходе операционного усилите- ля 2 формируются импульсы сложной форйы (фиг, 2 б), зависящей от укаэанных параметров варикапа, Фильтр верхних частот 5 исключает прохождение постоянной составляющей выходного сигнала операционного усилителя 2, равной напряжению смещения на вари- капе, на вход первого амплитудного детектора б (фиг. 2 в). Напряжение, выДеленное амплитудньи детектором 6, пропорционально сумме сопротивлений (гн+В) эквивалентной схемы варикапа (фйг 2 г). Это напряжение 0(г +В) после изменения полярности инвертором 9 с помощью переключателя 8 преобразуется в меандр (фиг. 2 д) под 20 действием напряжения с генератора 4 прямоугольных импульсов, которое подается на управлякаий вход переключателя 8. В результате операции вычитания на выходе вычитающего усилителя 7 образуются импульсы с крутым передним фронтом и экспоненциально спадающим задним фронтом (фиг. 2 е)Амплитуда этих импульсов, пропорциональная сопротивлению В эквивалент- щ ной схемы варикапа, после детектирования амплитудным детектором 10 преобразуется в напряжение постоянного тока О(В) (фиг. 2 ж), которое подается на ныходную клемму и может быть измерено вольтметром, в частности цифровьм. Постоянная времени спада импульсов на выходе вычитающего усилителя 7 равна произведению ВС. Из напряжения У(В), прошедшего через делитель напряжения 12 (фиг. 2 и), и 40 импульсов с выхода вычитакщего усилителя 7 пороговое устройство 11 формирует прямоугольные импульсы, длительность которых Г =ВС (фиг . 2 к), а из напряжения 1)(В) преобразователь 45 13 напряжения в интервал времени формирует импульсы длительностью, пропорциональной В, Из двух укаэанных интервалов времени в преобразователе 15 отношения интерналов времени в. у) код образуется цифровой код, соответствующий значению емкости С, который поступает на выходящую клемму. Иэ напряжений постоянного тока,(г +В) и Б(В), которые получаются на вйходах амплитудных детекторов б и 10 соответственно, с помощью вычитающего усилителя 14 получается напряжение (г), пропорциональное г (фиг. 2 э), которое подается на выходную клевещу и также измеряется цифровым вольтмет-. ф ромТаким образом, все параметры эквивалентной схемы нарикапа измеряются с помощью предложенного устройства в цифровой форче, что обеспечивает вы сокую производительность измеренийи возможность автоматизации контроля.Формула изобретенияУстройство для измерения параметров варикапа, содержащее клеммы дляподключения исследуемого прибора,соединенные с инвертирующим входсии с выходом операционного усилителя,вход которого через резистор соединен с выходом источника напряжениясмещения, а выход через фильтр верхних частот - с входом первого амплитудногодетектора, переключатель,второй амплитудный детектор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения функциональных воэможностей, дополнительно введены генератор прямоугольных импульсов,опорный резистор, два вычитающих усилителя, иннертор, делитель напряжения, пороговое устройстно, преобразователь напряжения в интервал времени и преобразователь отношения интервалов времени в код, причем выход ф.ультра верхних частот соединенс одним из входов первого вычитающего усилителя, второй .вход которогосоединен с выходом переключателя,аналоговые входы которого соединеныс выходом первого амплитудного детектора, один непосредственно, другой - через ицвертор, а управляющийвход - с выходом генератора прямоугольных импульсов и через опорныйрезистор с инвертирующим входом операционного усИЛителя, выход первоговычнтающего усилителя соединен с входом второго амплитудного детектораи с одним из входов порогового устройства, другой вход которого черезделитель напряжения соединен с выходом второго амплитудного детекто"ра, с входом преобразователя напряжения в интервал времени и с одним иэвходов второго вычитающего усилителя, другой вход которого соединен свыходом первого амплитудного детектора, входы преобразователя отношения интервалов времени в код соединены с выходами порогового устройства и преобразователя напряжения винтервал временй.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Измеритель емкостей полевыхтранзисторов Л 2-34. Вопросы радиоэлектроники , серия б, Радиоиэмерительная техника, 1972, вып. 2,с135,2. Аронов В,Л., Федотов Я,А, Испытание и исследование полупроводниковыхприборов, М Высшая школа, 1975,с. 125-126.3, Авторское свидетельство СССГ9 512440, кл, 6 01 В 31/26, 1976700267 и Фил Редактор А.Заказ 8478/4 Составитель Ю. ВрявгаловМаелъкин Техред З.фанта КорректорТ. Скворцо Тираж 1019 П одпис ное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д, ППП Патентфф, г. Ужгород, УЛ. Проектная, 4