Измеритель добротности варикапов

,51 с 01 НОМИТЕТ ССНИЙ И ОТНРЦТ ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЗОБ Е ИЗ ПИСА ЕТ ЕНИЯ ВТОРСК СВИД 3455696/18-21 16.06.82 30.10.83, Бюл В.И.Усик, С.Б .Добронольски Новосибирский рситет им.Лен 621.382.2(088 1. Авторское 275, кл. С 0 Авторское св 272, кл, 6 01 отип).(71) унив (53) рственный комсомол госуд нског 8) нидет К 31 детел К 27/ льство СС26, 1979.ство СССР6, 1979 Р 65 (про(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИВАРИКАПОВ, содержащий генератор, усилитель, линейный детектор, первый ивторой постоянные конденсаторы, первый и второй разнязывающие элементы,третий развязывающий элемент, соединенный первым выводом с вьпСодом первого раэвяэынающего элемента, вторымвыводом - с первым выводом первогопостоянного конденсатора, о т л ич а ю щ и й с я тел, что, с цельюповышения точности измерений, в неговведены регулируемый усилитель, усилитель постоянного тока, переменныйрезистор, переменный конденсатор,резистор, источник опорного напряжения, трансформатор, нуль-орган, пер"вый и второй синхронные детекторы,причем первый выход генератора соединен с первыми входами первого и второго синхронных детекторов, второйвыход - с первым входом регулируемогоусилителя, соединенного первым выходом через линейный детектор с первойвыходной клеммой устройства, вторымвыходом через первичную обмотку тран ЯО 1 514 А об ей шиной ст ойст сформатора - с щ У Р ва, первый вывод вторичной обмотки трансформатора соединен через пере- менный конденсатор с первым выводом второго постоянного конденсатора, с входом усилителя и с первой клеммой для подключения контролируемого варикапа, вторая клемма для подключения которого соединена с второй выходной клеммой устройства, с первым выводом первого постоянного конденсатора, соединенного вторым выводом с вторым выводом вторичной обмотки трансфорлатора, третий вывод которого соединен с общей шиной устройства, с которой соединены второй вывод первого постоянного конденсатора и первый щ вывод резистора соединенного вторым выводом с входом усилителя, первый выход которого соединен с вторым входом первого оннхронного детехтора, соединенного выходом через нуль- орган с входом первого развязынающего элемента, непосредственно - с третьей выходной клеммой устройства, четвертая выходная клемма которого соединена с первым выводом переменного резистора, соединейного вторым выводом с выходом источника опорного напряжения, третьим выводом - с общей шиной устройства, первым выводом - с первым входом усилителя постоянного тока, нторой нход которого соединен с выходом нторого синхронного детектора, выход через второй развязываю щий элемент - с вторым входом регулируелого усилителя, ротор переменного конденсатора соединен механически с первым выводом переменного резис 1051469Изобретение относится к контроль=но-измерительной технике и можетбыть использовано в производствеполупроводниковых приборов для измерЕния добротности варикапов, а также р-ф-переходов, барьерон Шотки,МДП-структур и других нелинейных элементов,Известно устройство дпя контроляпараметров варикапа, содержащее управляемый преобразователь, регулирующий блок, источник опорного напряжения, блок управления, блок сравненияблок регистрации, коммутатор, источник смещения, генератор, емкости,резисторы и клемм для подключения 15испытуемого варикапа 113 .данное устройство позволяет измерять емкость и коэффициент перекрытия варикапа, однако не измеряетего добротности, т.е, .имеет ограниченные функциональные возможности.Наиболее близким к предлагаемомуявляется измеритель добротности вари.капов, содержащий генератор, усилитель, блок выделения экстремума, выполняющий Функции линейного детектора, первый и второй постоянные конденсаторы, первый и второй разняэывающие элементы, третий развязывающий элемент, соединенный первым выводом с выходом первого развяэынающего элемента, а вторым выводом - спервым выводом первого постоянногоконденсатора 2.Известное устройство позволяет автоматически измерять добротность варикапов, однако обладает рядом недостатков, уменьшающих точность измерений.Наличие в колебательном контуредвух варикапов - испытуемого и эталон ного - приводит к тому, что сигнална входе измерительного контура н момент резонанса зависит от добротностиобоих нарикапон. Для того, чтобы выделить сигнал, пропорциональный добротности испытуемого варикапа, в из.-.меритель добротности введено вычисли.тельное устройство и еще один эталонный варикап, Напряжение на выходевычислительного устройства зависитот напряжения 0 , пропорциональногонапряжению резонанса в контуре, напряжения О , соответствующего емкости контура в момент резонанса, напряжения ВЭ , пропорционального емкости эталонного варикапа в момент,резонанса и контуре, и от добротности эталонного варикапа. Напряжения Ои ИВ , вводимые на входы вычислительногО устройства, зависят,от" стабильности амплитуды и частоты. кроме того величина напряжения 0 зависит отстабильности коэффициента усиленияусилителя и точности устройства выде-;ления экстремума, авеличина напряжения 08 - от точности преобраэова ния емкости эталонного нарикапа, не стоящего в измерительном контуре, в напряжение и точности выделения максимального напряжения измерительным блоком. Величина напряжениязависит от стабильности частоты и амплитуды генератора высокой частоты.Так как вольтфарадная зависимость эталонного варикапа, стоящего н контуре, заменяется эанисимостью другого варикапа, то точность измерения добротности всегда ниже, чем точность, с которой подобраны нольтфарадные зависимости двух нарикаповСобственная погрешность вычислительного устройства также вносит дополнительный вклад в ошибку измерений.цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем что в измеритель добротности варикапон, содержащий генератор, усилитель, линейный детектор, первый и вторЬй постоянные конденсаторы, первый и второй развяэывающие элементы, третий раэняэывающий элейент, соединенный первым выводом с выходом первого развязывающего элемента, вторым выводом - с первым выводом первого постоянного конденсатора, ннедены регулируемый усилитель, усилитель постоянного тока, переменный резистор, переменный конденсатор, резистор, источник опорного напряжения, трансформатор, нуль-орган, первый и вто-. рой синхронные детекторы, причем первый выход генератора соединен с первыми входами первого и второго синхронных детекторов, второй выходс первым входом регулируемого усилителя, соединенного первым ныходом через линейный детектор с первой выходной клеммой устройства, вторым выходом через первичную обмотку трансформатора - с общей шиной устройства, перный вынод вторичной обмотки трансформатора соединен через переменный конденсатор с первым ныводом второго постоянного конденсатора, с входом усилителя и с первой клеммой для подключения контролируемого вари- капа, вторая клемма для подключения которого соединена с второй выходной клеммой устройства, с первым .выводом первого постоянного конденсатора, соединенного вторым выводом с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора, третий вывод которого соединен с общей шиной устройства, с которой соединены второй вывод первого постоянного конденсатора и первый вывод резистора, соединенного вторым выводом с входом усилителя, первый выход ,которого соединен с вторым входом первого синхронного детектора, соединенного выходом через нуль-орган с входом первого развязынающего элемента, непосредственно - с третьейступает на первый вход регулируемого усилителя 11, с второго выхода кото. рога поступает на измерительный мост 20. Обозначим амплитуду сигнала на выходе регулируемого усилителя 11 через ц ре . Пропорциональная часть этого сигнала, пройдя через кондея,сатор 13, включенный в одно плечо моста 20, и через испытуемый варикап 14, выделяется в виде сигнала раэбаланса на емкостной нагрузке - кон денсаторе 5, имеющем емкость Сгг,причем реактивное сопротивление конденсатора 5 выбрано значительно меньшим сопротивления резистора 15, который служит для замыкания цепи смещения 15 варикапа 14 по постоянному току. Далее сигнал усиливается с помощью усилителя 2 с большим входным импедансом, затем с помощью синхронного детектора 9 выделяется емкостная сос-;г 0 тавляющая сигнала раэбаланса. Постоянное напряжение 0. , вырабатываемое синхронным детектором 9, поступает на нуль-орган 16 и через развязывающие элементы 6 и 8 изменяет емкость варикапа 14 таким образом, чтобы сиг нал 0 С на выходе синхронного детектора 9 был равен нулю. Условие Ос =0 означает, что мост 20 сбалансирован по емкости и эталонная емкость конденсатора 13 (С эг) райна эквивалент ной емкости (С) варикапа 14, т.е,ЭТ(2)Амплитуда переменного сигнала, поступ цощего на варикап 14, выбирается достаточно малой, чтобы измере-. ния велись в линейном режиме. Активная несбалансированная часть сигнала выделяется синхронным детектором 10 и появляется на его выходе в виде постоянного напряжения 0 . Вследствие малости амплитуды переменного сигнала на варикапе при условии( сд СН (достаточно взять Я0,010 С н) напряжение 0 пропорционально проводимости варикапа Сг , а также дюрер и емкостному нагрузочному сопротивлению 1Ы СН, т.е.и =Ь С50где А - константа.Напряжение Ог поступает на первый входфусилителя 19 постоянного тока, на второй вход которого поступает с источника 18 опорное напряжение 0 ,пропорциональное эталонной емкости, т.е. 0 = ц Сэг Ц , где 0 р = СОПМ - напряжение йсточника 18 Ж - коэффициент пропорциональности. Раэностный сигнал усиливается усили телем 19 и через развяэывающий элемент 7 поступает на вход регулируе-мого усилителя 11, изменяя егоусиление и соответствеино 0 рег так, чтобы 0 поддерживалось равным 65 опорному напряжению 0, с высокойточностью, т,е,О,: Ц:кО,. Подставляя (4) в (3) и учитывая(1) и (2 ), получимг,"сан "Сэт 86 дСдс,- ВОф "оигде 8 = - .: сол;1ДНапряжение О Рр с второго вхоцарегулируемого усилителя 11 поступаетна вход линейного детектора 3, затемвыпрямленное напряжение, пропорциональное Орег, а следовательно, идобротности О , поступает на выходустройства. Одновременно регистрируется напряжение на подвижном контакте резистора 17, пропорциональноеемкости варикапа 14, напряжение смещения варикапа 14 после развязывающего резистора 8 и напряжениена выходе синхронного детектора 9 сцелью контроля работы обратной связи,Для получения сигнала 0 как можно большим надо уменьшить емкостьконденсатора 5 (Сг,), не нарушая условия. 0,01 Ы Сгг. Так как приборы регистрируют С 9 и 0 это условиелучше записать следующим образомС 100 СЯ.Калибровку предлагаемого измерителя можно проводить как по эталоннымпассивным цепочкам, состоящим из параллельно включенных емкости и сопротивления, так и по эталонному варикапу с параметрами, измеренными заранее,Такигл образом, в предлагаемомизмерителе за счет введения отрицательных обратных связей устраняетсявлияние на точность измерений как нестабильности амплитуды генератора 1,так и нестабильности коэффициентаусиления усилителей 2, 11 и 19. Кстабильности частоты генератора 1 визмерителе также не предъявляется каких-либо специальных требований.В измерителе добротности сигнал,пропорциональный добротности, получается непосредственно без каких-либовычислений, что устраняет ошибки,возникающие при использовании вычислительного устройства,В отличие от известного в предлагаемом измерителе не используктсяэталонные варикапы, которые из-за неидентичности вольтфарадных характеристик и неидеальности (они имеютдобротность того же порядка, что идобротность изиеряемгх объектов) вносят дополнительные погрешности измерения, В результате совместного действия укаэанных факторов точность измерения,добротности варикапа существенно возрастает.1051469 итель В.ДворкиМ.Тепер Сосц Тех корректор И.Эрдейи Подписно Филиал ППП фПатентф, г.Ужгород, ул.Проектн едактор М.Рачкулинаказ 8659/45ВНИИПИ Гопо делам113035, Мо ираж 710рственного комитета СССРобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д,4/5