Y-устройства для измерения ДП

3.2.2 Y-устройства для измерения ДП

Первое (базовое) измерительное устройство, показанное на рисунке 3.1, предназначено для измерения линейных ДПР. По структуре оно соответствует устройству по а.с. № 1580282 СССР при применении ручных операций калибровки параметров L_k и Х₀. Устройство содержит генератор 1 для электропитания измерительных цепей по переменному току, векторный вольтметр (ВВ) 2 для регистрации модуля и разности фаз переменных напряжений, элемент Z_r для моделирования внутреннего сопротивления генератора 1, если это необходимо, контакт! для подключения измеряемого ДПР с полным сопротивлением Z. В качестве элемента Z_r в первом приближении применяют резистор с учетом его паразитных параметров.

В процессе калибровки по напряжениям °, ^и*, ' и ^изопределяем параметры эквивалентной схемы по формулам (2.43), (2.47) рассчитываем индуктивности L_k, lq, если значение индуктивности L₀ будет для аттестации вектора образцовых нагрузок uq.

Y = l/W + j/<₉ (3.4)

где W - параметр, вычисляемый по формуле (2.37).

При измерении нелинейных ДПР в схему рис. 3.1 добавляем источник тока (напряжения) для смещения рабочей точки и цепочку R₍ , С_} , С₂ развязки цепей электропитания по переменному и постоянному току (рисунок 3.2).

При измерении полупроводниковых диодов источник 3 работает в режиме источника тока. ВАХ определяют по зависимости U_C(I_C), где U_c , I_c -постоянные составляющие тока и напряжения на измеряемом диоде.

Динамические параметры в виде проводимости Y определяют по формуле (3.4).

В случае обратного включения диода источник 3 переключают в режим источника напряжения. По значению напряжения U на выходе Г регистрируют полную проводимость в зависимости от напряжения обратного смещения U_c (рисунок 3.2). Полную проводимость Y рассчитывают по формуле (3.4), а значение С_бар барьерной емкости по формуле

C_6ap=Y/co, (3.5)

где со - угловая частота.

При измерении мощных нелинейных ДПР возникает проблема электропитания по постоянному току из-за большого уровня мощности, которая рассеивается на резисторе rj (рисунок 3.2). Для устранения этого эффекта предлагается использовать схему рисунок 3.3, в которой в отличии от схемы рисунок 3.2 резистор R] шунтирован катушкой индуктивности lj.

Измерение параметров ДПР производится также как в случае применения устройства на рисунке 3.2. При этом постоянная составляющая тока проходит через катушку li без падения напряжения на ней. Внутреннее сопротивление генератора 1 составляет включенные в параллель по переменному току сопротивления Z_r , ri и coL]. Сопротивление toL] в рабочем диапазоне частот выбирается из уровня

Оптимальный режим при измерении динамических параметров достигается при условиях [51]

3.3 Устройства для измерения МП

В качестве базового для первого из рассматриваемых устройств выбрано устройство по А.с. 1084709 СССР, МКИ G 01 R 31/26 [1]. Развитие устройства произведено с учётом способа измерения по А.с. 1317370 СССР, МКИ G 01 R 27/32 [2]. Структурная схема первого устройства приведена на рисунке 3.4.

Устройство содержит: генератор синусоидального напряжения (ГСН), выход которого соединён с опорным выходом векторного вольтметра (ВВ) и первыми выходами К1 и К2, вторые выходы которых соединены с общей шиной; программатор (П), выводы которого соединены с управляющими входами переключателей ю, К2 и КЗ; входы переключателя КЗ соединены с базовым и коллекторным контактами держателя транзистора (ДТ), а его выход с измерительным входом ВВ.

Выход переключателя К\ через цепочку С2, R2 соединены с базовым входом ДТ, а выход переключателя К2 через цепочку СЗ, R3 соединён с коллекторным входом ДТ. выход усилителя (У) через резистор R\ соединён с базовым входом ДТ для электропитания базы транзистора по постоянному току, а выход источника тока (ИТ) через резистор R5 соединён с коллекторным входом VTI по постоянному току. Делитель на резисторах R4, R6 предназначен для деления напряжения U_t. Его выход соединён с входом У. Источник опорного напряжения (ИН). Через резистор R6 соединён с входом У. Конденсаторы С2 и СЗ служат для разделения цепей постоянного и переменного тока, а конденсаторы С1, СЗ, С 4 и С5 для развязки указанных цепей. Блок питания (БП) предназначен для электропитания по постоянному току блоков П и У.

Применение устройства по рисунку 3.4 позволяет стабилизировать рабочую точку (РТ) со стороны коллектора независимо от типа или структуры транзистора. Рассмотрим процесс стабилизации РТ на примере биполярного транзистора п-р-п структуры.

напряжение U_k рассчитывают по формуле

На практике коэффициент K_Q выбирают в интервале 0,1-0,5. Таким образом, РТ транзистора VTI определяют ток I_k на выходе ИТ и напряжение U₀ на выходе ИН. При использовании программируемых ИТ и ИН процесс установления РТ можно автоматизировать, управляя источниками от ПК.

Для измерения Y - параметров устройство на рисунке 3.4 в отличие от устройства [1] было приспособлено для измерения в режиме определённом способом [2]. Для этого предварительно измерительную схему калибруют в режиме холостого хода с помощью образцовых мер Z_OI и Z₀₂ и измеряют матрицу С/₀ полюсных напряжений холостого хода, а в рабочем (при подключенном транзисторе) режиме измеряют матрицу U₉ элементами которой служат полюсные напряжения при прямом и обратном включении транзистора.

Управление режимом измерения производится программатором П с помощью ключей Kl-КЗ. Соответствующие напряжения регистрируют с помощью ВВ подключённого к выходу ключа КЗ.

Для калибровки устройства в режиме холостого хода первую образцовую меру Z₀₁ подключают между 1 и 3 контактами ДТ и при нормальном положении Kl-КЗ измеряют напряжение С/₀, на базовом контакте ДТ. Далее переключатели Kl-КЗ приводят в рабочее состояние. Вторую образцовую меру Z₀₂ подключают к контактам 2 и 3 ДТ и измеряют напряжение t/₀₂ на коллекторном контакте ДТ. Напряжения С7₀₁ и С/₀₂ составляют вектор калибровочных напряжений U_k.

Для определения матрицы Y сначала рассчитывают матрицы передачи К₀ - холостого хода и К нагруженного режима по формулам

При определении У - матрицы транзистора по формулам (3.7) - (3.11) принципиально исключаются систематические погрешности, вносимые паразитными индуктивностями и ёмкостями измерительных цепей, а также входной цепи ВВ. Также исключаются мультипликативные погрешности, возникающие при измерении модулей комплексных напряжений и аддитивные при измерении разностей их фаз, так как в расчётных формулах используются отношения этих напряжений. Однако возникают определённые сложности при аттестации сопротивления Z_n, что вызывает дополнительные погрешности. Эти погрешности можно исключить при применении второго измерительного устройства, структурная схема которого показана на рисунке 3.5.

Устройство на рисунке 3.5 получаем из устройства на рисунке 3.4 путём исключения переключателя КЗ и введения второго ВВ. В этом случае первый ВВ1 и второй ВВ2 векторные вольтметры постоянно подключены к базовой и коллекторной цепям. Поэтому сопротивление Z_n каждого из них постоянно входит в состав измерительных цепей и в его аттестации нет необходимости.

Режимы работы первого и второго устройств по постоянному и переменному току полностью идентичны, но во втором устройстве отсутствуют коммутации ВВ. Расчёт Y - матрицы транзистора производят по формулам, полученным из формул (3.7) - (3.11) при Z_n -> со.

Тогда коэффициенты матриц К_(] и К производят по формулам

Существенный недостаток рассмотренных выше устройств заключается в том, что при измерениях транзисторов средней и большой мощности возникают сложности их электропитания по постоянному току из-за разогрева этих резисторов, особенно коллекторного резистора R5.

Эти недостатки можно исключить путём шунтирования резисторов Ш и 5 катушками индуктивности, как это показано на рисунке 3.6.

Третье измерительное устройство разработано на базе второго. В этом случае резисторы R1 и R5 шунтированы катушками индуктивности II и L2 соответственно. Так как напряжение U_k и напряжение на выходе ИТ равны,

то делитель R4, R6 представилось возможным подключить к выходу ИТ. Тем самым исключено шунтирующее влияние делителя Д4, R6 на коллекторную цепь. Назначение остальных элементов такое же, как и на схемах на рисунках 3.4 и 3.5. Статический режим устанавливается таким же образом как в схемах на рисунках 3.4 и 3.5. Динамические тесты по определению матриц U_Q9 U и вектора U_k производятся аналогично тестам устройства на рисунке 3.5. Для расчёта Y - матриц используются формулы (3.7) - (3.13). Индуктивности LI и L2 рассчитывают по формулам

Устройства на рисунках 3.4 - 3.6 позволяют путём реализации активного факторного эксперимента получить информацию для описания ВАХ транзистора в пространстве системы

Анализ схемы рис.3 показывает, что путём её преобразования и при упрощении структуры можно реализовать режим измерения ВАХ в пространстве системы

U_s=U_e(l_e,U_k). (3.16)

В результате получаем четвёртую измерительную схему (рисунокЗ.7). Назначение элементов схемы на рисунке 3.7 кроме источников ИН1, ИН2 и резистора R4 такое же, как и на схеме рисунка 3.5. В процессе работы схемы напряжение на выходе источника ИН2 определяет напряжение u_k, источника ИН1 и резисторы R1₉ R4 вырабатывают ток базы 1₆. Чтобы схема генерирования тока 1_б соответствовала условию источника тока, выбор резистора R4 должен отвечать условию

(R4 + R6)> 100(Д2 R₆), (3.17)

где R₆ - сопротивление базы по постоянному току.

При выполнении условия (3.17) ток базы будет прямо пропорционален напряжению на выходе ИН1. Таким образом, рабочую точку (ток 1_б и напряжение U_k) транзистора будет определять напряжения на выходах ИН1 и ИН2.

Динамические тесты по определению матриц t/₀, U и вектора U_k и расчёт Y - матрицы производятся аналогично тестам и расчётам в случае схемы на рисунке 3.6.

В схемах на рисунках 3.4 - 3.7 выделена часть, обозначенная ИГ, представляет собой измерительную головку, которую предлагается конструировать в виде сменного модуля. Принципиальные схемы ИГ в рассмотренных случаях практически одинаковы. Различия будут связаны с конструктивными (типоразмер корпуса, конструкция выводов) и электрическими (мощность, входные и выходные сопротивления) параметрами измеряемых транзисторов, которые будут определять конструкции и номинальные значения элементов ИГ.

Определив часть схемы, кроме ИГ, как базовую получаем возможность широкого маневра, измерительным процессом используя для измерения транзисторов "магазин" ИГ.

Таким образом, в результате анализа структурных схем (рисунки 3.4 -3.7) показано что, во-первых, есть возможность измерения статических и динамических параметров транзистора на одной технологической установке, во-вторых, имеется возможность использования различных вариантов измерительных устройств, в-третьих, целесообразность выделения части измерительной схемы в виде PIT.

Отличительное свойство рассмотренных устройств состоит в том, что они могут быть эффективно использованы в автоматизированных информационно-измерительных системах для измерения параметров моделей, ориентированных на применение в информационных базах данных САПР и диагностику качества радиокомпонентов.

Важным достоинством этих устройств является отсутствие принципиальных ограничений на диапазон частот. Не представляет сложности осуществить измерения на частотах до сотен МГц.

Похожие работы

Совершенствование организации управленческого труда в организации

Скачать

128462

1

16

... приведен полный перечень и расчетные формулы используемых для оценки ТК РЭА количественных показателей. 3.2 Разработка информационного обеспечения системы показателей эффективной организации управленческого труда в организации и технологичности конструкции изделий и их составных частей Стандартами ЕСТПП введена система количественных оценок технологичности конструкций, охватывающая всю ...

Поисково-разведочные работы. Восточные Саяны

Скачать

95619

8

4

... (кимберлиты, лампроиты) и сопровождающихся процессами брекчирования, катаклаза, милонитизации и метасоматоза. Наиболее крупные глубинные разломы, прослеживающиеся на Шангулежской площади - Присаянский глубинный разлом, отделяющий структуру Восточного Саяна от Сибирской платформы, и субпараллельный ему Очкосовский, осложняющий восточную границу Бирюсинского купола. 4.2 Ураноностность площади. В ...

Концепция системы управления РУПП "Витязь"

Скачать

81636

14

5

... в соответствии со складывающейся ситуацией, изменение маркетинговой политики, разработка и реализация программ по увеличению продаж. 2. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 2.1 Определение миссии РУПП «Витязь»   Миссия РУПП «Витязь» - обеспечение потребителей высококачественной продукцией, как телевизионной и спутниковой техникой, так и медицинской техникой, а также другими ...

Интеллектуальные датчики

Скачать

123695

1

3

... ИД состоит в выполнении им, помимо основной функции, функции автоматического метрологического самоконтроля - контроля метрологической исправности. Для повышения эффективности проектирования интеллектуальных датчиков необходимо создание баз данных, касающихся: 1. физических и химических процессов в чувствительных элементах датчиков, порождающих рост опасных составляющих погрешности; 2. динамики ...