SU1133563A2 - Устройство дл измерени комплексной проводимости - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ по авт. св. 987535, отличающеес  тем, что, с целью.увеличени  точности измерений, в него введены четвертый синхронный детектор, четвертый усилитель посто нного тока, второй источник опорного напр жени  и втора  RC-цепь, причем первый вход четвертого синхронного детектора подключен к выходу второго селективного усилител , а второй вход подключен к второму выходу первого высокочастотного генератора, а выход четвертого синхронного детектора подключен к первому входу четвертого усилител  посто нного тока, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напр жени , а выход через вторую RS -цепь соединен с вторым входом выходного блока, выполненного 5 управл емым.

Description

СО СО

сл

а

ю Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  автоматического измерени  и контрол  электро- и радиотехнических компонент типа двухполюсНИКОВ , а также дл  измерени  комплексной проводимости полупроводниковых структур (МДП, диоды, барьеры Шоттки, фотодиоды, транзисторы и др.) в зависимости от посто нного пол ризующего напр жени  и переменного тест-сигнала. Но основному авт, св. № 987535 из .вестно устройство, содержащее высокочастотный первый генератор, первым выходом соединед1ный с первым входом управл ющего фазовращател , выход которого соединен с первым входом первого балансного смесител , выход которого , через фильтр низких частот соединен с входом выходного блока, первый выход которого соединен с первым выводом измер емого двухполюсника , второй вывод которого соединен с входом переключател  пределов, вывходом соединенного с входом первого широкополосного усилител , выход которого соединен с первым входом второго балансного смесител , выход которого соединен с входом первого селективного усилител , вькодом соединенного с первыми входами первого и третьего синхронных детекторов, въкоды которых соединены с входами соответственно третьего и второго усилителей посто нного тока, выходы ко-. торых подсоединены к регистраторам проводимости и емкости соответственно первый выход выходного блока соединен также с первым выводом эталонного конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом измерительного конденсатора, второй вывод которого соединен с земл ной шиной, первый вывод измерительного конденсатора соединен с входом второ го широкополосного усилител ,.выход которого соединен с первым входом третьего балансного смесител , выход которого соединен с входом второго селективного усилител , выходом соединенного с первым входом второго синхронного детектора, выход которог соединен с первым входом первого уси лител  посто нного тока, второй вход которого подключен к первому источни ку опорного напр жени , а выход чере первую Я5 -цепь соединен с вторым вхо дом управл емого фазовращател , блок посто нных смещений, первый выход которого соединен с первым выводом измер емого образца, а второй выход подключен к внешнему регистратору напр жени , второй выход выходного блока подключен к внешнему регистратору частоты и к входу преобразовател  частота - напр жение, выход которого подключен к внешнему регистратору , второй выход первого высокочастотного генератора подключен к вторым входам первого, второго и третьего синхронных детекторов, автоматический блок управлени , выход которого подключен к входу второго (перестраиваемого) высокочастотного генератора, выход которого соединен С вторым входом первого, второго и третьего балансных смесителей l. Недостатком известного устройства  вл ютс  погрешности ввиду неравномер ности амплитудно-частотной характеристики усилительного тракта. Дополнительные погрешности в устройстве имеют место также ввиду нестабильности амплитуды перестраиваемого высокочастотного генератора при изменении частоты. Цель изобретени  - увеличение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем,-. что в устройство дл  измерени  комплексной проводимости введены четвертый синхронный детектор, четвертый усилитель посто нного тока, второй источник опорного напр жени  и втора  R5 -цепь, причем первый вход четвертого синхронного детектора подключен к выходу второго селективного усилител , а второй вход подключен к второму выходу первого высокочастотного генератора, а выход четвертого синхронного детектора подключен к первому входу четвертого усилител  посто нного тока, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напр жени , а выход через вторую R5 -цепь соединен с вторым входом выходного блока, выполненного управл емым. Введение новых блоков и их св зей позвол ет полностью устранить погрешности , возникаюп(ие вследствие нестабильности амплитуды пересматриваемого ВЧ-генератора и выходного блокад а также вследствие нелинейности -.амплитудно-частотной характеристики широкополосных усилителей и ба- лансных смесителей. Это позвол ет повысить точность измерени  устройства . На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит первый высокочастотный генератор 1, управл емый фазовращатель 2, первый балансный смеситель 3, фильтр 4 низких частот, управл емый выходной блок 5, блок 6 посто нных смещений, автоматический блок 7 управлени , второй (престраиваемый ) высокочастотный генератор 8 первый широкополосный усилитель 9, второй балансный смеситель 10, пер ,вый селективный усилитель 11, первый синхронный детектор 12, третий усилитель 13 посто нного тока, третий синхронный детектор 14, второй усилитель 15 посто нного тока, второй широкополосный усилитель 16, третий балансный смеситель 17, второй селективный усилитель 18, второй синхронный детектор 19, первый усилитель 20 посто нного тока, первую RS-цепь 21, преобразователь 22 часто та-напр жение, измер емый двухполюсник 23, переключатель 24 пределов, зталонный конденсатор 25, измерительный конденсатор 26, первый источник 27 опорного напр жени , четвертый синхронный детектор 28, четвертый усилитель 29 посто нного тока второй источник 30 опорного напр жени , вторую R5-цепь 31. Первый генератор 1 первым выходо соединен с первым входом управл емо го фазовращател  2, выход которого соединен с первым входом первого ба лансного смесител  3, выход которог соединен с входом фильтра 4 низких частот, выход которого соединен с входом управл емого выходного блока 5, первый выход которого соединен с первьш вьшодом измер емого двухполю ника 23, второй вывод которого соед нен с входом переключател  24 преде лов, выход которого соединен с вход первого широкополосного усилител  9 выкод которого соединен с первым вх дом второго балансного смесител  10 выход которого соединен с.входом первого селективного усилител  11, выходом соединенного с первыми входами первого 12 и третьего 14 синхронных детекторов, выходы которых соединены с входами соответственно третьего 13. .и второго 15 усилителей 1 34 посто нного тока, выходы которых подключены к внешним регистраторам проводимости и емкости соответственно; первый выход выходного блока 5 соединен также с первым выводом эталонного конденсатора 25, второй вывод которого соединен с первым выводом измерительного конденсатора 26, второй вывод которого соединен с об- щей шиной; первый вывод измерительного конденсатора соединен также с входом второго широкополосного усилител  16, выход которого соединен с первым входом третьего балансного смесител  17, выход которого соединен с входом второго селективного усилител  18, выход которого соединен JC первыми входами второго 19 и четвертого 28 синхронных детекторов, выходы которых подключены;к первым входам первого 20 и четвертого 29 усилителей посто нного тока, к вторым входам которых подключены выходы соответственно первого 27 и второго 30 источников опорного напр жени ; выход первого усилител  20 посто нного тока через первую RS-цепь 21 подключен к второму входу управл емого фазовращател  2, а выход четвертого усилител  29 посто нного тока через вторую R5 -цепь 31 подключен к второму входу выходного блока 5. Блок 6 посто нных смещений, первый выход которого соединен с первым выходом выходного блока 5, вторым выходом подключен к внешнему регистратору напр жени ; второй выход вькодного блока 5 подключен к внешнему регистратору частоты и к входу преобразовател  22 частота - напр жение, выход которого подключен к внешнему регистратору; второй выход первого ВЧгенератора 1 подключен к вторым входам первого 12, второго 19, третьего 24 и четвертого 28 синхронных детекторов , вход второго (перестраиваемого ) ВЧ-генератора 8 подключен к выходу автоматического блока 7 управлени , а выход подключен к вторым входам первого 3, второго 10 и третьего 17 балансных смесителей. Устройство работает следующим образом . ВЧ-сигнал от ВЧ-генератора 1 с частотой S2 поступает через управл емый фазовращатель 2 на вход балансного смесител  3, на второй вход которого поступает ВЧ-сигнал от пе -рестраиваемого ВЧ генератора О, частота которого может автоматически измен т с  от значени  Q до о. После смеши вани  в балансном смесителе 3 и прохождени  через фильтр низких частот 4 на входе выходного блока 5 по вл етс  сигнал, частота которого равна« и может автоматически измен тьс  от СЗц Qj - Л до 63 g О, -Я . Таким образом , на выходе выходного блока 5 в А по вл етс  напр жение Ll«e e , где IA - амплитуда переменного сигнала, котора  может i eryлироватьс  в выходном блоке 5; ( фаза этого сигнала, котора  может регулироватьс  в управл емом фазовра щателе 2. Далее к точке А подключены два структурно-идентичных канала, один из которых  вл етс  непосредственно измерительным, а второй исполь зуетс  в цеп х автоподстройки амплитуды и автоподстройки фазы. Таким образом, сигнал с выхода выходного блока 5 поступает на эталонный ,1конденсатор 25 (С) с большой добротностью , при этом на измерительном конденсаторе 26 () вьщел етс  напр жение,- пропор1Ц1ональное току, текущему через конденсатор 25 (С) так что напр жение, присутствующее на входе широкополосного усилител  16 в точке В, равно Jut {( - С„,,А С вьрсода широкополосного усилител  16 усиленный сигнал с частотой W О) W g поступает на вход балансного смесител  17, на второй вход кот рого от перестраиваемого ВЧ-генерат ра 8 поступает напр жение посто нно амплитуды с частотой от (о до W .Си налы этих частьт смешиваютс  в балансном смесителе 17 и поступают н вход селективного усилител  18, где происходит вццеление частоты П (Я Oj-a),w,-G}j). Таким образом, на вь1ходе селекти ного усилител  18 по вл етс  напр жение с частотой 51, равное int (41. kC e :A (j)e соответственно амплитуда и фаза сигнала на входе широкополосного, усилител  16; множители А(ы) определ ют амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики трактов усилени  и преобразовани  частоты. Это напр жение поступает на входы синхронных детекторов 19 и 28, на вторые входы которых поступает опорное напр жение от ВЧ-генератора 1 с частотой 51. Синхронный детектор 19 настроен на реактивную компоненту сигнала, так что на его выходе по вл етс  посто нное напр жение, пропорциональное U.ftiul r- smitffl uCpCu. Это посто нное напр жение поступает на усилитель 20 посто нного тока, где сравниваетс  с опорным напр жением от источника 27 опорного напр жени , усиливаетс  и через RS-цепь 21 подводитс  к второму входу управл емого фазовращател  2, замыка  цепь отрицательной обратной св зи автоподстройки фазы. Эта св зь работает таким образом, что напр жение на выходе синхронного детектора 19 поддерживаетс  равным нулю, т.е. выполн етс  условие Sin (Cf д ((.или(|)д1-вц|(, (1) так что набег фазы в усилительных трактах utf (w) при изменении частоты сигнала автоматически компенсируетс  изменением фазы в точке А. Синхронный детектор 28 настроен на активную компоненту сигнала, так что на его выходе по вл етс  посто нное напр жение , пропорциональное C06(tfftfKCf(oj)l или,учитыва  (1), UftlV Это посто нное напр жение поступает на усилитель 29 посто нного тока, где сравниваетс  с опорным напр жением от источника 30, усиливаетс  и черезRS -цепь 31 подводитс  к второму входу управл емого выходного блока 5, замыка  цепь отрицательной обратной св зи автоподстройки амплитуды . Эта св зь работает таким образом, что напр жение на выходе синхронного детектора 28 поддерживаетс  равным опорному напр жению источника 30 с точностью лучше 1%, U.Hwl -con6t или, учитыва , что С и С, - пост  нные величины, имеем на выходе синхронного детектора 28 UftMu) . (2) Гаким образом, нелинейность АЧХ усилительных и частотнопреобразова-, тельных блоков, а также нестабиль-;: ность амплитуды сигнала от перестраиваемого ВЧ-генератора 8 автоматичес ки компенсируетс  изменением амплиту ды тест-сигнала в точке А. Одновременно сигнал с выхода выходного блока 5 поступает на измер емый двухполюсник 23, при этом на измерительном конденсаторе 26 (С„,д,) который.в зависимости от требуемой точности и диапазона измерений выбираетс  переключателем 24 пределов, возникает напр жение, пропорциональное току, текущему через образец, так что напр жение, присутствующее на входе широкополосного усилител  9 в точке С, равно ( г -G )с выхода широкополосного усилител  9 усиленный сигнал с частотой со g поступает на вход балансного смесите л  10, на второй вход которого от перестраиваемого ВЧ-генератора 8 поступает напр жение посто нной амплитуды с частотой от Wj доСО. Сигналы этих частот смешиваютс  в балансном смесителе 10 и поступают на вход селективного усилител  11, где происходит вьзделение частоты S () (.). Таким образом, на выходе селективного усилител  11 по вл етс  напр жение с частотой , равное , ) Это напр жение поступает на синхронные детекторы 12 и 14 и далее через усилители 13 и 15 посто нного тока на внешние регистраторы. На вторые входы синхронных детекторов 12 и 14 поступает опорное напр жение от ВЧгенератора 1 с частотой S2. Синхронный детектор 12 настроен на реактивную компоненту сигнала, так что на его выходе присутствует посто нное напр жение, равное U I M Cx4ifl tfAntfMV d co5ic| tbq)H. Синхронный детектор 14 настроен на активную компоненту сигнала, так что на его выходе имеем посто нное напр жение , равное: )СхС051Чч + ЛЧ1и)- 5 п1ЧА+йС(Ц. Так как каналы, содержащие усилитель 9, смеситель 10, усилитель 11 и усилитель 16, смеситель 17, усилитель 18, выполнены идентичными и, учитыва  вьтолнение условий (1) и (2), при изменении частоты переменного тест-сигнала имеем на выходе синхронного детектора 12, согласно (3) , сигнал, пропорциональный Q)( /w , а на выходе синхронного детектора 14, согласно (4), сигнал, пропорциональный Сх, которые ерез усилители 13 и 15 посто нного тока поступают на внешние регистрирующие блоки. С выхода выходного блока 5 сигнал поступает на вход преобразовател  22 частота - напр жение, где происходит логарифмическое преобразование частоты О ц- Wg в напр жение, которое далее подаетс  на один из входов двухкоординатного самописца дл  записи зависимостей Q,,/о-ЕпСЦилиСу (ы). Одновременно на выходе i происходит 1Щфрова  индикаци  частоты, подаваемой на исследуемый образец. С.выхода автоматического блока 7 управлени  на вход (перестраиваемого ВЧ-генератора 8 поступает посто нное или пилообразное напр жение дл  электронной перестройки частоты генератора . В первом случае, снимаютс  G /CJ-U и зависимости при фиксированной частоте, во втором случае С х-СО зависимости при фиксированном пол ризующем напр жении. С выхода блока 6 посто нных смещений на,двухполюсник 23 поступает посто нное пол ризующее напр жение, которое также может измен тьс  пилообразно дл  записи соответствующих зависимостей Q ,( /ы-и или , Одновременно на выходе U может подключатьс 

9

внешний цифровой вольтметр дл  точного измерени  напр жени .

По сравнению с известным предлагаемое устройство дл  измерени  и регистрации С-и обеспечивает возможность измерени  на любой частоте в диапазоне OjSriOO кГц, возможность вести частотнозависимые измерени  в автоматическом режиме с временем пе3356310

рестройки по частоте от 10 до 300 с при той же точности измерений.

Использование предлагаемого устройства дл  исследовательских целей 5 дает возможность регистрировать новые процессы, которые ввиду малых посто нных времени не могут быть зарегистрированы на измерительных устройст- вах с ручной перестройкой частоты.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ ло авт. св.^: W 987535, отличающееся тем, что, с целью.увеличения точности измерений, в него введены четвертый синхронный детектор, четвертый усилитель постоянного тока, второй источник опорного напряжения и вторая RC-цепь, причем первый вход четвертого синхронного детектора подключен к выходу второго селективного усилителя, а второй вход подключен к второму выходу первого высокочастотного генератора, а выход четвертого синхронного детектора подключен к первому входу четвертого усилителя постоянного тока, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напряжения, а выход через вторую R5 -цепь соединен с вторым входом выходного блока, выполненного управляемым. · § £

   00 СП >

   1133563 2