Способ измерения дифференциального сопротивления нелинейного двухполюсника с температурозависимой вольтамперной характеристикой

Изобретение относится к технике измерения электрических параметров нелинейных элементов цепей с температурозависимой вольт-амперной характеристикой, в частности полупроводниковых приборов, и может быть использовано на выходном и входном контроле их качества. Подают на контролируемый двухполюсник последовательность коротких импульсов тока большой скважности с изменяющейся амплитудой и измеряют амплитуды импульсов напряжения на контролируемом двухполюснике. При этом амплитуду импульсов тока изменяют по гармоническому закону с заданной частотой Ω со средней амплитудой Iи и глубиной модуляции М. На частоте модуляции Ω измеряют амплитуду Um огибающей импульсного напряжения на контролируемом двухполюснике и дифференциальное сопротивление рассчитывают по формуле R д и ф | I и = U m / M I и . Технический результат заключается в повышении точности измерения дифференциального сопротивления нелинейного двухполюсника с температурозависимой вольт-амперной характеристикой. 3 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения параметров нелинейных элементов электрических цепей с температурозависимой вольт-амперной характеристикой (ВАХ) и может быть использовано, например, при параметрическом контроле полупроводниковых диодов и полупроводниковых приборов с р-n-переходами.

Известен способ измерения дифференциального сопротивления полупроводниковых диодов (см. ГОСТ 18986.14-85 Диоды полупроводниковые. Методы измерения дифференциального и динамического сопротивлений), заключающийся в подаче постоянного тока I0 для задания рабочей точки и переменного гармонического тока малой амплитуды Im в качестве тестового сигнала на калибровочный резистор сопротивлением RK, в измерении амплитуды U переменного напряжения на калибровочном резисторе, в подключении к генератору тока вместо калибровочного резистора контролируемого диода и в измерении амплитуды U переменной составляющей напряжения на контролируемом диоде и определении дифференциального сопротивления диода по формуле R д и ф | I и = ( U m д / U m к ) R K .

Условием точного измерения дифференциального сопротивления нелинейных двухполюсников является малость тестового сигнала. В ГОСТ 18986.14-85 условие малости тестового сигнала задается в виде ограничения амплитуды переменного тока, которая не должна превышать 10% значения постоянного тока.

Недостатком известного способа является большая погрешность, обусловленная саморазогревом p-n-перехода диода в процессе измерения рассеиваемой мощностью.

Известен способ определения дифференциального сопротивления температурозависимых двухполюсников по наклону изотермической ВАХ, измеренной в импульсном режиме путем подачи на контролируемый двухполюсник последовательности импульсов тока с нарастающей амплитудой, и в измерении амплитуды импульсов напряжения на контролируемом двухполюснике (см. Аронов В.Л., Федотов Я.А. Испытание и исследование полупроводниковых приборов. - М.: Высшая школа. - 1975. - С.777). Способ измерения изотермической ВАХ путем подачи последовательности импульсов тока с линейно нарастающей амплитудой реализован ряде современных параметрических анализаторов (см., например, Keithley 420 SCS Parameter Analyzer: www.keithley.ru/products/semiconductors/dcac/carrentvoltage/420scs).

Недостатком способа является низкая точность, обусловленная большой погрешностью однократного измерения импульсного напряжения на контролируемом двухполюснике и необходимостью вычисления разности двух близких по значению напряжений. Известно, что погрешность разности двух близких по значению физических величин, измеренных даже с небольшой погрешностью, во много раз превышает погрешность измерения каждой из величин.

Технический результат - повышение точности измерения дифференциального сопротивления нелинейных двухполюсников с температурочувствительной ВАХ.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, состоящем в подаче на контролируемый двухполюсник последовательности коротких импульсов тока большой скважности с изменяющейся амплитудой и измерении амплитуды импульсов напряжения на контролируемом двухполюснике, амплитуду импульсов тока изменяют по гармоническому закону с заданной частотой Ω со средней амплитудой Iи и глубиной модуляции M, на частоте модуляции Ω измеряют амплитуду Um огибающей импульсного напряжения на контролируемом двухполюснике и дифференциальное сопротивление рассчитывают по формуле R д и ф | I 0 = U m / M I и .

Формы сигналов на контролируемом двухполюснике, иллюстрирующие и поясняющие принцип измерения, показаны на фиг.1. При подаче на контролируемый двухполюсник амплитудно-модулированной по гармоническому закону последовательности импульсов тока импульсное напряжение на контролируемом двухполюснике будет также амплитудно-модулированным по закону, близкому к гармоническому, со средней амплитудой Uи, при этом, если глубина M модуляции импульсов тока мала, амплитуда Um огибающей импульсного напряжения на контролируемом двухполюснике будет пропорциональна дифференциальному сопротивлению двухполюсника U m = M I и R д и ф | I и . При малой длительности τи и большой скважности Qи импульсов тока разогревом активной области контролируемого двухполюсника рассеиваемой мощностью можно пренебречь. Сущность изобретения состоит в том, что при амплитудно-импульсной модуляции тестовых импульсов тока и последующем измерении полезного сигнала на частоте модуляции за счет частотной фильтрации и многократного повторения измерительного сигнала существенно уменьшаются шумы и пульсации источника питания и измерительных цепей, что повышает помехоустойчивость способа и снижает погрешность измерения дифференциального сопротивления контролируемого двухполюсника по сравнению с известными способами.

Выбор временных параметров тестового сигнала, то есть длительности τи и скважности Qи импульсов тока, определяется теплофизическими параметрами двухполюсника: тепловой постоянной времени τT и тепловым сопротивлением RT. Для полупроводниковых приборов характерная тепловая постоянная времени кристалла составляет сотни микросекунд и длительность импульсов тока рекомендуется выбирать не более 100 мкс. Приращение температуры активной области полупроводникового прибора в импульсном режиме при малой глубине модуляции определяется по формуле ΔT=RTUиIи/Qи, то есть в Qи раз меньше, чем в статическом режиме. В большинстве практических случаев при тех параметрах электрического режима, при которых измеряются характеристики полупроводниковых приборов, перегрев их активной области в статическом режиме не превышает 40-50°C и уже при скважности Qи>30 перегрев активной области контролируемого двухполюсника в импульсном не будет превышать 1-2°C. Заметим, что частота модуляции Ω последовательности импульсов тока согласно теоремы Котельникова должна выбираться из условия Ω<(1/4τиQи).

Структурная схема устройства, реализующего способ, показана на фиг.2, а эпюры, поясняющие работу устройства, - на фиг.3.

Устройство содержит клеммы 1 для подключения контролируемого двухполюсника, генератор импульсов тока 2, генератор низкой частоты 3, модулятор 4, демодулятор 5 и селективный вольтметр 6. При этом одна из клемм для подключения контролируемого двухполюсника соединена с общей шиной (землей) устройства, а вторая клемма - с выходом модулятора 4, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов тока 2, а модулирующий вход модулятора соединен с выходом генератора низкой частоты 3, вторая клемма для подключения контролируемого двухполюсника соединена также со входом демодулятора 5, выход которого подключен ко входу селективного вольтметра 6.

Устройство работает следующим образом. После подключения контролируемого двухполюсника к клеммам 1 и подачи сигнала пуск на генератор импульсов тока 2 и генератор низкой частоты 3 на входы модулятора 4 поступает последовательность коротких импульсов тока большой скважности и модулирующее гармоническое напряжение заданной низкой частоты, с выхода модулятора амплитудно-модулированная последовательность импульсов тока со средней амплитудой Iи и глубиной модуляции M (фиг.3а) подается на контролируемый двухполюсник, импульсное напряжение на контролируемом двухполюснике, которое также является импульсно модулированным (фиг.3б) подается на вход демодулятора 5 и с выхода демодулятора огибающая импульсного напряжения (фиг.3в) поступает на вход селективного вольтметра 6, настроенного на частоту модуляции. По показанию Aпок селективного вольтметра определяем амплитуду Um огибающей импульсного напряжения по формуле Um=kAпок, где коэффициент k определяется типом преобразователя переменного напряжения в постоянное селективного вольтметра, и далее рассчитываем дифференциальное сопротивление контролируемого двухполюсника по формуле

R д и ф | I и = U m / M I и .

Заметим, что если глубину М модуляции тока при заданной средней амплитуде импульсов тока задать в выбранной системе единиц из условия MIи=k×10n, где n - целое число, то показания селективного вольтметра будут равны дифференциальному сопротивлению контролируемого двухполюсника.

Способ измерения дифференциального сопротивления нелинейного двухполюсника с температурозависимой вольт-амперной характеристикой, состоящий в подаче на контролируемый двухполюсник последовательности коротких импульсов тока большой скважности с изменяющейся амплитудой и измерении амплитуды импульсов напряжения на контролируемом двухполюснике, отличающийся тем, что амплитуду импульсов тока изменяют по гармоническому закону с заданной частотой Ω со средней амплитудой Iи и глубиной модуляции M, на частоте модуляции Ω измеряют амплитуду Um огибающей импульсного напряжения на контролируемом двухполюснике и дифференциальное сопротивление рассчитывают по формуле
R д и ф | I и = U m / M I и .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики, а именно к измерению параметров обмоток трансформаторов. Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что измерение параметров трехфазных двухобмоточных трансформаторов при коротком замыкании производится вначале при схеме соединения первичной обмотки в треугольник, а затем - в звезду.

Изобретение относится к метрологии. Измеритель содержит генератор, мост, нуль-детектор.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи включает в себя компонент источника питания переменного тока для подачи переменного тока на батарею, состоящую из множества пакетированных элементов генерирования энергии, посредством подключения к объекту измерения.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к контролю выходного напряжения и сопротивления изоляции аккумуляторных батарей. Устройство контроля аккумуляторной батареи содержит аккумуляторную батарею, преобразователь постоянного напряжения, выполненный по схеме автогенератора с трансформаторной обратной связью, источник тока, сдвоенный транзисторный оптрон, операционный усилитель, два резистора и дополнительный индикатор, причем величина сопротивления R первого резистора установлена равной R=E/2J, где E - номинальное напряжение аккумуляторной батареи J - величина тока, вырабатываемого источником тока.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов.

Способ определения первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи относится к области функционального контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения.

Способ определения первичных и обобщенных вторичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи методом восьмиполюсника относится к области контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основании многополюсников.

Способ относится к области функционального контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основании теории многополюсников.

Изобретение относится к измерительной технике. Цифровой измерительный преобразователь индуктивного типа, включающий в себя микроконтроллер, подключенный к блоку формирования импульсов, выход которого подключен к входам усилителей тока измерительного и опорного плеч преобразователя, выходы усилителей подключены к LC-контурам измерительного и опорного плеч преобразователя.

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании трехфазных линий электропередачи (ЛЭП) трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике, управлению и промышленной электронике. Измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехполюсник с двухполюсником объекта измерения и двухполюсником с уравновешивающими элементами, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующей первый усилитель с коэффициентом усиления, равным двум, первый двухвходовой аналоговый сумматор, на один из входов которого подается сигнал с выхода генератора импульсов, а на другой вход - с выхода первого инвертирующего усилителя, с выхода сумматора сигнал усиливается вторым усилителем и подается на входы двух схем выборки и хранения, сигналы с выхода каждой из двух схем выборки и хранения поступают соответственно на два входа второго двухвходового аналогового сумматора, сигнал со второго сумматора усиливается третьим усилителем и через разделительный конденсатор подается на нуль-индикатор. Также имеется блок управления, с которого поступают сигналы синхронизации на генератор импульсов и нуль-индикатор, а также сигналы управления на обе схемы выборки и хранения. В двухполюснике с уравновешивающими элементами имеются два ключа и два управляемых ключа, на управляющие входы которых через переключатель подаются управляющие сигналы с блока управления. Новым в измерителе параметров двухполюсников является введение трех дополнительных резисторов, трех дополнительных конденсаторов, двух управляемых ключей, двух ключей, одного переключателя, двух усилителей, двух схем выборки и хранения, одного двухвходового аналогового сумматора, блока управления и изменение включения блоков схемы. Технический результат заключается в повышении точности измерения за счет уменьшения составляющей погрешности измерения от неточного уравновешивания нулевой измерительной цепи. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерений относительной электрической проводимости и солености жидкостей (например, морской воды) и может быть использовано в метрологии в качестве образцовых средств, а также для измерения активных проводимостей и сопротивлений. Технический результат - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Дополнительный технический результат - возможность прецизионного измерения активных проводимостей и сопротивлений. Сущность: кондуктометр содержит генератор (1) переменного напряжения, выход которого подключен к опорному входу преобразователя (2) код-напряжение и к трансформаторному дифференциальному кондуктометрическому преобразователю (3). Трансформаторный преобразователь (3) содержит первый (4), второй (5) и третий (6) трансформаторы, первый элемент связи (8), охватывающий сердечники первого (4) и третьего (6) трансформаторов, и второй элемент связи (11), охватывающий сердечники второго (5) и третьего (6) трансформаторов. Он также содержит первую проводную обмотку связи (9), между первым (4) и третьим (6) трансформаторами, выводы которой подсоединены к первому клеммнику (14), и вторую проводную обмотку связи (12), между вторым (5) и третьим (6) трансформаторами, выводы которой подсоединены ко второму клеммнику (15). Первый вывод первой обмотки (7) первого трансформатора (4) соединен с выходом генератора (1) переменного напряжения, опорным входом синхронного детектора (17) и опорным входом преобразователя (2) код-напряжение, выход которого непосредственно соединен с первым выводом первой обмотки (10) второго трансформатора (5). Управляющий вход преобразователя (2) код-напряжение соединен с выходом блока управления (18). Первый вывод первой обмотки (13) третьего трансформатора (6) соединен с входом избирательного усилителя (16), выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора (17), выход которого соединен последовательно с блоком управления (18), микроконтроллером (19) и устройством-цифровой индикации (20). Вторые выводы первых обмоток всех трех трансформаторов соединены с общей шиной устройства. 1 н. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции содержит микроконтроллер, первый RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к выходу первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены ко входу первого RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, причем в преобразователь введен второй RC-фильтр, первые выводы второго, третьего и четвертого резисторов подключены к выходам соответственно второго, третьего и четвертого широтно-импульсных модуляторов микроконтроллера, вторые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко входу второго RC-фильтра, выход которого подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера. Техническим результатом является повышение точности преобразования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. В мостовой измеритель параметров двухполюсников дополнительно введены три резистора, катушка индуктивности, а также две клеммы для подключения объекта измерения перенесены из первой ветви во вторую ветвь моста. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения за счет исключения составляющей погрешности от паразитной емкости относительно «земли» незаземленного многоэлементного двухполюсника. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах. Техническим результатом является повышение точности измерения, которое достигается путем измерения параметров кабельной линии связи и учета измеренных параметров кабельной сети при определении параметров двухполюсника с помощью схемы замещения. Способ определения параметров двухполюсника заключается в воздействии на двухполюсник, подключенный через линию связи, и эталон синусоидальным напряжением на n заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника. Далее производится последовательное измерение значений токов через двухполюсник и эталон на каждой из n заданных частот с последующей фиксацией результатов измерений. Параметры двухполюсника определятся по фиксированным результатам измерений в соответствии со схемой его замещения. Отличительной особенностью способа является то, что осуществляют отключение двухполюсника от линии связи и после формирования синусоидального напряжения на n заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление линии связи и эталон на каждой из n заданных частотах. Полученные результаты фиксируют и по ним определяют значения параметров комплексного сопротивления линии связи, используя схему замещения, после чего по значениям параметров комплексного сопротивления линии связи судят о ее состоянии, а также учитывают их при определении параметров двухполюсника. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Особенностью заявленного цифрового способа измерения параметров пьезоэлектрических элементов является то, что импульсный сигнал возбуждения имеет длительность T1=Т0-τ, где τ - длительность паузы между окончанием сигнала с линейной частотной модуляцией и моментом окончания регистрации цифровых сигналов, при этом время регистрации цифровых сигналов равно Т0, определяют частоту резонанса ƒr, частоту антирезонанса ƒa и добротность Q пьезоэлемента, а также значение параллельной емкости С0 из полученного множества значений комплексной проводимости путем его дробно-рациональной аппроксимации частотной зависимостью комплексной проводимости канонической эквивалентной схемы в резонансном промежутке частот. Техническим результатом является повышение точности измерения комплексной проводимости пьезоэлектрического элемента. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть, в частности, использовано для измерения приращения сопротивлений удаленных тензорезисторов или терморезисторов в многоканальных измерительных системах, работающих в условиях действия интенсивных промышленных помех. Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение содержит «n» резистивных датчиков, «n» первых, «n» вторых, «n» третьих и «n» четвертых проводов, четыре группы ключевых элементов по «n» ключевых элементов в каждой, источник опорного напряжения, два равных по величине опорных резистора, три операционных усилителя и сумматор. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности многоканального преобразователя и преобразовании приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению электрических параметров двухполюсников. Устройство содержит первый блок задания схемы замещения, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, блок управления измерением, определитель параметров двухполюсников, эталона, генератор синусоидального напряжения, блок управления по частоте, блок управления режимами, блок коммутации, 4n измерительные клеммы, экранированную кабельную линию связи, блок переключения, блок сравнения, учитывающий блок и ключ. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 5 ил.
Наверх