Измеритель комплексного сопротивления

Измеритель комплексного сопротивления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано , в частности, для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Измеритель комплексного сопротивления содержит дифференциальный усилитель 8, выпрямители 4, 6, блок 5 вьщеления переменной направляющей, преобразователь 3 ток - напряжение, фильтр 7 и источник 1 периодических сигналов, выполненный в виде генератора напряжения прямоугольной формы в случае индуктивного характера реактивной составляющей комплексного сопротивления. Измеритель имеет расширенные функциональные возможности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„Л0„„141 55

А2 цв 4 G 01 R 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY CENQETEJlbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (61) 1310744 (21) 4147155/24-21 (22) 14.11.86 (46) 30.07.88. Бюл. Ф 28 (71) Белорусский политехнический институт (72) О.С. Васьков, Д.С. Доманевский и Ю.И. Зинкевич (53) 621.317.3(088.8) (56) Патент США В 4426616, кл. С 01 R 27/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1310744, кл. G 01 R 27/00, 1985. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано, в .частности, для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Измеритель комплексного сопротивления содержит дифференциальный усилитель 8, выпрямители 4, 6, блок 5 выделения переменной направляющей, преобразователь

3 ток — напряжение, фильтр 7 и источник 1 периодических сигналов, выполненный в виде генератора напряжения прямоугольной формы в случае индуктивного характера реактивной составляющей комплексного сопротивления. Измеритель имеет расширенные функциональные возможности, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1413550

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной составляющих комплексно5 го сопротивления, в частности для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей измерителя путем обеспечения возможности измерения реактивной составляющей комплексного сопротивления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого измери-. теля; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель комплексного сопротивления содержит последовательно соединенные источник 1 периодических zp сигналов, измеряемый объект 2 в виде комплексного сопротивления, схема которого представляет собой параллельно соединенные сопротивление и емкость

С (а) или сопротивление и индуктив- 25 ность (F), преобразователь.З ток— напряжение первый выпрямитель 4,блок

5 выделения переменной составляющей, второй выпрямитель 4, блок 5 вьщеленя переменной составляющей, второй 3р выпрямитель б и фильтр 7, а также дифференциальный усилитель 8, неинвертирующий вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а инвертирующий вход — с выходом схемы выделения переменной составляющей, вы35 ход дифференциального усилителя соединен с выходом II устройства, а выход фильтра — с выходом I, Возможны два варианта работы устройства.

Вариант a . Измеряемый объект 2 представляет собой параллельно соединенные сопротивление К и емкость С.

Сигнал треугольной формы U, амплитудой А и периодом Т (фиг. 2. 1)

45 (а(с — Т/4), 0 t < — э

Т

U о (1)

-<(t — ЗТ/4), т/2 t Т

4А 5Р где й. =—

Т функция (), () — кусочно-гладкая, не- прерывная и продолжается на всю временную ось с периодом Т, сигнал У поступает от источника 1 периодичес55 ких сигналов на вход преобразователя

3 ток — напряжение через измеряемый объект 2.

Полный ток преобразователя, представляющего собой усилитель с резистором К н цепи обратной связи и инвертор, равен сумме активной

U dU

R — и реактивной С вЂ составляющих.

dt

На выходе преобразователя будет изменяющийся с периодом Т сигнал Ц (фиг. 2. 2): о К (t-Т/4)+,Я.С, О С «Т/2

Rññ Rо (2) (Г-ЗТ/4)-о К С, Т/2 t r

U =

Первый выпрямитель 4, выполненный по двухполупериодной схеме, формирует сигнал U (фиг. 2.3) с периодом Т/2.

Величина этого сигнала определяется модулем U при условии, что величина амплитудного значения I I< которое выполняется при RC Т/4:

U, = fU, j - „ (t — Т/4)+

Т

2 (3) где о R,С вЂ” величина постоянная, не зависящая от

На выходе блока 5 выделения пере-, менной составляющей, который может быть выполнен, например, в виде конденсатора, не передающего постоянную составляющую входного сигнала, будет сигнал U (фиг. 2.4):

V ç ((t Т/4), О е Т/Z, (4) Функция U (t) — кусочно-гладкая, непрерывная и продолжается периодически с периодом Т/2. Значение U5 пропорционально измеряемому сопротивлению и не зависит от емкости.Это напряжение подается на второй выпрямитель б, на выходе которого будет сигнал U4 (фиг. 2.5.), повторяющийся с периодом Т/2: — — (с — Т/4) 0 «й t Т/4

U -(v f= (5)

R (t — Т/4) Т/4 t Т/2

С помощью последовательно включенного фильтра 7 нижних частот формируется вреднее значение этого напряжения U< U+ (фиг. 2.6.): т!т т!+ 1) ()Д = — (t-Т/4)а

2 (2 gk р Т,) 4 Т К

1413550

i ФКо ЛК.

Ц ав

8R 2R (6) (10) 0 t Т/2.

U =* 0 =

0 t(T/2

4 (8)

Т/2 t Т

А;

U о

Б АК Т/8K и, - — J U,(r)ac +

Ro

1. — A(t-Ò/4) + — A;

Ro R

L R — U (t)

Re

К . Т

0c ti—

2 1 и Ко (t — Т/4)dt

Т 1 К

О

На выходе I устройства, который является выходом фильтра:

Зто напряжение, пропорциональное измеряемому сопротивлению, — величина постоянная и может быть измерено вольтметром постоянного тока.

Для измерения емкостной составлякицей на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8 подается сигнал U с выхода первого выпрями2 теля, а на инвертирующий вход — сигнал U> с выхода блока выделения переменной составляющей. На выходе дифференциального усилителя, являющемся выходом II устройства, будет . сигнал

U, = m(U, — U,), (7) где m — дифференциальный коэффициент усиления.

На выходе II с учетом (1) и (7) будет постоянное напряжение U

4Am

= ш Ф.К,С = К,С, пропорциональное измеряемой емкости, которое может быть измерено любым вольтметром постоянного тока.

Вариант 3 . Измеряемый объект 2 представляет собой параллельно соединенные индуктивность L и сопротивление R.

Сигнал прямоугольной формы U амплитудой А и периодом Т (фиг.3.1.) поступает от источника 1 периодических сигналов на вход преобразователя

3 через измеряемый объект 2.

Сигнал на выходе преобразователя

U< (фиг. 3.2.) представляет собой сумму активной и реактивной составляющих; — A(t-3Ò/4) — — А; — аt T

-Rî Ro Т

L R 2, Первый выпрямитель 4, выполненный по двухполупериодной схеме, формирует сигнал Uz (фиг. 3,3) с периодом Т/2, Величина этого сигнала определяется модулем U при условии, что величина амплитудного значения Uz Бк, которое выполняется при RC 5 Т/4:

1О U = jU<(= -"" А(-Т/4)+ — Л, На 5 выделения пере15 менной составляющей будет сигнал U> (фиг. 3.4.): (t †) 0 c t (— ° (11) R,A Т Т

Э L 4 2

20 Функция U — кусочно-гладкая, непрерывная и продолжается периодически с периодом Т/2.

Значение U пропорционально измен ряемому значению индуктивности и от

25 сопротивления на зависит.

Зто напряжение подается на второй выпрямитель 6, на выходе которого будет сигнал U (фиг. 3.5), повторяющийся с периодом Т/2: A(t-Т/4), 0 с t Т/4 (12) — оА(-Т/4), Т/4 t Т/2 .

Сигнал U на выходе фильтра 7 ниж35 них частот равен среднему значению

04 (фиг. 3,6):

Т)4 — — (t) dt-- ) — A(t-Т/4) dt+

4О + — J — A(t-T/4)dt. (13) т 1 1.

На выходе I устройства, являющемся выходом фильтра, будет сигнал

На выходе II который является выходом дифференциального усилителя Я, будет сигнал U (фиг. 3.7), пропор5О циональньЯ измеряемому сопротивлению

U = m(U — U ) mA — (14)

Ro

6 2 R который также может быть измерен любым вольтметром постоянного тока.

Формула из о брет ения ! (1. Измеритель комплексногo coTlpo» тивления по авт.св. Ф 1310744, о т—

14! и, 2.7 л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения реактивной составляющей комплексного сопротивления, в него введен дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, инвертирующий вход соединен с выходом блока выделения переменной

3550 ь составляющей, а выход дифференциального усилителя соединен с выходной клеммой измерителя.

2. Измеритель по и.1 о т л и° ° ° ч а ю шийся тем, что в случае индуктивного характера реактивной составляющей комплексного сопротивления источник периодического сигнала выполнен в виде генератора напряжения прямоугольной формы.

1413550

З.2

3.3 0 /3

34 0

35 О

0у

З.S 0

Ug х 0

Составитель И. Козлов

Техред А.Кравчук

Корректор Н. Король

I

Подписное

Редактор Ю. Петрушко

Тираж 772

Заказ 4451

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Умгор д, у . р о л. П оектная 4