Методика измерений и измерительная аппаратура

Измерение барьерной емкости р-n-перехода представляет собой более сложную задачу по сравнению с аналогичными измерениями емкости конденсаторов, поскольку барьерная емкость меняется нелинейно в зависимости от положения рабочей точки (величины внешнего приложенного напряжения). Поэтому точность измерения барьерной емкости определяется точностью задания рабочей точки, в которой измеряется емкость, и точностью измерения переменного напряжения, при помощи которого осуществляется это измерение.

Величина относительной погрешности измерения емкости в зависимости от источника задания рабочей точки равна:

для диодов с резким переходом

; (5.30)

для диодов с плавным переходом

. (5.31)

Погрешность, вызываемая конечной величиной переменного сигнала, определяется соотношением

, (5.30)

где U_m - амплитуда переменного напряжения,

U - напряжение смещения, при котором измеряется емкость.

Из выражений (5.30-5.32) следует, что для уменьшения погрешности измерения емкости точность установки заданной рабочей точки должна быть не ниже чем 2-1,5 %, амплитуда переменного сигнала при смещении на диоде менее 1 В не должна превышать 50 мВ. При напряжении смещения больше 1 В амплитуда переменного напряжения может быть увеличена, но не должна превышать 2 % от величины смещения.

В практике измерения емкости полупроводниковых приборов наибольшее распространение получили метод емкостно-омичес­кого делителя, резонансный метод и мостовые схемы измерения. При всех методах измерения определяют суммарную емкость корпуса и перехода

С_д = С_к + С_n.

В данной работе для измерения барьерной емкости р-n-перехода применяется метод емкостно-омического делителя. Схема включения диода при измерении емкости этим методом показывает, что если частота измерения выбрана таким образом, что ток в цепи определяется реактивным сопротивлением емкости (рис. 5.8.)

,

то напряжение на резисторе R_н будет пропорционально величине емкости С_д. Действительно,

, при х_с >> R_н,

, откуда

, (5.33)

где U_н - напряжение на резисторе R_н,

U_вн - входное напряжение.

Установив вместо измеряемого диода эталонный конденсатор, можно отградуировать вольтметр, измеряющий напряжение на нагрузке R_н в единицах емкости. Значение измеряемой емкости при этом методе измерения определяется из соотношения

, (5.34)

где С_э - величина емкости эталонного конденсатора,

U_э - напряжение на резисторе R_н при включении эталонного конденсатора,

U_д - напряжение на резисторе R_н при включении измеряемой емкости.

Частоту f, на которой производится измерение емкости диода, внутреннее сопротивление генератора R_i и сопротивление нагрузки R_н выбирают исходя из следующих условий:

, (5.35)

, (5.36)

где (DС_д/С_д)₁ - допустимая относительная погрешность, обусловленная шунтированием измеряемой емкости сопротивлением R_д запертого перехода;

(DС_д/С_д)₂ - допустимая относительная погрешность, обусловленная тем, что сумма сопротивления R_i и R_н соизмерима с реактивным сопротивлением измеряемой емкости на частоте f.

Емкость СВЧ диодов, имеющих невысокое дифференциальное сопротивление при обратном смещении, необходимо измерять на частотах 50-180 мГц. Емкость других типов полупроводниковых приборов измеряют обычно при частоте 10 мГц.

Рисунок 5.9 − Блок-схема прибора для измерения емкости p-n- перехода

Блок-схема прибора для измерения емкости полупроводниковых приборов (рис. 5.9), разработанного и изготовленного в лаборатории полупроводниковых приборов кафедры ЭП, состоит из 6 функциональных узлов:

1 - высокочастотный генератор,

2 - милливольтметр переменного тока,

3 - измерительная цепь,

4 - источник смещения,

5 - вольтметр постоянного тока,

6 - блок питания.

1. ВЧ генератор имеет десять фиксированных частот от 1 до 10 мГц и регулировку амплитуды выходного напряжения "грубо" и "плавно". Служит для подачи ВЧ напряжения на измерительную цепь.

2. Высокочастотный милливольтметр предназначен для измерения ВЧ напряжения на сопротивлении нагрузки измерительной цепи. Предел измерения: 0,5-10 пф, 10-100 пф, 100-1000 пф.

3. Измерительная цепь служит для выделения ВЧ напряжения пропорционально емкости измеряемого p-n-перехода.

4. Источник смещения служит для подачи напряжения смещения на исследуемый p-n-переход. Напряжение регулируется в пределах 0 - 80 В "плавно" и "грубо".

5. Вольтметр постоянного тока служит для контроля напряжения смещения на p-n-переходе. Пределы измерения 0 - 0,5 В, 0,5 - 1 В, 1 - 5 В, 5 - 10 В, 50 - 100 В. Входное сопротивление вольтметра 10 мОм.

6. Блок питания предназначен для питания ВЧ генератора, милливольтметра постоянного тока.

Дата добавления: 2014-11-20