- 視頻阻抗測試儀的原理及其硬件設(shè)計(jì)
- 選頻帶阻電路
- 使用本視頻阻抗測試儀測試微波二極管
1前言
常規(guī)的微波檢波二極管、梁式引線二極管視頻阻抗(rv)測試方法與儀器存在與國家測試標(biāo)準(zhǔn)(gb6570-86)不一致的缺陷,急需研制出一種新型的視頻阻抗測試儀以滿足某重點(diǎn)工程對rv測試精度的要求。目前,該類型測試儀的設(shè)計(jì)與制作尚未見報道。本文根據(jù)國家測試標(biāo)準(zhǔn)(gb6570-86)設(shè)計(jì)出了與之相吻合的視頻阻抗測試儀。該測試儀具有操作便捷,性能可靠和制作成本低等顯著特性,在微波器件視頻阻抗測試中具有廣泛的應(yīng)用前景。
2測量原理
視頻電阻是伏安特性曲線在原點(diǎn)及其附近的斜率,它反映了勢壘高度的相對變化,決定著在零偏置或一定偏置條件下低電平射頻到直流的功率轉(zhuǎn)換效率。它可由肖特基勢壘二極管的伏安特性來表示[1]
式中,is是飽和電流,n是理想因子,r是結(jié)半徑,a*是理查德遜常數(shù),φ是金屬半導(dǎo)體接觸的勢壘高度。
由式(1)可以導(dǎo)出視頻電阻的一般表達(dá)式 式中,i為偏流。在零偏流下,若取n=1.05,t=290k,則
rv=26.2/is(kω)(4)
式中,is的單位為μa。
3電路設(shè)計(jì)
測試儀電路圖見圖1,它由以下幾部分組成:
3.1零偏電路
按照gb6570-86方法7.9的要求,二極管上的信號電壓u應(yīng)足夠小,r1>>r2。故取u≤10mv,r2=10kω,[2]。 [page]
3.2偏置電路
恒流源的工作原理如圖2所示。它由理想電流ii和輸出電阻ro組成。電流源的輸出電流ii=iro+il,如果ro阻值無窮大,此時iro等于零,即負(fù)載rl在任何值時,il=ii。事實(shí)上ro不可能等于無窮大。ro越大,il越接近ii,電源的穩(wěn)流性能越好[3]。
由式(5)可知si越小,ui的變化對il的影響越小,電源的穩(wěn)流性能越好。由式(6)可知當(dāng)ro→∞,δil→0,電源的穩(wěn)定性越好。恒流源電路見圖3。 只要在r端和u-端之間接一只偏置電阻rset就能構(gòu)成一個不用獨(dú)立電源的兩端理想電流浮置源。改變rset就能改變恒流電源值iset,并有iset=67.7mv/rset(25℃時),電流源兩端工作電壓可從1-30v,其電流調(diào)整率可達(dá)0.02%/v。(1μa~10ma連續(xù)可調(diào))[4]。
3.3選頻帶阻電路
選頻帶阻電路由感容并聯(lián)諧振回路組成[5]。圖4為感容并聯(lián)諧振電路,電阻r表示回路的等效損耗電阻。
由圖4可知,lc并聯(lián)諧振回路的等效阻抗為:z=(1/jωc(r+jωl))∕(1/jωc+r+jωl),通常有r<<ωl,所以z=(l/c)/(r+j(ωl-1/ωc))。
lc并聯(lián)諧振回路具有如下的特點(diǎn):(1)回路的諧振頻率為ω0=1∕或f0=1/2π;(2)諧振時,回路
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(2)諧振時,回路的等效阻抗為純電阻性質(zhì),其值最大,既z0=l/rc=qω0l=q/ω0c,式中q= 數(shù),是用來評價回路損耗大小的指標(biāo);(3)回路
圖5是lc并聯(lián)諧振回路的幅頻響應(yīng)曲線。 從圖5的曲線可以得出如下得結(jié)論:(1)從幅頻響應(yīng)可見,當(dāng)外加信號角頻率ω=ωo(即2δω/ω0=0)時,產(chǎn)生并聯(lián)諧振,回路等效阻抗最大值zo=l/rc。當(dāng)角頻率ω偏離ωo時,∣z∣將減小,而δω愈大,∣z∣愈??;(2)諧振曲線的形狀與回路的q值有密切的關(guān)系,q值越大,諧振曲線愈尖銳,阻抗∣z∣越高。
4測量數(shù)據(jù)和分析
使用本視頻阻抗測試儀測試微波二極管,獲得典型數(shù)據(jù)如表1。 對以上數(shù)據(jù)分析可知,在if=20μa條件下被測二極管視頻電阻較小,且其規(guī)律與公式(3)相吻合。由于使用該儀器所測得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,尤其對于使用方來說,通過該儀器能夠快速獲得微波二極管最佳的偏置工作點(diǎn),顯著提高了測量工作效率,滿足了用戶要求。