Спосіб вимірювання нелінійних особливостей вольт-амперної характеристики електронних приладів

Изобретение относится к технике электрических измерений и может быть использовано для контроля и исследования нелинейных свойств приборов и материалов электроники, в частности, полупроводниковых диодов, транзисторов, сверхпроводниковых контактных структур и т.п. В качестве прототипа выбран способ измерения нелинейных особенностей вольтамперной характеристики, включающий приложение к исследуемому объекту постоянного регулируемого напряжения, подачу на него одновременно двух слабых гармонических сигналов и последующую регистрацию на выходе уровня сигнала разностной частоты. Способ обладает достаточными точностью и чувствительностью, при сравнительно простом аппаратурном обеспечении позволяет эффективно выявлять и исследовать частотные зависимости нелинейных особенностей. В то же время уровень сигнала разностной частоты определяется значениями как первой, так и второй производных вольт-амперной характеристики, что затрудняет интерпретацию обуславлиавющих ее нелинейных особенностей физических процессов. Кроме того, одновременная подача двух испытательных гармонических сигналов требует согласования и перестройки каждого из задающих генераторов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа измерения нелинейных особенностей вольт-амперной характеристики электронных приборов, в котором подачей амплитудно-модулированного испытательного гармонического сигнала обеспечивается непосредственное измерение второй производной на частоте модуляции и за счет этого повышается информативность и достоверность процесса исследования нелинейных свойств объекта и упрощаются требования к схеме измерения. Поставленная задача решается тем, что в способе изменения нелинейных особенностей вольт-амперной характеристики электронных приборов, включающем одновременную подачу на исследуемый объект регулируемого постоянного напряжения и слабого гармонического сигнала, регистрацию уровня выходного сигнала, согласно изобретению, предварительно осуществляют амплитудную модуляцию входного гармонического сигнала, а уровень выходного сигнала регистрируют на частоте модуляции, при этом величина этого уровня соответствует значению второй производной тока по напряжению (напряжения по току). Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что на исследуемый объект вместо двух гармонических сигналов подают один амплитудно-модулированный, а вместо регистрации сигнала разностной частоты на выходе регистрируют уровень сигнала на частоте модуляции, который непосредственно определяет величину второй производной вольт-амперной характеристики, что повышает информативность и достоверность процесса исследования нелинейных свойств объекта. Заявляемый способ появляется с помощью устройства, представленного на чертеже (фиг.). Устройство содержит источник 1 постоянного смещения, генератор 2 высокой частоты, генератор 3 низкой частоты и последовательно соединенные блок 4 коммутации и управления с исследуемым объектом, фильтр 5, усилитель 6 низкой частоты, синхронный детектор 7 и двухкоординатный графопостроитель 8. При этом выходы источника 1 и генератора 2 через блок А коммутации соединены с входом исследуемого объекта, выход источника 1 соединен также через блок 4 со вторым входом графопостроителя 8, а выходы генератора 3 соединены с входами генератора 2 и синхронного детектора 7. Устройство позволяет осуществлять измерения вольт-амперной характеристики, первой и второй производных тока по напряжению (в режиме источника напряжения (либо напряжения по току в режиме источника тока). Для формирования несущих колебаний использовался генератор 2 высокой частоты типа Г4 - 1, предусматривающий возможность как внешней, так и внутренней модуляции. Для формирования внешнего модулирующего сигнала использовался генератор 3 низкой частоты типа Г3 - 34. В качестве регистрирующего прибора применялся двухкоординатный графопостроитель 8 типа Н360. На исследуемый образец через блок 4 коммутации и управления совместно с постоянным смещением от источника 1 подается от генератора 2 испытательный амплитудно-модулированный сигнал типа где - величина постоянного смещения, амплитуда несущих колебаний, - коэффициент модуляции, частота несущих колебаний, частота модулирующего сигнала. Амплитуда несущих колебаний не превышала нескольких мВ, частота w менялась в пределах 10-10 Гц. Коэффициент модуляции имел значения частота модуляции Как следует из разложения в ряд Тейлора функции (1), величина второй производной в рабочей точке непосредственно определяется величиной тока выходного сигнала на частоте модуляции и не зависит от частоты несущих колебаний В эксперименте величина второй производной определялась из измеряемых эффективных значений тока выходного сигнала источника напряжения) либо эффективного значения (режим напряжения выходного сигнала (режим источника тока): Выходной сигнал с исследуемого образца через фильтр 5, выделяющий сигнал с частотой модуляции подавляющий сигнал с частотой несущих колебаний подается на вход настроенного на частоту модуляции избирательного усилителя 6, а затем на основной вход синхронного детектора 7, на второй вход которого поступает синхронизирующий сигнал от генератора 3, Пропорциональный величине второй производной продетектированный сигнал поступает на один из входов двухкоординатного графопостроителя 8. Для выявления нелинейных особенностей во всем интервале вольт-амперной характеристики на второй из входов графопостроителя 8 через блок 4 коммутации и управления подается постоянное напряжение от источника 1. Измерение величины первой производной вольт-амперной характеристики осуществляется на частоте модулирующего сигнала в режиме выключенного генератора 2 несущих колебаний. Результаты проведенных измерений свидетельствуют о более высокой информативности и достоверности предложенного способа измерения нелинейных особенностей вольт-амперной характеристики электронных приборов по сравнению с прототипом. Это определяется как возможностью непосредственной регистрации величины второй производной вольт-амперной характеристики, так и возможностью измерения на постоянной низкой частоте модуляции частотных изменений нелинейных свойств исследуемого объекта при изменениях высокочастотного испытательного гармонического сигнала. Для ряда объектов (некоторых типов полупроводниковых диодов, контактных структур на основе высокотемпературных сверхпроводников) частотные изменения нелинейных свойств являются характерными. Регистрация второй производной вольт-амперной характеристики на фиксированной частоте модулирующего сигнала существенно облегчает и упрощает процессы выявления, исследования и анализа природы таких изменений.