Файл: Илюкович А.М. Измерительные усилители малых токов с логарифмической характеристикой.pdf

в виде

U— ao + a i lg' I+AU (I).

Аналогичным образом работает схема на рис. 8,6, за

исключением того, что в цепь обратной связи ЭМУ в дан­ ном случае включаются входные зажимы исследуемого многополюсника, а источник опорного напряжения с из-

ных одна от другой точках диапазона токов. Процесс сов­ мещения характеристик заключается в регулировке каж­ дого из коэффициентов в одной из двух точек совмещения до получения нулевого значения разности напряжений

исследуемого элемента 1 и опорные логарифмические зависимости установки 2—4 с разными значениями ко­ эффициентов ао и <xi (для наглядности зависимости 2—4 представлены сплошными линиями, хотя в реальном слу­ чае каждая из них представляет собой совокупность дискретных точек). В исходном положении зависимость 2 может существенно отличаться от характеристики 1; яри этом отклонение характеристики в точке Ik (ДН1)

велико и может быть измерено лишь со значительной абсолютной погрешностью. Установив на входе ЭМУ ток 1\, регулируем Попо (т, е, щ) таким образом, чтобы

25

отклонение в этой точке равнялось нулю. Опорная лога­ рифмическая зависимость при этом представлена пря­ мой 3. Не меняя значения напряжения в точке, соответ­ ствующей h, изменяем крутизну at таким образом, чтобы отклонение в точке, соответствующей h, также стало равно нулю (прямая 4). При этом отклонение ДН2 вточ-

Рис. 10. Схема установки для определения параметров вольт-ампер- ных характеристик ЛЭ по методу функционально связанных источ­ ников тока п напряжения.

ке Д (а также в остальных точках диапазона токов) станет значительно меньше, чем AHj, что обеспечит сни­ жение абсолютной погрешности измерения напряжения на ЛЭ.

На основании рис. 9 можно прийти к выводу, что совмещение характеристик с помощью не более двух последовательных операций возможно только в том слу­ чае, если изменение угла наклона прямых 2—4 осущест­ вляется при фиксированном положении точки А, соот­ ветствующей току Л. Действительно, если поворот пря­ мых 2—4 осуществлять вокруг какой-либо другой точки, то при совмещении характеристик в точке В появится рассогласование в точке А, что приведет к необходимо­ сти повторного совмещения и т. д,

26

На рис. 10 приведена упрощенная принципиальная схема установки для определения вольт-ампериых харак­ теристик ЛЭ по методу функционально связанных источ­ ников тока и напряжения. Источник тока образован ре­ зисторами Ro— Rn и источниками напряжения Яо—Еп,

коммутируемыми переключателем Я 1а, и включен на вход электрометрического усилителя ЭМУ. Исследуемый эле­ мент (в данном случае двухполюсник) включается в цепь параллельной отрицательной обратной связи ЭМУ по напряжению (зажимы ЛЭ). Источник опорного напря­ жения содержит два регулируемых источника напряже­ ния во и еь делитель напряжения г0—>'n+ь переключате­ ли Я 16 и Яг и два вольтметра cto и аь предназначенные

для измерения соответствующих параметров характери­ стики.

Между выходным потенциальным зажимом ЭМУ и источником опорного напряжения включен измеритель разности напряжений (милливольтметр) И.

Коммутация источника тока и источника опорного напряжения осуществляется механически связанными переключателями П1а и Я^.

Напряжения, измеряемые вольтметрами ао и аь равны

п + 1

27

откуда следует, что во всем диапазоне рабочих токов установки сохраняется логарифмическая зависимость между опорным напряжением и током через исследуе­ мый элемент.

28

Для достижения оптимального совмещения характе­ ристик необходимо установить переключатель Д2 в по­ ложение, соответствующее меньшему току совмещения А (см. рис. 9). Очевидно, что на положение точки А при этом будет влиять только регулировка источника во. При дальнейших операциях (совмещении в точке В и изме­ рении отклонений) положение Я2 не изменяют. Совме­ щение в точке В осуществляют регулировкой источника щ. После выполнения обеих операций совмещения отсчи­ тывают значения ао и щ непосредственно по шкалам соответствующих вольтметров.

Измеряя милливольтметром И разность выходного напряжения ЭМУ и опорного напряжения в дискретных точках рабочего диапазона установки, получают значе­ ния отклонений вольт-амлерной характеристики иссле­ дуемого элемента от логарифмической зависимости.

Дискретность точек установки может быть сделана любой, однако чрезмерное уменьшение интервалов меж­ ду точками усложняет конструкцию установки и процесс измерения. Для большинства реальных случаев доста­ точна дискретность 0,5 декады; _при этом отношение токов в соседних точках равно ]/Д0.

Среднеквадратическое значение относительной по­ грешности определения вольт-амперной характеристики ЛЭ представляет собой сумму среднеквадратических по­ грешностей установления тока через ЛЭ и измерения на­ пряжения на ЛЭ и определяется выражением вида

!/=| /("),+( ^ 1п10)‘ -

В разработанной установке получены значения этой погрешности на уровне 1%. Установка позволяет иссле­ довать характеристики большинства известных типов логарифмирующих элементов в диапазоне токов 10-и —

10~4 А.

Вольт-амперная характеристика, определенная мето­ дом функционально связанных источников тока и напря­ жения, в общем случае отличается от номинальной ло­ гарифмической характеристики исследуемого элемента, поскольку значения токов совмещения выбираются про­ извольно. Как уже было сформулировано выше, крите­ рием определения логарифмической характеристики является минимизация максимального в рабочем диапа­ зоне токов абсолютного значения напряжения нелиней-

29

пости. Эта задача может быть решена приближенно пу­ тем графического построения зависимости, удовлетво­ ряющей требованию минимизации напряжения нелиней­ ности, либо точно — путем аналитического определения логарифмической характеристики в виде полинома рав­ номерного (наилучшего в смысле Чебышева) приближе­ ния к вольт-амперной характеристики ЛЭ [Л. 3].

В дальнейшем крутизну и смещение логарифмической характеристики будем обозначать соответственно щ и а».

6. Полупроводниковые логарифмирующие элементы

Диффузионная составляющая тока через /э-и-переход в начале прямой ветви вольт-ампериой характеристики описывается выражением [Л. 80]

теристику перехода можно представить в виде чисто экспоненциальной зависимости

Однако (7) описывает только диффузионную состав­ ляющую тока через переход. Характеристики реальных переходов значительно отличаются от (7). Основными факторами, искажающими характеристику перехода, являются падение напряжения на сопротивлении полу­ проводника, диффузионный ток в протяженных обла­ стях, процессы генерации — рекомбинации носителей в областях объемного заряда и т. п. [Л. 74]. В резуль­ тате характеристика перехода может значительно отли­ чаться от логарифмической зависимости, причем иска­ жения характеристики различны для разных типов при­ боров, а также для разных экземпляров одного типа.

В качестве ЛЭ находят применение кремниевые дио­ ды разных типов. Германиевые диоды применяются срав-

30