視頻阻抗測試儀的研制

    1 引言 

       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(bào)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 = 290 K，則 

       RV=26.2/I S (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] 。 

      
  

       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+I L，如果Ro阻值無窮大，此時(shí) IRo等于零，即負(fù)載RL 在任何值時(shí)，IL=Ii 。事實(shí)上Ro不可能等于無窮大。Ro越大，I L越接近Ii，電源的穩(wěn)流性能越好[3]。  

                     

       恒流源的基本參數(shù)：穩(wěn)流系數(shù)S I和輸出電阻Ro由下式給出。 

      
 

       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(gè)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(shí)），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+j ωL))∕(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f 0=1/2π ；（2）諧振時(shí)，回路 

       
  

       （2）諧振時(shí)，回路的等效阻抗為純電阻性質(zhì)，其值最大，既 Z0=L/RC=Qω 0L=Q/ω0C ，式中Q=數(shù)，是用來評價(jià)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=ω o（即2Δω/ω0=0）時(shí)，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(shí)，∣Z∣將減小，而Δ ω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I F=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。