視頻阻抗測試儀的研制

    1 引言 

       常規的微波檢波二極管、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準（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工程對 RV測試精度的要求。目前，該類型測試儀的設計與制作尚未見報道。本文根據國家測試標準（GB6570-86）設計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用前景。 

       2 測量原理 

       視頻電阻是伏安特性曲線在原點及其附近的斜率，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是結半徑，A* 是理查德遜常數，φ是金屬半導體接觸的勢壘高度。 

       由式(1)可以導出視頻電阻的一般表達式 


       

       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 電路設計 

       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 IRo等于零，即負載RL 在任何值時，IL=Ii 。事實上Ro不可能等于無窮大。Ro越大，I L越接近Ii，電源的穩流性能越好[3]。  

                     

       恒流源的基本參數：穩流系數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，電源的穩流性能越好。由式（6）可知當Ro→∞，ΔIL→0，電源的穩定性越好。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就能構成一個不用獨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, 其電流調整率可達0.02%/V。（1μA～10mA連續可調）[4]。

       3.3 選頻帶阻電路

       選頻帶阻電路由感容并聯諧振回路組成[5]。圖4為感容并聯諧振電路，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并聯諧振回路具有如下的特點：（1）回路的諧振頻率為ω0=1∕或f 0=1/2π ；（2）諧振時，回路 

       
  

       （2）諧振時，回路的等效阻抗為純電阻性質，其值最大，既 Z0=L/RC=Qω 0L=Q/ω0C ，式中Q=數，是用來評價回路損耗大小的指標；（3）回路


       圖5是LC并聯諧振回路的幅頻響應曲線。 

                              
 

       從圖5的曲線可以得出如下得結論：（1）從幅頻響應可見，當外加信號角頻率ω=ω o（即2Δω/ω0=0）時，產生并聯諧振，回路等效阻抗最大值Zo=L/RC。當角頻率 ω偏離ωo時，∣Z∣將減小，而Δ ω愈大，∣Z∣愈小；（2）諧振曲線的形狀與回路的 Q值有密切的關系，Q值越大，諧振曲線愈尖銳 ，阻抗∣Z∣越高。 

       4 測量數據和分析

       使用本視頻阻抗測試儀測試微波二極管，獲得典型數據如表1。  

     

       對以上數據分析可知，在I F=20μA條件下被測二極管視頻電阻較小，且其規律與公式(3)相吻合。由于使用該儀器所測得的數據穩定可靠，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，顯著提高了測量工作效率，滿足了用戶要求。