CN108896897B - 一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置 - Google Patents

一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置，包括单片机、显示单元、信号产生电路、信号采集及转换电路和继电器组。单片机轮流生成第一、第二及第三控制指令之一为当前控制指令，下发给信号产生电路后，得到待测二端渡越时间器件相应的加载信号。此时单片机还根据当前控制指令，下发相应的继电切换指令组，对第一至第四继电器和电磁继电器的导通时间或关闭时间进行控制，使得信号采集及转换电路能采集到待测二端渡越时间器件经信号加载后所形成的正向电压信号、反向雪崩电压信号和反向输出平均电流信号，并通过单片机输送至显示单元显示。实施本发明，实现二端渡越时间器件的正向导通电压、反向雪崩电压、反向输出平均电流等稳态参数测量。

Description

一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置
技术领域
本发明涉及电子元器件测量技术领域，尤其涉及一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置。
背景技术
与整流二极管、光电二极管不同，二端渡越时间器件作为一类毫米波——微波固态振荡源，被广泛应用于通信、雷达、战术导弹、电子对抗及测试仪器等各种微波系统中。
二端渡越时间器件主要包括：势垒注入渡越时间(BARITT)二极管、碰撞雪崩注入渡越时间(IMPATT)二极管、隧穿注入渡越时间(TUNNETT)二极管，它们都是利用注入和漂移渡越这两个过程的相位延迟来实现微波振荡的。
BARITT二极管的基本结构是基区穿通的p+-n-p+型结构，其中p+-n结势垒用以注入载流子，n区完全耗尽(漂移区)；BARITT二极管的直流I-V特性包括有指数段(势垒注入区)和线性段(空间电荷区)两个部分。BARITT二极管由于其势垒注入的相位延迟小，所以这种二极管的微波输出功率、直流-微波功率转换效率低，但无雪崩倍增作用，噪声低。IMPATT二极管的漂移区结构可分为单漂移区、双漂移区两类。单漂移区IMPATT二极管有p-n、p-i-n、p-n-n(或n-p-p)型等结构。双漂移区IMPATT二极管为p+-p-n-n+结构，实质上相当于两个互补单漂移区雪崩二极管的串联，从而有效地利用了电子和空穴漂移空间，因此微波输出功率、直流-微波功率转换效率更高。TUNNETT二极管是在IMPATT二极管基础上发展起来的，它与IMPATT二极管的不同点在于载流子是通过场致隧穿效应而不是雪崩效应形成载流子注入的。当TUNNETT二极管加载较大的反向偏压时，能带发生倾斜，电子势垒升高并减薄。对于高频二端渡越时间器件，漂移区很薄，阳极p区满带中的电子可以通过隧穿效应注入到漂移区的导带，从而在注入相位延迟和渡越时间延迟的共同作用下产生微波振荡。由于隧道注入过程的相位延迟很小，TUNNETT二极管呈现的交流负阻比较小，因此微波输出功率、直流-微波功率转换效率都比较低；但它不存在雪崩倍增现象，噪声非常低，可作为本振信号源。这些二端渡越时间器件所加直流偏压V的大小和方向，既要能保证p-n结正偏以注入空穴，又要保证n-p结反偏以使n区耗尽，则穿通电压VRT、平带电压VFB、雪崩击穿电压VB应该满足VB>VFB>V>VRT。
根据上述二端渡越时间器件的原理，它们的正向导通电压、反向雪崩电压、反向输出平均电流等稳态参数明显不同于传统二极管的对应值，因此传统二极管的参数测量方法和装置不能用于测量二端渡越时间器件的稳态参数。例如，公开文献中的一种雪崩管转折电压自动分档仪为测试/分选车用雪崩管转折特性的专用装置[http://www.ybzhan.cn/product/detail/7735540.html]，执行美国通用公司的最新标准，采用脉冲恒流测试，故被测管不发热，被测参数不因测试时间而变化，测试的重复性好，但不能测量正向导通电压等。又如，常州市金艾联电子科技有限公司研发的JK-A1型二极管反向漏电流测试仪，主要用于测量稳压二极管在最小起始电压时的漏电流，可测量0-1999nA的微小电流，但不能测量反向雪崩电压、正向导通电压等；此外，文献[物理实验，Vol.33,No.8(2013):4-6.]提出的光电倍增管渡越时间的测量系统中，采用LED灯作为光源，利用MCP-PMT测量系统的固有时间特性，选用示波器记录波形并获取时间差，实现了光电倍增管渡越时间的测量，但不涉及渡越时间二极管稳态参数的测量；还有，吴石明提出的硅光电二极管的参数测量[实验技术与管理，Vol.4,No.1(1987):33-38.]，包括暗电流、等效动态内阻、体串联电阻等，但没有涉及到二端渡越时间器件的正向导通电压、反向雪崩电压、反向输出平均电流等稳态参数的测量。
因此，亟需一种用于测量二端渡越时间器件稳态参数的装置，能够完成正向导通电压、反向雪崩电压、反向输出平均电流等稳态参数的测量。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置，能够实现二端渡越时间器件的正向导通电压、反向雪崩电压、反向输出平均电流等稳态参数的测量。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置，包括单片机，显示单元、信号产生电路、信号采集及转换电路和继电器组；其中，
所述信号产生电路的输入端与所述单片机的第一端相连，用于接收所述单片机发送的当前控制指令，并根据所述接收到的当前控制指令，得到相应的加载信号；其中，所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；所述加载信号为模拟信号，具体包括根据所述第一控制指令得到的正向电流信号，根据所述第二控制指令得到的雪崩电流信号，以及根据所述第三控制指令得到的反向电压信号；
所述信号采集及转换电路的输出端与所述单片机的第二端相连，用于采集待测二端渡越时间器件由所述信号产生电路加载了相应的加载信号后所形成的相应输出信号，并进一步进行模数转换；其中，所述输出信号包括所述待测二端渡越时间器件加载了所述正向电流信号后对应形成的正向电压信号，所述待测二端渡越时间器件加载了所述雪崩电流信号后所形成的反向雪崩电压信号，以及所述待测二端渡越时间器件加载了通过量程控制及极性转换处理的反向电压信号后所形成的反向输出平均电流信号；
所述继电器组包括均与所述单片机的第三端相连的第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和电磁继电器；其中，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器及第四继电器上均设有一常开接点，所述电磁继电器设有第一输入端、第二输入端、与第一输入端对应的两个输出端以及与第二输入端对应的另两个输出端；所述第一继电器上的常开接点的一端与待测二端渡越时间器件的正极相连，另一端接入所述电磁继电器的第一输入端；所述第二继电器上的常开接点的一端与所述待测二端渡越时间器件的正极相连，另一端接入所述电磁继电器的第二输入端；所述第三继电器上的常开接点的一端与所述待测二端渡越时间器件的负极相连，另一端接入所述电磁继电器上的第一输入端；所述第四继电器上的常开接点的一端与所述待测二端渡越时间器件的负极相连，另一端接入所述电磁继电器上的第二输入端；所述电磁继电器上与第一输入端对应的两个输出端分别与所述信号产生电路的第一输出端及所述信号采集及转换电路的第一输入端相连，且其上与第二输入端对应的另两个输出端分别与所述信号产生电路的第二输出端及所述信号采集及转换电路的第二输入端相连；
所述单片机的第四端与所述显示单元相连，用于轮流生成所述第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令其中之一作为当前控制指令下发给所述信号产生电路，并根据当前控制指令给所述继电器组发送相应的继电切换指令组，用以实现控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和电磁继电器的导通时间或关闭时间，以及接收所述信号采集及转换电路依次对应当前控制指令所采集到的正向电压信号、反向雪崩电压信号及反向输出平均电流信号并处理分析，且进一步将每一次的处理分析结果均输送给所述显示单元进行显示。
其中，所述单片机生成下发给所述信号产生电路的第一控制指令时，同时生成下发给所述继电器组的第一继电切换指令组，先控制所述继电器组中的电磁继电器连通所述信号产生电路后，控制所述第一继电器和所述第四继电器的常开接点均闭合一定时间以及控制所述第二继电器和所述第三继电器的常开接点均断开来实现对所述待测二端渡越时间器件上正向电流信号的加载及维持，再控制所述继电器组中的电磁继电器切换至所述信号采集及转换电路上，用以实现对所述待测二端渡越时间器件加载了所述正向电流信号后对应形成的正向电压信号的输出。
其中，所述单片机生成下发给所述信号产生电路的第二控制指令时，同时生成下发给所述继电器组的第二继电切换指令组，先控制所述继电器组中的电磁继电器连通所述信号产生电路后，控制所述第一继电器和所述第四继电器的常开接点均断开以及控制所述第二继电器和所述第三继电器的常开接点均闭合一定时间来实现对所述待测二端渡越时间器件上雪崩电流信号的加载，再控制所述继电器组中的电磁继电器切换至所述信号采集及转换电路上，用以实现对所述待测二端渡越时间器件加载了所述雪崩电流信号后对应形成的反向雪崩电压信号的输出。
其中，所述单片机生成下发给所述信号产生电路的第三控制指令时，同时生成下发给所述继电器组的第三继电切换指令组，先控制所述继电器组中的电磁继电器连通所述信号产生电路后，控制所述第一继电器和所述第四继电器的常开接点均闭合一定时间以及控制所述第二继电器和所述第三继电器的常开接点均断开来实现对所述待测二端渡越时间器件上通过量程控制及极性转换处理的反向电压信号的加载，再控制所述继电器组中的电磁继电器切换至所述信号采集及转换电路上，用以实现对所述待测二端渡越时间器件加载了所述反向电压信号后对应形成的反向输出平均电流信号的输出。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过单片机控制信号产生电路生成正向电流信号、雪崩电流信号及反向电压信号，并通过单片机控制继电器组来调整正向电流信号、雪崩电流信号及反向电压信号分别被加载至待测二端渡越时间器件上，以及待测二端渡越时间器件上信号加载后所形成的正向电压信号、反向雪崩电压信号及反向输出平均电流信号的采集和处理分析，且进一步推送给显示单元显示，从而实现二端渡越时间器件的正向导通电压、反向雪崩电压、反向输出平均电流等稳态参数的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其它的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的二端渡越时间器件稳态参数测量装置的系统结构示意图；
图2为图1中单片机和显示单元集成一体的应用场景图；
图3为图1中信号产生电路和继电器组集成一体的应用场景图；
图4为图1中信号产生电路生成反向电压信号VR时所需加载的高压产生电路的应用场景图；
图5为图1中信号采集及转换电路的应用场景图；
图6为本发明实施例提供的二端渡越时间器件稳态参数测量装置实际测试结果的波形图；
图7为本发明实施例提供的二端渡越时间器件稳态参数测量装置实际测试结果的数值显示图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置，包括单片机1，显示单元2、信号产生电路3、信号采集及转换电路4和继电器组5；其中，
信号产生电路3的输入端b1与单片机1的第一端a1相连，用于接收单片机1下发的当前控制指令，并根据接收到的当前控制指令，得到相应的加载信号；其中，控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；加载信号为模拟信号，具体包括根据第一控制指令得到的正向电流信号IF，根据第二控制指令得到的雪崩电流信号IRWM以及根据第三控制指令得到的反向电压信号VR；
信号采集及转换电路4的输出端c1与单片机1的第二端a2相连，用于采集待测二端渡越时间器件D由信号产生电路3加载了相应的加载信号后所形成的相应输出信号，并进一步进行模数转换；其中，输出信号包括待测二端渡越时间器件D加载了正向电流信号IF后对应形成的正向电压信号VF、待测二端渡越时间器件D加载了雪崩电流信号IRWM后所形成的反向雪崩电压信号VRWM以及待测二端渡越时间器件D加载了通过量程控制及极性转换处理的反向电压信号VR后所形成的反向输出平均电流信号IR；
继电器组5包括均与单片机1的第三端c3相连的第一继电器51、第二继电器52、第三继电器53、第四继电器54和电磁继电器55；其中，第一继电器51、第二继电器52、第三继电器53及第四继电器54上均设有一常开接点，电磁继电器55设有第一输入端J01、第二输入端J02、与第一输入端J01对应的两个输出端(J03、J04)以及与第二输入端J02对应的另两个输出端(J05、J06)；第一继电器51上的常开接点的一端与待测二端渡越时间器件D的正极(+)相连，另一端接入电磁继电器55的第一输入端J01；第二继电器52上的常开接点的一端与待测二端渡越时间器件D的正极(+)相连，另一端接入电磁继电器55的第二输入端J02；第三继电器53上的常开接点的一端与待测二端渡越时间器件D的负极(-)相连，另一端接入电磁继电器55上的第一输入端J01；第四继电器54上的常开接点的一端与待测二端渡越时间器件D的负极(-)相连，另一端接入电磁继电器55上的第二输入端J02；电磁继电器55上与第一输入端J01对应的两个输出端(J03、J04)分别与信号产生电路3的第一输出端b2及信号采集及转换电路4的第一输入端c2相连，且其上与第二输入端J02对应的另两个输出端(J05、J06)分别与信号产生电路3的第二输出端b3及信号采集及转换电路4的第二输入端c3相连；
单片机1的第四端a4与显示单元2相连，用于轮流生成第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令其中之一作为当前控制指令下发给信号产生电路3，并根据当前控制指令给继电器组5下发相应的继电切换指令组，用以实现控制第一继电器51、第二继电器52、第三继电器53、第四继电器54和电磁继电器55的导通时间或关闭时间，以及接收信号采集及转换电路4依次对应当前控制指令所采集到的正向电压信号VF、反向雪崩电压信号VRWM及反向输出平均电流信号IR并处理分析，且进一步将每一次的处理分析结果均推送给显示单元2显示。
应当说明的是，信号产生电路3产生待测二端渡越时间器件D所需加载的正向电流信号IF、雪崩电流信号IRWM以及反向电压信号VR，由于上述三种加载信号的加载方向及时间，以及加载后待测二端渡越时间器件D所形成的采集信号不同，因此需要单片机根据加载信号的不同，调整信号产生电路3的信号生成、控制继电器组来实现对待测二端渡越时间器件D上不同加载信号的加载方向及时间控制，以及加载后待测二端渡越时间器件D所形成信号的采集，具体如下：
(1)加载正向电流信号IF后，采集正向电压信号VF：单片机1生成下发给信号产生电路3的第一控制指令时，同时生成下发给继电器组5的第一继电切换指令组，先控制继电器组5中的电磁继电器55连通信号产生电路3后，控制第一继电器51和第四继电器54的常开接点均闭合一定时间以及控制第二继电器52和第三继电器53的常开接点均断开来实现对待测二端渡越时间器件D上正向电流信号的加载及维持，再控制继电器组5中的电磁继电器55切换至信号采集及转换电路4上，用以实现对待测二端渡越时间器件D加载了正向电流信号IF后对应形成的正向电压信号VF的输出。可以理解的是，正向电压信号VF是在待测二端渡越时间器件D的两端加上一个正向恒流源，当待测二端渡越时间器件D通过的电流达到规定时所测的正向导通电压信号。
(2)加载雪崩电流信号IRWM后，采集反向雪崩电压信号VRWM：单片机1生成下发给信号产生电路3的第二控制指令时，同时生成下发给继电器组5的第二继电切换指令组，先控制继电器组5中的电磁继电器55连通信号产生电路3后，控制第一继电器51和第四继电器54的常开接点均断开以及控制第二继电器52和第三继电器53的常开接点均闭合一定时间来实现对待测二端渡越时间器件D上雪崩电流信号的加载，再控制继电器组5中的电磁继电器55切换至信号采集及转换电路4上，用以实现对待测二端渡越时间器件D加载了雪崩电流信号IRWM后对应形成的反向雪崩电压信号VRWM的输出。可以理解的是，反向雪崩电压信号VRWM是在待测二端渡越时间器件D的两端加上一个反向恒流源并调整，当通过待测二端渡越时间器件D的电流达到规定值时所测的反向击穿电压信号。
(3)加载反向电压信号VR后，采集反向输出平均电流信号IR：单片机1生成下发给信号产生电路3的第三控制指令时，同时生成下发给继电器组5的第三继电切换指令组，先控制继电器组5中的电磁继电器55连通信号产生电路3后，控制第一继电器51和第四继电器54的常开接点均闭合一定时间以及控制第二继电器52和第三继电器53的常开接点均断开来实现对待测二端渡越时间器件D上通过量程控制及极性转换处理的反向电压信号的加载，再控制继电器组5中的电磁继电器55切换至信号采集及转换电路4上，实现对待测二端渡越时间器件D加载了反向电压信号VR后对应形成的反向输出平均电流信号IR的输出。应当说明的是，反向电压信号VR产生电路需要很高的电压，它连接着高压产生电路。高压产生电路对反向电压要求很高，10V～1000V的取值范围，需要一个高压产生电路，并将电源电路所产生的直流低电压通过变压器进行变压，输出一个高直流电压。可以理解的是，反向输出平均电流信号IR是在待测二端渡越时间器件D的两端上加载反向电压发生雪崩情况下，反向输出平均电流也不太大的情况下测量所得。因待测二端渡越时间器件D的反向输出平均电流信号IR中包含噪声，导致测量不准，所以要进一步的去抑制噪声的影响。
如图2至图5所示，对本发明实施例中的二端渡越时间器件稳态参数测量装置的应用场景做进一步说明：
图2中，单片机包括CPU芯片、输入模块和输出模块；显示单元为液晶显示器。
单片机IC1为W78E54型CPU芯片，是整个电路的核心，它的价格便宜、运行速度快、可靠性高、控制性能强、开发方便、I/O接口数量充足。IC1控制各个电路模块协同工作。IC1的P00～P07接口通过74HC373型锁存器IC18和UNL2803型达林顿管IC19控制着图3中继电器组的导通或关闭并记忆。IC18记忆了CPU发送到继电器组中各继电器的开关状态，使得测试正常进行。IC1的P24、P25接口与信号产生电路中的TLC5615型D/A转换器IC10和IC11同时相连，P24接口控制着IC10与IC11的周期频率。IC1的INTO接口控制着图3中信号产生电路的2n5551型三极管TR1的通断，从而控制反向输出平均电流信号的输出。IC1的P25接口连接着图5中信号采集及转换电路中TLC2543型A/D转换器IC3的OUT接口，获取正向导通电压VF、反向雪崩电压VRWM、反向输出平均电流IR信号并在IC1中进行计算，由IC1发送给显示单元等。图2中IC1的WR、RD接口与CD4066型电子开关芯片IC5相连，控制开关的开断。
图2中的输入模块包括JP4X4型输入键盘及控制接口DB2。输入键盘通过连接CPU芯片IC1的P00～P03引脚输入参数，用于测试人员输入自定义的信息(如设置测试不同器件的参数值，CPU通过控制74LS138型译码器IC2的Y5、Y6、Y7接口来控制键盘。控制信号接口DB2连接控制设备，反馈自动测试的情况。CPU的P10接口控制DB2接口的输入信息，通过74LS174型D触发器IC17的D1～D6六个接口来传送，在CLK接口接收上升沿时，六个接口联通传输信息，当CR接口处于低电平时，DB2接口不传输信息。当CR接口处于高电平时，IC17的D1接口与Q1接口导通，CPU的P00接口与IC17的D1接口相连接，控制触发输出到DB2接口，其中从IC17的Q3～Q6输入TTL电平，连接着CPU芯片IC1的P02～P05接口，用于控制着继电器的开关。
输出模块包括与显示单元及其连接口，以及打印机接口DB1，主要用于装置与外部进行数据的显示与打印。CPU的P00～P07接口通过上拉电阻R51驱动显示单元，用于显示装置的相关数据，增加用户与本发明装置的交互性。
显示单元采用DFMG12864型液晶显示器LCD，可显示设置的测试参数，如正向电流的设置值、测量正向导通电压的最大值、反向雪崩电压的最大值和最小值、反向输出平均电流的最大值，并区分等级，等等。
图3中，信号产生电路主要有D/A转换及信号放大控制，并将信号送到二端渡越时间器件两端(如图3中接入IF+的为正极、接入IF-的为负极)。其中，TLC5615型D/A转换器IC10与IC11的输出为电压，最大输出电压随着基准电压的改变而改变。图2的CPU通过控制图3中IC10、IC11的DIN、SCLK和CS这三个接口来控制模拟电压的输出，把数字信号转化为模拟信号。
继电器组包括第一继电器J11、第二继电器J12、第三继电器J13、第四继电器J14和电磁继电器J10。
图3中IC10通过OUT接口输出信号，通过保护电阻R15之后传到LF411型运算放大器IC9，组成电压跟随器，提高信号负载能力。然后将信号送到BU508A型大功率开关管TR2，控制TR2的开/关，由控制电路输出信号的占空比来调节电压的大小，最后送到电磁继电器J10中。这一路输出VR反向电压信号。
图3中IC11通过OUT接口、LF412型运算放大器IC8A与9014型三极管TR7组成的射级跟随器把电流输入转换为电压输出；LF412型电压跟随器IC8B通过反馈控制IRF9540型大功率场效应管TR8，输入电压控制输出正向电流信号IF，所以IF不随着负载(二端渡越时间器件)的更换而变化，从而实现压控恒流。其中4个继电器J11～J14控制信号的输出。
图3中2N5551型NPN高反压三极管TR1的基极通过电阻R47连接图2中CPU的INT0接口，集电极通过电阻R44、R45、二极管D2连接2SB546型大功率三极管TR6，起到功放作用，为二端渡越时间器件提供反向的雪崩电流信号IRWM。
图4为信号产生电路中高压产生电路的应用场景图。图4中的NE555型定时器IC13用于产生方波，Q接口可以输出特定频率的方波信号，电容C11和电阻R26共同调节方波的输出频率。IC13为8接口时基集成电路，其中VDD为+16V电压输出，GND为接地接口。为了增加电路的驱动能力，在驱动变压器B1之前添加了一个IRF630型MOS管TR5，IC13通过控制TR5的栅极可以控制TR5的通/断，进而通过变压器B1将高电压输出。2DL5F型二极管D15保证单向导电，FR104型二极管D16可以保护TR5。TIL117型光耦芯片IC12隔离强弱电，9011型三极管TR3、9014型三极管TR4可提高系统的电流负载能力。
图5为信号采集及转换电路的应用场景图。针对正向导通电压信号VF的采集，图5中的CD4066型电子开关IC5由四个双向模拟开关组成，CPU芯片IC1的RD接口控制IC5的两对电子开关(与I/O1和I/O2相连)，当RD接口为高电平时，IC5的第一对开关(K1、K2拉高)被打开时，正向电压降差分地由I/O1和I/O2脚输入电子开关并储存在电容C7中。当RD接口为低电平时，第一对开关断开。正向电压降脉冲过去后，IC1的WR接口为高电平，第二对开关导通(K3、K4拉高)，这时储存在电容C7中的电能经过I/O3送给LF412型运算放大器IC6B，放大2倍后送给TLC2453CN型A/D转换器IC3。其中I/O4已接地。24LC02B型存储器IC21与CPU芯片IC1连接，记忆各设置状态。
对于雪崩电压信号VRWM的采集，由图3中电阻R48、电阻R49和电阻R50对反向雪崩电压进行采样，R48电阻上端的电压就是二极管的反向雪崩电压，经过电阻R48、电阻R49和电阻R50分压后直接传送到图5的A/D转换器IC3的IN9接口，分压后的电压为原来的0.08倍。图5的TLC2543型A/D转换器IC3是串行模/数转换器，使用开关逐步接近的方法完成A/D转换过程，因为串行输入，能够节约CPU的I/O接口，分辨率高，适合在本装置中应用。
对于反向输出平均电流信号IR的采集，图5中由继电器J2、J5控制将反向输出平均电流传入，通过采样电阻R1转换为电压之后传到OP07型放大器IC7，运算放大器IC7、电阻R4、电阻R2组成负反馈放大电路，放大倍数为200倍，并通过电阻R5传送到LF412型运算放大器IC6A。4053型开关芯片IC4为IF/VR工作开关和IR档位转换开关，通过IC4控制IR的量程，可以将R4短路，负反馈放大电路的放大倍数为20倍。由电阻R5、电阻R6、LF412型运算放大器IC6A组成负反馈电路，对信号进行极性反转，放大倍数为1倍，再通过保护电阻R64，把反向输出平均电流信号传到TLC2543型A/D转换器IC3的IN0接口。
图6和图7为本发明实施例提供的二端渡越时间器件稳态参数测量装置实际测试的应用场景图。针对某二端渡越时间器件的正向导通电压VF、反向雪崩电压VRWM、反向输出平均电流IR，利用数字存储示波器测量并在显示屏上观察波形(如图6所示)，示波器屏幕上VF的峰值为6.80V。图7中，示出了本发明实施例中二端渡越时间器件稳态参数测量装置通过液晶显示屏显示的正向导通电压VF的值约为6.00V，反向雪崩电压VRWM的值略低于设置的范围(18.00V～28.00V)，反向输出平均电流IR的值约为5μA，与示波器显示的电压值基本吻合。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过单片机控制信号产生电路生成正向电流信号、雪崩电流信号及反向电压信号，并通过单片机控制继电器组来调整正向电流信号、雪崩电流信号及反向电压信号分别被加载至待测二端渡越时间器件上，以及待测二端渡越时间器件上信号加载后所形成的正向电压信号、反向雪崩电压信号及反向输出平均电流信号的采集和处理分析，且进一步输送给显示单元显示，从而完成二端渡越时间器件的反向雪崩电压、反向漏电流、正向导通电压等稳态参数的测量，为器件设计、器件应用提供实测数据依据。
以上所披露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种二端渡越时间器件稳态参数测量装置，其特征在于，包括单片机，显示单元、信号产生电路、信号采集及转换电路和继电器组；其中，
所述信号产生电路的输入端与所述单片机的第一端相连，用于接收所述单片机下发的当前控制指令，并根据接收到的当前控制指令，得到相应的加载信号；其中，所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；所述加载信号为模拟信号，具体包括根据所述第一控制指令得到的正向电流信号，根据所述第二控制指令得到的雪崩电流信号，以及根据所述第三控制指令得到的反向电压信号；
所述信号采集及转换电路的输出端与所述单片机的第二端相连，用于采集待测二端渡越时间器件由所述信号产生电路加载了相应的加载信号后所形成的相应输出信号，并进一步进行模数转换；其中，所述输出信号包括所述待测二端渡越时间器件加载了所述正向电流信号后对应形成的正向电压信号，所述待测二端渡越时间器件加载了所述雪崩电流信号后所形成的反向雪崩电压信号，以及所述待测二端渡越时间器件加载了通过量程控制及极性转换处理的反向电压信号后所形成的反向输出平均电流信号；
所述继电器组包括均与所述单片机的第三端相连的第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和电磁继电器；其中，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器及第四继电器上均设有一常开接点，所述电磁继电器设有第一输入端、第二输入端、与第一输入端对应的两个输出端以及与第二输入端对应的另两个输出端；所述第一继电器上的常开接点的一端与待测二端渡越时间器件的正极相连，另一端接入所述电磁继电器的第一输入端；所述第二继电器上的常开接点的一端与所述待测二端渡越时间器件的正极相连，另一端接入所述电磁继电器的第二输入端；所述第三继电器上的常开接点的一端与所述待测二端渡越时间器件的负极相连，另一端接入所述电磁继电器上的第一输入端；所述第四继电器上的常开接点的一端与所述待测二端渡越时间器件的负极相连，另一端接入所述电磁继电器上的第二输入端；所述电磁继电器上与第一输入端对应的两个输出端分别与所述信号产生电路的第一输出端及所述信号采集及转换电路的第一输入端相连，且其上与第二输入端对应的另两个输出端分别与所述信号产生电路的第二输出端及所述信号采集及转换电路的第二输入端相连；
所述单片机的第四端与所述显示单元相连，用于轮流生成所述第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令其中之一作为当前控制指令下发给所述信号产生电路，并根据当前控制指令给所述继电器组下发相应的继电切换指令组，用以控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和电磁继电器的导通时间或关闭时间，以及接收所述信号采集及转换电路依次对应当前控制指令所采集到的正向电压信号、反向雪崩电压信号及反向输出平均电流信号并处理分析，且进一步将每一次的处理分析结果均输送给所述显示单元进行显示。
2.如权利要求1所述的二端渡越时间器件稳态参数测量装置，其特征在于，所述单片机生成下发给所述信号产生电路的第一控制指令时，同时生成下发给所述继电器组的第一继电切换指令组，先控制所述继电器组中的电磁继电器连通所述信号产生电路后，控制所述第一继电器和所述第四继电器的常开接点均闭合一定时间，以及控制所述第二继电器和所述第三继电器的常开接点均断开，用以实现对所述待测二端渡越时间器件上正向电流信号的加载及维持，再控制所述继电器组中的电磁继电器切换至所述信号采集及转换电路上，实现对所述待测二端渡越时间器件加载了所述正向电流信号后对应形成的正向电压信号的输出。
3.如权利要求1所述的二端渡越时间器件稳态参数测量装置，其特征在于，所述单片机生成下发给所述信号产生电路的第二控制指令时，同时生成下发给所述继电器组的第二继电切换指令组，先控制所述继电器组中的电磁继电器连通所述信号产生电路后，控制所述第一继电器和所述第四继电器的常开接点均断开，以及控制所述第二继电器和所述第三继电器的常开接点均闭合一定时间来实现对所述待测二端渡越时间器件上雪崩电流信号的加载，再控制所述继电器组中的电磁继电器切换至所述信号采集及转换电路上，用以实现对所述待测二端渡越时间器件加载了所述雪崩电流信号后对应形成的反向雪崩电压信号的输出。
4.如权利要求1所述的二端渡越时间器件稳态参数测量装置，其特征在于，所述单片机生成下发给所述信号产生电路的第三控制指令时，同时生成下发给所述继电器组的第三继电切换指令组，先控制所述继电器组中的电磁继电器连通所述信号产生电路后，控制所述第一继电器和所述第四继电器的常开接点均闭合一定时间以及控制所述第二继电器和所述第三继电器的常开接点均断开来实现对所述待测二端渡越时间器件上通过量程控制及极性转换处理的反向电压信号的加载，再控制所述继电器组中的电磁继电器切换至所述信号采集及转换电路上，用以实现对所述待测二端渡越时间器件加载了所述反向电压信号后对应形成的反向输出平均电流信号的输出。
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Assignee: Intelligent lock Research Institute of Wenzhou University

Assignor: Wenzhou University

Contract record no.: X2020330000086

Denomination of invention: A device for measuring steady state parameters of two terminal transit time devices

Granted publication date: 20190830

License type: Common License

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