CS240382B1

CS240382B1 - Device for measuring thermal resistance of Gunn diodes

Info

Publication number: CS240382B1
Application number: CS845579A
Authority: CS
Inventors: Josef Provaznik; Jaroslav Resl
Original assignee: Josef Provaznik; Jaroslav Resl
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS557984A1

Abstract

Účelem zařízení je vytvořit jednoduché zařízení pro měření tepelného odporu Gunnových diod, které měří s přípustnou chybou a s podstatně kratší dobou měření než dosud známá zařízení. , Tento účel splňuje zařízení tvořené třemi analogově-číslicovými převodníky. Vstup jednoho převodníku je připojen na měřič teploty, vstup druhého na společný bod sériové kombinace stabilního odporu a Guhnovy diody, jejíž druhý pól je uzemněn a vstup třetího převodníku je připojen na druhý konec stabilního odporu. Odpor je tímto koncem zároveň přes klíč, ovládaný povelem START a připojený na výstup stejnosměrného napájecího . zdroje, spojen se synchronizačními vstupy analogově-číslicových převodníků. Na synchronizační vstupy je zároveň připojen výstup zpožďovače, jehož vstup je ovládán povelem START. Na výstupy převodníků lze zařadit vyhodnocovací jednotku. Zařízení lze s výhodou použít i jako výstupní kontrolu při výrobě.The purpose of the device is to create a simple device for measuring the thermal resistance of Gunn diodes, which measures with an acceptable error and with a significantly shorter measurement time than previously known devices. , This purpose is met by a device consisting of three analog-to-digital converters. The input of one converter is connected to a temperature meter, the input of the second to the common point of a series combination of a stable resistor and a Gunn diode, the second pole of which is grounded, and the input of the third converter is connected to the other end of the stable resistor. The resistor is connected to the synchronization inputs of the analog-to-digital converters through this end via a key, controlled by the START command and connected to the output of the DC power supply. The synchronization inputs are also connected to the output of a delayer, the input of which is controlled by the START command. An evaluation unit can be connected to the outputs of the converters. The device can also be used advantageously as an output control in production.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření tepelného odporu Gunrrových diod, které je založeno na využití extrapolsční metody.The invention relates to a device for measuring the thermal resistance of Gunnar diodes, which is based on the use of the extrapolation method.

Při stanovování tepelného odporu GUnnových diod je třeba stanovit nepřímou metodou teplotu diody v určitých, přesně definovaných podmínkách. K -tomu účelu se využívá závislost proudu diodou na teplotě. Tyto změny jsou však velmi malé, asi 8 až 10 % při změně teploty zhruba o 30 °C. Navíc je nutně vlastní měření proudu provádět při daném 'napětí velmi rychle, abý zahřátí diody bylo zanedbatelné a teplota okolí -mohla být považována za teplotu diody.When determining the thermal resistance of GUnn diodes, it is necessary to determine the temperature of the diode by an indirect method under certain, precisely defined conditions. For this purpose, the dependence of the diode current on temperature is used. However, these changes are very small, about 8 to 10% for a temperature change of about 30 °C. In addition, it is necessary to carry out the actual current measurement very quickly at a given voltage so that the heating of the diode is negligible and the ambient temperature can be considered as the diode temperature.

Doposud známé zařízení užívá interpolační metodu pro nepřímé zjištěni teploty aktivní vrstvy Gunnovy diody, která Je podstatně složitější, pracnější a doba, měření je cca 10 minut při automatizaci. Toto za/ řízení používá termostaty a speciální impulsní generátor a vyžaduje složitý kalibrační postup.'The previously known device uses an interpolation method for indirect determination of the temperature of the active layer of the Gunn diode, which is considerably more complex, laborious and time-consuming, the measurement is about 10 minutes when automated. This device uses thermostats and a special pulse generator and requires a complex calibration procedure.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření tepelného odporu Gunnových diod podle vynálezu. Jeho podstatou je, že Je tvořeno třemi analogpvě-číslicový> mi převodníky, kde vstup Jednoho je připojen na měřič teploty držáku Gunnovy diody, vstup druhého je připojen na společný bod sériové kombinace stabilního odpořu a Gunnovy diody, jejíž druhý pól je uzemněn a vstup třetího je připojen na druhý konec stabilního odporu. Tento konec stabilního odporu je přes klíč, ovládaný povelovým tlačítkem pro start a připojený na výstup zdroje konstantního stejnosměrného napětí, spojen se synchronizačními vstupy analogově-číslicových převodníků, na něž je zároveň připojen výstup zpožďovače se vstupem spojeným s tlačítkem pro stárt.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the device for measuring the thermal resistance of Gunn diodes according to the invention. Its essence is that it consists of three analog-to-digital converters, where the input of one is connected to the temperature meter of the Gunn diode holder, the input of the second is connected to the common point of the series combination of a stable resistor and a Gunn diode, the second pole of which is grounded, and the input of the third is connected to the second end of the stable resistor. This end of the stable resistor is connected to the synchronization inputs of the analog-to-digital converters via a key, controlled by a command button for starting and connected to the output of a constant direct current voltage source, to which the output of the delayer with an input connected to the start button is also connected.

Na výstup převodníků lze připojit vyhodnocovací jednotku.An evaluation unit can be connected to the converter output.

Zařízeni může míf též mikroprocesor se vstup-výstup interfejsem, na nějž je připojeno tlačítko pro start, synchronizační vstupy tři analogově-číslicových převodníků.The device may also have a microprocessor with an input-output interface to which a start button is connected, and synchronization inputs of three analog-to-digital converters.

Oproti zařízení, založenému na interpo• lační metodě, odpadá v tomto případě nutnost používání termostatů a impulsního generátoru. Zjednoduší se kalibrace zařízení a vlastni doba .měření se zkracuje z původních cca 10 minut na méně než minutu při zvýšení přesnosti přibližně ná dvojnásobek. Zařízení je vhodné pro plně automatizovaný provoz použitím libovolného mikroprocesoru. Pořizovací páklady jsou velmi nízké, neboť jedinou nákladnější součástí zařízení je buď impulsní voltmetr, nebo jiný rychlý analogově-čísllcový převodník obdobných parametrů, tj. s dobou vzorkování 100 nsec a přesností lepší než 1 %.In contrast to the device based on the interpolation method, in this case there is no need to use thermostats and a pulse generator. The calibration of the device is simplified and the actual measurement time is reduced from the original approx. 10 minutes to less than a minute, with an increase in accuracy of approximately two times. The device is suitable for fully automated operation using any microprocessor. The acquisition costs are very low, since the only more expensive part of the device is either a pulse voltmeter or another fast analog-to-digital converter with similar parameters, i.e. with a sampling time of 100 nsec and an accuracy of better than 1%.

Příklad zařízení podle vynálezu je znázorněn schematicky na přiložených výkresech 1 a 2. Na obr. 1 je zařízení se třemi_>(anatógově-číslicovými převodníky a na obr. 2 je zařízení s jedním analogově-číslicovým převodníkem.An example of a device according to the invention is shown schematically in the accompanying drawings 1 and 2. Fig. 1 shows a device with three _analog- to-digital converters and Fig. 2 shows a device with one analog-to-digital converter.

Zařízení na obr. 1 sestává ze zdroje 1 konstantního stejnosměrného napětí, klíče 2, analogově-číslicových převodníků 3, 4, 5, měřiče 6 teploty, zpožďovače 7 a jednoduché vyhodnocovací jednotky 8.The device in Fig. 1 consists of a constant DC voltage source 1, a switch 2, analog-to-digital converters 3, 4, 5, a temperature meter 6, a delay timer 7 and a simple evaluation unit 8.

Vstup prvního analogově-číslicového převodníku 5 je připojen na měřič 6 teploty držáku Gunnovy djody D. Vstup druhého analogově-číslicoyého převodníku 3 je při-, pojen na společný bod sériové kóipbinace stabilního odporů R a Gunnovy diody D, jejíž dfuhý pól je uzemněn. Vstup analogově-číslicového převodníku 4 je připojen na druhý konec stabilního odporu R, který je zároveň přes klíč 2, ovládaný povelovým tlačítkem Γ1 pro start a připojený na výstupstejnosměrného napájecího zdroje 1, spojen se syUchrozničaními vstupy analogově-číslicových převodníků 3, 4 a 5. Na tyto vstupy je též připojen'výstup zpožďovače 7, jehož vstup, je ovládán pomocí povelového tlačítka 11 pro start. Na výstup analogově-číslicových¹ převodníků 3, 4, 5 je připojena vyhodnocovací jednotka 8. K plné automatizaci je možno aplikovat libovolný mikropro'cesor 9, ve schématu, kresleno čárkovaně, který nahradí zpožďovač, umožní tisk protokolu, výměnu, diooď apod. Mikroprocesor 9 má vstup-výstup interfejs 10, na nějž je připojeno povelové tlačítko 11 pro start a synchronizační' vstupy analogově-číslicových převodníků 3, 4, 5. Mikroprocesor 9 může' být spojen s výstupním zařízením 12, například displejem, tiskárnou a podobně.The input of the first analog-to-digital converter 5 is connected to the temperature meter 6 of the Gunn diode holder D. The input of the second analog-to-digital converter 3 is connected to the common point of the series combination of the stable resistor R and the Gunn diode D, the second pole of which is grounded. The input of the analog-to-digital converter 4 is connected to the other end of the stable resistor R, which is also connected to the synchronous and differential inputs of the analog-to-digital converters 3, 4 and 5 via the key 2, controlled by the command button Γ1 for start and connected to the output of the direct current power supply 1. The output of the delayer 7 is also connected to these inputs, the input of which is controlled by the command button 11 for start. An evaluation unit 8 is connected to the output of the analog-to ^- digital converters 3, 4, 5. For full automation, any microprocessor 9 can be applied, shown in dashed lines in the diagram, which will replace the delayer, enable protocol printing, exchange, diode, etc. The microprocessor 9 has an input-output interface 10, to which a command button 11 is connected for start and synchronization inputs of the analog-to-digital converters 3, 4, 5. The microprocessor 9 can be connected to an output device 12, for example a display, printer, etc.

Zařízení je založeno na extrapolační metodě měřeni, která vychází z poznatku, že pro závislost proudu Gunnovou diodou D na absolutní teplotě platí vztah _T konstanta .<The device is based on the extrapolation method of measurement, which is based on the knowledge that the dependence of the current through the Gunn diode D on the absolute temperature is given by the relation _T constant .<

j;; . . (i) kdej;; . . (i) where

I_d je proud Dunnovou diodou D,I _d is the current through Dunn diode D,

T je absolutní teplota.T is the absolute temperature.

V uvažované oblasti teplot cca —20 ⁰ až 50 °C platí tento vztah s dostatečnou přesností.In the considered temperature range of approximately -20 ⁰ to 50 °C, this relationship applies with sufficient accuracy.

Tepelný odpqr Gunnovy .diody D, defirtovaný vztahemThe thermal dissipation of the Gunn diode D, defined by the relation

R_T = - ^Ap^Tss ' (2) kde ' ·R _T = - ^A p ^Tss ' (2) where ' ·

P je příkon, jímž je Gunnova dioda D napájena, aP is the power input to the Gunn diode D, and

Δ T_ss je přírůstek teploty Gunnovy diody D, vyvolaný příkonem P, lze pak stanovit extrapolací na místě dříve používané interpolace. S použitím vztahu (1) plyne po úpravách pro tepelný odpor R_T, že (li I_5S) T_t Δ T _ss is the temperature increase of the Gunn diode D, caused by the power input P, and can then be determined by extrapolation in place of the interpolation used previously. Using relation (1), after adjustments for the thermal resistance R _T , it follows that (if I _5S ) T _t

I²SS. U_o (3) kde li je proud Gunnovou diodou D při teplotě okolí T_b I ² SS. U _o (3) where li is the current through the Gunn diode D at ambient temperature T _b

I_ss je proud Gunnovou diodou D při ustálené teplotě T_ss,I _ss is the current through the Gunn diode D at a steady temperature T _ss ,

R_T = R . Ti ' Ue-Uol (U_c — u_ss)² u_ol kde ‘R _T = R . Ti ' Ue-Uol (U _c — u _ss ) ² u _ol where '

U_c je napětí na sériové kombinaci stabilní odpor R — Gunnova dioda D,At _c, the voltage across the series combination of a stable resistor R — Gunn diode D,

U_ol je napětí na Gunnově. diodě D na začátku měření,U _ol is the voltage on the Gunn diode D at the beginning of the measurement,

U_ss je napětí na Gunnově diodě D po době zpoždění.At _ss , the voltage across the Gunn diode D is after a delay time.

Z tohoto vztahu se vychází při vlastním měření.This relationship is used for the actual measurement.

Zařízení pracuje tak, že po stisknutí povelového tlačítka 11 pro start sepne klíč 2 a připojí zdroj 1 konstantního stejnosměrného. napětí na sériovou kombinaci stabilního odporu R a Gunnovy diody D.The device works in such a way that after pressing the command button 11 for start, it closes the key 2 and connects the source 1 of constant DC voltage to the series combination of a stable resistor R and a Gunn diode D.

V čase kratším než 100 nsec, který za daných, podmínek plyne z přípustného ohřátí aktivní vrstvy Gunnovy diody D, se změří pomocí analogově-číslicových převodníků 3, 4, 5 veličiny U_;., U_o, a. T_t. Po vyhřátí aktivní vrstvy, daném příkonem, aplikovaným po dobu zpoždění zvolenou s ohledem na tepelnou kapacitu· držáku Gunnovy diody D, se změří veličiny U_c, U_ss a lý. Výsledek měření se buď vyhodnoť podle čtvrtého vztahu, nebo lze použít velmi jednoduchou aritmeticko-logickou vyhodnocovací jednotku 8, případně mikroprocesor 9 ve spojení s výstupním zařízením 12, například displejem, tiskárnou, televizní obrazpvkou apod., na němž se zobrazí výsledek měření. Analogo6In a time shorter than 100 nsec, which under given conditions results from the permissible heating of the active layer of the Gunn diode D, the quantities U _; ., U _o , a. T _t are measured using analog-to-digital converters 3, 4, 5. After the active layer has been heated, given by the power input applied for a delay time selected with regard to the thermal capacity of the Gunn diode holder D, the quantities U _c , U _ss and lý are measured. The measurement result is either evaluated according to the fourth relation, or a very simple arithmetic-logical evaluation unit 8 can be used, or a microprocessor 9 in connection with an output device 12, for example a display, printer, television screen, etc., on which the measurement result is displayed. Analogue6

U_o je konstantní napětí, udržované ná diodě.U _o is a constant voltage maintained across the diode.

Protože proudy při měření se stanovují z úbytků napětí, na stabilním odporu R platí (U_c-U_ss) u_ss ¹² vě-číslicové převodníky 3, 4, 5 slouží pak jako vstupy dat pro tento mikroprocesor.Since the currents during measurement are determined from voltage drops, (U _c -U _ss ) u _ss ¹² holds on the stable resistor R. The multi-digit converters 3, 4, 5 then serve as data inputs for this microprocessor.

Zařízení na obr. 2 má pouze jeden analogově-číslicový převodník 30. Na jeho vstup je připojen třípolohový přepínač 20. V první poloze 21 je vstup analogově-číslicového převodníku 30 spojen se společným bodem sériové kombinace stabilního odporu R a Gunnovy diody D. V druhé poloze 22 je na vstup analogově-číslicového převodníku 30 připojen výstup klíče 2 a v třetí poloze 23 výstup měřiče 6 teploty.The device in Fig. 2 has only one analog-to-digital converter 30. A three-position switch 20 is connected to its input. In the first position 21, the input of the analog-to-digital converter 30 is connected to the common point of the series combination of a stable resistor R and a Gunn diode D. In the second position 22, the output of the key 2 is connected to the input of the analog-to-digital converter 30, and in the third position 23, the output of the temperature meter 6.

Jinak je zařízení zapojeno jako na obr. 1, a i zde lze zařadit mikroprocesor 9, na jehož vstup-výstup interfejs 10 je připojeno povelové tlačítko 11 pro start, synchronizační vstup analogově-číslicového převodníku 30 a třípolohový přepínač 20.Otherwise, the device is connected as in Fig. 1, and here too a microprocessor 9 can be included, to whose input-output interface 10 a command button 11 for start, a synchronization input of the analog-to-digital converter 30 and a three-position switch 20 are connected.

Funkce zařízení je v podstatě stejná j'ako u obr. 1. Při vhodném provedení se veličiny U_c a Ti během měření' nebudou měnit v rámci přípustných chyb a není nutno je . měřit současně. Proto je možné nahradit tři analogově-číslicové převodníky pouze jedním, na jehož vstupu je třípolohový přepínač 20. 'The function of the device is essentially the same as in Fig. 1. With a suitable design, the quantities U _c and Ti will not change during measurement within the permissible errors and it is not necessary to measure them simultaneously. Therefore, it is possible to replace three analog-to-digital converters with only one, at the input of which there is a three-position switch 20.

Zařízení podle vynálezu lze použít s výhodou i jako výstupní kontrolní zařízení při výrobě.The device according to the invention can be used advantageously as an output control device during production.

Claims

•SUBJECT

Gunn diode thermal resistance measuring device, characterized in that it consists of three analog-to-digital converters (3, 4, 5J), wherein the input of the first analog-to-digital converter (5) is connected to the temperature meter (6) of the Gunn diode holder (DJ, input of second analog-to-digital converter (3J is connected to common point of serial combination of stable resistor (R) and Gunn diode (DJ, whose second pole is grounded and input of third to analog-to-digital converter (4) is connected to resistor (R), which is also connected to the key (2J), connected to the start button (11) and connected to the output of the source (1)

OF THE INVENTION of constant DC voltage, the key (2) being connected to the synchronization inputs of the analog-to-digital converters (3, 4, 5), to which the delay output (71) is also connected with the input connected to the start button (11).

Device according to claim 1, characterized in that an input of the evaluation unit (8) is connected to the output of the analogue-to-digital converters (3, 4, 5).

3. Device according to claim 1, characterized in that the start button (11), the synchronization inputs of the analogue-to-digital converters (3, 4, 5) are connected to the input-output interface (10) of the microprocessor (9J).