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Verfahren zum Prüfen der Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN-Dioden
oder PSN-Dioden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Kreuzmodulationsfestigkeit
von PIN- bzw. PSN-Dioden.
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Als PIN-Dioden werden solche Dioden bezeichnet, welche zwischen ihrem
p-leitenden und n-leitenden Gebiet ein eigenleitendes Geo biet besitzen. Da es in
der Praxis schwierig ist, einen ideal eigenleitenden Halbleiter zu realisieren,
wird das eigenleitende.
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Gebiet in der Regel einen schwachen Dotierungsüberschuß eines Leitungstyps
besitzen, d.h., das zwischen dem p-leitenden und n-leitenden Gebieten liegende Gebiet
wird in der Praxis entweder schwach n-leitend oder schwach p-leitend sein. Im deutschen
Sprachgebrauch hat es sich eingebürgert, dieses schwach leitende Gebiet mit dem
Buchstaben S zu bezeichnen.
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Derartige PIN- bzw. PSN-Dioden eignen sich insbesondere für eine Verwendung
als variable Dämpfungsglieder, wobei der sich etwa linear ändernde Durchlaßstrom
der Diode gesteuert wird.
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Weiterhin können derartige Dioden auch zur Verbesserung der Großsignaleigenschaften
von Rundfunk- oder Fernsehempfängern anstelle von Regeltransistoren verwendet werden.
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Werden Rundfunk- und Fernsehempfänger in der Nähe starker Sender betrieben,
so können Eingangsspannungen in der Größenordnung von 1 Volt auftreten. Bei derartig
großen Spannungen arbeiten auch PIN- bzw PSN-Dioden nicht mehr völlig verzerrungsfrei.
Es treten daher Kreuzmodulationen und Modulationsverzerrungen auf.
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Aus diesem Grunde ist es wichtig, die Ereuzmodulationsfestigkeit derartiger
Dioden zu messen. Diese Kreuzmodulation ist eine besonders kritische Größe, da beispielsweise
in Fernsehempfängern bereits eine Kreuzmodulation von weniger als 1 %0 zu störenden
Bildfehlern führt. Die Sichtbarkeit dieser Fehler ist insbesondere deshalb groß,
weil die Ablenkfrequenzen des Störsenders und des Nutzsenders nicht exakt übereinstimmen.
Daher läuft das Bild des Störsenders gegen das Bild des Nutzsenders auf dem Bildschirm
des Empfängers durch. Andererseits sind Modulationsverzerrungen wesentlich weniger
störend, da sie lediglich zu Gradationsverzerrungen führen, für welche das Auge
relativ unempfindlich ist. Der zulässige Eingangssignalpegel darf daher in diesem
Falle viel größer sein. Weiterhin werden bei Einfall eines starken Nutzsenders die
PIN- bzw.
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PSN-Dioden über dem Regelkreis in einen Arbeitspunkt gesteuert, bei
dem verhältnismäßig kleine Modulationsverzerrungen auftreten. Der Einfall eines
starken Störsenders ist für den Regelkreis ohne wesentliche Bedeutung, da durch
die ZF-Selektion verhindert wird, daß das Signal des Störsenders in den Demodulator
gelangt, von dem der Istwert für den Regelkreis abgenommen wird. Bei Einfall eines
starken Störsenders ist es deshalb wahrscheinlich, daß die Dioden in einem Arbeitspunkt
gesteuert werden, bei dem starke Kreuzmodulationsverzerrungen auftreten.
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Es wäre an sich zu erwarten, daß die Kreuzmodulationsfestigkeit von
PIN- bzw. PSN-Dioden in einfacher Weise über die Messung der Trägerlebensdauer möglich
wäre, weil diese relativ einfach meßbar ist. Der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen
haben jedoch gezeigt, daß die zulässige Störspannung für 1 % Kreuzmodulation trotz
gleicher Lebensdauer um eine Zehnerpotenz differieren können. Daher wäre die Kreuzmodulationsfestigkeit
der
Dioden nur mit einem Verfahren meßbar, bei dem das Signal eines stark modulierten
Senders und das Signal eines schwach modulierten Senders, der auf einer anderen
Frequenz arbeitet, auf das Meßobjekt gegeben werden. Am Ausgang des Meßobjekts wird
dabei der schwache Sender mittels eines Bandpasses ausgefiltert und die Größe der
Amplituden bestimmt. Der Aufwand für eine derartige Messung ist aber erheblich,
weil die entstehende Kreuzmodulation insbesondere stark vom Arbeitspunkt der Diode
abhängt. Es muß daher für jede Diode der kritischte Punkt gesucht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes
Verfahren zur Prüfung der Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine hochfrequente
Spannung an die Diode gelegt und daß der über die Diode fließende Strom gemessen
wird.
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Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Frequenz,
bei der ein vorgegebener Gleichstrom über die Diode fließt, näherungsweise umgekehrt
proportional zur Kreuzmodulationsfestigkeit ist. Daher kann zur Ausselektierung
von PIN- bzw. PSN-Dioden hinsichtlich Kreuzmodulationsfestigkeit ein Stromwert vorgegeben
werden, wobei die Dioden so ausselektiert werden, daß die Kreuzmodulationseigenschaften
bei Strömen über diesen vorgegebenen Wert unzureichend sind.
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Die Meßfrequenz kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung unter
Ausnutzung folgender Eigenschaften von PIN- bzw.
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PSN-Dioden gewählt werden. Mißt man den durch eine derartige Diode
fließenden Strom bei konstanter Amplitude der anliegenden Spannung über der Frequenz,
so zeigt sich, daß der-Strom mit zunehmender Frequenz abnimmt. Daher wird die Frequenz
der
hochfrequenten Spannung so gewählt, daß der Wert des über die
Diode fließenden Stromes kleiner als ein vorgegebener Prozentsatz, vorzugsweise
10 ffi des Stromes ist, der bei gleicher Amplitude der anliegenden Spannung fließt,
wenn die Frequenz gegen Null geht.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
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Es zeigt: Figur 1 eine Ausführungsform einer Meßschaltung zur Bestimmung
der Kreuzmodulationsfestigkeit ; Figur 2 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung
zur Bestimmung der Kreuzmodulationsfestigkeit.
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Gemäß Fig. 1 liefert ein Hochfrequenzgenerator 1 eine hochfrequente
Spannung an eine PIN- bzw. PSN-Diode 2. Dabei kann es sich beispielsweise um eine
unmodulierte sinusförmige Spannung mit einem Wert von 2 Veff bei einer Frequenz
von 7 MHz handeln. In Reihe zur Diode 2 liegt ein Meßwiderstand 4 mit einem Widerstandswert
von beispielsweise 1 k#, welcher hochfrequenzmäßig durch eine Kapazität 5 mit einem
Kapazitätswert von beispielsweise 0,1uF überbrückt ist. Bei Dioden mit guten Kreuzmodulationseigenschaften
liegt der fließende Gleichstrom unter 10/uA. Steigt der Wert des Stromes über 30
uA, so sind auch die Kreuzmodulationseigenschaften bei Signalfrequenzen in der Größenordnung
von 50 MHz schlecht. Derartige Dioden werden ausgeschieden.
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Die Messung des über die Diode 2 fließenden Stroms erfolgt über die
Messung der am Meßwiderstand 4 abfallenden Spannung.
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Diese Messung erfolgt durch ein Meßgerät 3.
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Eine weitere Ausführungsform einer Schaltung zur Messung der Kreuzmodulationsfestigkeit
von PIN- bzw. PSN-Dioden ist in
Fig. 2 dargestellt, in der den Elementen
nach Fig. 1 entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In
dieser Schaltung wird das Signal des Hochfrequenzgenerators 1 über eine Koppelkapazität
6 auf die Diode 2 gegeben. Der Gleichstrom fließt in dieser Schaltung über einen
Widerstand 7 mit einem Widerstandswert von beispielsweise 10 k#in ein Strommeßgerät
8.
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Manche PIN-Diodentypen zeigen ein bistabiles Verhalten.
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Wird nämlich die Hochfrequenzspannung beginnend von kleinen Amplituden
erhöht, so fließt zunächst praktisch überhaupt kein Gleichstrom; bis der Strom beim
Überschreiten eines Schwellwertes plötzlich auf einen Wert springt, der für die
kreuzmodulationsfestigkeit kennzeichnend ist.
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Wird die Amplitude der Spannung wieder verkleinert, -so existiert
ein zweiter Schwellwert, bei dem der Strom wieder zu Null wird. Dieser zweite Schwellwert
ist wesentlich kleiner als der erste Schwellwert.
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Um bei derartigen Dioden-dennoch eine eindeutige Messung durchführen
zu können, wird die Spannung in Weiterbildung der Erfindung kurz vor Beginn der
Auswertung des Messung weit über ihren normalen Wert erhöht - z.B. von 2 V auf 5
V -, um die Zündungder Diode zu gewährleisten.
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Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung können zu diesem Zweck die
hochfrequente Spannung während der Meßzeit auch kurzzeitig Gleichspannungsimpulse
oder hochfrequente Impulse auf die Diode gegeben werden. Die Einspeisung dieser
Impulse kann periodisch oder nichtperiodisch erfolgen. Insbesondere kann die Hochfrequenzspannung
auch während der Meßzeit periodisch erhoht werden, wobei-&ie': et, in der diese
Erhöhung erfolgt, klein gegen die Meßzeit (z.B. kleiner als 1 %) ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Signal des Hochfrequenzsenders
1 auch moduliert werden. In den
Schaltungen nach den Fig. 1 und
2 fließt über die Meßinstrumente 3 und 8 dann ein modulationsfrequenter Wechselstrom,
der in einem Wechselspannungsverstärker verstärkt und anschließend hinsichtlich
seiner Amplitude ausgewertet wird.
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Es sei bemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Verwendung
von sinusförmigen hochfrequenten Spannungen beschränkt ist. Vielmehr können auch
nichtsinusförmige hochfrequente Signale für die Messung verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch deshalb vorteilhaft,
da nicht nur diskrete Einzelbauelemente, sondern auch entsprechend Elemente in integrierten
Schaltungen auf diese Weise hinsichtlich ihrer Kreuzmodulationsfestigkeit untersucht
werden können.
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8 Patentansprüche 2 Figuren