DE2158033B2 - Verfahren zum Prüfen der Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN-Dioden bzw. PSN-Dioden - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden.

Als PIN-Dioden werden solche Dioden bezeichnet welche zwischen ihrem p-leitenden und n-leitenden Gebiet ein eigenleitendes Gebiet besitzen. Da es in der Praxis schwierig ist, einen ideal eigenleitenden Halbleiter zu realisieren, wird das eigenleitende Gebiet in der Regel einen schwachen Dotierungstiberschuß eines Leistungstyps besitzen, d. h, das zwischen dem p-leitenden und η-leitenden Gebieten liegende Gebiet wird in der Praxis entweder schwach η-leitend oder schwach p-leitend sein. Im deutschen Sprachgebrauch hat es sich eingebürgert, dieses schwach leitende Gebiet mit dem Buchstaben S zu bezeichnen.

Derartige PIN- bzw. PSN-Dioden eignen sich besonders für eine Verwendung in variable«* Dämpfungsgliedern, wobei der sich etwa linear ändernde Durchlaßstrom der Diode gesteuert wird. Weiterhh können derartige Dioden auch zur Verbesserung der Großsignaleigenschaften von Rundfunk- oder Fernsehempfängern an Stelle von Regeltransistoren verwendet werden.

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 and Modulationsverzerrungen auf.

Aus diesem Grande ist es wichtig, die Kreuzmodula tioasfestigkeit dirartiger Dioden zu messen. Diese ό Kreuzmodulation ist eine besonders kritische Größe, da beispielsweise in Fernsehempfängern bereits eine Kreuzmodulation von weniger als 1% 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 in diesem Falle viel gröder seia Weiterhin werden bei Einfall eines starken Nutzsenders die PIN- bzw. 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.

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 Zehnen)otenz differieren kann. 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, wie dies beispielsweise aus »Halbleitermeßtechnik« von R. Anders, Akademie-Verlag Berlin 1969, S. 63 bis 74, bekannt geworden ist Der Aufwand für eine derartige Messung ist aber erheblich, weil die entstehende Kreuzmodula tion insbesondere stark vom Arbeitspunkt der Diode abhängt Es muß daher für jede Diode der kritischste Punkt gesucht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Prüfung der Kreuzmodulationsfestigkeit von Γ'Ν- bzw. PSN-Dioden anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß an die Diode eine Wechselspannung mit einer Frequenz angelegt wird, bei der die Laufzeit der Ladungsträger in der J- bzw. S-Zoiw zu vernachlässigen ist der bei dieser Frequenz über die Diode fließende Gleichstrom gemessen und anschließend die Frequenz soweit erhöht wird, bis die Amplitude des Gleichstroms

auf einen festgelegten Prozentsatz abgefallen ist

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Frequenz, bei der ein vorgegebener Gleichstrom über die Diode fließt, näherungsweise umgekehrt ρκ-portional zur Kreuzmodulationsfestigkeit ist Daher kann zur Ausselektierung von PIN- bzw. PSN-Dioden hinsichtlich Krenzmodulationsfestigkeit ein Stromwert vorgegeben werden, wobei die Dioden »o ausselektiert werden, daß die Kreuzmodulationseigenschaften bei Strömen über diesen vorgegebenen Wert unzureichend sind.

Daß die Messung im vorstehend definierten Sinne zu einer Aussage über die Kreuzmodulaticnsfestigkeit führt kann folgendermaßen erklärt werden:

Nimmt man für das Ersatzbild einer PIN- bzw. '5 PSN-Diode eine ideale Diode an, welche lediglich Richtleitereigenschaften besitzt so muß in das Ersatzbild zunächst eine durch die Sperrschicht der Diode gegebene, paraBel zur Diode liegende Kapazität aufgenommen werden. Weiterhin sind für die Bahngebiete außerhalb der Raumladungszone Parallel- RC-Glieder charakteristisch, welche zu einem Gesamt- Parallel- ÄC-Glied zusammengefaßt werden können. Dieses Parallel- ÄC-Glied liegt in Reihe zur vorgenannten Parallelschaltung aus idealer Diode und Sperrschichtka- *5 p?.zität.

Nimmt die Frequenz eines an der Diode stehenden Signals zu, so nimmt der kapazitive Widerstand der kapazitiven Komponente des Ersatzschaltbildes laufend ab, so daß die im Ersatzbild als ideale Diode angenommene Komponente von einer gewissen Grenzfrequenz an praktisch kurzgeschlossen ist, d. h„ an dieser Diode fällt dann praktisch keine Spannung mehr ab.

Damit kann die Diode nicht mehr in ihren nichtlinearen Bereich ausgesteuert werden, auch wenn die Spannung der Signale eines starken Senders gemäß den eingangs genannten Verhältnissen groß, beispielsweise etwa gleich 1 Volt ist Es kann also dann bei Frequenzen von Nutzsignalen, für welche die Diode des Ersatzschaltbildes praktisch kurzgeschlossen ist, keine Kreuzmodulation mehr auftreten, da solche Signale die Diode nicht mehr in ihren nichtlinearen Bereich steuern können.

Bestimmt man also die Frequenz, bei der ein an der Di Ie stehendes Wechselsignal nur noch einen Strom bew irkt dessen Amplitude im Vergleich zu - gnalen mit tieferen Frequenzen auf einen bestimmten Prozentsatz abgefallen ist, so ist damit ein direktes Maß für die Kreuzmodulationsfestigkeit gegeben.

Die Meßfrequenz kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung unter Ausnutzung folgender Eigenschaften von PIN- bzw. 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%, des Stromes ist, der bei gleicher Amplitude der anliegenden Spannung fließt wenn die Frequenz gegen Null steht.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform einer Meßschaltung zur Bestimmung der Kreuzmodulationsfestigkeit Fig.2 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung zur Bestimmung der Kreuzmodulationsfestigkeit

Gemäß F i g. 1 liefert ein Hochfrequenzgenerator 1 eine hochfrequente Spannung ;in eine PIN- bzw. PSN-Diode 2. Dabei kann es sich beispielsweise um eine unmodulierte sinusförmige Spannung mit einem Wert von 2 Veit bei einer Frequenz von 7 Mhz handeln. In Reihe zur Diode 2 liegt ein Meß* iderstand 4 mit einem Widerstandswert von beispielsweise 1 kfl, welcher hochfrequenzmäßig durch eine Kapazität 5 mit einem Kapazitätswert von beispielsweise 0,1 μΡ überbrückt ist Bei Dioden mit guten Kreuzmodulationseigenschaften liegt der fließende Gleichstrom unter 10 μΑ. Steigt der Wert des Stromes über 30 μ\, so sind auch die Kreuzmodulationseigenschaften bei Signalfrequenzen in der Größenordnung von 50 MHz schlecht Derartige Dioden werden ausgeschieden. Die Messung des über die Diode 2 fließenden Stroms erfolgt über die Messung der am Meßwiderstand 4 abfallenden Spannung. Diese Messung erfolgt durch ein Meßgerät 3.

Eine weitere Ausführungsform einer Schaltung zur Messung der Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden ist in Fig.2 dargestellt in der den Elementen nach F i g. 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 kß in ein Strommeßgerät 8.

Manche PIN-Diodentypen zeigen ein bistabiles Verhalten. 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 Wird die Amplitude der Spannung wieder ve-kleinen, so existiert ein zweiter Schwellwert, bei dem der Strom wieder zu Null wird. Dieser zweite Schwellwert ist wesentlich kleiner als der erste Schwellwert.

Um bei derartigen Dioden dennoch eine eindeutige Messung durchführen zu können, wird die Spannung in Weiterbildung der Erfindung kurz vor Beginn der Auswertung der Messung weit über ihren normalen Wert erhöht - z. B. von 2 auf 5 V —, um die Zündung der Diode zu gewährleisten.

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 erhöht werden, wobei die Zeit in der diese Erhöhung erfolgt, klein gegen die Meßzeit (z. B. kleiner als 1%) ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Signal des Hochfrequenisenders 1 auch moduliert werden. In den Schaltungen nach den F i g. 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.

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.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere uch deshalb vorteilhaft, da nicht nur diskrete inzelbauelemente, sondern auch entsprechend EIelente in integrierte Schaltungen auf diese Weise insichtlich ihrer Kreuzmodulationsfestigkeit unter-Licht werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Prüfung der Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß an die Diode (2) eine Wechselspannung (1) mit einer Frequenz angelegt wird, bei der die Laufzeit der Ladungsträger in der I- bzw. S-Zore zu vernachlässigen ist der bei dieser Frequenz über die Diode fließende Gleitstrom gemessen und anschließend die Frequenz soweit erhöht wird, bis die Amplitude des Gleichstroms auf einen festgelegte ι Prozentsatz abgefallen ist

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die angelegte Wechselspannung sinusförmig ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die angelegte Wechselspannung moduliert ist

4. Vertieren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der festgelegte Prozentsatz ιΟΆ beträgt

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß vor der Messung die Amplitude der angelegten Wechselspannung kurzzeitig erhöht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß vor der Messung kurzzeitig eine Gleichspannung überlagert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß während der Meßzeit der Wechselspannung kurzzeitig Gleichspannungsimpulse überlagert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Wechselspannung während der Meßzeit kurzzeitig hochfrequente Impulse überlagert werden.