ГОСТ 18986.19-73

Группа Э29

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ


ВАРИКАПЫ

Метод измерения добротности

Variable capacitance diodes. Method for measuring the quality factor

     
     
МКС 31.080.10

Дата введения 1975-01-01

     
     
     Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 12 июля 1973 г. N 1693 дата введения установлена 01.01.75
     
     Ограничение срока действия снято по протоколу N 2-92 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 2-93)
     
     ВЗАМЕН ГОСТ 14094-68
     
     ИЗДАНИЕ (май 2004 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в феврале 1979 г., июне 1982 г., феврале 1991 г. (ИУС 4-79, 9-82, 5-91).
     
     
     Настоящий стандарт распространяется на варикапы емкостью более 4 пФ в диапазоне частот 0,25-1000 МГц и устанавливает два метода измерения добротности варикапов.
     
     Второй метод допускается применять при аттестации контрольных образцов варикапов или мер емкостной добротности.
     
     Стандарт соответствует СТ СЭВ 3199-81 в части метода измерения добротности.
     
     Общие условия при измерении должны соответствовать требованиям ГОСТ 18986.0-74 и настоящего стандарта. Требования настоящего стандарта являются обязательными.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 2, 3).
     
     

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

     
     1.1. (Исключен, Изм. N 2).
     
     1.2. Измерение добротности варикапов проводится при фиксированной емкости либо при фиксированном напряжении смещения, значения которых указывают в технических условиях на варикапы конкретных видов.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
     
     1.3. (Исключен, Изм. N 3).
     
     1.4. Измерение добротности проводят в режиме малого сигнала, если при измерении добротности постоянное напряжение на варикапе не более 4 В, переменное напряжение высокой частоты на варикапе не должно превышать 100 мВ; если при измерении добротности постоянное напряжение на варикапе более 4 В, переменное напряжение высокой частоты на варикапе  в мВ
     

,                                                     (1)

     
где  - напряжение смещения при измерении добротности варикапов измеряемого типа, установленное в ТУ.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 3).
     
     1.5. При измерении добротности варикапов при фиксированном смещении напряжение смещения должно устанавливаться с погрешностью в пределах ±3%.
     
     При измерении добротности варикапов при фиксированной емкости требования к погрешности установки напряжения смещения не нормируются. Нестабильность напряжения смещения за время измерения добротности варикапа и пульсация напряжения смещения не должны превышать 10% амплитуды напряжения высокой частоты на варикапе.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1).
     
     1.6. Добротность ненагруженного контура  (резонансной системы), к которому подключаются измеряемый варикап, должна быть, по возможности, близка к значению добротности измеряемого варикапа  или больше ее, при этом допускается применение схем компенсации потерь в контуре.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 3).
     
     1.7, 1.8. (Исключены, Изм. N 3).
     
     1.9. Значение индуктивности  выводов держателя варикапов до потенциальных контактов переменного конденсатора при измерении добротности методом, изложенным в разд.2, должна удовлетворять условию
     

,                                                            (2)

     
где  - емкость варикапа.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 2).
     
     1.10. Погрешность градуировки шкалы отсчета емкости измерителя при измерении добротности методом, изложенным в разд.2, должна быть не более 3%.
     
     1.11. Относительная погрешность отсчета частоты при измерении добротности методом, изложенным в разд.3, должно быть не более 10 за время измерения.
     
     1.12. Нестабильность частоты генератора измерителя добротности должна быть не более 10 за время измерения. Погрешность установления частоты измерения должна быть в пределах ±1%.
     
     1.10-1.12. (Измененная редакция, Изм. N 3).
     
     1.13. Нестабильность амплитуды генератора высокой частоты должна быть не более 1% между калибровками по пп.2.3.1 или 2.3.2.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1).
     
     

2. МЕТОД 1

     
     2.1а. Принцип измерения
     
     Метод основан на определении добротностей контура с варикапом и без него при настройке контура в резонанс путем изменения емкости контура или варикапа. Измерения проводят на фиксированной частоте, значение которой должно быть указано в стандартах или ТУ на варикапы конкретных типов.
     
     (Введен дополнительно, Изм. N 3).
     
     2.1. (Исключен, Изм. N 1).
     
     2.2. Подготовка к измерению
     
     2.2.1. Принципиальная электрическая схема измерения добротности должна соответствовать указанной на черт.1.
     
     

 - генератор высокой частоты;  - источник напряжения смещения; ,  - элементы связи;
Е3 - элемент развязки;  - конденсатор;  - индуктивность контура;  - емкость контура;
 - селективный усилитель;  - измерительный прибор;  - измеряемый варикап;
,  - контакты подключения варикапа, воздушного конденсатора или меры емкостной добротности  

     
Черт.1  

     
     
     2.2.2. Параметры элемента связи  между генератором высокой частоты  и контуром , ,  должны быть такими, чтобы при уменьшении добротности контура в три раза напряжение на элементе связи изменялось не более 2%.
     
     2.2.3. Параметры элемента связи  между контуром и селективным усилителем  должны быть такими, чтобы при отключении элементов  и  стрелка прибора  отклонилась не более чем на 1% шкалы, а при удалении элемента связи  напряжение на контуре не должно изменяться более чем на 2%.
     
     2.2.1-2.2.3. (Измененная редакция, Изм. N 2, 3).
     
     2.2.4. Емкость конденсатора  должна быть такой, чтобы выполнялось условие
     

,                                                                       (3)

     
где  - значение резонансной емкости контура при отключенном варикапе.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 3).
     
     2.2.5. Параметры элемента развязки  по высокой частоте должны быть такими, чтобы выполнялось условие
     

,                                                                         (4)

     
где  - модуль выходного полного сопротивления со стороны контура , , .
     
     2.2.6. Элемент развязки  должен пропускать обратный ток варикапа так, чтобы падение напряжения смещения на внутреннем сопротивлении  составляло не более 0,5% фиксированного напряжения смещения.
     
     2.2.7. Параметры элементов связи ,  по постоянному току должны быть такими, чтобы при изъятии варикапа из клемм ,  напряжение смещения изменялось не более чем на 1%.
     
     2.2.5-2.2.7. (Измененная редакция, Изм. N 2).
     
     2.2.8. Нелинейность амплитудной характеристики системы селективный усилитель - измерительный прибор должна быть в пределах ±2%.
     
     2.2.9. Параметры контура: добротность , его полная резонансная и емкость  должны быть определены с погрешностью, соответствующей требованиям разд.4.
     
     2.2.10. Отношение  определяют по формуле
     

,                                                        (5)

     
где  - частота измерения, Гц;
     
      - резистор, подключаемый к клеммам  и . Сопротивление резистора должно быть измерено на частоте  с погрешностью в пределах ±5%;
     
      и  - максимальное показание прибора  при настройке контура в резонанс без резистора и с резистором соответственно.
     
     Сопротивление резистора  подбирают так, чтобы соблюдалось условие .
     
     Допускаются другие способы определения параметров  и , например, при помощи мер емкостной добротности, подключаемой к контактам  и  вместо резистора . При этом должна обеспечиваться погрешность результата измерения, удовлетворяющая требованиям разд.4.
     
     2.2.8-2.2.10. (Измененная редакция, Изм. N 3).
     
     2.2.11. Погрешность измерительного прибора  должна находиться в пределах ±1%.
     
     2.2.12. Напряжение смещения на диоде должно быть установлено с погрешностью в пределах ±3%.
     
     2.2.13. Допускается иметь иные требования к погрешности элементов схемы, если погрешность результата измерения удовлетворяет требованиям разд.4.
     
     2.2.11-2.2.13. (Введены дополнительно, Изм. N 3).
     
     2.3. Проведение измерения и обработка результатов
     
     2.3.1. Перед измерением проводят калибровку прибора . Для этого настраивают контур переменным конденсатором  в резонанс по максимальному отклонению стрелки прибора . Регулируя усиление усилителя, устанавливают стрелку прибора  на конец шкалы. К клеммам ,  подключают варикап и подают на него заданное напряжение смещения. Конденсатором  вновь настраивают контур , ,  в резонанс, при этом записывают показание прибора  -, выраженное в долях от максимального значения, принимаемого за единицу.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 2, 3).
     
     2.3.2. В случае измерения добротности варикапа при фиксированной емкости калибровку прибора  проводят следующим образом: настраивают переменным конденсатором  контур в резонанс по максимальному показанию прибора . Регулируя усиление селективного вольтметра, устанавливают показание прибора  на максимальное значение его шкалы. Устанавливают по шкале переменного конденсатора заданное значение емкости варикапа. Изменяя напряжение смещения на варикапе, настраивают контур , ,  в резонанс, при этом отсчитывают показания прибора  -, выраженное в долях от максимального показания шкалы прибора , принимаемого за единицу.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
     

     2.3.3. Добротность варикапа  вычисляют по формуле
     

,                                                        (6)

     
где  - емкость варикапа.
     
     Допускается проводить вычисление добротности при помощи номограммы или других вычислительных средств измерений.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3).
     
     

3. МЕТОД 2

     
     3.1. Принцип измерения
     
     Метод основан на определении добротностей контура с варикапом и с высокодобротным конденсатором, емкость которого равна емкости варикапа, по резонансной частоте и полосе пропускания контура, путем измерения расстройки частоты сигнала, при которой ток в контуре (или напряжение на нем) уменьшается до уровня 0,707 своего резонансного значения. Измерение добротности варикапа осуществляется при фиксированном значении емкости варикапа, указанной в стандартах или ТУ на варикапы конкретных типов.
     
     3.2. Требования к аппаратуре
     
     Аппаратура - в соответствии с требованиями разд.1.
     
     3.3. Подготовка к измерению
     
     3.3.1. Принципиальная электрическая схема измерения добротности должна соответствовать указанной на черт.2.
     
     

 - генератор с перестраиваемой частотой; ,  - элементы связи по высокой частоте;  - частотомер;
 - источник постоянного напряжения;  - индуктивность контура; ,  - контакты для подключения
варикапа , воздушных конденсаторов ,  или меры емкостной добротности ;
 - высокочастотный вольтметр;  - резонатор

Черт.2

     
     
     3.3.2. Измерительный контур образуется индуктивностью , емкостью варикапа  или емкостью воздушного конденсатора , или емкостью меры . Контур может быть выполнен в виде резонатора и его резонансная частота  совместно с варикапом или подключаемыми конденсаторами  должна соответствовать частоте, при которой измеряют добротность варикапов, указанной в НТД на варикапы, с погрешностью ±1%.
     
     При измерении добротности меры источник напряжения , элемент  и конденсатор  могут отсутствовать.
     
     3.3.3. Требования к параметрам элементов связи  и  аналогичны требованиям пп.2.2.2, 2.2.3 и 2.2.7.
     
     3.3.4. Емкость конденсатора  должна быть такой, чтобы выполнялось условие
     

,                                                                                (7)

     
где  - полная емкость контура, с которой индуктивность образует резонанс на заданной частоте при подключении варикапа.
     
     3.3.5. Модуль полного сопротивления элемента развязки  на резонансной частоте контура должен удовлетворять требованию:
     

.                                                                                 (8)

     
     Элемент развязки  должен пропускать обратный ток варикапа так, чтобы падение напряжения на сопротивлении элемента  составляло не более 20% напряжения смещения на варикапе.
     
     3.3.6. Нелинейность амплитудной характеристики усилителя в диапазоне измерений от 1 до уровня 0,707 должна быть не более 1%. Допускается использование цепей фиксации уровня 0,707 и компаратора для отсчета полосы частот с повышенной точностью.
     
     3.3.7. Емкость воздушного конденсатора  и меры  не должна отличаться от заданной емкости варикапа , при которой измеряется его добротность, более чем на 1%. Емкостная добротность воздушного конденсатора должна быть существенно выше добротности варикапа.
     
     3.3.8. Конденсатор  должен иметь емкость, отличающуюся от емкости конденсатора  на 20% - 25%. Емкость конденсатора  должна быть предварительно измерена с погрешностью в пределах ±1%.
     
     3.3.9. Частотомер  должен обеспечивать возможность измерения частоты генератора  с относительной погрешностью не более 10.
     
     3.3.10. Измерение параметров контура  и  должно быть выполнено следующим образом.
     
     3.3.10.1. Для определения добротности контура между контактами  и  устанавливают конденсатор , настраивают изменением частоты генератора G1 контур в резонанс по максимуму показаний прибора  и отсчитывают это показание , которое (для стрелочного прибора) должно быть, по возможности, ближе к концу шкалы. Изменением частоты генератора  определяют нижнее и верхнее значения частот  и , при которых показания прибора  соответствуют значению 0,707, значения  и  отсчитывают по частотомеру .
     
     Добротность контура  определяют по формуле
     

.                                                                           (9)

     
     3.3.10.2. Для определения емкости контура  между контактами  и  включается конденсатор  (при отключенном конденсаторе ) и изменением частоты генератора G1 контур настраивают в резонанс. Резонансная частота  отсчитывается по частотомеру .
     
     Емкость контура  на резонансной частоте  определяют по формуле
     

.                                                          (10)

     
     Емкость контура можно определять и другим способом. Между контактами  и  включают варикап , для которого известны два значения емкости с соответствующими значениями напряжения смещения. На варикапе устанавливают сначала первое значение емкости  и изменением частоты генератора настраивают контур в резонанс на частоту , а затем устанавливают второе значение емкости варикапа  и настраивают контур в резонанс на частоту .
     
     Емкость контура  на резонансной частоте  определяют по формуле     

.                                                                     (11)

     
     3.4. Проведение измерений и обработка результатов
     
     3.4.1. К контактам  и  подключают измеряемый варикап или меру добротности. На выходе генератора  по частотомеру  устанавливают частоту . Изменением напряжения источника смещения  контур настраивают в резонанс по максимуму показаний прибора  . Изменением частоты генератора  определяют по частотомеру  значения нижней и верхней частот , , при которых показание прибора  соответствует значению 0,707.
     
     3.4.2. Добротность варикапа или меры добротности определяют по формуле
     

.                                                  (12)

     
     Разд.3. (Введен дополнительно, Изм. N 3).
     
     

4. ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

     
     4.1. Погрешность измерения добротности варикапов по методу 1 должна быть в пределах ±15% с установленной вероятностью =0,95.
     
     4.2. Погрешность измерения добротности варикапов по методу 2 должна быть в пределах ±10% с установленной вероятностью =0,95.
     
     4.3. Погрешность измерения контрольных образцов варикапов и мер емкостной добротности оценивается индивидуально при их метрологической аттестации.
     
     Пример расчета погрешности измерения приведен в приложении.
     
     Разд.4. (Введен дополнительно, Изм. N 3).
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

     
РАСЧЕТ
погрешности измерения добротности

по методу 1

     Интервал, в котором с установленной вероятностью находится погрешность измерений, определяют по формуле
     

*,

     
где  - составляющая погрешности определения добротности контура;
     
      - составляющая погрешности определения емкости варикапа;
     
      - составляющая погрешности определения емкости контура;
     
      - составляющая погрешности определения отношения эквивалентной добротности контура с варикапом к добротности измерительного контура;
     
      - коэффициент влияния напряжения смещения на определение емкости варикапа.
________________
     * Формула соответствует оригиналу. - Примечание .
     
     Так как суммарная погрешность измерения складывается из большого числа составляющих, а доминирующая составляющая погрешности  распределена по нормальному закону, принимаем распределение суммарной погрешности нормальным.
     
     Подставляем в формулу значения =7%, =2,5%, =3%, =3% для условий =1,2, =2,5, =3, =1,73, =1,96, получаем:     

%.

РАСЧЕТ
погрешности измерения добротности по методу 2

     
     Интервал, в котором с установленной вероятностью находится погрешность измерений, определяют по формуле
     

,

     
где  - составляющая погрешности определения резонансной частоты;
     
      - погрешность отсчета уровня 0,707 от максимального напряжения на контуре при его настройке в резонанс.
     
     Так как суммарная погрешность измерения складывается из большого числа составляющих, то принимаем распределение суммарной погрешности нормальным.
     
     Подставляем в формулу значения =1%, =2%, =1%, =1%, =1,2, =2,5, , получаем:
     

%.

     
     ПРИЛОЖЕНИЕ. (Введено дополнительно, Изм, N 3).
     
     
     
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2004