CN104297657B - 数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试*** - Google Patents
数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，包括提供直流电压及给被测二极管加反向偏置电压的低噪声电源电路、给被测二极管提供多个可调正向电流的正向可调电流源电路、给被测二极管提供多个可调脉冲调制信号的边沿可调脉冲产生电路、获取被测二极管反向动态电流及电压的波形和峰值信号的反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路、将峰值信号处理成模拟信号的动态电流波形采样电路、测量反向的峰值电压与偏置电压之比的C参数测试电路和数据处理的中央处理单元。本发明实施例，通过检测二极管反向的动态电流、动态电压和损耗功率等性能参数，达到选好和用好二极管并增强其可靠性之目的。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域和微波二极管技术领域，尤其涉及一种数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***。
背景技术
二极管大量应用于现代大功率通信雷达等装备中，其性能参数（如反向动态电流、反向动态电压和反向损耗功率等）直接关系到现代大功率通信雷达等装备的稳定性、可靠性、寿命以及效率。
当前，二极管在电路中的开关作用依赖于对正反向电流表现出来的通断特性，其开关的瞬间通断由两端所加电压的极性决定，导通时只有微小的压降，关断时只有微小的电流。由于二极管的PN结存储了多子和少子，因此当外加电压极性反转时，二极管的工作状态不能在瞬间完成变化，其变化过程为：二极管电流由正向变成反向的瞬间有较大的反向峰值电流、电压，只有经过一定时间后，反向电流才消减变小直至为0，反向电压趋于稳定。另外，二极管的反向峰值电压与弥散电感、分布电容、引线电阻、电流转换速度密切相关，会遭遇到反向峰值电压远大于设计值而被击穿的现象。因此，了解二极管的性能参数（如反向动态电流、反向动态电压和反向损耗功率等）对选取器件和设计电路至关重要，亟需设计一种测量前述性能参数的装置十分必要。
发明内容
内容
本发明实施例所要解决的问题在于提供一种数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，通过检测二极管的反向动态电流、反向动态电压和反向损耗功率等性能参数，达到可以抑制二极管的共模干扰、增强其可靠性和准确性的目的。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其与被测二极管相配合，包括低噪声电源电路、正向可调电流源电路、边沿可调脉冲产生电路、反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路、动态电流波形采样电路、C参数测试电路和中央处理单元；其中，
所述低噪声电源电路的第一输出端与所述正向可调电流源电路的输入端相连，第二输出端与所述边沿可调脉冲产生电路的输入端相连，用于提供直流电压并为所述被测二极管外加反向偏置电压；
所述正向可调电流源电路的第一输出端与所述被测二极管的正极相连，用于给所述被测二极管提供多个可调的正向电流；
所述边沿可调脉冲产生电路的第一输出端与所述被测二极管的正极相连，用于给所述被测二极管提供多个可调的脉冲调制信号；
所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的输入端与所述被测二极管的负极相连，第一输出端与所述动态电流波形采样电路的输入端相连，第二输出端与所述C参数测试电路的输入端相连，用于获取所述被测二极管的反向动态电流及反向动态电压的波形，得到反向峰值电压以及峰值信号；
所述动态电流波形采样电路的输出端与所述中央处理单元相连，用于将所述得到的峰值信号处理成所述中央处理单元所需的模拟信号；
所述C参数测试电路的输出端与所述中央处理单元相连，用于测量所述得到的反向峰值电压与所述反向偏置电压之比；
所述中央处理单元包括A/D转换电路和CPU，其还分别与所述正向可调电流源电路的第二输出端及所述边沿可调脉冲产生电路的第二输出端相连，用于控制所述正向可调电流源电路的正向电流及所述边沿可调脉冲产生电路的脉冲调制信号的产生，并将获取到的所述动态电流波形采样电路及所述C参数测试电路输出的相关数据进行处理。
其中，所述低噪声电源电路包括工频变压器、第一整流桥、第一低通滤波电路、集成开关电源、降压式输出电路、分压器、稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第二整流桥、第一线性稳压器、第二线性稳压器、第二低通滤波电路、第三低通滤波电路、第三整流桥和第四低通滤波电路；其中，
所述工频变压器包括外接交流电压源的第一输入线圈，以及位于次级的第一输出线圈、第二输出线圈和第三输出线圈；
所述第一输出线圈依次与所述第一整流桥、所述第一低通滤波电路、所述集成开关电源、所述降压式输出电路及所述分压器相连，形成第一直流电压输出电路，所述第一直流电压输出电路用于提供12V直流电压；其中，所述降压式输出电路包括储能电感、滤波电容和续流二极管；
所述第一输出线圈还依次与所述第一整流桥及所述第一低通滤波电路相连后，反接所述稳压二极管，再与由所述第一三极管及第二三极管构成的达林顿管相连，形成第二直流电压输出电路，所述第二直流电压输出电路用于给所述被测二极管提供反向直流电压；
所述第二输出线圈依次与所述第二整流桥、所述第一线性稳压器及第二低通滤波电路相连，形成第三直流电压输出电路，所述第三直流电压输出电路用于提供5V直流电压；
所述第二输出线圈还依次与所述第二整流桥、所述第二线性稳压器及第三低通滤波电路相连，形成第四直流电压输出电路，所述第四直流电压输出电路用于提供-5V直流电压；
所述第三输出线圈依次与所述第三整流桥及所述第四低通滤波电路相连，形成第五直流电压输出电路，所述第五直流电压输出电路用于提供10V直流电压。
其中，所述正向可调电流源电路包括第一单片机、第一触发器、第一MOS场效应管、第三三极管和多个相并联的可调正向电流支路；其中，
所述第一单片机的输出端与第一触发器的输入端相连；
所述第一触发器的输出端与所述第一MOS场效应管的栅极相连；
所述第一MOS场效应管的漏极接地，源极与所述第三三极管的基极相连，还均与每一可调正向电流支路的一端相连；
每一可调正向电流支路的另一端均与所述第三三极管的发射极相连；其中，所述每一可调正向电流支路均包括相串联的继电器和电阻；
所述第三三极管的集电极与所述被测二极管的正极相连。
其中，所述边沿可调脉冲产生电路包括第二单片机、第二触发器、高速驱动器、第二MOS场效应管和多个相并联的可调脉冲信号支路；其中，
所述第二单片机的输出端与第二触发器的输入端相连；
所述第二触发器的输出端与所述高速驱动器的输入端相连；
所述高速驱动器的输出端与所述第二MOS场效应管的栅极相连；
所述第二MOS场效应管的漏极接地，源极与所述被测二极管的正极相连，还均与每一可调脉冲信号支路的一端相连；其中，所述每一可调脉冲信号支路均包括相串联的继电器和电感。
其中，所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路包括带通滤波电路、第一检波二极管、第一运算放大器、第一负反馈电压电路、第二运算放大器、第二负反馈电压电路、第三运算放大器和第三MOS场效应管；其中，
所述带通滤波电路的一端与所述被测二极管的负极相连，另一端与所述第一检波二极管的负极相连；
所述第一检波二极管的正极与所述第一运算放大器的同相输入端相连；
所述第一运算放大器的反相输入端与第一基准电压源及所述第一负反馈电压电路的一端相连，输出端与所述第一负反馈电压电路的另一端、所述动态电流波形采样电路的输入端、所述第二运算放大器的反相输入端及所述第二负反馈电压电路的一端相连；
所述第二运算放大器的同相输入端接地，输出端与所述第二负反馈电压电路的另一端及所述中央处理单元的A/D转换电路相连；
所述第三运算放大器的同相输入端与所述被测二极管的负极相连，反向输入端与第二基准电压源相连，输出端与所述第三MOS场效应管的栅极相连；
所述第三MOS场效应管的源极与所述动态电流波形采样电路的输入端相连，漏极与所述第一基准电压源相连。
其中，所述动态电流波形采样电路包括第一差分放大电路、第二差分放大电路、第一双下降沿JK触发器和第二双下降沿JK触发器；其中，
所述第一差分放大电路与所述第二差分放大电路相并联后的两端分别与所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的第一输出端及所述第一双下降沿JK触发器的一端相连；
所述第一双下降沿JK触发器的另一端与所述第二双下降沿JK触发器的一端相连；
所述第二双下降沿JK触发器的另一端与所述中央处理单元的A/D转换电路相连。
其中，所述C参数测试电路包括第二检波二极管、第五低通滤波电路、第四运算放大器和第三负反馈电压电路；其中，
所述第二检波二极管的负极与所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的第二输出端相连，正极与所述第五低通滤波电路的一端相连；
所述第五低通滤波电路的另一端与所述第四运算放大器的反相输入端及所述第三负反馈电压电路的一端相连；
所述第四运算放大器的同相输入端接地，输出端与所述第三负反馈电压电路的另一端及所述中央处理单元的A/D转换电路相连。
其中，所述***还包括反向损耗功率测试电路，所述反向损耗功率测试电路的输入端与所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的第三输出端相连，输出端与所述中央处理单元的A/D转换电路相连，用于测量所述被测二极管的反向损耗功率。
其中，所述反向损耗功率测试电路包括耦合变压器和用于检测信号有效值功率的集成电路；其中，所述耦合变压器包括与所述反向损耗功率测试电路的输入端相连的第二输入线圈，以及位于次级的与所述集成电路相连的第四输出线圈。
其中，所述反向损耗功率测试电路还包括至少一用于钳位保护所述集成电路的过载保护装置，所述过载保护装置包括形成连通回路的两个二极管，其两端均与所述集成电路相连。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，由于设置有反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路、动态电流波形采样电路、C参数测试电路，从而检测到二极管的反向动态电流、反向动态电压和反向损耗功率等性能参数，达到可以抑制二极管的共模干扰、增强其可靠性和准确性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试的电路***框图；
图2为图1中低噪声电源电路的***结构框图；
图2a为图2中低噪声电源电路应用场景的电路图；
图3为图1中正向可调电流源电路的***结构框图；
图3a为图3中正向可调电流源电路应用场景的电路图；
图4为图1中边沿可调脉冲产生电路的***结构框图；
图4a为图4中边沿可调脉冲产生电路应用场景的电路图；
图5为图1中反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的***结构框图；
图5a为图5中反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路应用场景的电路图；
图5b为图5a中从被测二极管(DUT)负极测得的反向动态电流波形①及从DUT正极测得的反向动态电压波形②的结构示意图；
图6为图1中动态电流波形采样电路的***结构框图；
图6a为图6应用场景的动态电流波形采样电路；
图6b为图5a中从被测二极管(DUT)负极测得的反向动态电流波形①以及图6a中TR15集电极波形②、TR11集电极波形③、IC15A(74F112)6脚的波形④的结构示意图；
图7为图1中C参数测试电路的***结构框图；
图7a为图7中C参数测试电路、A/D转换电路及LCD显示电路应用场景的电路图；
图8为图1中反向损耗功率测试电路的***结构框图；
图8a为图8中反向损耗功率测试电路应用场景的电路图。
具体实施方式
为了使本发明“数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***”的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例中，提出一种数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其与被测二极管8相配合，包括低噪声电源电路1、正向可调电流源电路2、边沿可调脉冲产生电路3、反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路4、动态电流波形采样电路5、C参数测试电路6和中央处理单元7；其中，
所述低噪声电源电路1的第一输出端a1与所述正向可调电流源电路2的输入端b1相连，第二输出端a2与所述边沿可调脉冲产生电路的输入端c1相连，用于提供直流电压并为所述被测二极管8外加反向偏置电压；
所述正向可调电流源电路2的第一输出端b2与所述被测二极管8的正极相连，用于给所述被测二极管8提供多个可调的正向电流；
所述边沿可调脉冲产生电路3的第一输出端c2与所述被测二极管8的正极相连，用于给所述被测二极管8提供多个可调的脉冲调制信号；
所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路4的输入端d1与所述被测二极管8的负极相连，第一输出端d2与所述动态电流波形采样电路5的输入端相连，第二输出端d3与所述C参数测试电路的输入端相连，用于获取所述被测二极管8的反向动态电流及反向动态电压的波形，得到反向峰值电压以及峰值信号；
所述动态电流波形采样电路5的输出端与所述中央处理单元7相连，用于将所述得到的峰值信号处理成所述中央处理单元7所需的模拟信号；
所述C参数测试电路6的输出端与所述中央处理单元7相连，用于测量所述得到的反向峰值电压与所述反向偏置电压之比；
所述中央处理单元7包括A/D转换电路71和CPU72，其还分别与所述正向可调电流源电路2的第二输出端b3及所述边沿可调脉冲产生电路3的第二输出端c3相连，用于控制所述正向可调电流源电路2的正向电流及所述边沿可调脉冲产生电路3的脉冲调制信号的产生，并将获取到的所述动态电流波形采样电路5及所述C参数测试电路6输出的相关数据进行处理。
因为本发明实施例中用于检测二极管性能参数的***用于动态特性测试，所用电源的噪声要低，以免干扰测量结果，需要每路电源经过整流桥后，都用电容、电感滤波来消除噪声，因此，如图2所示，低噪声电源电路1包括工频变压器110、第一整流桥111、第一低通滤波电路112、集成开关电源113、降压式输出电路114、分压器115、稳压二极管116、第一三极管117、第二三极管118、第二整流桥119、第一线性稳压器120、第二线性稳压器121、第二低通滤波电路122、第三低通滤波电路123、第三整流桥124和第四低通滤波电路125；其中，
工频变压器110包括外接交流电压源的第一输入线圈1100，以及位于次级的第一输出线圈1101、第二输出线圈1102和第三输出线圈1103；
第一输出线圈1101依次与第一整流桥111、第一低通滤波电路112、集成开关电源113、降压式输出电路114及分压器115相连，形成第一直流电压输出电路，第一直流电压输出电路用于提供12V直流电压；其中，降压式输出电路114包括储能电感1141、滤波电容1142和续流二极管1143；
第一输出线圈1102还依次与第一整流桥111及第一低通滤波电路112相连后，反接稳压二极管116，再与由第一三极管117及第二三极管118构成的达林顿管相连，形成第二直流电压输出电路，第二直流电压输出电路用于给被测二极管8提供反向直流电压；
第二输出线圈1102依次与第二整流桥119、第一线性稳压器120及第二低通滤波电路122相连，形成第三直流电压输出电路，第三直流电压输出电路用于提供5V直流电压；
第二输出线圈1102还依次与第二整流桥119、第二线性稳压器121及第三低通滤波电路122相连，形成第四直流电压输出电路，第四直流电压输出电路用于提供-5V直流电压；
第三输出线圈1103依次与第三整流桥124及第四低通滤波电路125相连，形成第五直流电压输出电路，第五直流电压输出电路用于提供10V直流电压。
如图2a所示，对本发明实施例中低噪声电源的具体应用进一步说明：
通过电源插座引入220V的商用交流电为***的电源，使用0.5A的保险丝保护***的安全，开关K完成通电和断电功能。通过变压器B1将220V的交流电降压。该变压器B1原边有一组输入线圈，次边有三组输出线圈，使得220V的交流电分别降为三组不同的电压，再经过第一整流桥D13、第二整流桥D14和第三整流桥D15后变为直流电压。
（1）第一直流电压输出电路：交流220V电压先经30VA工频变压器降压，再经第一整流桥整流（D13）和第一低通滤波电路（C20）后得到的直流电压作为集成开关电源L4962的输入电压。电阻R35、R36组成分压器，可用于调节输出电压Vo。L1为储能电感，C25为滤波电容，D8为HER104型续流二极管，此三个器件构成了降压式输出电路。
功率脉冲调制信号从L4962的OUT端引出，该信号为高电平时，除可向负载供电之外，还有一部分电能储存在L1和C25中，此时D8管截止。当功率脉冲变为低电平时，D8管导通，这时储存于L1中的电能就经过由D8构成的回路向负载供电，从而维持输出电压不变。输出电压经R35、R36取样后，送至芯片内部的误差放大器的反相输入端FO，与加在同相输入端的5.1V基准电压进行比较，然后用得到的误差电压的幅度去控制芯片内部的PWM的脉冲宽度，最后经过功率放大和降压式输出电路使输出电压+12V保持不变。输出电压Vo取决于电阻R35和R36，Vo=[(R35+R36)×5.1]/R35=11.985V≈12V。COM脚是补偿端，可利用外部阻容元件（C21、R39）对芯片内部的误差放大器进行频率补偿。RC脚接的C23和R38是为了调节L4962的开关频率。
（2）第二直流输出电路：交流220V电压先经30VA工频变压器B1降压，再经第一整流桥整流（D13）和第一低通滤波电路（C20）后得到的直流电压，再经第一三极管TR8、第二三极管TR9和反接的稳压二极管D12组合提供被测二极管的反向电压-30V、-20V等。
（3）第三和第四直流输出电路：交流220V电压先经30VA工频变压器B1降压，再经通过第二整流桥D14后，由第一线性稳压器IC11（7805）、第二线性稳压器IC12（7905）分别实现+5V、-5V供电。在7805和7905的输入处均对应有电容第二低通滤波电路C15及第三低通滤波电路C14滤波，保证输入电压的稳定性；而二者的输出端均有电容（C13、C12）构成的滤波电路滤波，抑制输出电压的波纹度；输出端还有一个小电容C24，进一步改善高频滤波效果。
（4）第五直流输出电路：交流220V电压先经30VA工频变压器B1降压，再经通过第三整流桥D15后，经电容C16和C17构成第四低通滤波电路降低输出电压的纹波，可以在电容C16的正极提供10V电压。
为了测试时方便，要求电流源的输出电流大小可以分档调节，因此，如图3所示，正向可调电流源电路2包括第一单片机21、第一触发器22、第一MOS场效应管23、第三三极管24和多个相并联的可调正向电流支路25；其中，
第一单片机21的输出端与第一触发器22的输入端相连；
第一触发器22的输出端与第一MOS场效应管23的栅极G1相连；
第一MOS场效应管23的漏极D1接地，源极S1与第三三极管24的基极B3相连，还均与每一可调正向电流支路25的一端相连；
每一可调正向电流支路25的另一端均与第三三极管24的发射极E3相连；其中，每一可调正向电流支路25均包括相串联的继电器251和电阻252；
第三三极管24的集电极C3与被测二极管8的正极（+）相连。
应当说明的是，正向可调电流源电路2产生的正向电流会比边沿可调脉冲产生电路3产生的脉冲调制信号提前2μs加于被测二极管8的正极（+），以便建立稳定的少子储存。
如图3a所示，对本发明实施例中正向可调电流源电路的具体应用进一步说明：
由第一单片机IC9（89C2051）控制第三三极管TR7基极的状态，从而实现对输出电流幅度的调节。第一单片机IC9产生的脉冲信号通过第一触发器IC10D（74HC14型施密特触发器）整形后，信号源阻抗降低，脉冲上升沿、下降沿加速，信号的抗干扰能力提高，以免后续电路由于干扰信号而产生不稳定的动作。74HC14芯片具有多路施密特触发器功能，在此用的是第四个门电路，并通过输出的信号电平高低来控制第一MOS场效应管TR6（N沟道VN0300型）的导通与关断。（第一MOS场效应管TR6的具体参数为：漏源电压值为30V，栅源开启电压值为2.5V，漏极最大电流为1A，导通电阻值为1.2到3.3欧姆，输入电容值为190pF，该输入电容的大小可以提供较高频率的输入信号，从而保证控制的速度；当第一MOS场效应管TR6的栅源电压VGS=0V时，第一MOS场效应管TR6关断；当第一MOS场效应管TR6的栅源电压VGS=5V时，第一MOS场效应管TR6导通）。
图3a中，J0—J3为四个WJ108型继电器，可通过不同继电器的通断选择对应的电阻R32、R31、R30、R29（四个阻值精度为1%），从而形成四个相并联的可调正向电流支路，实现调节第三三极管TR7输出电流的大小。可调正向电流支路中每一个继电器线圈一端均连接12V电源，当继电器的常开触点（如J0—J3）下端对应的电路信号为低电平时，该继电器触点吸合，完成电阻的选择并接通电路，从而实现电流源输出电流的调节，为被测二极管提供稳定可靠的正向电流。各级电流的大小为IF=(VD9-VbeTR7)/R，则对应R32、R31、R30、R29，IF分别为1A、2A、4A、8A。因此，用四条控制线通过软件可以将IF设置在（1A、10A）之间，并取整。
为了便于被测二极管8的反向动态电流和反向动态电压波形检测，要求边沿可调脉冲产生电路3输出不同的脉冲调制信号，因此，如图4所示，边沿可调脉冲产生电路3包括第二单片机31、第二触发器32、高速驱动器33、第二MOS场效应管34和多个相并联的可调脉冲信号支路35；其中，
第二单片机31的输出端与第二触发器32的输入端相连；
第二触发器32的输出端与高速驱动器33的输入端相连；
高速驱动器33的输出端与第二MOS场效应管34的栅极G2相连；
第二MOS场效应管34的漏极D2接地，源极S2与被测二极管8的正极（+）相连，还均与每一可调脉冲信号支路35的一端相连；其中，每一可调脉冲信号支路35均包括相串联的继电器351和电感352。
如图4a所示，对本发明实施例中边沿可调脉冲产生电路的具体应用进一步说明：
从第二单片机IC9（89C2051）产生频率为20kHz、宽度为2μs的脉冲，经第二触发器IC10F（74HC14型施密特触发器）整形、高速驱动器IC14（TC4420）驱动第二MOS场效应管TR10输出测试脉冲，再经由继电器J4—J8（WJ112-1A）选择串联电感（含分布电感）加于被测二极管的正极；其中，五个继电器J4—J8与其对应五个电感形成五个相并联的可调脉冲信号支路。
高速驱动器IC14的电源电压为12V，故输出的高电平接近12V，低电平仍为0V。在高速驱动器IC14的电源端有滤波电容C27和C26，可以改善芯片输出波形的矩形特性。根据数据手册，当负载电容的大小为2500pF时，波形的上升、下降时间均为25ns。高速驱动器IC14的输出信号经过一个耦合电容C28后，控制第二MOS场效应管TR10工作。
当高速驱动器IC14的输出电压为0V时，第二MOS场效应管TR10关断；当高速驱动器IC14的输出电压>10V时，第二MOS场效应管TR10开启。第二MOS场效应管TR10开启后，它的漏极将会产生-30V的脉冲电压。为了选择不同dIf/dt的测试脉冲，需将不同的继电器进行吸合，从而使得不同的电感与-30V的脉冲电压相串联，输出所需dIf/dt值的测试脉冲。
控制dIf/dt的电感在测试软度C时还起到了模拟二极管实际电路中的分布电感的作用，因为实际电路中必然有电感存在。在控制dIf/dt的电感旁还并联了R4（82Ω），起到了模拟被测二极管实际电路中的阻尼吸收电阻的作用。
通过R3给被测二极管预加电压，用于探测其是否存在。
各级电感（含分布电感）使dIf/dt的权为10、20、40、100、200(A/μs)排列，可用五路控制线将dIf/dt设置在10-200A/μs不同电流下降率上。200A/μs档的理论串联电感为0.04μH，在第二MOS场效应管TR10产生的测试脉冲前沿极小时，dIf/dt=200A/μs。
如图5所示，反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路4包括带通滤波电路41、第一检波二极管42、第一运算放大器43、第一负反馈电压电路44、第二运算放大器45、第二负反馈电压电路46、第三运算放大器47和第三MOS场效应管48；其中，
带通滤波电路41的一端与被测二极管8的负极（-）相连，另一端与第一检波二极管42的负极（-）相连；
第一检波二极管42的正极（+）与第一运算放大器43的同相输入端（+）相连；
第一运算放大器43的反相输入端（-）与第一基准电压源V1及第一负反馈电压电路44的一端相连，输出端与第一负反馈电压电路44的另一端、动态电流波形采样电路5的输入端、第二运算放大器45的反相输入端（-）及第二负反馈电压电路46的一端相连；
第二运算放大器45的同相输入端（+）接地，输出端与第二负反馈电压电路46的另一端及中央处理单元7的A/D转换电路71相连；
第三运算放大器47的同相输入端（+）与被测二极管8的负极（-）相连，反向输入端（-）与第二基准电压源V2相连，输出端与第三MOS场效应管48的栅极G3相连；
第三MOS场效应管48的源极S3与动态电流波形采样电路5的输入端相连，漏极D3与第一基准电压源V1相连。
应当说明的是，动态电流波形采样电路5输出的反向动态电流及反向电压波形可通过示波器直接进行显示；第一基准电压源V1和第二基准电压源V2均为低噪声电源1所提供，且第一基准电压源V1的电压值大于第二基准电压源V2的电压值。
结合图5a与图5b所示，对本发明实施例中反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的具体应用进一步说明：
从被测二极管负极输出的恢复电流波形在由电阻R45和电容C33构成的带通滤波电路中产生电压信号并进行滤波处理，且在第一检波二极管D18（肖特基型高频检波二极管1N60）进行峰值检波，检测出反向峰值电压Vrm，该管可处理幅度较弱的小信号。信号通过负反馈工作的第一运算放大器IC5D（LM324型）的同相端输入（+）再输出后阻抗降低，二极管D5（1N4148型）校正检波压降损失，再由R58、R59分压得到相当于0.25IrrmR45的电压，该0.25IrrmR45的电压输出给动态电流波形采样电路；其中，第一负反馈电压电路为可调电阻W2，Irrm为反向峰值电流。
一方面，通过第二运算放大器IC5B（LM324型）进行反相，输送给中央处理单元中的A/D转换电路后变为数字信号，以便CPU进行处理，完成恢复波形幅度信号的采集和判断。另一方面，通过第三运算放大器IC5A（LM324型）用作判断有无被测二极管，因为R18、R19分压，第三运算放大器IC5A反相输入端（-）定位在2.5V，如果有被测二极管，则因正向电压<2.5V，使得C8加电，从而使TR4导通。
在测量过程中，须将被测二极管的正、负极正确接至测量端，才能得到该被测二极管的反向动态电流波形，并从被测二极管的负极输出给取样电阻R45转化为电压信号；反向动态电压波形从被测二极管的正极输出。
如图5b所示，通过示波器直接进行显示一SiC材料肖特基二极管在不同IF=1A、200A/μs下的反向动态波形；其中，①为反向电流波形；②为反向电压波形。
如图6所示，动态电流波形采样电路5包括第一差分放大电路51、第二差分放大电路52、第一双下降沿JK触发器53和第二双下降沿JK触发器54；其中，
第一差分放大电路51与第二差分放大电路52相并联后的两端分别与反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路4的第一输出端d2及第一双下降沿JK触发器53的一端相连；
所述第一双下降沿JK触发器53的另一端与所述第二双下降沿JK触发器54的一端相连；
所述第二双下降沿JK触发器54的另一端与所述中央处理单元7的A/D转换电路71相连。
结合图6a和图6b所示，对本发明实施例中动态电流波形采样电路的具体应用进一步说明：
从74HC14型施密特触发器IC10B输出的辅助信号下降沿第一双下降沿JK触发器IC15B使其置位，以便允许第二双下降沿JK触发器IC15A工作。
动态波形下降沿经过横轴（0V）时，三极管TR14关断而三极管TR15导通，因而TR15的集电极电位下降（与TR14相反）。TR15导通后经过R53将波形下降沿送第二双下降沿JK触发器IC15A使其置位。TR12的基极电位为0.25IrrmR45，恢复波形上升沿经过电压0.25IrrmR45时，TR13导通而TR12关断，R57将上升沿送TR11放大后将两个双下降沿JK触发器IC15A、IC15B同时复位。由第二双下降沿JK触发器IC15A的第6脚输出脉冲，经TR2、TR3转换成电流脉冲，经C35、R51积分后，变成模拟电压经过IC4芯片OP07负反馈放大，送到中央处理单元的A/D转换器CS5524，再经CPU软件运算后由LCD芯片RT12032-1显示。OP07的负反馈放大倍数为(1+R12/R13)=26，R12、R13的阻值精度为1%。
图6a中，TR14、TR15为9018型高频小功率晶体管，输入脉冲前沿上升时间tr约为3ns，反相输出时下降沿时间tf低于2ns。因为下降沿期间，结的平均电荷减小，有效结电容变小，所以下降沿时间更短。选取特征频率fT=1GHz的高频管，Vce最小值2.5V。通过两级准高速JK触发器电路(IC15A、IC15B)将脉冲前后沿的tr、tf加快(74S112触发器速度更快)。图6a中，W5是trr校正元件，R16和W5决定了TR2和TR3的总电流I。
如图6b所示，通过示波器直接进行显示另一SiC材料肖特基二极管在不同IF=1A、200A/μs下的反向动态波形；其中，①为反向动态电流波形；②为三极管TR15集电极波形，③为三极管TR11集电极波形，④为第二双下降沿JK触发器IC15A的第6脚输出脉冲的波形。
如图7所示，C参数测试电路6包括第二检波二极管61、第五低通滤波电路62、第四运算放大器63和第三负反馈电压电路64；其中，
第二检波二极管61的负极（-）与反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路4的第二输出端d3相连，正极（+）与第五低通滤波电路62的一端相连；
第五低通滤波电路62的另一端与第四运算放大器63的反相输入端（-）及第三负反馈电压电路64的一端相连；
第四运算放大器63的同相输入端（+）接地，输出端与第三负反馈电压电路64的另一端及中央处理单元7的A/D转换电路71相连。
如图7a所示，对本发明实施例中C参数测试电路的具体应用进一步说明：
软度C(=Vrm/Vr，其中Vrm为反向峰值电压，Vr为所加的反向偏置电压)测试电路由D7、C9、R25、R65和IC5C反相器组成；其中，D7为第二检波二极管，C9为第五低通滤波电路中的过滤电容，R25和R65构成第三负反馈电压电路，IC5C反相器为第四运算放大器。
D7与C9组成峰值检波，D7检测了被测管关断过程的峰值过渡电压，IC5C将该电压反向送A/D转换器CS5524。
更进一步的，如图8所示，***还包括反向损耗功率测试电路9，反向损耗功率测试电路9的输入端与反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路4的第三输出端d4相连，输出端与中央处理单元7的A/D转换电路71相连，用于测量被测二极管8的反向损耗功率。
其中，反向损耗功率测试电路9包括耦合变压器91和用于检测信号有效值功率的集成电路92；其中，耦合变压器91包括与所述反向损耗功率测试电路的输入端相连的第二输入线圈911，以及位于次级的与所述集成电路相连的第四输出线圈912。
反向损耗功率测试电路9还包括至少一用于钳位保护所述集成电路92的过载保护装置93，过载保护装置93包括形成连通回路的两个二极管，其两端均与集成电路92相连。
如图8a所示，对本发明实施例中反向损耗功率测试电路的具体应用进一步说明：
集成电路AD8362为任意形状信号真有效值功率检测器件，频率范围50Hz~3GHz，采用双平方电路比较转换技术和激光修整技术，测量线性度较高，结果几乎与信号波形无关，尤其是在大峰值因数时,能够胜任复杂信号对精度的要求,常用于测量大带宽复杂信号功率。耦合变压器T4-6T的工作频率范围20kHz~250MHz，变压器传输比为1：2时，有利于信号与功率检测芯片之间的阻抗匹配，还能提高输入端的信号功率3dB。整机的功率测量范围为-48dBm~+12dBm，精度可达0.1dB。由于反向动态信号是叠加在测试脉冲之上的，测量的功率输送给A/D转换电路，再传到CPU用软件进行处理时将扣除测试脉冲的功率，才能得到反向动态信号的功率。二极管D1起到了过载保护作用；正反向并联的二极管D2和D3、D4和D5、D6和D7组合成过压保护装置，为了避免因输入端感应到瞬间高电压而损坏芯片，起到了钳位保护作用。
应当说明的是，A/D转换电路为IC1芯片是CS5524型12位分辨率的A/D转换器，外电路通过它的引脚IN2、IN1、IN0分别输入模拟量反向恢复时间trr、反向电压VR、软度C等，它将模拟量转化为数字量。
A/D转换器的CS引脚控制转换器的工作与否，CS为低电平有效。它的IN引脚为串行数据输入端。串行数据有四位，CS5524的I/OCK端由单片机89C52提供时钟信号。它的OUT引脚为数据输出端，单片机89C52根据读出数据经计算得出Vrm、Vr、C、P等结果，并将结果送给LCD显示。它的VZ+、VZ-端口为外接正、负基准电压源的引脚，VZ+外接TL431C型基准电压源IC3芯片，它提供了模数转换器的基准电压。由于使用了TL431C二次稳压，CS5524芯片需要的电源可由图2总电源电路提供。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，由于设置有反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路、动态电流波形采样电路、C参数测试电路，从而检测到二极管的反向动态电流、反向动态电压和反向损耗功率等性能参数，达到可以抑制二极管的共模干扰、增强其可靠性和准确性的目的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其与被测二极管相配合，其特征在于，包括低噪声电源电路、正向可调电流源电路、边沿可调脉冲产生电路、反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路、动态电流波形采样电路、反向损耗功率测试电路、C参数测试电路和中央处理单元，其中：
所述低噪声电源电路的第一输出端与所述正向可调电流源电路的输入端相连，第二输出端与所述边沿可调脉冲产生电路的输入端相连，用于提供直流电压并为所述被测二极管外加反向偏置电压；
所述正向可调电流源电路的第一输出端与所述被测二极管的正极相连，用于给所述被测二极管提供多个可调的正向电流；
所述边沿可调脉冲产生电路的第一输出端与所述被测二极管的正极相连，用于给所述被测二极管提供多个可调的脉冲调制信号；
所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的输入端与所述被测二极管的负极相连，第一输出端与所述动态电流波形采样电路的输入端相连，第二输出端与所述C参数测试电路的输入端相连，用于获取所述被测二极管的反向动态电流及反向动态电压的波形，得到反向峰值电压以及峰值信号；
所述动态电流波形采样电路的输出端与所述中央处理单元相连，用于将所述得到的峰值信号处理成所述中央处理单元所需的模拟信号；
所述C参数测试电路的输出端与所述中央处理单元相连，用于测量所述得到的反向峰值电压与所述反向偏置电压之比；所述C参数测试电路包括第二检波二极管、第五低通滤波电路、第四运算放大器和第三负反馈电压电路；其中，
所述第二检波二极管的负极与所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的第二输出端相连，正极与所述第五低通滤波电路的一端相连；
所述第五低通滤波电路的另一端与所述第四运算放大器的反相输入端及所述第三负反馈电压电路的一端相连；
所述第四运算放大器的同相输入端接地，输出端与所述第三负反馈电压电路的另一端及所述中央处理单元的A/D转换电路相连；
所述中央处理单元包括A/D转换电路和CPU，其还分别与所述正向可调电流源电路的第二输出端及所述边沿可调脉冲产生电路的第二输出端相连，用于控制所述正向可调电流源电路的正向电流及所述边沿可调脉冲产生电路的脉冲调制信号的产生，并将获取到的所述动态电流波形采样电路及所述C参数测试电路输出的相关数据进行处理。
2.如权利要求1所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述低噪声电源电路包括工频变压器、第一整流桥、第一低通滤波电路、集成开关电源、降压式输出电路、分压器、稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第二整流桥、第一线性稳压器、第二线性稳压器、第二低通滤波电路、第三低通滤波电路、第三整流桥和第四低通滤波电路；其中，
所述工频变压器包括外接交流电压源的第一输入线圈，以及位于次级的第一输出线圈、第二输出线圈和第三输出线圈；
所述第一输出线圈依次与所述第一整流桥、所述第一低通滤波电路、所述集成开关电源、所述降压式输出电路及所述分压器相连，形成第一直流电压输出电路，所述第一直流电压输出电路用于提供12V直流电压；其中，所述降压式输出电路包括储能电感、滤波电容和续流二极管；
所述第一输出线圈还依次与所述第一整流桥及所述第一低通滤波电路相连后，反接所述稳压二极管，再与由所述第一三极管及第二三极管构成的达林顿管相连，形成第二直流电压输出电路，所述第二直流电压输出电路用于给所述被测二极管提供反向直流电压；
所述第二输出线圈依次与所述第二整流桥、所述第一线性稳压器及第二低通滤波电路相连，形成第三直流电压输出电路，所述第三直流电压输出电路用于提供5V直流电压；
所述第二输出线圈还依次与所述第二整流桥、所述第二线性稳压器及第三低通滤波电路相连，形成第四直流电压输出电路，所述第四直流电压输出电路用于提供-5V直流电压；
所述第三输出线圈依次与所述第三整流桥及所述第四低通滤波电路相连，形成第五直流电压输出电路，所述第五直流电压输出电路用于提供10V直流电压。
3.如权利要求1所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述正向可调电流源电路包括第一单片机、第一触发器、第一MOS场效应管、第三三极管和多个相并联的可调正向电流支路；其中，
所述第一单片机的输出端与第一触发器的输入端相连；
所述第一触发器的输出端与所述第一MOS场效应管的栅极相连；
所述第一MOS场效应管的漏极接地，源极与所述第三三极管的基极相连，还均与每一可调正向电流支路的一端相连；
每一可调正向电流支路的另一端均与所述第三三极管的发射极相连；其中，所述每一可调正向电流支路均包括相串联的继电器和电阻；
所述第三三极管的集电极与所述被测二极管的正极相连。
4.如权利要求1所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述边沿可调脉冲产生电路包括第二单片机、第二触发器、高速驱动器、第二MOS场效应管和多个相并联的可调脉冲信号支路；其中，
所述第二单片机的输出端与第二触发器的输入端相连；
所述第二触发器的输出端与所述高速驱动器的输入端相连；
所述高速驱动器的输出端与所述第二MOS场效应管的栅极相连；
所述第二MOS场效应管的漏极接地，源极与所述被测二极管的正极相连，还均与每一可调脉冲信号支路的一端相连；其中，所述每一可调脉冲信号支路均包括相串联的继电器和电感。
5.如权利要求1所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路包括带通滤波电路、第一检波二极管、第一运算放大器、第一负反馈电压电路、第二运算放大器、第二负反馈电压电路、第三运算放大器和第三MOS场效应管；其中，
所述带通滤波电路的一端与所述被测二极管的负极相连，另一端与所述第一检波二极管的负极相连；
所述第一检波二极管的正极与所述第一运算放大器的同相输入端相连；
所述第一运算放大器的反相输入端与第一基准电压源及所述第一负反馈电压电路的一端相连，输出端与所述第一负反馈电压电路的另一端、所述动态电流波形采样电路的输入端、所述第二运算放大器的反相输入端及所述第二负反馈电压电路的一端相连；
所述第二运算放大器的同相输入端接地，输出端与所述第二负反馈电压电路的另一端及所述中央处理单元的A/D转换电路相连；
所述第三运算放大器的同相输入端与所述被测二极管的负极相连，反向输入端与第二基准电压源相连，输出端与所述第三MOS场效应管的栅极相连；
所述第三MOS场效应管的源极与所述动态电流波形采样电路的输入端相连，漏极与所述第一基准电压源相连。
6.如权利要求1所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述动态电流波形采样电路包括第一差分放大电路、第二差分放大电路、第一双下降沿JK触发器和第二双下降沿JK触发器；其中，
所述第一差分放大电路与所述第二差分放大电路相并联后的两端分别与所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的第一输出端及所述第一双下降沿JK触发器的一端相连；
所述第一双下降沿JK触发器的另一端与所述第二双下降沿JK触发器的一端相连；
所述第二双下降沿JK触发器的另一端与所述中央处理单元的A/D转换电路相连。
7.如权利要求1所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述***还包括反向损耗功率测试电路，所述反向损耗功率测试电路的输入端与所述反向动态电流及电压波形测试与峰值检波电路的第三输出端相连，输出端与所述中央处理单元的A/D转换电路相连，用于测量所述被测二极管的反向损耗功率。
8.如权利要求7所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述反向损耗功率测试电路包括耦合变压器和用于检测信号有效值功率的集成电路；其中，所述耦合变压器包括与所述反向损耗功率测试电路的输入端相连的第二输入线圈，以及位于次级的与所述集成电路相连的第四输出线圈。
9.如权利要求8所述的数字化大功率微波二极管反向动态波形及损耗功率测试***，其特征在于，所述反向损耗功率测试电路还包括至少一用于钳位保护所述集成电路的过载保护装置，所述过载保护装置包括形成连通回路的两个二极管，其两端均与所述集成电路相连。
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