Устройство для измерения параметров рассеяния транзисторов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И), M5I) G 01 R 31 2.6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3488414/18-21 (22) 03.09.82 (4Ь) 07.04.84. Бюл. 9 13 (72) И.A.Ìèðoøíèê, Н.A.Øêóðèíà, Ю.Л.Нуров, В.Н.Горин и Т.A.Èàëàøèõèí (53) 621.383.3 (088.8) (56) 1. Столярский Э. Измерение параметров . транзисторов. M., "Сов. радио", 1976, с. 267.

2. Авторское свидетельство, СССР

)) 601638, кл. G 01 R 31j26, 22.03.76. (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ IIAPANETPO8 РАССЕЯНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ, включающее генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен: с опорным входом векторного вольтметра и первыми входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответстве но с первым и вторым выходами программатора, третий выход которого соединен с управляющим входом третьего переключателя, выход которого сое-. динен с измерительным входом векторного вольтметра, выход первого переключателя через последовательно соединенные первый конденсатор, первый резистор, второй резистор и второй конденсатор подключен к общей шине, выход второго переключателя через последовательно соединенные третий конденсатор, третий .g четвертый резисторы и четвертый конденсатор подключен к общей шине, точка соединения первого и второго резисторов соединена с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с точкой соединения третьего и четвертого резисторов, парал. лельно четвертому конденсатору подключен генератор постоянного тока, змиттерная шина держателя транзистора соединена с общей шиной, вход питания программатора соединен с первым выходом блока питания, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено программируемым генератором опорного напряжения, усилителем по,стоянного тока и высокоомным делителем напряжения в виде последовательно соединенных пятого и шестого резисторов, при этом генератор постоянного тока выполнен программируемым . выход программируемого генератора опорного напряжения через последовательно включенный пятый резистор под.ключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору, второй выход блока питания соединен с входом питания усилителя постоянного тока, базовая шина держателя транзистора соединена с первым входом третьего переключателя, а кол.лекторная шина держателя транзисто.ра соединена с вторым входом третьего переключателя и вторым выводом .шестого резистора.

1084709

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и массового контроля параметров линейных динамических и вольт-амперных характеристик транзисторов.

Известно устройство для измерения и контроля параметров транзисторов с автоматической установкой рабочей точки по напряжению и току коллектора при смене образцов, имеющих раз- 10 брос параметров вольт-амперных характеристик, содержащее мост, образуемый цейью коллектор-эмиттер измеряемого транзистора, резистором в цепи коллектора и делителем в цепи источника 5 питания коллектора; регулирующий усилитель и регулирующее звено в цепи отрицательной обратной связи, кольцо которой замыкается цепью база эмиттер измеряемого транзистора (1).

Недостатком указанного устройства является принципиальная сложность

1 осуществления раздельной регулировки параметров рабочей точки транзисторов, тока и напряжЕния коллектора существенная зависимость параметров рабочей точки от стабильности источников электропитания цепи коллектора и устройств схемы стабилизации рабочей точки, так как в данном случае использован параметрический способ стабилизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения параметров рассеяния транзисторов, включающее генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с опор-. ным входом векторного вольтметра и первыми входами первого и второго переключателей, вторые входы которых 40 соединены с общей шиной, а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно. с первым и вторым выходами программатора, третий выход которого соединен 45 с управляющим входом третьего переключателя, выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра, выход первого переключателя через последовательно соединенные первый конденсатор, первый резистор, второй резистор и второй конденсатор подключен к общей шине, выход второго переключателя через последовательно соединенные третий конденсатор, третий и четвертый резисторы и четвертый конденсатор подключен к общей шине, точка соединения первого и второго резисторов соединена с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен 6О с точкой соединения третьего и четвертого резисторов, параллельно четвертому конденсатору подключен генератор постоянного тока, эмиттерная шина держателя транзистора соединена 65 с общей шиной, вход питания программатора соединен с первым выходом блока питания Г23.

Данное устройство не обеспечивает высокой скорости измерительного, процесса,.

Цель изобретения — повышение производительности измерения параметров.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения парамет ров рассеяния транзисторов, включающее генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и первыьы входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно е первым и вторым выходами программато. ра, третий выход которого соединен с управляющим входом третьего переключателя, выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра, выход первого переключателя через последовательно соединенные первый конденсатор, первый резистор, второй резистор и второй конденсатор подключен к общей шине, выход второго переключателя через последовательно соединенные третий конденсатор, третий и четвертый резисторы и четвертый конденсатор подключен к общей шине, точка соединения перво- " го и второго резисторов соединена с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с точкой соединения третьего и четвертого резисторов, параллельно четвертому конденсатору подключен генератор постоянного тока, эмиттерная шина держателя транзистора соединена с общей шиной, вход питания программатора соединен с первым выходом блока питания, снабжено программируемым генератором опорного напряжения, усилителем постоянного тока и высокоомным делителем напряжения в виде последовательно соединенных пятого и шестого резисторов, при этом генератор постоянного тока выполнен прог- раммируемым, выход программируемого генератора опорного напряжения через последовательно включенный пятый резистор подключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору, второй выход блока питания соединен с входом питания усилителя постоянного тока, базовая шина держа-, теля транзистора соединена с первым входом третьего переключателя, а коллекторная шина держателя транзистора соединена с вторым входом третьего переключателя и вторым выводом шестого резистора.

1084709

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения параметров рассеяния транзистора; на фиг.2 — вариант принципиальной схемы устройства для измерения биполяргных транзисторов и-р-h -структуры.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра 2 и первыми входами первого 3 и второго 4 пере- 10 ключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управляющие входы первого 3 и второго 4 переключателей — соответственно с первым и вторым выходами программатора 5, тре- 15 тий выход которого соединен с управляющим входом третьего переключателя 6, выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра 2, выход первого переключателя 3 через последовательно соединенные первый конденсатор 7, первый резистор 8, второй резистор 9 и второй конденсатор 10 подключен к общей шине, выход второго переключателя 4 через последовательно соединенные третий конденсатор 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы и четвертый конденсатор 14 подключен к общей шине, точка соединения первого 8 и второго 9 резисторов соединена с первым входом третьего переключателя 6, второй вход которого соединен с точкой соединения третьего 12 и четвертого 13 резисторов, параллельно четвертому конденсатору 14 подключен генератор 15 постоянного тока, эмиттерная шина держателя транзистора

16 соединена с общей шиной, вход питания программатора 5 соединен с . первым выходом блока 17 питания, программируемый генератор 18 опорного напряжения, усилитель 19 постоянного тока и высокоомный делитель напряжения в виде последовательно соединенных пятого 20 и шестого 21 ре- 45 эисторов, при этом генератор 15 постоянного тока выполнен программируемым, выход программируемого -генератора 18 опорного напряжения через последовательно включенный пя- 5() тый резистор 20 подключен к входу усилителя 19 постоянного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору 10, второй выход блока питания соединен с входом питания усилителя 19 постоянного тока, базовая шина держателя транзистора

16 соединена с первым входом третьего переключателя 6, а коллекторная шина держателя транзистора 16 — с вторым входом третьего переключателя и вторым выводом шестого резистора.

Вариант принципиальной схемы устройства (фиг. 21 представляет собой ,.практическую реализацию структурной 5 схемы (фиг. 1t и содержит клеммы для подключения блока 17 с напряжением 12,6В, конденсаторы 10 и 14 для фильтрации переменных составляющих тока базы и коллектора; две пары резисторов 8, 9 и 12, 13 для питания цепей базы и коллектора измеряемого транзистора по переменному и постоянному току и осуществления тестов по измерению динамических параметров; конденса-оры 7 и 11 для разделения постоянной и переменной составляющих тока коллектора и базы; держатель 16 с транзистором, переключатель 3 с контактами 22-24 и обмоткой

25 управления, переключатель 6 с контактами 26-28 и обмоткой 29 управления, переключатель 4 с контактами 30-32 и обмоткой 33 управления, программатор 5, собранный на основе переключателя 34 с контактами 35-38 и переключателя 39 с контактами

40-43, усилитель 19 в составе входного каскада на полевом транзисторе

44 с нагрузкой 45 в цепи истока и конденсатором 46, включенным параллельно его входу, усилительного каскада на микросхеме 47 типа операционный усилитель и элементах, обеспечивающих режим микросхемы 47, а имен но резисторах 48 — 50, конденсаторах 51 и 52 и диодах(стабилитронах)

53 и 54, и составного эмиттерного повторителя на транзисторах 55 и 56, и резисторах 57 и 58; высокоомный делитель напряжения на резисторах 20 и 21 в цепи сравнения схемы стабилизации коллекторного напряжения; высокочастотные гнезда 59 для подключения опорного и 60 для измерительного канала векторного вольтметра (фиг. 1 ); клеммы 61 для подключения выхода программирующего генератора

15 постоянного тока, амперметр 62 для контроля постоянной составляющей тока базы; вольтметр 63 и переключатель 64 входа вольтметра для контроля постоянных напряжений, пропорциональных постоянным составляющим напряжения коллектора или базы. Клеммы

65 для подключения программируемого генератора 18 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Благодаря фильтрации переменных составляющих тока конденсаторами 10 и 14 сигналы переменного тока, которые вырабатываются в измерительных цепях устройства при осуществлении измерения параметров рассеяния транзистора, на работу цепей электропитания транзистора по постоянному току .не влияют ° Поэтому режим работы цепей постоянного и переменного тока данного устройства можно рассматри вать раздельно.

1084709

Электропитание цепи коллектора транзистора осуществляется от генератора 15 постоянного тока через резистор 21. Ток коллектора Эк благодаря высокому входному сопротивлению делителя на резисторах 21 и 5

20, а также разделительному конденсатору 11 практически равен току на выходе генератора 15. Таким образом, генератор 15 задает требуемый уровень тока коллектора транзистора, 1Î и при его включении на коллекторе транзистора будет выделяться напряг .ние

Напряжение Ок поступает на вход 15 делителя на резисторах 21 и 20, подключенного к коллектору транзистора, благодаря чему на выходе этого делителя, подключенному к входу неиивертирующего усилителя 19 постоянного зп тока, выделяется постоянное напряжение k U, где k о — коэффициент передачй делителя. К другому входу делителя на резисторах 21 и 20 подключен генератор 18 ° Опорное напряжение 25

Оо с выхода генератора 18 через резистор 20 поступает также на вход усилителя 19, и при отрицательном значении этого напряжения создает на входе усилителя составляющую напряжения, равную - Uо . Суммарное напряжение на входе усилителя 19 будет равно О =К О„-Uo . Это выражение справедливо при условиях отсутствия влияния входного сопротивления усилителя 19 и коллекторной цепи транзистора на режим работы делителя на резисторах 20 и 21, которые выполняются при использовании в качестве входного каскада усилителя 19 каскада на полевом транзисторе (фиг. 2) 40 и при высоком дифференциальном сопро тивлении постоянному тдку перехода коллектор эмиттер транзистора и генератора 15.

Сигнал U усиливается усилителем 45

19 и далее с выхода этого усилителя через резистор 9 поступает на базу транзистора и дополнительно.усиливается транзистором; который в данном случае можно рассматривать как 50 активный элемент усилительного каскада с общим эмиттером. Благодаря этому существует еще одна функциональная связь между напряжением Ос и

О„, с именно Ук= kUc < где -суммар- 55 ный коэффициент усиления схемы, образуемой усилителем 19 и каскадом на транзисторе. Знак минус в этом выражении отражает .инвертирующий эффект каскада усиления на транзисторе.

Анализ цепи коллектор транзистора — резистор 21 — вход усилителя

19 — выход усилителя 19 — резистор

9 — база транзистора — переход база-коллектор транзистора показывает, что эту цепь можно рассматривать как 65 замкнутую .цепь отрицательной обратной связи с усилительным звеном на основе транзистора 16 и усилителя

19, Благодаря действию отрицательной обратной связи режим транзистора по постоянному току стремится к равновесному состоянию, причем уравнение, отражающее это состояние, вытекающее иэ ранее приведенных уравнений сигналов,в цепи обратной связи, имеет вид ††" = % У -О . Решение этого ураво х о нения относительно напряжения О соо ответствует выражению,"к „ При

1c+—

М условии k » 1, которое отнбсительно просто выполнить, используя усилитель 19 с высоким коэффициентом усиления, получают". О,рОо/>о . Таким образом, напряжение коллектора Ок оказывается прямо пропорциональным только значению опорного напряжения Оо, путем регулирования которого можно регулировать значение напряжения .

0к независимо от других факторов, например от значения тока коллектора Э, который вырабатывается также независимо генератором 15 тока.

В частном случае при условии k= 1, которое достигается при соответствующем подборе плеч делителя на резисторах 20 и 21, напряжение Оп примерно равно напряжении Uo. Практически достаточно, чтобы коэффициент %о составлял десятые доли единицы,так как в противном случае нужно испольэовать большие значения номиналов резисторов 20 и 21,что неудобно с точки зрения согласования делителя с входом усилителя 19. и колле к тором тра н з и с тора .

При осуществлении тестов по переменному току в процессе измерения коэффициента матрицы рассеяния транзистора устройство работает аналогично устройству-прототипу следующим образом. ь нормальном положении управляемые переключатели 3 и 4 через конденсаторы 7 и 11 замыкают на корпус резисторы 8 и 12, причем по переменному току каждая из пар резисторов 8, 9 и 12, 13 оказывается включенной параллельно и служит нагрузкой цепи базы или коллектора,а переключатель-

6 подключает измерительный вход векторного вольтметра 2 к цепи базы.

Посредством программатора 5 осуществляют необходимые комбинации включения управляемых переключателей

3, 4 и 6 путей подачи на их обмотки управления напряжения от блока 17 °

Номиналы резисторов 8, 9 и 13,, 14 должны быть выбраны попарно равными.

В процессе выполнения динамических тестов сначала осуществляют две операции при отключенном от схемы устройства транзисторе.

При срабатывании переключателя 3 . сигнал от генератора 15 через конден

108 4709 сатор 7, резистор 8 и контакты уп- зистора, при этом измеряют напряже- равляемого переключателя 6 поступа- ние 0„2, пропорциональное значению ет на вход измерительного канала отраженной волны в цепи базы транвекторного вольтметра 2, причем ре- зистора. .гистрируется напряжение 0„, которое Для выполнения условий, необходипропорционально удвоенному значению 5 алых для нормальной. работы векторнопадающей волны, поступающей в цепь ro вольтметра при выполнении динамибаэы. ческих тестов, вход опорного канала

При срабатывании переключателей векторного вольтметра 2 подключен

6 и 4 сигнал от генератора 15 через к выходу генератора 1. Полученной конденсатор 11, резистор 12 и контак- 10 информации достаточно, чтобы вычисты переключателя б поступает на.из- .пить значения комплексных коэффицимерительный канал векторного вольт-. ентов матрицы Рассеяния изме-, .метра 2. Измеряемое напряжение 02 про- ряемого транзистора в рабочей. порционально удвоенному значению па- точке, определяемой током и дающей волны, поступающей в цепь 15 /напряжением 0к, которые задаются про коллектора. После этого в измеритель- граммируемыми генераторами 15 и 18, ную цепь устройства включают изме- причем при достаточно высоком коэфряемый транзистор и, согласно кодам фициенте усиления К цепи обратной управления программируемых генерато- . связи, которое определяется коэффиРОв 15 тока и 18 .опорного напряже- go циентами усиления усилителя 19 и ния, его рабочая точка автоматичес- участка цепи обратной связи на транки устанавливается в режим, соответ- зисторе, режим транзистора по постоствующий заданным значениям тока 3„ и янному току сохраняется при смене напряжения 0 . После этого осущест- обРазцов измеряемых транзисторов одвляются следующие четыре динамичес- 25 1íîãî и того же или разных типов, ких теста по определению комплексных отличающихся разбросом вольт-ампернапряжений на коллекторе и базе изме- ных характеристик., так как режим по ряемого транзистора. постоянному току зависит только от

При срабатывании переключателя 3 Режима, заданного генераторами 15 и 18. сигнал от генератора 15 через конден- 3ц, Устройство также можно Мспользо- сатор 7 и резистор 8 поступает на ба- вать для измерения цолевых транзистозу измеряемого транзистора. Измери- ров с и-или р-каналами или с изолительный канал векторного вольтметра рованным затвором и транзисторов

2 через нормально замкнутые контакты Р-n-p-структуры. Так, для измерения переключателя б подключен к базе 35 транзисторов р-и-р-структуры достатранзистора. При этом измеряют напря- точно изменить полярность генератора, жение 0„, пропорциональное сумме па- 18 опорного напряжения и направледающей и отраженной волн в цепи ба- ние тока, выраСатываемого генератозы. Ром 15, а также обеспечить активный

При срабатывании переключателей . режим работы усилителя 19 при отри3 и 6 сигнал от генератора 1 также О цательных уровнях напряжения на его

40 поступает в цепь базы, но измеритель- выходе. ный канал векторного вольтметра 2 . Нормированные коэффициенты матри-. через контакты переключателя 6 под- цы рассеяния рассчитывают с помощью ключен к коллектору транзистора. Из- измеренных комплексных напряжений по меряют напряжение 0 „, пропорциональ- 45 формулам ное значению отражейной волны в цепи коллектора ° 5 и 5 21 а и О 21 Р

При отключении переключателя 3 и

1 " 01. 2 включении переключателей б и 4 тран- 20 зистор включается по, переменному то- а 2

0 20 Я ку в обратном направлении, так как . .0g "2 02 Й, I сигнал от генератора 1 поступает на где R< и R2- номиналы резисторов 8 коллектор через конденсатор 11 и ре- (или 9 }и 12 (или 13 ) с зисто 12. П или соответственно. зистор . При этом измерительный Принципиальная схема устройства канал векторного вольтметра через 55 (фиг. 2) отвечает случаю измерения контакты переключателя 6 подключен бйполярных транзист

Ф н ранзисторов и-р-и-струкк коллектору. Измеряют напряжение 0 туры. пропорциональное значению суммы па- Использование программированных дающей и отраженной волн в цепи кол- генераторов 15 и 18 позволяет автомалектора. При сохранении предыдущего g) тизировать процесс измерения как имму ции для переключате- намических, так и статических парания как дилей 3 и 4 и .отключении переключате- метров транзисторов.

t ля 6 измерительный канал векторного Внедрение предлагаемого устройстчателя б вольтметра 2 через контакты переклю- ва позволяет 10 чателя подключается к базе тран- 65 рость измерительного процесса эа

"0

10З4 09

9 счет сокращения времени, затрачиваемого на регулировку режима транзистора по постоянному току при смене образцов, которое составляет 100120 с при ручной регулировке и уменьшается в зависимости от типа измеряемого транзистора до 1-2 с при использовании предлагаемого устройства, при времени, затрачиваемом на выполнение динамических тестов, 10 с, что в конечном итоге повышает производи5 тельность устройства.

1084709

Составитель B.Êàðïîâ

Техред В.Далекорей

Редактор В.Петраш

Корректор Ю.Макаренко

Филиал ППН "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 1990/39 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изооретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5