Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых приборов. Технический результат, заключающийся в повышении точности измерения теплового сопротивления переход-корпус транзисторов, достигается путем того, что в устройство для измерения теплого сопротивления транзисторов введен генератор импульсов коллекторного напряжения, при этом управляющий вход генератора импульсов соединен с клеммой запуска, а выход - с клеммой для подключения коллектора транзистора и счетным входом счетчика, вход схемы формирования двух опорных напряжений соединен с выходом источника постоянного эмиттерного тока. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля качества и оценки температурных запасов биполярных транзисторов.

Известно устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов (см. а. с. СССР 1020789. Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов /В.А. Сергеев, бюл. 20, 1983), содержащее генератор линейно нарастающего коллекторного напряжения, источник стабильного эмиттерного тока, клеммы для подключения испытываемого транзистора, источник двух опорных напряжений, схему сравнения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), реверсивный счетчик и индикатор.

Принцип работы известного устройства состоит в том, что после установки испытываемого транзистора в контактную колодку (по схеме включения с общей базой) по сигналу "Запуск" генератор линейно нарастающего напряжения вырабатывает импульс линейно нарастающего напряжения U_к(t) длительностью Т_изм, которое поступает на коллектор испытываемого транзистора и на один из входов схемы управления, а источник стабильного тока при этом вырабатывает импульс постоянного тока I_э (такой же длительности Т_изм), который поступает в эмиттер испытываемого транзистора. В качестве температурочувствительного параметра в известном устройстве используется падение напряжения на эмиттерном переходе U_ЭБ. Это напряжение с эмиттера испытываемого транзистора поступает на измерительный (аналоговый) вход АЦП, на запускающий вход которого поступают два коротких запускающих импульса, вырабатываемые схемой сравнения в моменты времени t₁ и t₂ сравнения напряжения на коллекторе с опорными напряжениями _ОП1 и U_ОП2 соответственно.

Аналогово-цифровой преобразователь быстро, то есть за время τ_пр≪t₂-t₁, преобразует напряжение U_ЭБ(t₁) и U_ЭБ(t₂) в последовательности импульсов m₁ и m₂, которые поступают на счетный вход реверсивного счетчика. При этом реверсивный счетчик управляющими сигналами со схемы сравнения в момент времени t₁, устанавливается в режим прямого счета, а в момент времени ₂ - в режим вычитания, так что по окончании импульса линейно-нарастающей мощности в счетчике остается число m=m₁-m₂, пропорциональное изменению температурочувствительного параметра: ΔU_ЭБ = U_ЭБ(t₁)-U_ЭБ(t₂), которое, в свою очередь, прямо пропорционально тепловому сопротивлению переход - корпус транзистора R_Tn-k. Это число m высвечивает индикатор.

Недостатком данного устройства является большая погрешность измерения, обусловленная, во-первых, конечным и различным временем преобразования напряжения U_ЭБ(t₁) и U_ЭБ(t₂):τ_пр1 и τ_пр2; а, во-вторых, применением реверсивного счетчика в режиме прямого и обратного счета, в результате чего (операции вычитания) погрешность дискретизации и другие аддитивные составляющие погрешности АЦП(а) удваиваются, а относительная погрешность преобразования многократно возрастает Технический результат - повышение точности измерения теплового сопротивления переход - корпус транзисторов и снижение аппаратурных затрат.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее контактную колодку с клеммами для подключения выводов испытываемого транзистора, источник постоянного эмиттерного тока, выход которого соединен с клеммой для подключения эмиттера испытываемого транзистора, клемма, для подключения базы которого соединена с общей шиной, схему формирования двух опорных напряжений, схему сравнения, счетчик и индикатор, причем выходы схемы формирования двух опорных напряжений соединены с двумя входами схемы сравнения, выходы которой соединены с управляющими входами счетчика, а выходы счетчика соединены с входами индикатора. Особенностью является то, что введен генератор импульсов коллекторного напряжения с фиксированной амплитудой и частотой следования и линейно возрастающей длительностью импульсов, при этом управляющий вход генератора импульсов коллекторного напряжения соединен с клеммой запуска, а выход с клеммой для подключения коллектора испытываемого транзистора и счетным входом счетчика, вход схемы формирования двух опорных напряжений соединен с выходом источника постоянного эмиттерного тока.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, а на фиг.2 - эпюры, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит контактную колодку 1 для подключения выводов испытываемого транзистора, источник постоянного эмиттерного тока 2, схему формирования двух опорных напряжений 3, генератор импульсов коллекторного напряжения 4 с постоянной амплитудой и частотой и линейно нарастающей длительностью импульсов, схему сравнения 5, счетчик 6 и индикатор 7.

Устройство работает следующим образом.

Сразу после установки испытываемого транзистора в контактную колодку 1 в эмиттер транзистора поступает постоянный эмиттерный ток I_э от источника постоянного эмиттерного тока 2, при этом с выхода генератора импульсов коллекторного напряжения 4 на коллектор испытываемого транзистора поступает малое начальное постоянное коллекторное напряжение U_КН для поддержания транзистора в активном режиме. Транзистор будет при этом рассеивать небольшую постоянную мощность Р₀=I_эU_КН и на эмиттере устанавливается некоторое начальное значение напряжения U_ЭБ0, которое поступает на схему формирования двух опорных напряжений 3, которая вырабатывает опорные напряжения U_ОП1 и U_ОП2, абсолютная величина которых определяется начальным значением U_ЭБ0, а разность (U_ОП1-U_ОП2) всегда постоянна, причем U_ЭБ0>U_ОП1>U_ОП2.

При появлении сигнала "Запуск" на управляющем входе генератора коллекторного напряжения 4, он начинает вырабатывать периодические импульсы коллекторного напряжения амплитудой U_КМ, периодом T≪τ_Tn-k, (где τ_Tn-k-тепловая постоянная времени переход - корпус для данного типа транзисторов) и линейно возрастающей длительностью τ_И = S_τ•t, (1) где S_τ - скорость нарастания длительности.

Средняя мощность рассеиваемая транзистором будет в этом режиме изменяться по линейному закону: Очевидно, что полное время нарастания мощности от Р₀ до Р₀+I_эU_КМ составляет это время, за которое длительность импульса изменяется от 0 до Т.

При линейном законе греющей мощности через некоторое время ≥3_Tn-k (см. например, Афанасьев Г. Ф., Сергеев В.А., Тамаров П.Г. Устройство для автоматизированного контроля теплового сопротивления переход - корпус мощных биполярных транзисторов. В межвуз. сб. научн. тр. "Автоматизация измерений", Рязань, РРТИ, 1983, с. 86-90) температура эмиттерного перехода будет линейно возрастать, а напряжение на эмиттерном переходе U_ЭБ(t) соответственно уменьшаться по линейному закону с известным температурным коэффициентом К_T: - крутизна измерения средней греющей мощности.

В моменты времени t₁ и t₂ - сравнения напряжения U_ЭБ(t) с опорными напряжениями U_ОП1 и U_ОП2 схема сравнения вырабатывает управляющие импульсы, первый из которых запускает счетчик, а второй - останавливает счет импульсов коллекторного напряжения; число m подсчитанных импульсов за время t₂-t₁ связано с искомой величиной R_Tn-k простым соотношением, которое легко получается из решения системы уравнений: откуда

где U_ОП1- U_ОП2 - разность опорных напряжений, вырабатываемых схемой формирования двух опорных напряжений 3,
U_КМ - амплитуда импульсов коллекторного напряжения,
К_Т - температурный коэффициент прямого падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора при постоянном эмиттерном токе,
I_Э - величина постоянного эмиттерного тока, вырабатываемого источником 2,
S_τ - скорость (крутизна) увеличения длительности импульсов коллекторного напряжения,
m - число импульсов, подсчитанное счетчиком и высвечиваемое индикатором.

Выбирая параметры схемы, исходя из реальной погрешности измерений в диапазоне 1,0 R_Tn-k≤10², можно рекомендовать
Заметим еще раз, что транзисторы могут иметь значительный разброс прямого падения напряжения на эмиттерном переходе, поэтому необходима "привязка" U_ОП1 и U_ОП2 к исходному (до разогрева) значению U_ЭБ0.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов, содержащее контактную колодку с клеммами для подключения выводов испытываемого транзистора, клемму запуска, источник постоянного эмиттерного тока, выход которого соединен с клеммой для подключения эмиттера испытываемого транзистора, клемма для подключения базы которого соединена с общей шиной, схему формирования двух опорных напряжений, схему сравнения, счетчик и индикатор, выходы схемы формирования двух опорных напряжений соединены с двумя входами схемы сравнения, выходы которой соединены с управляющими входами счетчика, а выходы счетчика соединены со входами индикатора, отличающееся тем, что введен генератор импульсов коллекторного напряжения с фиксированной амплитудой и частотой следования и линейно возрастающей длительностью импульсов, при этом управляющий вход генератора импульсов коллекторного напряжения соединен с клеммой запуска, а выход - с клеммой для подключения коллектора испытываемого транзистора и счетным входом счетчика, вход схемы формирования двух опорных напряжений соединен с выходом источника постоянного эмиттерного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2