Измеритель емкостей полупроводниковых конденсаторов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 120777 (21) 2508396/18-21 с присоединением заявки Nо (23) Приоритет

Опубликовано250680. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 25.0680 (51) М. Кл.2

G 01 R 27/26

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Ю) Уд 621 .317. . 337 (088. 8) (72) Автор изобретения

Д. A. Ефремов (71) Заявитель (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

КОНДЕНСАТОРОВ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения емкостей р-и-пе- реходов и МОП вЂ” конде нс аторов полупроводниковых структур.

Известен измеритель емкости диодного перехода при помощи операционного усилителя, который содержит источник смещения, источник переменного тока, двухвходовый операционный усилитель, охваченный обратными связями по постоянному и переменному токам, причем контролируемый прибор подключен к инвертирукщему входу ОУ, а названные источники - к неинвертируккцему входу (1) .

Недостатком известного измерителя является низкая точность измерения при дистанционном контроле емкостей полупроводниковых конденсаторов, обусловленная значительной величиной погрешности, вносимой параэитными емкостями при удалении измеряемой ем-25 кости от измерителя, а также использование двухвходового Оу ограничивает диапазон измерения, так как обязательным условием работоспособности такого усилителя является наличие на его входах синфаэных сигналов, не превышакщих, как правило, 15В.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель емкости p-n — перехода полупроводникового прибора, который содержит источник смещения, источник переменного тока, ОУ, подключенный входом к контактному устройству для включения испытуемого прибора и охваченный обратными связями по постоянному току посредством резистора и низкочастотного повторителя, а по переменному — посредством конденсатора;согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с источником смещения; после.довательно соединенные дополнительный контакт и регулируемый делитель напря" жения; коммутатор, выполненный в виде симметричного переключакщего устройства и двух ключевых элементов; детектор, включенный на выходе измерителя и совмещакщий в себе функции вьтчитающего устройства. Согласующий трансформатор, дополнительный контакт и регулируемьЕ делитель напряжения установлены в контактнбм устройстве.

Первый выход симметричного переключающего устройства через один из ключевых элементов связан со вторичной обмоткой трансформатора,второй выход через другой ключевой элемент с делителем напряжения и со входом детектора„ а ключевые элементы связаны между собой.и.подключены к вы=ходу источника переменного тока (2).

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон измерения емкости, меньший максимально возможного, определяемого диапазоном вы3одного напряжения детектора, совмещакщего в себе функции вычитакщего устройства. Это объясняется тем, что величина сигнала С П Р + C, где

С п р - величина параэитной емкости, а C y, — величина контролируемой емкости, измеряется в первый измерительный интервал, а компенсация параэитной емкости осуществляется во второй, что в целом приводит к уменьшению рабочего диапазона по измерению полезной емкости на величину параэитной, т.е. максимальное напряжениЕ на выходе детектора U определяет максимально возможную измеряемую сумму параэитной и полезной составляющих емкости.

Целью изобретения является повышение точности контроля, а также расширение диапазона измерения измерителя., Поставленная цель достигается тем, что измеритель емкостей полупроводниковых конденсаторов „ содержа ций источник смещения, источник переменного тока, подключенный соответственно через первичную и вторичную обмотку согласующего трансформатора соответственно к одному зажиму для подключения измеряемого полупроводникового конденсатора и с общей шиной измерителя, операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включены параллельно соединенные образцовый конденсатор и низкочастотный повторитель, выход операционного усилителя соединен со входом детектора, а выход последнего соединен со входом вычитающего блока, переключающий блок, первый и второй выходы которо— го,соответственно соединены с управлякщими входами одного и другого ключа, а выход последнего сбединен со входом одного ключа снабжен коммутатором и запоминакщим конденсатором причем один вход коммутатора сОединен с другим зажимом для подключения измеряемого конденсатора, а выход со входом операционого усилителя, другой вход коммутатора соединен с третьим выходом переключающего блока, а одна обкладка запоминающего конденсатора соединена со входом одного ключа, а другая обкладка с земляной шиной измерителя, выход вычитакщего блока соединен со

:входом другого ключа, а управляющий вход вычнтающего блока соединен с выходом одного ключа.

На чертеже приведена функциональная электрическая схема измерителя мкостей пслупроводниковых конденса-. торов, Измеритель содержит йсточник см:=--цения 1. подключенный через раэвяэы;a aûèé конденсатор 2 и первичную o6-= мотку согласующего трансформатора 3 к одному зажиму для подключения испытуемого полупроводникового конденсатора 4, источник переменного тока 5, связанный через вторичную обмотку трансформатора 3 с земляной шиной, операционный усилитель б, ахи =;.ченный обратной свяэью по постоянному току посредством низкочастотного повторителя 7, а по переменному — посредством образцового конденсатора 8, коммутатор 9 „переключай!щий блок ". 0, например, ждут,ий мультивибратор с пусковым входом, управляющий связанными между собой ключами 11, 12, ггричем выход переключающе го блока 10 соединен со вторым входом коммутатора 9, детектор 13, вход которого соединен с выходом операционного усилителя 6, вычитакщий блок

14, один вход которого соединен с выходом детектора 13, другой вход — co входом ключа 11, а выход одновремен-но является выходом измерителя, со входом ключа 12, эапоминаннций конденсатор 15, включенный между точкой соединения. ключей 11,12 и общей шиной измерителя (землей).

Измеритель работает следукщим образом.

При поступлении сигнала пуск на вход переключающего блока 10, последний формирует импульс И, открывакщий ключ 12. При этом происходит измерение параэитной составлякщей емкости С пар между зажимами. Запоминающий конденсатор 15, включенный между точкой соединения, ключевых эле-ментов 11,12 и общей шиной измерителя, заряжается сигналом с выхода вычитающего блока 14, предварительно продетектированным посредством детектора 13. Этот сигнал пропорционален величине паразитной емкости С пар. По окончании импульсà UO переключающий блок 10 вырабатывает импульс U, в результате чего открывается ключ 11, а ключ 12 закрывается, и напряжение

Uo запоминающего конденсатора 15 прикладывается к другому входу вычитающего блока 14. Одновременно с импульсом Ug- срабатывает коьпкутатор 9„ подключающий полупроводниковый конденсатор 4 к зажимам., Один вывод полупроводникового конденсатора 4 через первичную обмотку трансформатора 3 подключен к Источнику-смещения

1, через вторичную обмотку — к источнику переменного тока 5, а другой выход — через коммутатор 9 соединен со

142827 входом операционного усилителя 6. На, контролируемом приборе с помощью трансформатора 3 и раэвязывакщего конденсатора 2 создается режим по постоянному и переменному токам.С хода операционного усилителя 6 на 5 вход детектора 13 поступает переменный сигнал„ пропорциональный сумме параэитной и измеряемой емкостей.Детектор 13 вырабатывает постоянный сигнал, пропорциональный сумме величин паразитной и измеряемой емкостей. Вычитающий блок 14 вырабатывает сигнал, равный разности вышеуказанного сигнала и постоянного напряжения на запоминающем конденсаторе

12,пропорционального величине паразитной емкости Сдпр.При условии малого выходного сопротивления операционного усилителя 6 и высокого входного сопротивления вычитающего блока 14 указанная разность с высокой точнос- 20 тью соответствует величине контроли- . руемой емкости 4.

Измеритель позволяет повысить точность контроля до +23 в диапазоне емкостей от 0,4 до 400 пф, при этом 25 он обладает более широким диапазоном измерения по сравнению с устройством - прототипом на 50% в сторону увеличения диапазона измеряемых емкостей при измерении величин емкос- 3Q тей порядка 4 пф.

Формула изобретения

Измеритель емкостей полупроводниковых конденсаторов, содержащий ис- 3$ точник смещения, источник переменно- го тока подключенный соответственно через первичную и вторичную обмотУ»

r ку согласукщего трансформатора соответственно к. одному зажиму для подЦНИИПИ Заказ 3455/40

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4 ключения измеряемого полупроводникового конденсатЬра и с общей шиной измерителя, операционный усилитель в цепь отрицательной обратной связи которого включены параллельно соединенные образцовый конденсатор и низкочастотный повторитель, выход операционного усилителя соединен со входом детектора, а выход последнего соедииен со входом вычитакицего блока, переключакщий блок первый и второй выходМ которого соответственно соединены с управляющими входами одного и другого ключа, а выход последнего соединен со входом одного ключа, отличающийся тем, что, с. целью повышения точности контроля, а также расширения. диапаэона иэмеренйя, измеритель снабжен коммутатором и запоминак цим конденсатором, причем адин вход коммутатора соединен с другим зажимом для подключения измеряемого конденсатора, а выход со входом операционного усилителя, другой вход коммутатора соединен с третьим выходом переключакщего блока, а одна обкладка запоминаю щего конденсатора соединена со входом одного ключа, а другая обкладка с земляной шиной измерителя, выход вычитакщего блока соединен со входом другого ключа, а управляющий вход вычитающего блока соединен с выхода одного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электроника, Р 14, 1975, с. 62-64.

2. Авторское свидетельство по заявке Р 2471648 /21 (042239), по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства (прототип).