Устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов

 

Союз Советсммк

Социанмстмчесни к

Ресаубнмн

ОП ИСАНИЕ <»894614

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63 ) Денелнмтельное к авт. свид-ву (22)Заявлено 11.11.79 (2l) 2839061/18-25 (51)Я. Кд, G 01 R 31/26 с нрмсоеднненнеюзаявкя М

@еудврстмккык «емктвт

СССР ао лавам аебрвтва11 н еткрмпВ (23)Приоритет

Онублякеваме 30. 12.8.1. Бюллетень М 48

Дата енублмковання еннсанмя 30.12.81 (53) УДК 621 ° 382..2(088.8) (72) Авторы изобретения

Р.П.Антанавичюс, И.И.Масюлис, Ч.В.Иа айщ с.и, Н.А. Шахтин

, :, °:

Институт математики и кибернетики АН и Институт физики полупроводников АН (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ И ИЗИЕРЕНИЯ

ПИКОВОГО ТОКА ТУНИК)1ЬНЫХ ДИОДОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического задания величины пикового тока туннельных диодов в процессах изготовления мезоструктур электролитическим и химическим травлением, для установления пороговых величин переменных возмущений (температура, давление, магнитное поле и т.п.), быстрого и точного измерения пикового тока или отбораразбраковки туннельных диодов по этому параметру.

Известно устройство для измерения пикового тока туннельного диода, содержащее генератор, подключенный к испытуемому туннельному диоду, а также измеритель тока на туннельном диоде 511.

Известное устройство позволяет измерять величину пикового тока, но не может его задавать, например, в процессе электролитическоro травления. Устройство не может быть использовано при измерении переменных магнитного, теплового полей, статического и переменного давления и в особенности их критических значений, регулируемых в широком интервале значений.

Кроме того, уменьшается надежность используемого датчика, так как отсутствуют средства, предохраняющие перескок рабочей точки на диффузионную ветвь вольт-амперной характеристики туннельного диода, что приводит к быстрой деградации основных параметров.

Известно также устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход

30 которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме,894614 подключен измеритель тока, состоящий иэ усилителя постоянного тока и резистора L23.

Указанное устройство отличается недостаточно высокими точностью и надежностью, а также узкими функциональными возможностями.

Случайные флуктуации могут перевести рабочую точку в область бо- . лее высоковольтного напряжения, из-за чего известному устройству свойственна невысокая точность и надежность. Кроме того, в устройстве используется скачок напряжения от уровня пикового напряжения до напряжения раствора вольт-амперной характеристики туннельного диода, в результате скачка рабочей точки происходит повышение выделяемой мощности на туннельном диоде (P U,, где Р— мощность, 0 — напряжение на туннельном диоде), что приводит к деградации вольтамперной характеристики и, тем самым, оказывает влияние на ранее заданную величину пикового тока, что также снижает точность и надежность работы устройства. Устройство не позволяет измерять быстро меняющихся внешних возмущений, действующих на туннельный диод, что сужает его функциональные возможности.

Цель изобретения — повышение точности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной иэ клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного тока и резистора, введены пороговое устройство, аналоговый ключ, компаратор, узел управляемых калиброванных токов, счетчик импульсов и блок реализации команд, причем к выходу измерителя напряжения подключено пороговое устройство, а к выходу измерителя тока— аналоговый ключ, управляющий вход кот торого соединен с выходом пороговое устройства, а выход подключен к одному входу компаратора, второй вход которого соединен с узлом управляемых калиброванных токов, а выход через шину сброса импульсов подклюt0!

20 чен к одному входу счетчика импульсов, другой вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход — с одним из входов блока реализации команд, второй вход которого подключен к узлу управляемых калиброванных токов, выход порогового устройства соединен с формирователем.

Предлагаемое устройство формирует импульс счета в момент достижения рабочей точкой заданного уровня пикового тока туннельного диода. При этом рабочая точка никогда не достигает диффузионной ветви вольтамперной характеристики, что увеличивает точность и надежность. Кроме того, исключено ложное срабатывание устройства от случайных флуктуаций тока.

Это тоже увеличивает точность и надежность, а также расширяет функциональные возможности, так как устройство позволяет измерять быстро меняющиеся внешние возмущения, надежно срабатывать при достижении заранее заданных критйческих величин этих возмущений.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, на фиг. 2— временные диаграммы работы устройст30

Устройство содержит генератор

1 тактовых импульсов (фиг. I), к которому подключен формирователь 2 линейно изменяющего напряжения, последовательно с формирователем 2 включен резистор 3 смещения, испытуемий туннельиый диод 4 и калиброванный резистор 5, параллельно туннельному диоду 4 подключен измеритель

6 напряжения, например дифференци альный усилитель постоянного тока, а также усилитель 7 постоянного тока, вместе с калиброванным резистором 5 составляющий измеритель 8 тока. Выход измерителя 6 напряжения соединен со входом регулируемого порогового устройства 9, например триггера Шмитта, выход которого подключен к управляющему входу аналогового ключа !О, другой вход аналогового

SO ключа 10 соединен с выходом измерителя 8 тока, а выход — c одним входом компаратора 11, другой вход компаратора 11 соединен с узлом 12 управляемых калиброванных токов, а выход.

ss через шину 13 сброса импульсов подключен к одному входу счетчика 14 импульсов, другой вход; последнего соединен с генератором тактовых

894614

Формула vзобретення

Устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного ока и резистора, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, в не- °

50 импульсов, а выход — с одним из входов блока 15 реализации команд, второй вход которого подключен к узлу

12 управляемых калиброванных токов.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов в момент времени t выдает импульс (фиг. 2 а), который запускает формирователь 2 (фиг. 2 б) и подает импульс на счетчик 14 импульсов. Формирователь 2 вырабатывает пилообразное напряжение, поступакщее в цепь, состоящую из резистора 3 смещения, туннельного диода 4 и калиб- !3 рованного резистора 5. На измеритель

6 напряжения поступает напряжение

U, падакщее на туннельном диоде 4 (фиг. 2 в). На усилитель 7 постоянного тока постунает напряжение 0„, 20 падающее на калиброванном резисторе

5 (фиг. 2 r), т.е. в функции тока, протекающего через туннельиый диод 4.

В момент времени tð открывается пороговое устройство 9 (фиг. 2 p,) с регулируемым порогом срабатывания, который может настраиваться в tmpoком диапазоне уровней положительного перепада напряжения на туннельном диоде (фиг. 2 в, д, промежуток З0 времени tó о)

Пороговое устройство 9 управляет аналоговым ключом 10 и пропускает чеь рез него сигнал ll (фиг. 2 е) от нулевого уровня тока через туннельЭЗ ный диод 4 до уровня тока, заданного пороговым устройством 9 (фиг. 2 г, е, промежуток времени ta to ), отсекая возрастающую ветвь тока после отрицательного перепада тока (фиг. 2 в, промежуток времени tq-tb ), которая не позволила бы определить пиковый ток туннельного диода 4. Отсечка диффузионной ветви вольт-амперной характеристики уменьшает деградацию вольт-амперной характеристики туннельного диода. С выхода аналогового ключа 10 сигнал Оь (фиг.2 е) подается на вход компаратора 11, на другой вход которого с узла

12 управляемых калиброванных токов поступает сигнал Up (фиг. 2 е).

В момент t< уровни Ц и U совпадают, и компаратор 11 формирует импульс U8 (фиг. 2 ж, tq ), KoTopblH подается через шину 13 сброса импульсов на счетчик 14 импульсов.

На вход счетчика 14 импульсов в нача ле каждого цикла подаются импульсы с выхода генератора тактовых импульсов (t„ С», фиг. 2 а), и счетчик !4 импульсов запоминает единицу счета (причем с целью исключения импульсных помех он настроен таким образом, что с него можно.получить сигнал только при заполнении его числом, например и> 2).

При совпадении уровней 0 и U (t<, фиг. 2о) на шину сброса импульсов подается импульс Ua (Q на фиг. 2 ж), и счетчик !4 импульсов сбрасывается в нулевое состояние. Как только уровень Оь не сможет превысить уровень U7 (фиг. 2 е), компаратор 1 1 перестанет формировать импульсы, и в счетчик импульсов 14 с началом каждого цикла будет заноситься единица счета. При определенном числе единицы, например и > 2, счетчик 14 импульсов подает импульс в блок 15 реализации команды. В зависимости от задачи этот блок может нести различные функции.

Если зто электрическое травление, то блок 15 реализации команды может нести функцию остановки травления (снятие питания, механический выброс диода и пр.), если туннельный диод служит в качестве датчика (температура, давление, магнитное поле, световое и радиационное облучение и нр.), то блок 15 реализации команды 15 формирует .сигнал о достижении заданного уровня возмущения.

lIo сравнению с известным предлагаемое устройство отличается большой точностью и надежностью, а также расширенными функциональными возможностями.

ro введены пороговое устройство аналоговый ключ, компаратор, узел управляемых калиброванных токов, счетчик импульсов и блок реализации команд, причем к выходу измерителя напряжения подключено пороговое устройство, а к выходу измерителя тока — аналоговый ключ, управлякщий .вход которого соединен с выходом порогового устройства, а выход подключен к одному входу компаратора, второй вход которого соединен с уз. лом управляемых калиброванных .токов, а.выход через шину сброса импульсов подключен к одному входу

894614 8 счетчика импульсов, другой вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход — с одним из входов блока реализации команд, 5 второй вкод которого подключен к узлу управляемых калиброванных токов, выход порогового устройства соединен с формирователем.

Источники информации, принятые во внимание. при экспертизе

1. Авторскее свидетельство СССР

М 438945, кл. О 01 В 31/26, 1962.

2. Патент США В 3181383 кл. 156-17, опублнк ° 1968 (прототип).

894614 .

Составитель IO.Áðûçããëîâ

Редактор И.Михеева Техред M. Tenep Корректор М.Коста

Заказ 11482 74 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал Illll Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4