Измеритель заряда переключения транзисторов

 

i 945828

Союз Советсиик

Социалист ичесиик

Ресиубпии

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63 ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 05.12.80 (2! } 3213793/18-21 с присоединением заявки М (23}Приоритет (51)M. Кл.

60Щ 33 2В Ъвудврстаевй квинтет

СВФР вф двум взевретввкв и OYlphfN1 (53) УДК621.382. .3(088.8) Опубликовано 23-07 82- Бюллетень М 27

Дата ояубликоваиия описания 23.07.82 (72) Автор изобретения

В. В. Иванютин 1

1 ь (/

Куйбышевский электротехнический институт связи (71} Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАРЯДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

ТРАНЗИСТОРОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано и ри производстве полупроводниковых приборов для выходного контроля, а также при разработке новых типов полупровод5 никовых приборов и при разработке импульсных схем с диодами и транзисторами, например усилителей класса Д.

Известен измеритель заряда переклю- тв чения полупроводниковых диодов, содержащий источник прямого тока, генератор переключакщих импульсов обратного напряжения, детекторную схему и устройство индикации 1

Однако получаемые с помощью этого устройства результаты измерения имеют значительную погрешность, обусловлен»

I ную зависимостью результатов измерений от длительности переключакщих гв импульсов, величины прямого и обратного токов диодов, особенностей детекторной схемы и емкостей Q. -и-переходов.

Известен также измеритель заряда переключателя полупроводниковых диодов, содержащий генератор прямого тока, генератор переключаккцих импульсов, asya диодную детекторную схему, усилитель, регулируемый делитель, источник напряжения смещения с устройством индикации, операционный усилитель, генератор импульсов обратного гока, подключенный к одному электроду исследуемого gHoда, зашунтированного конденсатором, к другому электроду которого подключен резистор P2) .

Операционный. усилитель в такой ске ме, обеспечивая стабилизацию уровня постоянной составлякщей импульсов обратного тока, снижает погрешности детектирования, но практически не снижает другие составлякщие погрешности и:ъмерения заряда переключения.

Н аи более близким к изобретению является измеритель заряда переключения, содержащий генератор прямого тока, генератор импульсов обратного напряжения, 3 (} 1 г 8 управляемый негатрон, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, три конденсатора и два резистора (3 ) .

Недостатками известного измерителя заряда переключения являются значительная температурная погрешность, связанная с изменением положительного и отрицательного сопротивлений негатрона, и значительная погрешность, связанная с падением на негатроне части вы- 1о ходкого напряжения цифроаналогового преобразователя, приводящим к нелинейной зависимости показания прибора от величины заряда переключения. Кроме того, на выходе цифроаналогового преобразователя присутствуют выбросы напряжения, приводящие к дополнительной погреш. ности измерения. Указанные выбросы связаны с коммутацией ключей цифроаналогового преобразователя.

1Лель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель заряда переключения транзисторов, содержащий генератор импульсов, конденсатор, шунт, клеммы для с подключения эмиттера, базы и коллекторы испытуемого транзистора, введены блок переключения, блок нагрузок, цифровой вольтметр, три источника напряжения, причем первый вывод питания блока переключения подключен к первому выходу первого источника напряжения, второму входу цифрового вольтметра и первому выводу шунта, вто-ой вывод которого со35 единен с вторым выходом блока переклк чения, первым входом цифрового вольтметра и первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к клем-: ме для подключения эмиттера испытуемо4О

rc транзистора, общей шине первого, второго и третьего источника напряжения, второй вывод питания блока переключения соединен с выходом второго источника напряжения и вторым выходом генерато45 ра импульсов, первый выход которого подключен к входу блока переключения, первый выход которого соединен с клеммой для подключения базы испытуемого транзистора, клемма для подключения коллектора которого подключена к первому- выводу блока нагрузок, второй вывод которого подключен к первому выходу третьего источника напряжения.

Кроме того, блок переключения сс держит первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, причем вход блока переключения соединен с базами первого и второго

)8 4 транзисторов, первый вывод питания блока переключения подключен через второй резистор к коллектору первого транзистора и базе третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выходом блока переключения, эмиттер подключен к коллектору второго транзистора и первому выходу блока, эмиттеры первого и второго транзисторов через первый и третий резисторы соответственно соединены с вторым выводом питания блока переключения.

На чертеже приведена структурная схема измерителя заряда переключения.

Измеритель содержит генератор 1 импульсов; первый 2, второй 3 и третий 4 источники постоянного напряжения, конденсатор 5 клеммы эмиттера 6, базы 7 и коллектор 8, блок 9 нагрузок, блок

10 переключения, который содержит первый 11, второй 12 и третий 13 транзисторы и первый 14, второй 15 и третий 16 резисторы, шунт 17 и цифровой вольтметр 18.

Генератор 1 импульсов формирует однополярные импульсы прямоугольной формы, управляющие работой блока 10, источники 2 и 3 постоянного напряжения, обеспечивают его питанием. Источник 4 постоянного напряжения служит дпя питания цепи коллектора испытуемого транзистора. Конденсатор 5 выполняет операцию интегрирования импульсов тока переключения транзисторов. Блок 9 нагрузок введен для обеспечения возможности измерения заряда переключения транзисторов различной мощности при различных видах нагрузок. Он содержит несколько резисторов, конденсаторов и катушку индуктивностей, которые могут соединяться в различных комбинациях, определяемых техническими условиями на испытания транзистора.

Блок 10 переключения введен в измеритель для переключения испытуемых транзисторов. Шунт 17 введен в измеритель для получения напряжения, пропорционального величине компенсирующего тока, равного среднему значенйю импульсов тока переключения, который, в свою очередь, пропорционален заряду переключения. цифровой вольтметр 18 введен в измеритель для обеспечения отсчета величины напряжения, действующего на щунте. Блок 10 содержит формирователь отпирающих импульсов тока и формирователь запирающих импульсов напряжения, входы и выходы которых попарно соединены друг с другом.

945828

Ee + 13эвп, u„„U„s„„

Формирователь отпира коих импульсов . тока представляет собой преобразователь импульсов напряжения в импульсы тока, выполненные на втором транзисторе 12.

Сопротивление третьего резистора 16 определяет величину коэффициента преобразования. Формирователь запирающих импульсов напряжения представляет собой двухкаскадный усилитель импульсов, содержащий первый 11 и третий 13 транзисторы.и первый 14 и второй 15 резисторы. Отношение сопротивлений второго и первого резисторов определяет величину коэффициента усиления. Особенностью схемы формирователя запирающих импульсов является то, что оба его транзистора при правильном выборе амплитуды импульсов генератора 1 и величин сопротивлений резисторов 14 и 15 не входят в режим насыщения. Предотвращение насыщения транзисторов переключающей схемы исключает накопление в них значительных зарядов, обеспечивая короткое время переключения испытуемых транзисторов. Последнее позволяет повысить точность измерения заряда переклктчения за счет снижения рекомбинаций части носителей заряда переключения в течение времени переключения.

Для снижения погрешности. измерения заряда переключения, связанной с перезарядкой емкости эмиттерного перехода

) третьего транзистора 13 сопротивление

К> резистора 15 выбирается в соответствии с формулой где Я вЂ” сопротивление первого ре4 эистора 14;

- напряжение первого источни1 э. — амплитуда импульсов генераfl тора импульсов;

Π— напряжение эмиттер-база отЭИ крытого первого транзистора;

Q - напряжение эмиттер-база отЭ91 крытого испытуемого транзистора, подключаемого к. контактному устройству или напряжение э1миттер-база диода при протекании через него прямого тока.

При таком выборе сопротивления .второго резистора 15 достигается прекращение протекания через шунт 17 тока коллектора третьего транзистора 13 при отпирании испытуемого транзистора.

В измерителе заряда переключения транзисторов и -р- и структуры транзисторы блока 10 должны иметь структуру р-и-р блока 10, а полярности выходных напряжений источников 2-4 постоянного нвпряжения изменены íà обратные.

При измерении заряда переключения транзисторов измеритель заряда переключения работает следующим обре- .м.

На интервалах времени, когда вь содное напряжение генератора 1 импульсов равно нулю, первый 11 и второй 12 транзисторы блока 10 закрыты и эмиттерный переход испытуемого транзистора, подключенного к контактам 6-8, заперт выходным напряжением формиро.вателя запирающих импульсов напряжения, которое на величину падения напряжения на эмиттерном переходе третьего транзистора 13 ниже величины выходного напряжения, первого источника 2 постоянного напряжения.

На интервалах времени, когда генератор 1 импульсов формирует импульс напряжения положительной по отношению к первой шине питания полярности, первый

11 и второй 12 транзисторы блока 10 переключения открываются. При этом второй транзистор 12 формирует импульс тока, отпирающий испытуемый транзистор, а первый транзистор формирует импульс тока, протекающий через второй резистор 15. Импульс напряжения, действующий на втором резисторе 15, в результате протекания через пего тока первого транзистора 11 запирает эмиттерный переход третьего транзистора, на котором при указанной выше Жличине сопротивления R второго резистора 15 устанавливается напряжение, близкое к нулю.

В интервале между импульсами напряжение на выходе генератора 1 импульсов равно нулю, первый 11 и второй 12 транзисторы запирактся, падение напряжения на втором резисторе 15 становится равным нулю и на выходе блока 10 формируются запирающие импульс напряжения. В результате действия указанного импульса в цепи базы испытуемого транзистора формируется импульс тока переключения, протекакщего. через третий транзистор 13. Интеграл от тока переключений за период импульсов генератора 1 равен заряду переключения испытуемого транзистора, а среднее за период импульсов значение тока переключения прямо пропорционально заряду переклю7 9488 чения. При выборе коэффициента усиления по току третъего транзистора 13 <

7100 импульс тока коллектора этого транзистора 13 с погрешностью, не превышающей 1%, равен импульсу тока переключения испытуемого транзистора.

Интегрирование импульсов тока переключателя осуществляется канденсато-. ром 5, который разряжается импульсами тока коллектора третьего транзисто- >р ра 13 и заряжается током Ф, протекающим через шунт 17 от первого источника 2 постоянного напряжения. При периодическом повторении на выходе блока

10 отпиракщих импульсов тока и запирающих импульсов напряжения в .схеме устанавливается равенство средних значений тока 1 разряженного конденсатора 5 и тока, заряжающего этот конденсатор. При этом напряжение, действующее на конденсаторе. Си=

К - сопротивление шунта 17.

Для- обеспечения незначительного измене- . ния во времени величины тока шунта щ, приводящего к погрешности измерения заряда переключения, емкость конденсатора 5 должна быть достаточно большой.

Это достигается выбором емкости конденсатора в соответствии с формулой

1. Измеритель заряда переключения транзисторов, содержащий генератор импульсов, конденсатор, шунт, клеммы для подключения эмиттера, базы и коллектор испытуемого транзистора, о т л и ч a— ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены блок переключения, блок нагрузок, цифровой вольтметр, три источника напряжения, причем первый вывод питания блока переключения подключен к первому выходу первого источника напряжения, второму входу цифрового вольтметра и первому выводу шунта, второй вывод которого соединен с вторым выходом блока переключения, первым входом цифрового вольтметра и первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к клемме для подключения эмиттера испы,.туемого транзистора, обшей шине первого, второго и третьего источника напряжения, второй вывод питания блока переключения соединен с выходом второго источника напряжения и вторым выходом генератора импульсов, первый выход которого подключен к входу блока переключения, первый выход которого соединен с клеммой для подключения базы испытуемого транзистора, а клемма для подключения коллектора испьггуемого транзистора подключена к первому выводу блока нагрузок, второй вывод которого подключен к первому выходу третьего источника напряжения.

2. Измеритель цо п.l, o т л и ч аю щ и й, с я тем, что блок переключения содержит первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, причем вход блока переключен&я соединен с базой первого и второго транзисторов, первый вывод питания блока переключения подключен через второй резистор к коллектору первого транзистора и базе третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выходом блока переключения, эмиттер подключен к коллектору второго транзистора и первому выходу блока, эмиттеры первого и второго транзисторов через первый и третий резисторы соответственно соединены с вторым выводом питания блока переключения, - 000 —

6 Куд где Ти — период импульсов генератора 1. З5

Величина заряда Q переключения определяется по формуле где Му- -показание вольтметра 18.

: Введение в измеритель блока 10позволяет разделить ток, отпиракший транзистор, и ток переключения, в результате чего

45 значительно повышается точность измевения заряда переключения.

Введение в измеритель шунта 17 и цифрового вольтметра 18 постоянного напряжения повышает производительность измерений, обеспечивая возможность подключения прибора к автоматизированной системе контроля параметров полупроводниковых приборов.

Предлагаемый измеритель заряда переключения отличается от известных новышенными точностью и производительностью измерений и может быть использован для измерения заряда переключения полупроводниковых диодов.

Ф о рмул а изо бретения

)О

Составитель Н. Шиянов

Редактор Г. Кацалап Техред 3.Палий Корректор О. Билак

Закар 5325/66 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий,.

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Эйдукас Д. lO. Анализ и измерение переходных процессов полупроводниковых диодов в субнаносекундном диапазоне.

Каунас, 1970, с. 86-92.

ABTo()cKîå свидетельство СССР

337738, кл. 501 Й 31/26, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

No. 575585, кл. 5 01 R 31/26, 1 976.