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Prüfschaltung und Prüfgerät zur Untersuchung von Transistorschaltungen
und den in diesen vorgesehenen Transistoren im eingebauten Zustand Die Erfindung
bezieht sich auf eine Prüfschaltung zur Untersuchung von Transistorschaltungen und
den in diesen vorgesehenen Transistoren im eingebauten Zustand.
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Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung liegt auf fabrikatorischem
Gebiet, wo beim Zusammenbau von Transistorschaltungen entweder zwischen den einzelnen
Verfahrensstationen die jeweils zusammengebauten Teilschaltungen Zwischenprüfungen
unterworfen und/oder die fertiggestellte Gesamtschaltung einer abschließenden Endprüfung
unterzogen wird.
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Die Transistoren sind dabei jeweils in die betreffenden Teilschaltungen
bzw. Gesamtschaltungen - häufig handelt es sich um gedruckte Schaltungen - bereits
eingelötet.
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Erweist sich die Schaltung dabei als fehlerhaft, so bereitet die
Unterscheidung, ob es sich hierbei um einen Fehler im Transistor oder in einem sonstigen
Schaltungselement handelt, im eingebauten Zustand der Transistoren mit den bekannten
Prüfverfahren Schwierigkeiten.
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Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Prüfschaltung, mit welcher
in Schaltungen eingebaute Transistoren im eingebauten Zustand in einfacher Weise
auf Mängel geprüft werden können, wobei die Prüfschaltung eine klare Unterscheidung
zwischen in den Transistoren selbst liegenden Mängeln und in den übrigen Schaltelementen
begründeten Fehlern ermöglichen und - falls es sich um Fehler im Halbleiterelement
selbst handelt - in einfacher Weise eine Unterscheidung der verschiedenen in Frage
kommenden Fehlerarten gestatten soll.
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Unter »Prüfung« ist dabei eine im wesentlichen qualitative Untersuchung
auf einige als Hauptstörquellen in Betracht kommende Transistorfehler zu verstehen,
nämlich zu geringe Steilheit des Transistors sowie innere Kurzschlüsse und schließlich
Massekurzschlüsse der einzelnen Elektroden.
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Die Prüfschaltung gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch eine
Wechselspannungsquelle, deren Ausgangsklemmen mit Punkten der zu prüfenden Schaltung
verbunden werden können, die jeweils leitend mit der Basis bzw. dem Emitter eines
Transistors verbunden sind und deren innerer Widerstand niedrig im Vergleich zu
dem normalen Schaltungswiderstand zwischen Basis und Emitter des Transistors in
der zu prüfenden Schaltung ist, durch ein aus einer Vorspannungsquelle und einem
Widerstand bestehendes Reihenglied, dessen eines Ende mit einer der Ausgangsklemmen
der Wechselspannungsquelle verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem mit dem
Kollektor des Transistors verbundenen Punkt der Schaltung verbunden werden kann
und dessen Widerstand niedrig im Vergleich zu dem normalen Schaltungswiderstand
zwischen dem Kollektor und dem mit der betreffenden Anschlußklemme der Wechselspannungsquelle
in Verbindung stehenden Punkt der zu prüfenden Schaltung ist, sowie durch eine Anzeigevorrichtung,
die parallel zu dem in dem Reihenglied liegenden Widerstand angeschlossen ist und
eine für den jeweiligen Zustand der zu prüfenden Schaltung charakteristische Anzeige
der Wellenform des im Widerstand fließenden Stromes liefert.
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Hierbei ist zu beachten, daß in der Prüfschaltung während des Prüfens
nur der Kollektor des jeweils untersuchten Transistors eine feste Vorspannung gegenüber
Basis bei Schaltung des Transistors innerhalb der Prüfschaltung in Basisschaltung
bzw. gegenüber dem Emitter bei Betrieb des Transistors in Emitterschaltung innerhalb
der Prüfschaltung erhält, während im Emitter-Basis-Kreis keine feste Vorspannung
vorgesehen ist, sondern lediglich aus der niederohmigen Wechselspannungsquelle ein
Wechselstrom eingeprägt wird; der zu prüfende Transistor arbeitet daher in der Prüfschaltung
als Verstärker im B-Betrieb, d. h. daß bei einem normalen fehlerfreien Transistor
im Kollektorkreis nur für Halbwellen des
im Emitter-Basis-Kreis
eingeprägten Wechselstroms Strom fließt. Eine Vorspannung des Emitters gegen Basis
ist nicht vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das
eine Ende des Reihengliedes an derjenigen Klemme der Wechselspannungsquelle liegt,
welche mit dem mit der Basis des Transistors in Verbindung stehenden Punkt der zu
prüfenden Schaltung verbunden werden kann. Dies bedeutet, daß der untersuchte Transistor
innerhalb der Prüfschaltung unabhängig von seiner Schaltungsart in der zu prüfenden
Schaltung, in welcher er eingebaut ist, in Basisschaltung betrieben wird.
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Alternativ kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen werden, daß das eine Ende des Reihengliedes an derjenigen Klemme der
Wechselspannungsquelle liegt, welche mit dem mit dem Emitter des Transistors in
Verbindung stehenden Punkt der zu prüfenden Schaltung verbunden werden kann. Bei
dieser Ausführungsform wird der untersuchte Transistor innerhalb der Prüfschaltung
in Emitterschaltung betrieben.
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Die Anzeigevorrichtung, welche die für den jeweiligen Zustand der
zu prüfenden Schaltung charakteristische Anzeige der Wellenform des in dem Widerstand
des Reihengliedes fließenden Stroms liefert, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Oszillograph.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß zwischen dem anderen, mit einem Punkt der zu prüfenden Schaltung
verbundenen Ende des Reihengliedes und einem auf einem Bezugspotential liegenden
Punkt der zu prüfenden Schaltung ein Gleichstrommeßgerät vorgesehen ist, vorzugsweise
ist dieses Gleichstrommeßgerät mit einem an Masse liegenden Punkt der zu prüfenden
Schaltung verbunden. Mit Hilfe dieses Gleichstrommeßgeräts können weitere Transistor-bzw.
Schaltungsfehler in die Untersuchung einbezogen und eine differenzierte Unterscheidung
zwischen den einzelnen Fehlerarten getroffen werden.
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Zur Prüfung von Transistoren bzw. zur Messung ihrer üblichen Vierpol-Kenngrößen
sind bereits Meßschaltungen bekannt, die auf dem Brückenschaltungsprinzip beruhen,
wobei sowohl im Eingangs- als auch im Ausgangskreis des untersuchten Transistors
eine Wechselspannung eingeprägt wird. Zur Untersuchung von Transistoren im eingebauten
Zustand sind diese Schaltungen nicht geeignet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt
Fig. 1 ein Schaltschema der Prüfschaltung gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltschema
der Prüfschaltung nach Fig. 1 in Verbindung mit einer transistorbestückten Zwischenfrequenz-Verstärkerstufe,
Fig. 3 in teilweiser geschnittener Ansicht einen einstückig ausgeführten Stöpsel
zur Kontaktbildung mit mehreren ausgewählten Punkten auf einer gedruckten Schaltung.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird die Wechselspannungsquelle durch einen Transformator 10 gebildet, dessen Primärwicklung
12 mit einem Wechselstromgenerator, wie beispielsweise einem Oszillator oder einem
Wechselstromnetz, verbunden werden kann. Die Sekundärwicklung 14 des Transformators
10
ist mit einer Reihe von Anzapfungen 16 a bis 16 c versehen, an denen Wechselspannungen
verschiedener Amplituden abgenommen werden können. In der Praxis hat sich ergeben,
daß zur Prüfung von Leistungstransistoren eine Amplitude in der Größenordnung von
0,01 Volt, zur Prüfung von Hochfrequenz-Flächentransistoren eine Amplitude in der
Größenordnung von 0,02 Volt ausreicht. Eine Leitungl8 verbindet die Klemme 20 der
Sekundärwicklung 14 mit einem Punkt der zu prüfenden Schaltung, der mit der Basis
des zu prüfenden Transistors leitend verbunden ist. Eine zweite Leitung 22 ist mit
dem beweglichen Abgriff 24 verbunden, der mit irgendeiner der Anzapfungen 16a bis
16c Kontakt gibt. Die Leitung 22 stellt elektrischen Kontakt zwischen der Prüfschaltung
und einem Punkt des zu prüfenden Kreises dar, der elektrisch unmittelbar mit dem
Emitter verbunden ist.
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Eine aus einer Vorspannungsquelle 30 und einem Lastwiderstand 32
bestehende Reihenschaltung ist mit ihrem einen Ende mit der Klemme 20 der Sekundärwicklungl4
verbunden. Die Vorspannungsquelle 30 liefert eine Basis-Kollektor-Vorspannung für
den zu prüfenden Transistor. Diese Vorspannung kann beispielsweise in der Größenordnung
von 3 Volt liegen.
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Der Widerstand dieses Kreises soll verhältnismäßig niedrig, verglichen
mit dem normalen Schaltungswiderstand zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors
in der zu prüfenden Schaltung sein. In der Praxis hat sich ergeben, daß ein Widerstand
in der Größenordnung von 100 Ohm zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Eine dritte
Leitung 34 verbindet den Kollektor des zu prüfenden Transistors elektrisch mit dem
freien Ende 36 der Reihenschaltung. Die Anschlüsse des Widerstandes 32 können durch
geeignete Mittel, wie beispielsweise zwei Leitungen 40, mit den Eingangsklemmen
einer Vorrichtung zur Anzeige der Wellenform des im Widerstand 32 fließenden Stromes,
beispielsweise eines Kathodenstrahloszillographen, verbunden werden. Ein Meßgerät
42, beispielsweise mit einem Vollausschlag von 1 mA, ist mit einer Klemme mit dem
Ende 36 der Reihenschaltung verbunden. Die andere Klemme des Meßgerätes 42 ist über
eine Leitung 44 mit dem negativen Pol der Spannungsversorgung der zu prüfenden Schaltung
verbunden. Falls die geprüfte Schaltung eine Stromquelle hat, deren negativer Pol
geerdet ist, kann die Leitung 44 an einem beliebigen Punkt an die gemeinsame Masse
gelegt werden.
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Die Leitungen 18, 22, 34, 44 können zur Verbindung dieser Leitungen
mit den entsprechenden Punkten in der Schaltung mit geeigneten Vorrichtungen, wie
beispielsweise Prüfsonden, Krokodilklemmen od. dgl., versehen sein. Bei Verwendung
der Schaltung nach Fig. 1 zur serienmäßigen Prüfung von gedruckten Schaltungen bei
der Herstellung kann es erwünscht sein, alle vier Leitungen 18, 22, 34 und 44 in
einem gemeinsamen, einstückigen Stöpsel mit federvorgespannten Kontakten enden zu
lassen, die an dem Stöpsel so angeordnet sind, daß sie mit geeigneten Punkten auf
der gedruckten Schaltung Kontakt geben.
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Fig. 3 zeigt eine gedruckte Schaltung 50 mit den darauf befindlichen
leitenden Bereichen 52. Der Stöpsel 54 ist mit gefederten Kontaktnadeln 56 versehen,
welche die leitenden Bereiche 52 auf der gedruckten Schaltung 50 berühren. Ein Teil
des Stöpsels 54 ist weggebrochen, um die Feder 58 sichtbar
zu machen,
die zum nachgiebigen Anpressen der Nadeln 56 gegen den entsprechenden leitenden
Bereich auf der gedruckten Schaltung 50 vorgesehen ist.
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Die anderen Kontaktnadeln 56 können mit entsprechenden Federn 58
versehen sein. Die Kontaktnadeln 56 sind mit entsprechenden Leitern in dem Mehrphasenkabel
60 verbunden. Ferner können nicht dargestellte Vorrichtungen zur Kontrolle der seitlichen
Stellung des Stöpsels 54 in bezug auf die gedruckte Schaltung 50 und um den Stöpsel
54 mit der Schaltung 50 in Berührung zu bringen, vorgesehen sein Fig. 2 zeigt die
Prüfschaltung nach Fig. 1 in Verbindung mit einer Zwischenfrequenz-Verstärkerstufe.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Leitungen 18, 22 und 34 mit der
Basis 70 bzw. dem Emitter 72 und dem Kollektor 74 eines Transistors 76 verbunden.
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Die Leitung 44 liegt an Masse. Alle drei Kontakte des Transistors
sind von Masse durch Widerstandselemente in der zu prüfenden Schaltung getrennt.
Die dargestellte Schaltung wird nicht weiter beschrieben, da sie für die Wirkungsweise
der Erfindung keine Rolle spielt. Wie gezeigt, ist zur Vervollständigung der Prüfeinrichtung
an die Leitungen 40 ein Kathodenstrahloszillograph 80 angeschlossen.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der Prüfschaltung nach den Fig.
1 und 2 beschrieben: Die normale Stromversorgung für die zu prüfende Schaltung wird
abgeschaltet oder weggenommen. Die von der Sekundärwicklung 14 gelieferte Wechselspannung
wird zwischen Basis 70 und Emitter 72 des Transistors 76 gelegt. Die Vorspannungsquelle
30 spannt den Transistor 76 auf den gewünschten Arbeitspunkt längs seiner Charakteristik
vor. Man erkennt, daß die Prüfschaltung zusammen mit dem Transistor eine Verstärkerschaltung
mit gemeinsamer Basis bildet, die in B-Betriebsweise arbeitet. Infolge des geringen
Widerstandes der durch die Sekundärwicklung 14 dargestellten Wechselspannungsquelle
und des geringen Wertes des Widerstandes 32 arbeitet diese Verstärkerschaltung im
wesentlichen unabhängig von den in der zu prüfenden Schaltung normalerweise mit
dem Transistor 76 zugeordneten Schaltungselementen. Wird der Emitter in bezug auf
die Basis durch die von der Sekundärwicklung 14 gelieferte Spannung positiv, so
fließt ein Kollektorstrom durch den Widerstand 32. Wird der Emitter infolge der
von der Sekundärwicklung 14 gelieferten Spannung negativ in bezug auf die Basis,
so wird der Transistor gesperrt, und durch den Widerstand 32 fließt kein Kollektorstrom.
Ein fehlerfreier Transistor wird daher in dem an den Widerstand 32 angeschlossenen
Oszillographen 80 eine Reihe sinusförmiger Halbwellen zeigen. Die Amplitude dieser
Sinushalbwellen wird von der Steilheit des Transistors 76 abhängen. Das Meßgerät
42 wird infolge des verhältnismäßig hochohmigen Leitungswegs vom positiven Pol der
Vorspannungsquelle 30 über die Elemente der zu prüfenden Schaltung an Masse eine
verhältnismäßig niedrige Anzeige aufweisen.
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Störungen in dem Transistor 76 können in folgender Weise festgestellt
werden: Ein Transistor mit zu niedriger Steilheit wird bewirken, daß die Amplitude
der an den Widerstand 32 auftretenden Sinushalbwellen verhältnismäßig klein ist.
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Bei einem Emitter-Kollektor-Kurzschluß in dem Transistor 76 wird
das Signal an dem Widerstand 32 in Form von sinusförmigen Vollwellen auftreten,
da die Leitung 22 durch diesen Kurzschluß direkt mit
der Leitung 34 verbunden ist.
Das Meßgerät 42 wird jedoch wie vorher verhältnismäßig niedrig anzeigen.
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Liegt in der zu prüfenden Schaltung ein Kurzschluß zwischen Emitter
und Masse vor, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses in dem Überbrückungskondensator
83, so werden infolge des verhältnismäßig niedrigen Widerstandes zwischen dem Kollektor
74 und Masse, durch welchen Wechselstrom über die Leitung 22, den Kurzschluß an
Masse und sodann über die Induktivität 84 und die Leitung 34 zu dem Widerstand 32
fließen kann, ebenfalls wieder sinusförmige Vollwellen an dem Widerstand 32 auftreten.
Ein Emitter-Masse-Schluß kann von einem Emitter-Kollektor-Kurzschluß unterschieden
werden, da bei einem Emitter-Masse-Schluß das Meßgerät 42 infolge des direkten Stromflusses
durch den Widerstand 32, das Meßgerät 42 zu Masse und von dort durch den Emitter-Masse-Schluß
zu der Leitung 22 und zurück durch die Sekundärwicklung 14 zur anderen Klemme der
Vorspannungsquelle 30 eine verhältnismäßig hohe Anzeige aufweisen wird.
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Das Meßgerät 42 ist durch den zwischen dem Kollektor 74 und Masse
liegenden Teil der Induktivität 84 überbrückt. Das Meßgerät 42 muß daher hinsichtlich
seiner Empfindlichkeit so ausgewählt werden, daß trotz dieses Nebenschlusses der
gewünschte Ausschlag erzielt wird.
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Die Erfindung wurde vorstehend beispielshalber an Hand von Ausführungsbeispielen
für Transistoren mit nur drei Anschlüssen, d. h. mit Basis, Emitter und Kollektor,
beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch in gleicher Weise bei Transistoren
mit mehreren als drei Anschlüssen anwendbar. Es brauchen nur zur Versorgung der
zusätzlichen Anschlüsse mit den geeigneten Vorspannungen und/oder Erregungsspannungen
zusätzliche Leitungen und Vorspannungs- oder Wechselspannungsquellen vorgesehen
werden.