DE1128555B - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Ausmessen einer auf dem Schirm einer Kathodenstrahl-Oszillographenroehre dargestellten nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie eines elektronischen Bauelements - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanordnung zum Ausmessen einer auf dem Schirm einer Kathodenstrahl-Oszillographenröhre dargestellten nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie eines elektronischen Bauelements Zur Bestimmung der Strom-Spannungs-Kennlinie von elektronischen Bauelementen sind grundsätzlich zwei Meßverfahren bekannt. Bei der statistischen Messung wird durch Ablesen von Instrumenten der zu jedem Spannungswert gehörende Stromwert feste stellt und die Kennlinie dabei schrittweise durchlaufen. Dieses Verfahren ist verhältnismäßig genau, aber umständlich, da jeder einzelne Wert gesondert durch zwei Ablesungen festgestellt werden muß.
• Ferner treten bei der Messung von Kennlinien, die sowohl positive als auch negativeWiderstandsbereiche besitzen, Schwierigkeiten auf, da zu einem Stromwert mehrere Spannungswerte gehören können. Außerdem besteht die Gefahr, daß Schwingungen auftreten, die die Meßergebnisse verfälschen. Bei der dynamischen Messung der Kennlinie wird diese auf dem Schirmbild eines Oszillographen, der horizontal in Spannungseinheiten und vertikal in Stromeinheiten geeicht ist, abgebildet. An Hand des Koordinatensystems kann man die zu jedem Punkt der abgebildetenKennlinie gehörenden Strom- und Spannungswerte ablesen. Diese Methode hat den Vorteil, daß sie schnell und übersichtlich ausgeführt werden kann. Andererseits ist sie jedoch nicht sehr genau, da Parallaxenfehler zwischen der dargestellten Kurve und dem Koordinatensystem unvermeidbar sind und Strom-bzw. Spannungsschwankungen sowie Ablenkfehler der Oszillographenröhre von dem Koordinatensystem nicht mitgemacht werden.
• Bei einem bekannten Kennlinienschreiber sind die erwähnten Parallaxenfehler dadurch vermieden, daß in der gleichen Weise wie die Kennlinie auch das Koordinatensystem auf dem Schirmbild eines Oszillographen geschrieben wird. Zu diesem Zweck werden geeignete Spannungen an die senkrechten und waagerechten Ablenkplatten gelegt, so daß ein Gitternetz entsteht. Dabei kann durch Uberwachungseinrichtungen, z. B. in Form von Spannungsmessern, die Lage der Eichlinien kontrolliert werden. Durch entsprechende Wahl der Nachleuchtdauer des Bildschirmes kann man erreichen, daß trotz der zeitlich nebeneinander erfolgenden Darstellung der horizontalen und vertikalen Linien des Koordinatensystems sowie der Kennlinie ein quasi gleichzeitiges Bild der Kurven entsteht. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist, daß drei verschiedene Kurven geschrieben werden müssen. Die Schirmbildröhre besitzt aber nur zwei Ablenkplattenpaare. Ferner ist die durch die beiden Polaritäten (positiv und negativ) einer Spannung gegebene natürliche Möglichkeit einer Auswahl ebenfalls nur für die Darstellung von zwei Kurven geeignet. Daher ist zur quasi gleichzeitigen Darstellung von drei Kurven eine verhältnismäßig komplizierte Schaltung unter Anwendung mehrerer Hilfsspannungsquellen erforderlich. Außerdem werden unter Umständen Leuchtschirme mit relativ großer Nachleuchtdauer benötigt, wenn man nicht unter Zwischenschaltung einer photographischen Abbildung das Koordinatensystem und die Kennlinie nacheinander auf einer photographischen Platte fixieren will.
• Es sind auch Schaltungen bekannt, bei denen die Kennwerte zweier elektronischer Bauelemente mit nichtlinearen Kennlinien auf die senkrecht zueinanderstehenden Plattenpaare eines Kathodenstrahl-Oszillographen gegeben werden, so daß auf dem Schirmbild eine aus beiden Werten resultierende Kennlinie entsteht. Wenn man dabei ein geeichtes Bauelement verwendet, kann man an Hand derKennlinienform ermitteln, ob das andereBauelement innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt. Die Ausmessung der Kennlinie eines Bauelementes ist mit einer derartigen Anordnung jedoch nicht möglich.
• Nach der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Methoden zum Ausmessen einer Kennlinie vermieden. Sie betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Ausmessen einer auf dem Schirmbild einerKathodenstrahl-Oszillographenröhre dargestellten nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie eines elektronischenBau- elementes, z. B. einer Röhre, eines Halbleiters oder eines Heißleiters, bei dem quasi gleichzeitig mit der Kennlinie einstellbare und an Meßinstrumenten angezeigte Meßwerte in-Form von -Eichlinien dargestellt werden, die in der eichen Weise wie die Kennlinienwerte den Ablenkorganen der Kathodenstrahfröhre zugeführt sind. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß alsEichlinie die lineare Widerstandsgerade eines einstellbarerl Eichwiderstandes mit Hilfe einer zu der den Prüfling beaufschlagenden Wechselspannung - gegenphasigen, einstellbaren Hilfsspannung in an sich bekannter Weise dargestellt -wird - unter Anwendung elektrischer Ventile zum Unterdrücken jeweils einer Wechselstromhalbwelle, und daß der Endpunkt der Widerstandsgeraden auf den jeweils auszumessenden Punkt der Prüflingskennlinie eingestellt wird, indem die Neigung der Widerstandsgeraden durch Einstellen des Eichwiderstandes und ihre Länge durch Einstellen der Hilfsspannung entsprechend geändert werden.
• Zum Durchführen dieses Verfahrens kann eine Schaltungsanordnung verwendet werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß- der Prüfling und der Eichwiderstand über insgesamt drei Zuleitungen an die jeweils zugehörige - Wechselspannung angeschlossen sind, daß in die gemeinsame Zuleitung ein Widerstand eingeschaltet ist, dessen Spannungsabfall dem einen zum Darstellen der Spannungskoordinate dienenden Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre zugeführt ist, während in den beiden Einzelzuleitungen jeweils ein Gleichrichter solcher Durchlaßrichtung eingeschaltet ist, daß Prüfling und Eichwiderstand abwechselnd Ströme führen, daß die an Prüfling und Eichwiderstand abfallenden Spannungen jeweils über weitere Gleichrichter, die die gleiche Durchlaßrichtung haben wie die jeweils damit in Reihe in den Einzelzuleitungen liegenden Gleichrichter, gleichsinnig das andere, zum Darstellen der Stromkoordinate dienende Ablenksystem speisen und daß ein den Normalwiderstand durchfließender Strom und ferner ein die daran abfallende Spannung anzeigendes Meßinstrument vorgesehen sind.
• Der Erfindungsgedanke ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erwindung; Fig. 2 ist die graphische Darstellung eines auf dem Bildschirm des Kathodenstrahl-Oszillographen erscheinenden Kennlinienbildes.
• In Fig. 1 werden zwei Kreise 1 und II durch in ihren Amplituden veränderbare, gegenphasige Wechselspannungen Ui und U2 gespeist. Diese können beispielsweise aus einem Transformator mit Mittelanzapfung stammen. Die Frequenz der Spannungen ist nicht kritisch. Man kann z. B. die normale Netzfrequenz von 50Hz verwenden. Beide Kreise sind sowohl mit den horizontalen als auch mit den senkrechten Ablenkplatten eines Kathodenstrahl-Oszillographen K verbunden, wobei die horizontalen Platten H1 und H2 zum Darstellen der Spannung und die vertikalen Platten V, und V2 zum Darstellen des Stromes des jeweiligen Kreises dienen.
• Eine Dioden, im Kreis 1 und eine Dioden, im Kreis II sperren den jeweiligen Kreis für die Spannungsphase des anderen Kreises. Dioden D3 und D4 sollen eine Rückwirkung des Prüflings Pr auf den Meßwiderstand R2 vermeiden und umgekehrt. An ihrer Stelle können ebensogut auch andere Schaltelemente, z.B. elektrische Schalter, verwendet werden.
• Ein WiderstandR, dient zum Erzeugen der Ablenkspannung für die horizontalen Platten des Oszillographen (Strom 1). R2 ist ein Vorwiderstand für den Prüfling, der zwischen die Klemmen Pr geschaltet wird.
• Im Kreis 1 befindet sich ein veränderbarer Vergleichswiderstand R5, dessen Werte für die Widerstandsgerade maßgebend sind. Ferner befinden sich im KreisI noch ein AmperemeterA und ein Voltmeter V zum Messen der Spannung und des Stromes der jeweils eingestellten Widerstandsgeraden.
• Auf dem Schirmbild des Oszillographen wird die Kennlinie des Prüflings und eine dem Widerstand und Spannungswert des Kreises 1 entsprechende Widerstandsgerade abgebildet. Durch Andern der Spannung Ui und des Widerstandes R3 kann man die Widerstandsgerade so ausbilden, daß ihr Endpunkt auf einem beliebigen Punkt der Kennlinie des Prüflings liegt. In Fig. 2 ist das der Punkt P2 der ausgezogenen Widerstandsgeradenb und der Kennlinie 1. Die gestrichelt ausgezogenen Geraden a, c, d mit den dazu gehörigen Punkten,, P8 und P4 stellen andere Widerstandsgeraden mit anderen Werten dar. Die an den Meßinstrumenten V und A abgelesenen Spannungs- bzw. Stromwerte entsprechen gleichzeitig den entsprechenden Werten derKennliniel. Es kann somit durch Veränderung der Spannung U, und des Widerstandes R3 die gesamte Kennlinie erfaßt werden. Der Vorteil des Verfahrens und der Schaltungsanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die Kennlinie durch Bestimmung der Spannungs- und Stromwerte eines rein ohmschen Widerstandes an Hand von Ablesungen an Instrumenten ausgemessen werden kann und dabei die Meßgenauigkeit auf den Meßfehler der Instrumente selbst zurückgeführt wird. Es ist zu achten, daß beide Spannungen einer derselben periodischen Funktion folgen, wobei die Frequenz nicht kritisch ist. Ferner ist darauf zu achten, daß das Spannungsmeßgerät V leistungslos arbeitet.
• Das Verfahren und die Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Kennlinie eines elektronischen Bauelementes nach der Erfindung ermöglichen somit eine große Genauigkeit bei einer verhältnismäßig einfachen Schaltung mit leicht durchzuführenden Messungen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜcHE: 1. Verfahren zum Ausmessen einer auf den Schirm einer Kathodenstrahi-Oszillographenröhre dargestellten nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie eines elektronischen Bauelements, z. B. einer Röhre, eines Halbleiters oder eines Heißleiters, indem quasi gleichzeitig mit der Kennlinie einstellbare und an Meßinstrumenten angezeigte Meßwerte in Form von Eichlinien dargestellt werden, die in der gleichen Weise wie die Kennlinienwerte den Ablenkorganen der Kathodenstrahlröhre zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Eichlinie die lineare Widerstandsgerade eines einstellbaren Eichwiderstandes mit Hilfe einer zu der den Prüfling beaufschlagenden Wechselspannung gegenphasigen, einstellbaren Hilfsspannung in an sich bekannter Weise dargestellt wird unter Verwendung elektrischer Ventile zum Unterdrücken jeweils einer Wechselstromhalbwelle und daß der Endpunkt der Widerstandsgeraden auf den jeweils auszumessenden Punkt der Prüflingskennlinie eingestellt wird, indem die Neigung der Widerstamisgeraden durch Einstellen des Eichwiderstandes und ihre Länge durch Einstellen der Hilfsspannung entsprechend geändert werden.
2. 2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling (Pr) und der Eichwiderstand (R3) über insgesamt drei Zuleitungen an die jeweils zugehörige Wechselspannung angeschlossen sind, daß in die gemeinsame Zuleitung ein Widerstand eingeschaltet ist, dessen Spannungsabfall dem einen, zum Darstellen der Spannungskoordinate dienenden Ablenksystem (V1, V2) der Kathodenstrahlröhre (K) zugeführt ist, während in den beiden Einzelzuleitungen jeweils ein Gleichrichter (D1, D2) solcher Durchlaßrichtung eingeschaltet ist, daß Prüfling (Pr) und Eichwiderstand(R3) abwechselnd Strom führen, daß die an Prüfling (Pr) und Eichwiderstand (R3) abfallenden Spannungen jeweils über weitereGleichrichter (D3, D4), die die gleiche Durchlaßrichtung haben wie die jeweils damit in Reihe in den Einzelzuleitungen liegenden Gleichrichter (D, D2), gleichsinnig das andere, zum Darstellen der Stromkoordinate dienende Ablenksystem (Hl, H2) speisen und daß ein den Normalwiderstand (R3.) durchfließender Strom und ferner ein die daran abfallende Spannung anzeigendes Meßinstrument vorgesehen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 922 183; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 032390; deutsche Patentanmeldung S2751 VIII ci 21 e (bekanntgemacht am 18. 10. 1951); britische Patentschrift Nr. 784 367; USA.-Patentschrift Nr. 2502 428.