RU2616871C1 - Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах - Google Patents

Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах Download PDF

Info

Publication number
RU2616871C1
RU2616871C1 RU2015146219A RU2015146219A RU2616871C1 RU 2616871 C1 RU2616871 C1 RU 2616871C1 RU 2015146219 A RU2015146219 A RU 2015146219A RU 2015146219 A RU2015146219 A RU 2015146219A RU 2616871 C1 RU2616871 C1 RU 2616871C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
collector
current
controlled transistor
emitter
Prior art date
Application number
RU2015146219A
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Андреевич Сергеев
Александр Александрович Куликов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2015146219A priority Critical patent/RU2616871C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2616871C1 publication Critical patent/RU2616871C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2608—Circuits therefor for testing bipolar transistors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества. Способ согласно изобретению основан на использовании эффекта увеличения крутизны зависимости напряжения на эмиттерном переходе мощного биполярного транзистора при постоянном эмиттерном токе от коллекторного напряжения при приближении коллекторного напряжения к значению напряжения локализации тока. Контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют амплитуду переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора и затем определяют значения напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной
Figure 00000045
и
Figure 00000046
соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды

Description

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества.
Известно, что токораспределение в структурах мощных биполярных транзисторов в активном режиме работы при определенных значениях эмиттерного тока и коллекторного напряжения в результате действия механизмов положительной теплоэлектрической связи теряет устойчивость и весь ток стягивается в локальную область; в структуре прибора образуется так называемое «горячее пятно» - сильно перегретая локальная область (см. Синкевич В.Ф. Физические основы обеспечения надежности мощных биполярных и полевых транзисторов // Электронная промышленность. - 2003. - №2. - С. 232-244). Чаще всего образование «горячего пятна» приводит к необратимым изменениям (разрушениям) приборной структуры, проплавлению базы транзистора и отказу прибора. Линия параметров режима в координатах ток-напряжение, соответствующих локализации тока, определяет одну из границ области безопасной работы транзистора, выход за пределы которой даже на короткое время приводит либо к отказу, либо к ухудшению параметров прибора.
Наиболее близким к предлагаемому и выбранным за прототип способом определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах без введения контролируемого транзистора в режим «горячего пятна» является способ по патенту 2537519 РФ (см. Патент 2537519 РФ, G01R 31/26, Способ определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах / Сергеев В.Α., Дулов О.Α., Куликов А.А. - Опубл. 10.01.2015, бюл. №1), состоящий в том, что контролируемый транзистор включается по схеме с общей базой, задается постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подается сумма линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при за данном токе, и малого низкочастотного синусоидального напряжения, измеряют амплитуду
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора при трех значениях напряжения UK0, UK1, UK2 на коллекторе контролируемого транзистора соответственно, и искомое напряжение локализации вычисляют по формуле
Figure 00000004
где
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
.
Сущность известного способа состоит в том, что для измерения крутизны зависимости
Figure 00000008
используется малый переменный сигнал, позволяющий повысить точность измерения указанной величины, а значение UКЛ определяется по трем отсчетам зависимости
Figure 00000009
при трех различных коллекторных напряжениях, существенно меньших UКЛ (то есть, по существу, путем экстраполяции зависимости
Figure 00000010
на основе модели, развитой авторами изобретения (см. Сергеев В.А., Дулов О.А., Куликов А.А. Контроль однородности токораспределения в биполярных транзисторах по зависимости коэффициента внутренней обратной связи от коллекторного напряжения // Известия вузов. Электроника. - 2009. - №2. - С. 10-16). Согласно этой модели для случая дефектов электрофизической природы, которые являются наиболее опасными с точки зрения устойчивости токораспределения в мощных биполярных транзисторах, зависимость переменной составляющей напряжения
Figure 00000011
от коллекторного напряжения UK описывается формулой:
Figure 00000012
где
Figure 00000013
- амплитуда переменного напряжения на эмиттерном переходе при коллекторном напряжении UК близком к нулю, UКЛ - искомое напряжение локализации, b - безразмерный параметр, зависящий от величины дефекта в структуре транзистора, причем, как правило, b<<1. Вид зависимости
Figure 00000014
приведен на фиг. 1. В качестве
Figure 00000015
в известном способе предлагается принять значение переменной составляющей напряжения на эмиттере при UК0<<UКЛ, то есть на «плоском» участке характеристики.
Недостатком известного способа является большая погрешность определения напряжения локализации тока при малой крутизне зависимости
Figure 00000016
. Действительно, относительная погрешность δUкл значения UКЛ, вычисленного по формуле (1), зависит от погрешности δ а определения параметров a1 и а2:
Figure 00000017
Поэтому для более точного расчета UКЛ необходимо уменьшать погрешность δ а определения отношений a1 и а2 и выбирать такие значения UК1 и UК2, при которых
Figure 00000018
заметно (в 1,5-2 раза) возрастает по сравнению с начальным значением
Figure 00000019
. Для примера:
при
Figure 00000020
при
Figure 00000021
Так как заранее крутизна зависимости
Figure 00000022
неизвестна, то при заданных значениях UK1, UK2 коллекторного напряжения значения a1 и а2 могут мало отличаться от единицы, и погрешность δUкл будет достигать десятков и даже сотен процентов. Многократное повторение измерений требует времени для охлаждения прибора и опасно из-за повышения риска отказа прибора.
Технический результат - повышение точности определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах при однократном измерении.
Технический результат достигается тем, что контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимого значения для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют начальную амплитуду
Figure 00000015
переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора и затем определяют значения UК1 и UK2 напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда
Figure 00000023
переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной
Figure 00000024
и
Figure 00000025
соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды
Figure 00000015
, причем k2>k1, и напряжение локализации тока вычисляют по формуле:
Figure 00000026
где
Figure 00000027
.
На фиг. 1 показана зависимость
Figure 00000022
, характерная для мощных биполярных транзисторов с локализацией тока.
Сущность изобретения состоит в том, что, в отличие от прототипа в предлагаемом способе измеряется не амплитуда переменных составляющих напряжения на эмиттере контролируемого транзистора при заданных значениях напряжения на коллекторе, а напряжение на коллекторе при заданных отношениях амплитуды переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора (фиг. 1) к начальному значению этой амплитуды при напряжении на коллекторе, близком к нулю. Поскольку в предлагаемом способе заданы отношения значений амплитуды переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора, то относительная погрешность δUкл определения напряжения локализации тока будет одинаковой для всех образцов контролируемых транзисторов и определяется значением коэффициента с и относительной погрешностью δu измерения напряжений UК1 и UK2:
Figure 00000028
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства, реализующего способ.
На фиг. 3 приведены эпюры токов и напряжений, поясняющие принцип работы устройства.
Устройство, реализующее способ, содержит колодку 1 для подключения контролируемого транзистора; устройство управления 2; источник тока 3; генератор линейно нарастающего напряжения 4; генератор низкой частоты 5; сумматор-усилитель мощности 6; разделительный конденсатор 7; устройство выделения огибающей 8; резистивный делитель 9, содержащий три резистора R1, R2 и R3; устройство выборки и хранения 10; два устройства сравнения 11 и 12; регистратор 13 и вычислитель 14. При этом выход устройства управления 2 соединен с запускающими входами источника тока 3, генератора линейно нарастающего напряжения 4, генератора низкой частоты 5 и устройства выборки и хранения 10, выход источника тока 3 соединен с клеммой для подключения эмиттера контролируемого транзистора, выходы генератора линейно нарастающего напряжения 4 и генератора низкой частоты 5 подключены к входам сумматора-усилителя мощности 6, выход которого соединен с клеммой для подключения коллектора контролируемого транзистора, вход устройства выделения огибающей 8 соединен через разделительный конденсатор 7 с клеммой для подключения эмиттера контролируемого транзистора, а выход устройства выделения огибающей 8 соединен с входом резистивного делителя 9 и входом устройства выборки и хранения 10, выход которого соединен с первыми входами устройств сравнения 11 и 12, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами резистивного делителя 9 соответственно, выходы устройств сравнения 11 и 12 соединены с запускающим входом регистратора 13, измерительный вход которого соединен с выходом генератора линейно нарастающего напряжения, а выход - с входом вычислителя 14.
Устройство работает следующим образом. Контролируемый транзистор вставляют в контактную колодку. По сигналу «Пуск» устройство управления 2 вырабатывает управляющий импульс UУУ1 длительностью ТИЗМ (фиг. 3, а), который поступает на запускающие входы соответствующих устройств. В течение действия этого импульса источник тока 3 вырабатывает импульс постоянного тока (фиг. 3, б), поступающего в эмиттер контролируемого транзистора, а генератор линейно нарастающего напряжения 4 и генератор низкой частоты 5 вырабатывают напряжения UКП(t) (фиг. 3, в) и
Figure 00000029
(фиг 3, г) соответствующей формы, которые поступают на входы сумматора-усилителя мощности 6. С выхода сумматора-усилителя мощности 6 усиленное суммарное напряжение UK(t) (фиг. 3, д) поступает на коллектор контролируемого транзистора. Переменная составляющая напряжения
Figure 00000023
(фиг. 3, е) с эмиттера контролируемого транзистора через разделительный конденсатор 7 поступает на вход устройства выделения огибающей 8, с выхода которого напряжение
Figure 00000030
огибающей переменной составляющей напряжения на эмиттере (кривая А на фиг. 3, з) поступает на вход резистивного делителя 9 и устройства выборки и хранения 10. По второму сигналу UУУ2 устройства управления в момент времени t0 (фиг. 3, ж) устройство выборки и хранения 10 фиксирует (запоминает и хранит) значение
Figure 00000031
амплитуды переменной составляющей напряжения на эмиттерном переходе контролируемого транзистора при напряжении на коллекторе, близком к нулю (фиг. 3, з). Напряжение с выхода устройства выборки и хранения 10 поступает на первые входы устройств сравнения 11 и 12, на вторые входы устройств сравнения поступают сигналы с первого (кривая В на фиг. 3, з) и второго (кривая С на фиг. 3, з) выходов резистивного делителя 9. Значения сопротивлений резисторов R1, R2 и R3 выбираются так, чтобы коэффициент деления напряжения на первом выходе резистивного делителя был равен (1+k1), а на выходе второго - (1+k2), где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды
Figure 00000032
, например, k1=0,1 и k1=0,4. В моменты времени t1 и t2, когда напряжения на выходах резистивного делителя будут равны начальному значению
Figure 00000033
, то есть когда будут выполняться условия
Figure 00000034
и
Figure 00000035
, устройства сравнения 11 и 12 вырабатывают короткие импульсы (фиг. 3, и), по сигналам которых регистратор 13 измеряет значения напряжения UK1 и UК2 на выходе генератора линейно нарастающего напряжения и передает их в вычислитель 14, который и вычисляет искомое напряжение локализации по формуле (5).
Если крутизна зависимости будет такой малой, что за время действия линейно нарастающего коллекторного напряжения переменная составляющая напряжения на эмиттере
Figure 00000036
не превысит или
Figure 00000037
, или
Figure 00000038
, то значение напряжения UКЛ локализации будет не определенным, и вычислитель выдаст условное значение UКЛ, например, ∞. В этом случае измерения можно провести повторное измерение при других, более низких значениях коэффициентов деления (1+k1), (1+k2). Для этого в предложенном варианте устройства можно предусмотреть несколько резистивных делителей с разными коэффициентами деления.

Claims (3)

  1. Способ определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах, состоящий в том, что контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, отличающийся тем, что при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют начальную амплитуду
    Figure 00000039
    переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора, затем определяют значения UK1 и UK2 напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда
    Figure 00000040
    переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной
    Figure 00000041
    и
    Figure 00000042
    соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды
    Figure 00000039
    , причем k2>k1, и искомое напряжение локализации тока вычисляют по формуле
  2. Figure 00000043
    ,
  3. где
    Figure 00000044
    .
RU2015146219A 2015-10-27 2015-10-27 Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах RU2616871C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146219A RU2616871C1 (ru) 2015-10-27 2015-10-27 Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146219A RU2616871C1 (ru) 2015-10-27 2015-10-27 Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2616871C1 true RU2616871C1 (ru) 2017-04-18

Family

ID=58642724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015146219A RU2616871C1 (ru) 2015-10-27 2015-10-27 Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2616871C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686452C1 (ru) * 2018-05-31 2019-04-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Сверхвысокочастотный измеритель электрических величин

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU619877A1 (ru) * 1976-10-01 1978-08-15 Предприятие П/Я А-3562 Способ отбраковки мощных транзисторов
SU983596A1 (ru) * 1981-03-09 1982-12-23 Ульяновский политехнический институт Устройство дл отбраковки мощных транзисторов
SU1002989A1 (ru) * 1981-05-04 1983-03-07 Предприятие П/Я Х-5806 Способ измерени интервалов сохранени однородности токораспределени в мощных транзисторах
SU1290869A1 (ru) * 1984-10-26 1996-12-10 В.Ф. Синкевич Способ контроля тепловой устойчивости однородного токораспределения в импульсных режимах работы мощных биполярных транзисторов
RU2537519C1 (ru) * 2013-07-19 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU619877A1 (ru) * 1976-10-01 1978-08-15 Предприятие П/Я А-3562 Способ отбраковки мощных транзисторов
SU983596A1 (ru) * 1981-03-09 1982-12-23 Ульяновский политехнический институт Устройство дл отбраковки мощных транзисторов
SU1002989A1 (ru) * 1981-05-04 1983-03-07 Предприятие П/Я Х-5806 Способ измерени интервалов сохранени однородности токораспределени в мощных транзисторах
SU1290869A1 (ru) * 1984-10-26 1996-12-10 В.Ф. Синкевич Способ контроля тепловой устойчивости однородного токораспределения в импульсных режимах работы мощных биполярных транзисторов
RU2537519C1 (ru) * 2013-07-19 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686452C1 (ru) * 2018-05-31 2019-04-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Сверхвысокочастотный измеритель электрических величин

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7189402B2 (ja) 高分解能電力電子測定
KR101753694B1 (ko) Rf 측정, 처리 및 제어를 동반하는 rf 펄스 신호의 동기화
JP6744695B2 (ja) アクティブ・シャント電流計
KR20120092133A (ko) 플라즈마 프로세싱 시스템을 제어하는 방법 및 장치
JPWO2006134994A1 (ja) Ｆｅｔの特性測定方法
JP2015021929A (ja) 部分放電測定器及び部分放電測定器用の校正器
RU2616871C1 (ru) Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах
RU2536795C1 (ru) Способ диагностики высоковольтного оборудования по параметрам частичных разрядов
RU2537519C1 (ru) Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах
JP2014010073A (ja) 劣化検査装置および劣化検査方法
JP2011099775A (ja) 部分放電電流計測システム
JP2021505909A (ja) 負荷インピーダンステスターおよび測定方法
KR101145267B1 (ko) 임피던스 및 잡음 특성 동시 측정 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체
CN112834892A (zh) 跨导参数的测试电路、测试方法和测试系统
US20140195175A1 (en) Measuring dielectric breakdown in a dynamic mode
Arpaia et al. Enhanced analogue front-end for the measurement of the high state of wide-band voltage pulses with 87 db common-mode rejection ratio and±0.65 ppm 1-day offset stability
KR20160071480A (ko) 모터의 전류를 측정하는 방법 및 장치
Bekirov et al. Real time processing of the phase shift and the frequency by voltage signal conversion into the sequence of rectangular pulses
US20240044968A1 (en) Method and apparatus for determining output charge of wide bandgap devices without hardware modification
RU2364877C1 (ru) Устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсника свч
RU2660283C1 (ru) Способ измерения электрической емкости
RU2714954C1 (ru) Способ определения параметров многоэлементных двухполюсников
CN117517911A (zh) 无需硬件修改的用于确定宽带隙器件的输出电荷的方法和装置
RU2647564C1 (ru) Способ измерения электрической емкости
US3652931A (en) Innate oscillator noise determination

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171028