SU1084709A1 - Устройство дл измерени параметров рассе ни транзисторов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  и массового контрол  парги«1етров линейных динамических и вольт-амперных характеристик транзисторов.

Известно устройство дл  измерени  и контрол  параметров транзисторов с автоматической установкой рабочей точки по напр жению и току коллектора при смене образцов, имеющих разброс параметров вольт-амперных характеристик , содержащее мост, образуемы цейью коллектор-эмиттер измер емого транзистора, резистором в цепи коллектора и делителем в цепи источника питани  коллектора; регулирующий усилитель и регулирующее звено в цепи отрицательной обратной св зи, кольцо которой замыкаетс  цепью база эмиттер измер емого транзистора

Недостатком указанного устройства . вл етс  принципиальна  сложность осуществлени  раздельной регулировки параметров рабочей точки транзисторов , тока и напр жени  коллектора; существенна  зависимость параметров рабочей точки от стабильности источников электропитани  цепи коллектора и устройств схемы стабилизации рабочей точки, так как в данном случае использован параметрический способ стабилизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  параметров рассе ни  транзисторов, включающее генератор синусоидального напр жени , выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и первыми входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управл ющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно с первым и вторым выходами программатора , третий выход которого соединен с управл ющим входом третьего переключател , выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра, выход первого переключател  через последовательно соединенные первый конденсатор, первый резистор/ второй резистор и второй конденсатор подключен к общей шине, выход второго переключател  через последовательно соединенные третий конденсатор , третий и четвертый резисторы и четвертый конденсатор подключен к общей шине, точка соединени  первого и второго резисторов соединена с первым входом третьего переключател , второй вход которого соединен с точкой соединени  третьего и четвертого резисторов, параллельно четвертому конденсатору подключен генератор посто нного тока, эмиттерна  шина держател  транзистора соединена

с общей шиной, вход питани  программатора соединен с первым выходом блока питани  С2 3 .

Данное устройство не обеспечивает высокой скорости измерительного, процесса/ .

Цель изобретени  - повышение производительности измерени  параметров .

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  параметров рассе ни  транзисторов, включающее генератор синусоидального напр жени , выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и первыкш входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управл ющие входу первого и второго переключателей соединены соответственно в первым и вторым выходами программатора , третий выход которого соединен с управл ющим входом .третьего переключател , выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра, выход первого переключател  через последовательно соединенные Первый конденсатор, первый резистор , второй резистор и второй конденсатор подключен к общей шине, выход второго переключател  через последовательно соединенные третий конденсатор , третий и четвертый резисторы и четвертый конденсатор подключен к общей шине, точка соединени  перво- го и второго резисторов соединена с первым входом третьего переключател  второй вход которого соединен с точкой соединени  третьего и четвертого резисторов, параллельно четвертому конденсатору подключен генератор посто нного тока, эмиттерна  шина держател  транзистора соединена с общей шиной, вход питани  программатора соединен с перовым выходом блока питани ,снабжено программируемьлм генератором опорного напр жени , усилителем посто нного тока и высокоомным делителем напр жени  в виде последовательно соединенных п того и шестого резисторов, при этом генератор посто нного тока выполнен программируамым , выход программируемого генератора опорного напр жени  через последовательно включенный п тый резистор подключен к входу усилител  посто нного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору , второй выход блока питани  соединен с входом питани  усилител  посто нного тока, базова  шина держа тел  транзистора соединена с первым входом третьего переключател , а коллекторна  шина держател  транзистора соединена с вторым входом третьго переключател  и вторым выводом шестого резистора. На фиг. 1 показана структурна  схема устройства дл  измерени  параметров рассе ни  транзистора; на фиг.2 - вариант принципиальной схемы устройства дл  измерени  бипол р/йых транзисторов n-p-fi -структуры. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напр жени / выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра 2 и первыми входами первого 3 и второго 4 переключателей , вторые входы которых сое динены с общей шиной, а управл ющие входы первого 3 и второго 4 переключателей - соответственно с первым и вторым выходами программатора 5, тре тий выход которого соединен с управл ющим входом третьего переключател  6, выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра 2, выход первого переключател  3 через последовательно соединенные первый конденсатор 7, первый резистор 8, второй-резистор 9 и второй конденсатор 10 подключен к общей шине , выход второго переключател  4 через последовательно соединенные третий конденсатор 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы и четвертый конденсатор 14 подключен к общей шине , точка соединени  первого 8 и второго 9 резисторов соединена с пер вым входом третьего переключател  6, второй вход которого соединен с точкой соединени  третьего 12 и четвертого 13 резисторов, параллельно четвертому конденсатору 14 подключен генератор 15 посто нного тока, эмиттерна  шина держател  транзистора 16 соединена с общей шиной, вход питани  программатора 5 соединен с первым выходом блока ,17 питани , программируемый генератор 18 опорного напр жени , усилитель 19 посто нного тока и высокоомный делитель напр жени  в виде последовательно соединенных п того 20 и шестого 21 резисторов , при этом генератор 15 посто нного тока выполнен программируемым , выход программируемого-генератора 18 опорного напр жени  че рез последовательно включенный п тый резистор 20 подключен к входу усилител  19 посто нного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору 10, второй выход блока питани  соединен с входом питани  усилител  19 посто нного токд, базова  шина держател  транзистора 16 соединена с первым входом третьего переключател  6, а коллекторна  шина держател  транзистора 16 - с вторым входом третьего переключател  и вторым выводом шестого резистора. Вариант принципиальной схемы устройства (фиг. 2) представл ет собой ..практическую реализацию структурной 10 9 схемы (фиг. iJ и содержит клеммы дл  подключени  блока 17 с напр жением 12,6В, конденсаторы- It) и 14 дл  фильтрации переменных составл ющих тока базы и коллектора; две пары резисторов 8, 9 и 12, 13 дл  питани  цепей базы и коллектора измер емого транзистора по переменному и посто нному току и осуществлени  тестов по измерению динамических параметров; конденсаторы 7 и 11 дл  разделени  посто нной и переменной составл ющих тока коллектора и базы; держатель 16 с транзистором, переключатель 3 с контактами 22-24 и обмоткой 25 управлени , переключатель б с контактами 26-28 и обмоткой 29 управлени , переключатель 4 с контактами 30-32 и обмоткой 33 управлени , программатор 5, собранный на основе переключател  34 с контактами 35-38 и переключател  39 с контактами 40-43, усилитель 19 в составе входного каскада на полевом транзисторе 44 с нагрузкой 45 в цепи истока и конденсатором 46, включенным параллельно его входу, усилительного каскада на микросхеме 47 типа операционный усилитель и элементах, обеспечивающих режим микросхемы 47, а именно резисторах 48 - 50, конденсаторах 51 и 52 и диодах(стабилитронах} 53 и 54, и составного эмиттерного повторител  на транзисторах 55 и 56, и резисторах 57 и 58; высокоомный делитель напр жени  на резисторах 20 и 21 в цепи сравнени  схемы стабилизации коллекторного напр жени ; высокочастотные гнезда 59 дл  подключени  опорного и 60 дл  измерительного канала векторного вольтметра (фиг. 1 }; клеммы 61 дл  подключени  выхода программирующего генератора 15 посто нного тока, амперметр 62 дл  контрол  посто нной составл ющей тока базы; вольтметр 63 и переключатель 64 входа вольтметра дл  контрол  посто нных напр жений, пропорциональных посто нным составл ющим напр жени  коллектора или базы. Клеммы 65 дл  подключени  программируемого генератора 18 опорного напр жени . Устройство работает следующим образом . Благодар  фильтрации переменных составл ющих тока конденсаторами 10 и 14 сигналы переменного тока, которые вырабатываютс  в измерительных цеп х устройства при осуществлении измерени  параметров рассе ни  транзистора , на работу цепей электропитани  транзистора по посто нному току .не вли ют. Поэтому режим работы цепей посто нного и переменного тока данного устройства можно рассматри-вать раздельно.

Электропитание цепи коллектора транзистора осуществл етс  от генератора 15 посто нного тока через резистор 21. Ток коллектора Эц благодар  высокому входному сопротивленик ) делител  на резисторах 21 и 20, а также разделительному конденсатору 11 практически равен току на выходе генератора 15. Таким образом , генератор 15 задает требуемый уровень тока коллектора транзистора и включении на коллекторе транзистора будет выдел тьс  напр же .кие UK- ;. . .

Напр жение tJ поступает на вход делител  на резисторах 21 и 20, подключенного к коллектору транзистора, благодар .чему на выходе этого делител , подключенному к входу неинвёртирующего усилител  19 посто нного тока, выдел етс  посто нное напр жение I где kg - коэффициент передачи делител . К другому входу делител  на резисторах 21 и 20 подключен генератор 18. Опорное напр жение UQ с выхода генератора 18 через резистор 20 поступает также на вход усилител  19, и при отрицательном значении этого напр жени  создает на входе усилител  составл ющую напр жени , равную - UQ . Суммарное напр жение на входе усилител  19 будет равно . Это выражение справедливо при услови х отсутстви  вли ни  входного сопротивлени  усилител  19 и коллекторной цепи транзистора на режим работы делител  на резисторах 20 и 21, которые выполн ютс  при использовании в качестве входного каскада усилител  19 каскада на полевом транзисторе (фиг. 2) и при высоком дифференциальном сопро тивлении посто нному тбку перехода коллектор эмиттер транзистора и генератора 15 .

- Сигнал DC усиливаетс  усилителем 19 и далее с выхода этого усилител  через резистор 9 поступает на базу транзистора и дополнительно.усиливаетс  транзистором, который в данном случае можно рассматривать как активный элемент усилительного каскада с общим эмиттером. Благодар  этому существует еще одна функциональна  св зь между напр жением U и и, с именно U(. kU , где k-суммарный коэффициент усилени  схемы, образуемой усилителем 19 и каскадом на транзисторе. Знак минус в этом выра .жении отражает инвертирующий эффект каскада усилени  на транзисторе.

Анализ цепи коллектор транзистора - резистор 21 - вход усилител  19 - выход усилител  19 - резистор 9 - база транзистора - переход база-коллектор транзистора показывает что эту цепь можно рассматривать как

замкнутую .цепь отрицательной обратной св зи с усилительным звеном на основе транзистора 16 и усилител  19, Благодар , действию отрицательной обратной св зи режим транзистора по посто нному току стремитс  к равновесному состо нию, причем уравнение, отражающее это состо ние, вытекающее из ранее приведенных уравнений сигналов .в цепи обратной св зи, имеет вид -- :tCpU -Up. Решение этого уравнени  относительно напр жени  0 coil

I.

и.При

ответствует выражению, к

5 условии k 1, которое отнбсительно просто выполнить, использу  усилитель 19 с высоким коэффициентом усиле ки , получают. .Таким образом , напр жение коллектора Оц оказываетс  пр мо пропорциональным только значению опорного напр жени  U, путем регулировани  которого можно I регулировать значение напр хсени  . Кц независимо от других факторов, например от значени  тока коллектора Ь , который вырабатываетс  также независимо генератором 15 тока.

в частном случае при условии k 1, которое достигаетс  при соответствующем подборе плеч делител  на резисторах 20 и 21, напр жение U примерно равно напр жению Up. Практически достаточно, чтобы коэффициент k составл л дес тые доли единицы,так как в противном случае нужно использовать большие значени  номиналов резисторов 20 и 21 ,что неудобно с точки зрени  согласовани  делител  с входом усилител  19 и коллектором транзистора . .

При осуществлении тестов по переменному току в процессе измерени  коэффициента матрицы рассе ни  транзистора устройство работает аналогично устройству-прототипу следующим образом.

В нормальном положении управл в- мые переключатели 3 и 4 через конденсаторы 7 и 11 замыкают на корпус резисторы 8 и 12, причем по переменному ТОКУ кажда  из пар резисторов 8, 9 и 12, 13 оказываетс  включенной параллельно и служит нагрузкой цепи базы или коллектора,а переключатель б подключает измерительный вход векторного вольтметра 2 к цепи базы.

Посредстве программатора 5 осуществл ют необходимые комбинации включени  упр§вл емых переключателей 3, 4 и 6 путей подачи на их обмотки управлени  напр жени  от блока 17. Номиналы резисторов 8, 9 и 13,. 14 должны быть выбраны попарно равными.

В процессе выполнени  динамических тестов сначала осуществл ют две операции при отключенном от схемы устройства транзисторе.

При срабатывании переключател  3 5 сигнал от генератора 15 через конден сатор 7, резистор 8 и контакты уп равл емого переключател  6 поступает на вход измерительного канала векторного вольтметра 2, причем ре гистрируетс  напр жение 0, которое пропорционально удвоенному значению падающей волны, поступающей в цепь базы. При срабатывании переключателей б и 4 сигнал от генератора 15 через конденсатор 11, резистор 12 и контак ты переключател  б поступает на измерительный канал векторного вольт-метра 2. Измер емое напр жение 2 про порционально удвоенному значению падающей волны, поступающей в цепь коллектора. После этого в измеритель ную цепь устройства включают измер емый транзистор и, согласно кодам управлени  программируемых генерато РОВ 15 тока и 18 опорного напр жени , его рабоча  точка автоматически устанавливаетс  в режим, соответ ствующий заданным значени м тока Э, и напр жени  Un . После этого осуществл ютс  следующие четыре динамических теста по определению комплексных напр жений на коллекторе и базе изме р емого транзистора. При срабатывании переключател  3 сигнал от генератора 15 через конден сатрр 7 и резистор 8 поступает на ба ЗУ.измер емого транзистора. Измерительный канал векторного вольтметра 2через нормально замкнутые контакты переключател  6 подключен к базе транзистора. При этом измер ют напр  . 0, пропорциональное сумме падакадёй и отраженной волн в цепи базы . При срабатывании переключателей 3и 6 сигнал от генератора 1 также поступает в цепь базы, но измеритель ный канал векторного вольтметра 2 через контакты переключател  б подключен к коллектору транзистора. Из мер ют напр жение , пропорционашьное значению отраженной волны в цепи коллектора. При отключении переключател  3 и включении переключателей 6 и 4 транзистор включаетс  по, переменному току в обратном направлении, так как сигнал от генератора 1 поступает на коллектор через конденсатор 11 и резистор 12. При этом измерительный канал векторного вольтметра через контакты переключател  б подключен к коллектору. Измер ют напр жение О пропорционсшьное значению суммы падающей и отраженной волн в цепи коллектора . При сохранении предыдущего услови  коммутации дл  переключателей 3 и 4 и .отключении переключател  б измерительный канал векторного вольтметра -2 через контакты переключател  б подключаетс  к базе транзистора , при этом измер ют напр жение D-12 , пропорциональное значению отраженной волны в цепи базы транзистора . Дл  выполнени  условий, необходимых дл  нормсшьной работы векторного вольтметра при выполнении динамических тестов, вход опорного канала векторного вольтметра 2 подключен : к выходу генератора 1. Полученной информации достаточно, чтобы вычислить значени  комплексных коэффициентов матрицы рассе ни  изме-р емого Т15анзистора в рабочейточке , определ емой током и напр жением 0,, которые задаютс  про граммируемыми генераторами 15 и 18, причем при достаточно- высоком коэффициенте усилени  К цепи обратной св зи, которое определ етс  коэффициен ами усилени  усилител  19 и участка цепи обратной св зи на транзисторе , режим транзистора по посто нному току сохран етс  при смене образцов измер емых- транзисторов одHoro и того же или разных типов, отличающихс  разбросом вольт-амперных характеристик, так как режим по посто нному току зависит только от режима,заданного генераторами 15 и 18. Устройство также можно спользовать дл  измерени  полевых транзисторов с п-или р-каналами или с изолированным затвором и транзисторов р-п-р-структуры. Так, дл  измерени  транзисторов р-п-р-структуры достаточно изменить пол рность генератора 18 опорного напр жени  и направление тока, вырабатываемого генератором 15, а также обеспечить активный режим работы усилител  19 при отрицательных уровн х напр жени  на его выходе. Нормированные коэффициенты матри-,, цы рассе ни  рассчитывают с помощью измеренных комплексных напр женийпо формулам ,. 2U 1и..Ж 5.. i 1 . 0 Г-1 где R и номиналы резисторов 8 (или 9 )и 12 (или 13) соответственно. Принципиальна  схема устройства ( фиг. 2)отвечает случаю измерени  бипол рных транзисторов п-р-п-структуры . Использование программированных генераторов 15 и 18 позвол ет автоматнзировать процесс измерени  как динамических , так и статических параметров транзисторов. , , Внедрение предлагаемого устройства позвол ет до 10 раз повысить скорость измерительного процесса за

счет сокращени  времени, затрачиваемого на регулировку режима транзистора по посто нному току при смене образцов, которое составл ет 100120 с при ручной регулировке и уменьшаетс  в зависимости от типа измер емого транзистора до 1-2 с при использовании предлагаемого устройства, при времени, затрачиваемом на выполнение динамических тестов, 10 с, что в конечном итоге повышает производительность устройства.

7Пг.

r

I 9t

64ffj

-f ±

IT

72.68

r

фиг. 2

Claims (1)

1. № 601638, кл. G 01 R 31/26, 22.03.76. (54Ц57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАССЕЯНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ, включающее генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и первыми входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответствено с первым и вторым выходами программатора, третий выход которого соединен с управляющим входом третьего переключателя, выход которого сое-, динен с измерительным входом векторного вольтметра; выход первого переключателя через последовательно соединенные первый конденсатор, первый резистор, второй резистор и второй конденсатор подключен к общей шине, выход второго переключателя через последовательно соединенные третий конденсатор, третий и четвертый резисторы и четвертый конденсатор подключен к общей шине, точка соединения первого и второго резисторов соединена с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с точкой соединения третьего и четвертого резисторов, параллельно четвертому конденсатору подключен генератор постоянного тока, эмиттерная шина держателя транзистора соединена с общей шиной, вход питания программатора соединен с первым выходом блока питания, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено программируемым генератором опорного напряжения, усилителем постоянного тока и высокоомным делите- а лем напряжения в виде последовательно соединенных пятого и шестого резисторов, при этом генератор постоянного тока выполнен программируемым выход программируемого генератора опорного напряжения через последовательно включенный пятый резистор под ключей к входу усилителя постоянного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору, второй выход блока питания соединен с входом питания усилителя постоянного тока, базовая шина держателя транзистора соединена с первым входом третьего переключателя, а коллекторная шина держателя транзисто,ра соединена с вторым входом третье: го переключателя и вторым выводом шестого резистора.