Измеритель емкостей полупроводниковых конденсаторов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. к .2 С 01 й 27/26 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВИзобретение относится к контроль- но-измерительной технике и предназначено для измерения емкостей р-и-пе- реходов и МОП в конденсатор полупроводниковых структур.Известен измеритель емкости диод- ного перехода при помощи операционного усилителя, который содержит источник смещения, источник переменного тока, двухвходовый операционный усилитель,. охваченный обратными связями по постоянному и переменному токам, причем контролируемый прибор подключен к инвертирующему входу ОУ, а названные источники - к неинвертирукицему входу 1. Недостатком известного измерителя является низкая точность измерения при дистанционном контроле емкостей полупроводниковых конденсаторов, обусловленная значительной величиной погрешности, вносимой параэитными емкостями при удалении измеряемой емкости от измерителя, а также использование двухвходового ОУ ограничивает диапазон измерения, так как обязательным условием работоспособности такого усилителя является наличие на его входах синфаэных сигналов, не превышакщих, как правило, 15 В.Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель емкости Р-п в перехо полупроводникового прибора, который содержит источник смещения, источник переменного тока, ОУ, подключенный входом к контактному устройству для включения испытуемого прибора и охваченный обратными связями по постоянному току посредством резистора и низкочастотного повторителя, а по переменному - посредством конденсатора;согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с источником смещения; после.довательно соединенные дополнительный контакт и регулируемый делитель напря" жения; коммутатор, выполненный в виде симметричного переключакщего устройства и двух ключевюс элементов; детектор, включенный на выходе измерителя и совмещакщий в себе функции вьтчитающего устройства. Согласующий транс- форматор, дополнительный контакт и регулируемьф делитель напряжения установлены в контактнбм устр 0 йстве, Первый выход симметричного переклю чающего устройства через один иэ ключевых элементов связан со вторичнойобмоткой трансформатора,второй выходчерез другой ключевой элемент сделителем напряжения и со входомдетектора а ключевые элементы связаны между собой и.подключены к вы. - .ходу источника переменного тока 21.Недостатком известного устройстваявляется ограниченный диапазон измерения емкости, меньший максимальновозможного, определяемого диапазономвьдодного напряжения детектора, совмещакщего в себе функции вычитакщегоустройства.Это объясняется тем, чтовеличина сигнала С П Р + С, гдеС пр - величина параэитной емкости,а С, - величина контролируемой емкости, измеряется в первый измерительный интервал, а компенсация параэитной емкости осуществляется вовторой, что в целом приводит к уменьшению рабочего диапазона по измерению полезной емкости на величину параЬитной, т.е, максимальное напряжениЕ на выходе детектора Цэ,ьщ щопределяет максимально возможную измеряемую сумму параэитной и полезнойсоставляющих емкости,Целью изобретения является повышение точности контроля, а также расширение диапазона измерения измерителя., Поставленная цель достигаетсятеМ, что измеритель емкостей полупроводниковых конденсаторовсодержащий источник смещения, источникпеременного тока, подключенный соответственно через первичную и вторичную обмотку согласукщего трансформатора соответственно к одному зажимудля подключения измеряемого полупроводникового конденсатора и с общейшиной измерителя, операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включены параллельно соединенные образцовый конденсатор и низкочастотный повторитель, выход операционного усилителясоединен со входом детектора, а выход последнего соединен со входомвычитанзцего блока, переключающийблок, первый и второй выходы котррого,соответственно соединены с управлякщими входами одного и другогоключа, а выход последнего сбединенсо входом одного ключа снабжен коммутатором и запоминакщим конденсатором, причем один вход коммутаторасОединен с другим зажимом для подключения измеряемого конденсатора,а выход со входом операционого усилителя, другой вход коммутатора соединен с третьим выходом переключающего блока, а одна обкладка запоминающего конденсатора соединена совходом одного ключа, а другая обкладка с земляной шиной измерителя, выход вычитакщего блока соединен со:входом другого ключа, а управляющий вход вычитающего блока соединен с выходом одного ключа,На чертеже приведена функциональная электрическая схема измерителяемкостей полупроводниковых конденсаторов,Измеритель содержит йсточник сме-.щения 1, подключенный через раэвяэывающий конденсатор 2 и первичную об. - .мотку согласующего трансформатора 3к одному зажиму для подключенияиспытуемого полупроводникового конденсатора 4, источник переменного тока 5, связанный через вторичную обмотку трансформатора 3 с землянойшиной, операционный усилитель б,охваченный обратной связью по постоянному току посредством низкочастотного повторителя 7, а по переменному - посредством образцового конденсатора 8, коммутатор 9 переключайМций блок ".0, например, ждуШ,ий мультивибратор с пусковым входом, управляющий связанными между собой ключами 11,12, причем выход переключающего блока 10 соединен со вторым входом коммутатора 9, детектор 13, входкоторого соединен с выходом операционного усилителя 6, вычитакщий блок14, один вход которого соединен с выходом детектора 13, другой вход - совходом ключа 11, а выход одновремен-.но является выходом измерителя,со входом ключа 12, запоминанийконденсатор 15, включенный между точкой соединения. ключей 11,12 и общейшиной измерителя (землей).Измеритель работает следукщимобразом.При поступлении сигнала пускна вход переключающего блока 10, последний формирует импульс И, открывакщий ключ 12. При этом происходитизмерение параэитной составлякщей емкости С пар между зажимами. Запоминакщий конденсатор 15, включенныймежду точкой соединения, ключевых эле-.ментов 11,12 и общей шиной измерителя,заряжается сигналом с выхода вычитаацего блока 14, предварительно продетектированным посредством детектора 13. Этот сигнал пропорционален величине паразитной емкости С пар. Поокончании импульса Б переключающийблок 10 вырабатывает импульс Уб., врезультате чего открывается ключ 11,а ключ 12 закрывается, и напряжениеПо запоминающего конденсатора 15прикладывается к другому входу вычитающего блока 14. Одновременно с импульсом Б. срабатывает коммутатор 9подключающий полупроводниковый конденсатор 4 к зажимам., Один выводполупроводникового конденсатора 4через первичную обмотку трансформатора 3 подключен к йсточнику смещения1, через вторичную обмотку - к источнику переменного тока 5, а другой выход - через коммутатор 9 соединен со142827 акаэ 3455/40одписное ЦНИИПИТираж 101 входом операционного усилителя 6. На, контролируемом приборе с помощью трансформатора 3 и раэвязывакщего конденсатора 2 создается режим по постоянному и переменному токам.С вы хода операционного усилителя 6 на 5 вход детектора 13 поступает переменный сигнал пропорциональный сумме параэитной и измеряемой емкостей.Детектор 13 вырабатывает постоянный сигнал, пропорциональный сумме величин паразитной и измеряемой емкостей. Вычитающий блок 14 вырабатывает сигнал, равный разности вышеуказанного сигнала и постоянного напряжения на запоминающем конденсаторе 12,пропорционального величине паразитной емкости Сер.При условии малого выходного сопротивления операционного усилителя 6 и высокого входного сопротивления вычитающего блока 14 указанная разность с высокой точнос тью соответствует величине контролируемой емкости 4.Измеритель позволяет повысить точность контроля до +2 в диапазоне емкостей от 0,4 до 400 пф, при этом 25 он обладает более широким диапазоном измерения по сравнению с устройством - прототипом на 50 в сторону увеличения диапазона измеряемых емкостей при измерении величин емкос О тей порядка 4 пф.формула изобретения Измеритель емкостей полупроводниковых конденсаторов, содержащий ис точник смещения, источник переменно-го тока подключенный соответственно через первичную и вторичную обмотУ.июГ ку согласукщего трансформатора соответственно к. одному зажиму для под- щ илиал ППП Патентф, Ужгород, ул. Проектная,4 ключения измеряемого полупроводникового конденсатЬра и с общей шинойизмерителя, операционный усилительв цепь отрицательной обратной связикоторого включены параллельно соединенные образцовый конденсатор инизкочастотный повторитель, выходоперационного усилителя соединен совходом детектора, а выход последнего соедииен со входом вычитакцегоблока, переключакщий блок первый ивторой выходы. которого соответственно соединены с управляющими входамиодного и другого ключа, а выход последнего соединен со входом одногоключа, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиконтроля, а также расширения.диапаэона иэмеренйя, измеритель снабженкоммутатором и запоминакцим конденсатором, причем один вход коммутаторасоединен с другим зажимом для подключения измеряемого конденсатора, авыход со входом операционного усилителя, другой вход коммутатора соединен с третьим выходом переключакщего блока, а одна обкладка запоминающего конденсатора соединена со входомодного ключа, а другая обкладка сземляной шиной измерителя, выход вычитакщего блока соединен со входомдругого ключа, а управляющий входвычитающего блока соединен с выходаодного ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Электроника, 9 14, 1975,с. 62-64.2. Авторское свидетельство позаявке Р 2471648 /21 (042239), покоторой принято решение о выдачеавторского свидетельства (прототип).