Устройство для определения неидеальности вольтамперных характеристик логарифмических элементов

" . ";у ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ные у ми чес гия ",ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) К.И.Заподовников и В.В.Самокиш (71) Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.м.кирова(56) 1.Авторское свидетельство СССР304864, кл. б 01 Р 31/26, 1970.2.Илюкович А.М. и др. Измерительсилители малых токов с логарифкой характеристикой. М "Энер 1974, с, 26 (прототип 1.(54) (571 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯНЕИДЕАЛЬНОСТИ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ,содержащее источник тока, соединенный через первый ключ с входом электрометрического усилителя и первойшиной для подключения испытуемогоэлемента, измерительный прибор иисточник опорного напряжения, соединенный выходами соответственнос общей шиной и с вторым ключом,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведены масштабно-суммирующий блок,третий ключ и суммирующий резистор,причем вторая шина для подключенияиспытуемого элемента соединена свыходом масштабно-суммирующего блока и с размыкающим контактом третьего ключа, подключенного переключающим контактом к выходу электрометрического усилителя непосредственно,а замыкающим контактом - соответственно и к его входу через суююирующий резистор и к одному входу измерительного прибора, другой входкоторого соединен с общей шиной,вход масштабно-суммирующего блокаприсоединен к переключающему контакту второго ключа, размыкающий и замыкающий контакты которого соединены соответственно с общей шиной и свыходом источника опорного напряжения.Изобретение относится к области измерений параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для определения неидеальности вольт-амперных характеристик ВАХ 1 логарифмических элементов, Наиболее эффективно оно может быть использовано при разработке и изготовлении полупроводниковых приборов,а также для отбора и аттестации специальных полупроводниковых логарифмических преобразователей.Известно устройство для определения неидеальных вольт-амперных характеристик р- л переходов полупроводниковых приборов, содержащее генератор стабилизированного напряже-, ния, соединенный с входом резистор- ного делителя напряжения и первым контактом прерывателя, второй контакт которого подключен к выходу .делителя и к входу согласующего усилителя, соединенного своим выходом через последовательно включенные токозадающий резистор, операционный усилитель с присоединенными к его входу и выходу шинами для подключения испытуемого прибора, конденсатор и калиброванный усилитель - с входом измерительного прибора 1Известное устройство обеспечивает непосредственное измерение коэффициента отклонения реальной ВАХ рперехода от идеальной диффузионной в широком диапазоне токов через него. Однако построение устройства не позволяет измерять неидеальность ВАХ приборов с логарифмической зависимостью напряжения от токаНаиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для определения неидеальности вольт-амперных характеристик логарифмических элементов, содержащее источник тока, соединенный через первый ключ с входом электрометрического усилителя и первой шиной для подключения испытуемого элемента, измерительный прибор и источник опорного напряжения, соединенный выходами соответственно с общей шиной и с вторым КлючомГ 21В нем измерительный прибор включен между выходом электрометрического усилителя, на котором формируется напряжение, равное напряжению на испытуемом элементе во всем диапазоне токов через него, который изменяется ступенями с помощью первого ключа, и выходом второго ключа, переключающего выходное напряжение источника опорного напряжения синхронно а первым ключом в соответствии с идеальным законом изменения напряжения на логарифмическом элементе. Поэтому измерительный прибор должен показывать разность напряже На фи. 1 представлена блок-схемаустройства;, на фиг. 2 - вид участковреальной и идеальной ВАХ, которыеизображены в полулогарифмическоммасштабе, и путь движения изображаю щей точки на участке ВАХ испытуемогоэлемента при работе устройства, атакже определяемый по этой ВАХ параметр ее неидеальности.Устройство фиг. 1 содержит ис точник 1 тока, первый ключ 2, первую3 и вторую 4 шины для подключенияиспытуемого элемента, электрометрический усилитель 5, суммирующий резистор б, второй ключ 7, измеритель ный прибор В, масштабно-суммирующийблок 9, третий ключ 10 и источник 11опорного напряжения,Масштабно-суммирующий блок 9 может быть выполнен, например в видесуммирующего конденсатора 12 и мас 5 10 15 20 25 30 35 40 ний между реальной и идеальной логарифмической характеристиками.Однако это устройство обладает большой погрешностью измерений изза того, что не учитывается смещение реальных ВАХ, а также температурные изменения напряжений на испытуемом элементе, которые не учитываются в идеальной ВАХ при формировании ее с помощью источника опорного напряжения и второго ключа.Целью изобретения является повышение точности устройства.Поставленная цель достигается.тем, что в устройство для определения неидеальности вольт-амперных характеристик логарифмических элементов, содержащее источник тока, соединенный через первый ключ с входом электрометрического усилителя и первой шиной для подключения испытуемого элемента, измерительный прибор и источник опорного напряжения, соединенный выходами соответственно с общей шиной и с вторым ключом, введены масштабно-суммирующий блок, третий ключ и суммирующий резистор, причем вторая шина для подключения испытуемого элемента соединена с выходом масштабно-суммирующего блока и с размыкающим контактом третьего ключа, подключенного переключающим контактом к выходу электрометрического усилителя непосредственно, а замыкающим контактом - соответственно к его входу через суммирующий резистор и к одному входу измерительного прибора, другой вход которого соединен с общей шиной, вход масштабно-суммирующего блока присоединен к переключающему контакту второго ключа, разьыкающий и замыкающий контакты которого соединены соответственно с общей шиной и с выходом источника оп рного напряжения.штабного усилителя 13 с масштабирующими резисторами 14 и 15.Источник 1 тока через ключ 2 соединен с шиной 3 для подключения испытуемого элемента и с входом электрометрического усилителя 5, выходкоторого через контакты ключа 10присоединен соответственно к второйшине 4 для подключения испытуемогоэлемента и выходу масштабно-суммирующего блока 9 (через переключающий и размыкающий контакты ключа 101,а также через суммирующий резистор6 - к входу усилителя 5 и через измерительный прибор 8 - к общей шине1 для этого используется цепь переключающего и замлкащцего контактовключа 10 ).Вход масштабно-суммирующего блока 9 через переключающий и размыкающий контакты ключа 7 подключается кобщей шине, с которой соединен также один из выходов источника 11 опорного напряжения, подключенный вторымвыходом к замыкающему контакту ключа 7, 25Положения контактов всех ключей2, 7 и 10 в разомкнутом и замкнутомсостояниях обозначены соответственно "а" и "б",Принцип работы устройства основанна свойстве логарифмической Функции,заключающемся в том, что равным отношениям аргумента (токов ) соответствуют равные изменения Функции (напряжения ) или, наоборот, равным изменениям функции должны соответствовать равные отношения аргументов.Невыполнение этих условий говоритоб отклонении реальной ВАХ от идеальной (математической модели )логарифмической характеристики.40 Как используется это устройство логарифмической функции в устройствеясно из Фиг. 2, на которой показано 45 движение изображающей точки по реальной 1 Р ) и идеальной 0) ВАХ при переходе от значения тока 1 через испытуемый элемент к заранее заданному значению тока 1При пропускании через испытуемый элемент тока 1 на нем создается падение напряжения О. Если задаться новым расчетным значением тока 1, то на идеальной характеристике должно получиться приращение напряжения дО= К о. 0 о р(1 , где К о - постоянный коэффициент, определяющий наклон идеальной ВАХ а - основание логарифма.У полупроводниковых приборов., ВАХ которых описывается логарифмической 60 зависимостью, наклон ее равен К=КТ ,где К " постоянная Больцмаиа; Т температура полупроводника, Кзаряд электрона, и имеет размерность напряжения. Поэтому, если задаться некоторым эталонным опорным )напряжением, величина которого равна К, т.е.Ооп =К, то можно продемонстрировать идеальную ВАХ и получить заранее известное нормированное приращение напряжения М)на ней при изменении тока через идеальный логарифмический элемент от ). до 1 о, которое равно Он = Ооп ИВ ф )офпсо)Путь движения изображающей точкипонятен но характеристикам О и Р При пропускании тока 1 через испытуемый элемент на нем создается падение напряжения Ц, которое фиксируют.Предположим, что в точке с координатами 1, О характеристики О и Р совпадают. При переходе к расчетному значению тока ) по идеальной ВАХ на ней напряжение должно измениться на величину, равную нормированному приращению напряженияО.Чтобы проверить величину несовпадения реальной Р) ВАХ с идеальной можно пойти по реальной ВАХ двумя путями: задать новое ( расчетное ) знг. чение токачерез испытуемый элемент, зафиксировать величину прира" щения дО на нем при изменении тока от 1 до 10 и по разницед".О между О) идО определить неидеальность реальной ВАХ; задавшись 10 и определив расчетныч путем О), подать на испытуемый элемент суммарное напряжение О- О + О, зафиксировать соответствующее ему значение тока го через испытуемый элемент и по разности сР 1= 1 - 1 определить неидеальностьОреальной ВАХ.В данном устройстве использован второй путь определения неидеальности ВАХ логарифмического элемента. При этом устройство работает следующим образомПервоначально все ключи 2, 7 и 10 установлены в положение "а", а к шинам 3 и 4 подключен испытуемый элемент. От источника 1 тока через контакты ключа 2 и испытуемый элемент пропускают ток 11, в результате чего на выходе электрометрического усилителя 5 устандвливаетйя напряжение, равное падению напряжения О, на испытуемом элементе при этом токе,Поскольку вход масштабно-суммирующего блока 9 нерез переключающий и размыкающий контакты ключа 7 подключен к общей шине, на выходе усилителя 13 устанавливается напряжение, равное нулю, а конденсатор 12 заряжается до напряженияО, .После переключения всех ключей 2, 7 и 10 в положение "б" от источника 1 тока на .вход усилителя 5 поступает ток, величина которого равна заданному расчетному значению 1 О. От источника 11 опорного напряжения на вход блока 9 подается напряжениеО,1081572 Составитель Ю.Брызгаловева Техред Л.Коцюбняк орректор С едактор С а мар Заказ 1544 4 Тираж 711 ИПИ Государственн по делам изобрете , Москва, Ж, Р Подписго комитета СССРий и открытийушская наб., д.4/ В 11303 илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,величина которого равна наклону К идеальной логарифмической ВАХ. Соотношение между сопротивлениями масштабирующих резисторов 14 и 15 выбирают таким, чтобы полУчить коэффи циент передачи масштабного усилителя 13, равный Го а 10/11,при этом на выходе усилителя 13 Формируется напряжение О=ОСо еи 1/1 а с учетом напряжения 01, накойленного на конденсаторе 12 в предыдущем такте работы ключей, к шине 4 оказывается приложенным суммарное напряжение=О ФО . Поскольку благодаря Фунйдаментальному свойству электрометрического усилителя 5 потенциал его входа равен нулю, суммарное напряжение 0 оказывается приложенным к испытуемому логарифмическому элементу, и при этом через него будет протекать ток, определяемый реальной ВАХ элемента. Цепь отрицательной обратной связи усилителя 5 через переключающий и замыкающий контакты ключа 10 замыкается суммирующим резистором 6, а сам электрометрический усилитель 5 выполняет функции сумматора токовоНа выходе усилителя 5, к которомупри этом подключен вход измерительного прибора 8, образуется напряжение, пропорциональное разности междутоками 1 о и , т.е. пропорциональноепараметру неидеальности реальной ВАХиспытуемого элемента оКоэффициент пропорциональности равенвеличине сопротивления резистора 6.Таким образом, предложенное устройство позволяет непосредственноизмерять величину отклонения реаль ной ВАХ от идеальной в каждой расчетной точке, т.е. определять неидеальность ВАХ испытуемого логарифмического элемента.Задавая расчетные значения тока 1 20 от источника 1 в широких пределахи одновременно соответствующим образом изменяя величину сопротивлениймасштабирующих резисторов 14 и 15,можно определить неидеальность БАХ 25 испытуемого элемента в заданном диапазоне токов через него с высокойточностью.