Устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов

Союз СоаетсникСоциааистичесни аРесаубани ОП ИСАЙИ Е и 1894614ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ)3,товьйю 96 Р:. 13 товк 1 к 16")1 Щ. Институт математики и кибернетики АН и Институт физики полупроводников АН(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ И ИЗИЕРЕНИЯ ПИКОВОГО ТОКА ТУННЮ 1 ЬНЫХ ДИОДОВИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического задания величины пикового тока туннельных диодов в процессах изготовления мезоструктур электролитическим и химическим травлением, для установления пороговых величин переменных возмущений (температура, давление, магнитное поле и т.п.), быстрого и точного измерения пикового тока или отбораразбраковки туннельных диодов по этому параметру.Известно устройство для измерения пикового тока туннельного диода, содержащее генератор, подключенный к испытуемому туннельному диоду, а также измеритель тока на туннельном диоде 11.Известное устройство позволяет измерять величину пикового тока, но не может его задавать, например, в процессе электролитического травления. Устройство не может быть использовано при измерении переменных магнитного, теплового полей, статического и переменного давления и в особенности их ф критических значений, регулируемых в широком интервале значений.Кроме того, уменьшается надежность используемого датчика, так как отсутствуют средства, предохраняющие перескок рабочей точки на диффузионную ветвь вольт-амперной характеристики туннельного диода, что приводит к быстрой деградации основных параметров.Известно также устройство длязадания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход 30которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клеммеподключен измеритель тока, состоящий иэ усилителя постоянного тока и резистора 123.Указанное устройство отличается недостаточно высокими точностью и надежностью, а также узкими функциональными возможностями. Случайные флуктуации могут перевести рабочую точку в область более высоковольтного напряжения, из-за чего известному устройству свойственна невысокая точность и надежность. Кроме того, в уст" ройстве используется скачок напряжения от уровня пикового напряжения до напряжения раствора воны-амперной характеристики туннельного диода, в результате скачка рабочей точки происходит повышение выделяемой мощности на туннельном диоде (Р" О , где Р - мощность, О - напряжение на туннельном диоде), что приводит к деградации вольтамперной характеристики и, тем самым, оказывает влияние на ранее заданную величину пикового тока, что также снижает точность и надежность работы устройства. Устройство не позволяет измерять быстро меняющихся внешних возмущений, действующих на туннельный диод, что сужает его функциональные возможности.Цель изобретения - повышение точности и надежности.11 оставленная цель достигается тем, что в устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной иэ клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного тока и резистора, введены пороговое устройство, аналоговый ключ, компаратор, узел управляемых калиброванных токов, счетчик импульсов и блок реализации команд, причем к выходу измерителя напряжения подключено пороговое устройство, а к выходу измерителя тока - аналоговый ключ, управляющий вход кот торого соединен с выходом пороговое устройства, а выход подключен к од- ному входу компаратора, второй вход которого соединен с узлом управляемых калиброванных токов, а выход через шину сброса импульсов подклю 10 5 20 чен к одному входу счетчика импульсов, другой вход которого соединенс генератором тактовых импульсов, а выход - с одним из входов блока реализации команд, второй вход которогоподключен к узлу управляемых калиброванных токов, выход порогового устройства соединен с формирователем.11 редлагаемое устройство формирует импульс счета в момент достижения рабочей точкой заданного уровня пикового тока туннельного диода. При этом рабочая точка никогда не достигает диффузионной ветви вольтампернойхарактеристики, что увеличивает точность и надежность. Кроме того, исключено ложное срабатывание устройства от случайныхфлуктуаций тока. Это тоже увеличивает точность и надежность, а также расширяет функци" ональные возможности, так как устройство позволяет измерять быстроменяющиеся внешние возмущения, надежно срабатывать при достижении заранее заданных критйческих величинэтих возмущений,На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 -временные диаграммы работы устройст 30Устройство содержит генератор1 тактовых импульсов (фиг. 1), к которому подключен формирователь 2линейно изменяющего напряжения,последовательно с формирователем 2включен резистор 3 смещения, испытуеььй туннельиый диод 4 и калиброванный резистор 5, параллельно туннельному диоду 4 подключен измеритель6 напряжения, например дифференци альный усилитель постоянного тока,а также усилитель 7 постоянного тока, вместе с калиброванным резистором 5 составляющий измеритель 8тока. Выход измерителя 6 напряженияф 5 соединен со входом регулируемого порогового устройства 9, например триггера Шмитта, выход которого подключенк управляющему входу аналоговогоключа О, другой вход аналогового50 ключа 10 соединен с выходом измерителя 8 тока, а выход - с одним входомкомпаратора 11, другой вход компаратора 11 соединен с узлом 12 управляемых калиброванных токов, а выход.55 через шину 13 сброса импульсов подключен к одному входу счетчика 14импульсов, другой вход; последнегосоединен с генераторомтактовых894614 Формула изобретенияУстройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного ока и резистора, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, в не-импульсов, а выход - с одним из входов блока 15 реализации команд, второй вход которого подключен к узлу12 управляемых калиброванных токов.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 тактовых импульсовв момент времени 1 выдает импульс(фиг. 2 а), который запускает формирователь 2 (фиг. 2 б) и подает им- Опульс на счетчик 14 импульсов. Формирователь 2 вырабатывает пилообразное напряжение, поступакщее вцепь, состоящую из резистора 3 смещения, туннельного диода 4 и калиброванного резистора 5. На измеритель6 напряжения поступает напряжениеО, падакщее на туннельном диоде 4(фиг. 2 в). На усилитель 7 постоянного тока постунает напряжение О , 20падающее на калиброванном резисторе5 (Фиг. 2 г), т.е. в функции тока,протекающего через туннельиый диод 4.В момент времени 1 р открывается пороговое устройство 9 (Фиг, 2 д) с 2 зрегулируемым порогом срабатывания,который может настраиваться в цыроком диапазоне уровней положительного перепада напряжения на туннельном диоде (фиг. 2 в, д , промежуток звремени 1 го)Пороговое устройство 9 управляет аналоговым ключом 10 и пропускает чеьрез него сигнал О (,Фиг. 2 е) отнулевого уровня тока через туннельЭЗный диод 4 до уровня тока, заданного пороговым устройством 9(фиг. 2 г, е, промежуток времени йа-Со ) , отсекая возрастающую ветвь тока после отрицательногоперепада тока (Фиг, 2 в, промежуток времени йь ) , которая непозволила бы определить пиковыйток туннельного диода 4. Отсечкадиффузионной ветви вольт-ампернойхарактеристики уменьшает деградацию вольт-амперной характеристикитуннельного диода. С выхода аналогового ключа 10 сигнал Оь фиг.2 е)подается на вход компаратора 11,на другой вход которого с узла12 управляемых калиброванных токовпоступает сигнал 07 (фиг. 2 е).В момент С уровни 06 и 0 совпадают, и компаратор 11 формирует импульс 08 (фиг. 2 ж, Й) , которыйподается через шину 13 сброса импульсов на счетчик 14 импульсов.На вход счетчика 14 импульсов в нача ле каждого цикла подаются импульсы с выхода генератора тактовых импульсов (й, , С, фиг. 2 а), и счетчик 4 импульсов запоминает единицу счета (причем с целью исключения импульсных помех он настроен таким образом, что с него можно.получить сигнал только при заполнении его числом, например и 2).При совпадении уровней Оь и О (С 1, Фиг. 28) на шину сброса импульсов подается импульс Оа ( Ь на Фиг. 2 ж), и счетчик 4 импульсов сбрасывается в нулевое состояние. Как только уровень Оь не сможет превысить уровень 07 (Фиг. 2 е), компаратор 11 перестанет формировать импульсы, и в счетчик импульсов 14 с началом каждого цикла будет заноситься единица счета. При определенном числе единицы, например и2, счетчик 14 импульсов подает импульс в блок 15 реагЫзации команды. В зависимости от задачи этот блок может нести различные функции. Если зто электрическое травление, то блок 15 реализации команды может нести функцию остановки травления (снятие питания, механический выброс диода и пр.), если туннельный диод служит в качестве датчика (температура, давление, магнитное поле, световое и радиационное облучение инр.), то блок 15 реализации команды 15 Формирует .сигнал о достижении заданного уровня возмущения.11 о сравнению с известным предлагаемое устройство отличается большой точностью и надежностью, а также расширенными функциональными возможностями.7го введены пороговое устройство, аналоговый ключ, компаратор, узел управляемых калиброванных токов, счетчик импульсов и блок реализации команд, причем к выходу измерителя напряжения подключено пороговое устройство, а к выходу измерителя тока - аналоговый ключ, управлякщий .вход которого соединен с выходом порогового устройства, а выход подключен к одному входу компаратора, второй вход которого соединен с уз лом управляемых калиброванных .токов, а.выход через шину сброса импульсов подключен к одному входу 894634 8счетчика импульсов, другой вход которого соединен с генератором тактовых импульсов,. а выход - с одним из входов блока реализации команд,Ф второй вкод которого подключен кузлу управляемых калиброванных токов, выход порогового устройства соединен с формирователем. Источники ивЬормации,принятые во внимание. при экспертизе 1. Авторскее свидетельство СССР й" 438945, кл, О 01 В 3)/26, 1962. 2. Патент США В 383383,кл 156-7, опублнк1968 (прототип),894614 . г ж кт 11482 74 Тираж 735 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035; Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 За атент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 филиал Составитель 1 О.Брызгаловеева Техред М. Тепер Корректор М,Коста