Устройство для измерения параметров рассеяния транзисторов

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 09) (И),М 59 0 01 Н 31 2.6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(211 3488414/18-21 ключен к общей шине, точка соедине- (221 03,09.82 ния первого и второго резисторов (4 ь 07.04.84. Бюл.13 соединена с первым входом третьего (72) И.А.Мирошник, Н.А.Шкурина, переключателя, второй вход которого Ю,Л.Нуров, В.Н.Горин и Т,А.Малашихин соединен с точкой соединения третье- (533 621. 383,3 (088.8) го и четвертого резисторов, парал- (56 1. Столярский Э, Измерение лельно четвертому конденсатору подпараметров. транзисторов. М., "Сов. ключен генератор постоянного тока, радио", 1976, с. 267, змиттерная шина держателя транзисто 2, Авторское свидетельство, СССР ра соединена с общей шиной, вход пи-601638, кл. 0 01 й 31/26, 22,03.76. тания программатора соединен с первым выходом блока питания, о т л и- (54 (57 ) УСТРОЙСТВО ЦИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПА- ч а ю щ е е с я тем, что, с целью РАМЕТРОВ РАССЕЯНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ, повышения производительности, оно включающее генератор синусоидального снабжено программируемым генератором напряжения, выход которого соединен: опорного напряжения, усилителем пос опорным входом векторного вольт- ,стоянного тока и высокоомным делите- а метра и первыми входами первого и лем напряжения в виде последователь-второго переключателей, вторые входы . но соединенных пятого и шестого ре- ур которых соединены с общей шиной, а зисторов, при этом генератор посто- ЪГ Р управляющие входы первого и второгоянного тока выполнен программируемым Сф переключателей соединены соответстве- выход программируемого генератора но с первым и вторым выходами про- . опорного напряжения через последова-грамматора, третий выход которого тельно включенный пятый резистор подсоединен с управляющим входом третье- .ключен к входу усилителя постоянного переключателя, выход которого сое-, го тока, выход которого подключен динен с измерительным входом вектор- параллельно второму конденсатору, ного вольтметра, выход первого пере- второй выход блока питания соединен ключателя через последовательно сое- с входом питания усилителя постояндиненные первый конденсатор, первый ного тока, базовая шина держателя резистор, второй резистор и второй транзистора соединена с первым вхоконденсатор подключен к общей шине,дом третьего переключателя, а колвыход второго. переключателя через лекторная шина держателя транзистопоследовательно соединенные третий .ра соединена с вторым входом третье- конденсатор, третий .и четвертый ре-го переключателя и вторым выводомзисторы и четвертый конденсатор под- шестого резистора.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и массового контроля параметров линейных динамических и вольт-амперных характеристик транзисторов.5Известно устройство для измерения и контроля параметров транзисторов с автоматической установкой рабочей точки по напряжению и току коллектора при смене образцов, имеющих раз брос параметров вольт-амперных характеристик, содержащее мост, образуемый цейью коллектор-эмиттер измеряемого транзистора, резистором в цепи коллектора и делителем в цепи источника питания коллектора; регулирующий усилитель и регулирующее звено в цепи отрицательной обратной связи, кольцо которой замыкается цепью база эмиттер измеряемого транзистора 11Недостатком указанного устройства является принципиальная сложность осуществления раздельной регулировки параметров рабочей точки транзисторов, тОка и напряжения коллектора существенная зависимость параметров рабочей точки от стабильности источников электропитания цепи коллектора и устройств схемы стабилизации рабочей точки, так как в данном случае использован параметрический способ стабилизации.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения параметров рассеяния транзисторов, включающее З генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с опор-. ным входом векторного вольтметра и первыми входами первого и второго переключателей, вторые входы которых 40 соединены с общей шиной, а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно. с первым и вторым выходами программатора, третий выход которого соединен 45 с управляющим входом третьего переключателя, выход которого соединен 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 60 с точкой соединения третьего и четвертого резисторов, параллельно четвертому конденсатору подключен генератор постоянного тока, эмиттерная шина держателя транзистора соединена 65 с общей шиной, вход питания программатора соединен с первым выходом блока питания 23.Данное устройство не обеспечивает высокой скорости измерительного, процесса,.lЦель изобретения - повышение производительности измерения параметров. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения парамет ров рассеяния транзисторов, включающее генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и первыьщ входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с общей шиной, а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно е первым и вторым выходами программато ра, третий выход которого соединен с управляющим входом .третьего переключателя, выход которого соединен 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 перво- " го 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, снабжено программируемым генератором опорного напряжения, усилителем постоянного тока и высокоомным делителем напряжения в виде последовательно соединенных пятого и шестого резисторов, при этом генератор постоянного тока выполнен прог- раммируемым, выход программируемого генератора опорного напряжения через последовательно включенный пятый резистор подключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору, второй выход блока питания соединен с входом питания усилителя постоянного тока, базовая шина держа-, теля транзистора соединена с первым входом третьего переключателя, а коллекторная шина держателя транзистора соединена с вторым входом третьего переключателя и вторым выводом шестого резистора.На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения параметров рассеяния транзистора; на фиг,2 - вариант принципиальной схемы устройства для измерения биполяргйых транзисторов и-р-и -структуры. 5Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра 2 и первыми входами первого 3 и второго 4 пере ключателей, вторые входы которых сое. динены с общей шиной, а управляющие входы первого 3 и второго 4 переключателей - соответственно с первым и вторым выходами программатора 5, тре. 15 тий выход которого соединен с управляющим входом третьего переключателя 6, выход которого соединен с измерительным входом векторного вольтметра 2, выход первого переключателя 3 через последовательно соединенные первый конденсатор 7, первый резистор 8, второй резистор 9 и второй конденсатор 10 подключен к общей шине, выход второго переключателя 4 через последовательно соединенные третий конденсатор 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы и четвертый конденсатор 14 подключен к общей шине, точка соединения первого 8 и второго 9 резисторов соединена с пер. вым входом третьего переключателя 6, второй вход которого соединен с точкой соединения третьего 12 и четвертого 13 резисторов, параллельно четвертому конденсатору 14 подключен генератор 15 постоянного тока, эмиттерная шина держателя транзистора 16 соединена с общей шиной, вход питания программатора 5 соединен с . первым выходом блока 17 питания, 40 программируемый генератор 18 опорного напряжения, усилитель 19 постоянного тока и высокоомный делитель напряжения в виде последовательно соединенных пятого 20 и шестого 21 ре зисторов, при этом генератор 15 постоянного тока выполнен программируемым, выход программируемого генератора 18 опорного напряжения через последовательно включенный пя О тый резистор 20 подключен к входу усилителя 19 постоянного тока, выход которого подключен параллельно второму конденсатору 10, второй выход блока питания соединен с входом питания усилителя 19 постоянного тока, базовая шина держателя транзистора 1 Ь соединена с первым входом третьего переключателя 6, а коллекторная шина держателя транзистора 16 - с вторым входом третьего переключателя и вторым выводом шестого резистора.Вариант принципиальной схемы устройства фиг. 21 представляет собой ,.практическую реализацию структурной 65 схемы (фиг. 11 и содержит клеммы для подключения блока 17 с напряжением 12,6 В, конденсаторы 10 и 14 для фильтрации переменных составляющих тока базы и коллектора; две пары резисторов 8, 9 и 12, 13 для питания цепей базы и коллектора измеряемого транзистора по переменному и постоянному току и осуществления тестов по измерению динамических параметров; конденсаторы 7 и 11 для разделения постоянной и переменной составляющих тока коллектора и базы; держатель 16 с транзистором, переключатель 3 с контактами 22-24 и обмоткой 25 управления, переключатель 6 с контактами 26-28 и обмоткой 29 управления, переключатель 4 с контактами 30-32 и обмоткой 33 управления, программатор 5, собранный на основе переключателя 34 с контактами 35-38 и переключателя 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 имен но резисторах 48 - 50, конденсаторах 51 и 52 и диодах(стабилитронах) 53 и 54, и составного эмиттерного повторителя на транзисторах 55 и 56, и резисторах 57 и 58; высокоомный делитель напряжения на резисторах 20 и 21 в цепи сравнения схемы стабилизации коллекторного напряжения; высокочастотные гнезда 59 для подключения опорного и 60 для измерительного канала векторного вольтметра (фиг. 1 ); клеммы 61 для подключения выхода программирующего генератора 15 постоянного тока, амперметр 62 для контроля постоянной составляющей тока базы; вольтметр 63 и переклюнатель 64 входа вольтметра для контроля постоянных напряжений, пропорциональных постоянным составляющим напряжения коллектора или базы, Клеммы 65 для подключения программируемого генератора 18 опорного напряжения,Устройство работает следующим образом. Благодаря фильтрации переменных составляющих тока конденсаторами 10 и 14 сигналы переменного тока, кото- рые вырабатываются в измерительных цепях устройства при осуществлении измерения параметров рассеяния транзистора, на работу цепей электропитания транзистора по постоянному току .не влияютПоэтому режим работы цепей постоянного и переменного тока данного устройства можно рассматри вать раздельно.Электропитание цепи коллектора транзистора осуществляется от генератора 15 постоянного тока через резистор 21. Ток коллектора Э благодаря высокому входному сопротивлению делителя на резисторах 21 и 5 20, а также разделительному конденсатору 11 практически равен току на выходе генератора 15. Таким образом, генератор 15 задает требуемый уровень тока коллектора транзистора, 1 О и приего включении на коллекторе транзистора будет выделяться напряг .ние У. Напряжение Ок поступает на вход делителя на резисторах 21 и 20, подключенного к коллектору транзистора, благодаря чему на выходе этого делителя, подключенному к входу неиивертирующего усилителя 19 постоянного 20 тока, выделяется постоянное напряжение К Ок , где ко - коэФФициент передачй делителя. К другому входу делителя на резисторах 21 и 20 подключен генератор 18Опорное напряжение 25 Оо с выхода генератора 18 через резистор 20 поступает также на вход усилителя 19, и при отрицательном значении этого напряжения создает на входе усилителя составляющую напряжения, равную - Оо, Суммарное напряжение на входе усилителя 19 будет равно Ос:К О-Оо . Это выражение справедливо при условиях отсутствия влияния входного сопротивления усилителя 19 и коллекторной цепи транзистора на режим работы делителя на резисторах 20 и 21, которые выполняются при использовании в качестве входного каскада усилителя 19 каскада на полевом транзисторе (Фиг. 21 40 и при высоком дифференциальном сопро тивлении постоянному тдку перехода коллектор эмиттер транзистора и генератора 15.Сигнал Оо усиливается усилителем 19 и далее с выхода этого усилителя через резистор 9 поступает на базу транзистора и дополнительно,усиливается транзисторомф, который в данном случае можно рассматривать как 50 активный элемент усилительного каскада с общим эмиттером. Благодаря этому существует еще одна функциональная связь между напряжением Ос и О, с именно Ок:КОс где К-суммар ный коэффициент усиления схемы, образуемой усилителем 19 и каскадом на транзисторе. Знак минус в этом выражении отражает,инвертирующий эффект каскада усиления на транзисторе.Анализ цепи коллектор транзисто ра - резистор 21 - вход усилителя 19 - выход усилителя 19 - резистор 9 - база транзистора - переход база-коллектор транзистора показывает, что эту цепь можно рассматривать как 65 замкнутую .цепь отрицательной обратной связи с усилительным звеном наоснове транзистора 16 и усилителя19, Благодаря действию отрицательнойобратной связи режим транзистора попостоянному току стремится к равновесному состоянию, причем уравнение,отражающее это состояние, вытекающееиэ ранее приведенных уравнений сигналов,в цепи обратной связи, имеетвид в в " = % О -О . Решение этого ураво к онения относительно напряжения Ок сооответствует выражению,"к-Прик+вМусловии 1 ) 1, которое отнбсительнопросто выполнить, используя усилитель 19 с высоким коэффициентом усиления,получают". О,рОо%о .Таким образом, напряжение коллектора Ок оказывается прямо пропорциональным только значению опорного напряжения Оо,путем регулирования которого можно,регулировать значение напряжения .Ок независимо от других Факторов,например от значения тока коллектора Э , который вырабатывается такженезависимо генератором 15 тока.В частном случае при условии 3 с= 1,которое достигается при соответствующем подборе плеч делителя на резисторах 20 и 21, напряжение Оп примерно равно напряжении О . Практическидостаточно, чтобы коэффициент %о составлял десятые доли единицы,так какв противном случае нужно испольэоватьбольшие значения номиналов резисторов 20 и 21,что неудобно с точки зрениясогласования делителя с входом усилителя 19.и коллектором транзистора.При осуществлении тестов по переменному току в процессе измерениякоэффициента матрицы рассеяния транзистора устройство работает аналогично устройству-прототипу следующим образом.ь нормальном положении управляемые переключатели 3 и 4 через конденсаторы 7 и 11 замыкают на корпус резисторы 8 и 12, причем по переменному току каждая из пар резисторов 8,9 и 12, 13 оказывается включенной параллельно и служит нагрузкой цепибазы или коллектора,а переключатель-"б подключает измерительный вход векторного вольтметра 2 к цепи базы.Посредством программатора 5 осуществляют необходимые комбинациивключения управляемых переключателей3, 4 и б путей подачи на их обмоткиуправления напряжения от блока 17Номиналы резисторов 8, 9 и 13 14должны быть выбраны попарно равными.В процессе выполнения динамических тестов сначала осуществляют двеоперации при отключенном от схемыустройства транзисторе,При срабатывании переключателя 3 .сигнал от генератора 15 через конденсатор 7, резистор 8 и контакты уп- зистора, при этом измеряют напряже-равляемого переключателя 6 поступа- ние 02, пропорциональное значениюет на вход измерительного канала отраженной волны в цепи базы транвекторного вольтметра 2, причем ре- зистора,гистрируется напряжение 0, которое Для выполнения условий, необходипропорционально удвоенному значению 5 алых для нормальной. работы векторнопадающей волны, поступающей в цепь го вольтметра при выполнении динамибаэы. ческих тестов, вход опорного каналаПри срабатывании переключателей векторного вольтметра 2 подключенб и 4 сигнал от генератора 15 через к выходу генератора 1. Полученнойконденсатор 11, резистор 12 и контак информации достаточно, чтобы вычисты переключателя б поступает на.из- . .пить значения комплексных коэффицимерительный канал векторного вольт-.ентов матрицы Рассеяния изме-,метра 2. Измеряемое напряжение 02 про- ряемого транзистора в рабочейпорционально удвоенному значению па- точке, определяемой током идающей волны, поступающей в цеГь 15 /напряжением Ок, которые задаются проколлектора. После этого в измеритель- граммируемыми генераторами 15 и 18,ную цепь устройства включают изме- причем при достаточно высоком коэфряемый транзистор и, согласно кодам фициенте усиления К цепи обратнойуправления программируемых генерато- . связи, которое определяется коэффиров 15 тока и 18 .опорного напряже циентами усиления усилителя 19 иния, его рабочая точка автоматичес- участка цепи обратной связи на транки устанавливается в режим, соответ- зисторе, режим транзистора по постоствующий заданным значениям тока Э и янному току сохраняется при смененапряжения О . После этого осущест- обРазцов измеряемых транзисторов одвляются следующие четыре динамичес 1 ного и того же или разных типов,ких теста по определению комплексных отличающихся разбросом вольт-ампериадряжений на коллекторе и базе изме- ных характеРистик., так как режим поряемого транзистора. постоянному току зависит только отПри срабатывании переключателя 3Режима, заданного генераторами 15 и 18.сигнал от генератора 15 через конден- ЗО Устройство также можно использо-сатор 7 и резистор 8 поступает на ба- вать для измерения цолевых транзистозу измеряемого транзистора. Измери- Ров с и-или р-каналами или с изолительный канал векторного вольтметра рованным затвором и транзисторов2 через нормально замкнутые контакты Р-и-р-структуры. Так, для измеренияпереключателя б подключен к базе З 5 транзисторов р-и-р-структуры достатранзистора. При этом измеряют напря- точно изменить полярность генератора. уение О, пропорциональное сумме па опорного напряжения и направледающей и отраженной волн в цепи ба- ние тока, вырабатываемого генератозы. Ром 15, а также обеспечить активныйПри срабатывании переключателей . режим работы усилителя 19 при отри 3 и б сигнал от генератора 1 также О цательных уровнях напряжения на его40поступает в цепь базы, но измеритель- выходе.ный канал векторного вольтметра 2 . Нормированные коэффициенты матри-через контакты переключателя 6 вод- цы рассеяния рассчитывают с помощьюключен к коллектору транзистора. Из- измеренных комплексных напряженийпомеряют напряжение О 2, пропорциональ Формуламное значению отражейной волны в цепиколлекторац,5 21ам О2кПри отключении переключателя 3 и1 " 01 2включении переключателей б и 4 транзистор включается по, переменному то" ф 5 ф, -4; 50 20 йку в обратном направлении, так как . .2 "2 02 Й,сигнал от генератора 1 поступает на где й и В 2- номиналы резисторов 8коллектор через конденсатор 11 и ре- (или 9)и 12 или 13 1 сзисто12. Пили соответственно.зистор . При этом измерительный Принципиальная схема устройстваканал векторного вольтметра через зз (фиг. 2)отвечает случаю измеренияконтакты переключателя б подключен бйполярных транзистЬ ранзисторов и-р-и-струкк коллектору. Измеряют напряжение 02 туры.пропорциональное значению суммы па- Использование программированныхдающей и отраженной волн в цепи кол- генераторов 15 и 18 позволяет автомалектора, При сохранении предыдущего 60 тизировать процесс измерения как имму ции для переключате- намических, так и статических парания как дилей 3 и 4 и,отключении переключате- метров транзисторов.ля б измерительный канал векторного Внедрение предлагаемого устройстчателя бвольтметра 2 через контакты переклю- ва позволяет 10чателя подключается к базе тран рость измерительного процесса эасчет сокращения времени, затрачиваемого на регулировку режима транзистора по постоянному току при сменеобразцов, которое составляет 100120 с при ручной регулировке и уменьшается в зависимости от типа измеряемого транзистора до 1-2 с при использовании предлагаемого устройства, при времени, затрачиваемом на выполнение динамических тестов, 10 с, что в конечном итоге повышает производи тельность устройства./39 Тир вниипи госудапо делам из 113035, Москв Подписноеа СССРийнаб., д. 4/