Устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов Советский патент 1984 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения порогового напряжения полевых транзисторов. Известно устройство для исследова ния нестабильности порогового напряжения полевых транзисторов, обеспечивающее измерение параметра с помощью коротких тестирующих импульсов, амплитуда которых, благодаря наличию схемы с обратной связью, сле дит за изменениями порогового напряжения как функции времени или температуры СО. Недостатками известного устройств являются низкие точность измерения и быстродействие работы. Низкая точ- ность измерения и низкое быстродействие обусловлены применением нестабильной и низкочастотной обратной связи при организации задания испытательных воздействий на контролируемый полевой транзистор, а также применением преобразующих и регистрирующих устройств низкой точности и низкого быстродействия. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов, содержащее режимный источник питания и генератор тока, соединенные входами с соответствующими выходами блока управления, а своими выходами - соответственно с клеммами для подключения стока и истока испытуемого при бора, выходную клемму и операционный усилитель, неинвертирующим .входом соединенньй с общей шиной, а инвертирующим входом - с первым выво дом входн.ого резистора C2J, Благодаря тому, что в известном устройстве от режимного источника пи тания задается напряжение на стоке испытуемого прибора, а от генератора тока - ток в цепи исток-сток, на зат воре прибора, который подключен к выходу операционного усилителя, устанавливается напряжение, близкое к пороговому напряжению испытуемого транзистора в заданном режиме испытаний. Устройство обеспечивает измерение параметра в широком диапазоне изменений режимов. Однако известному устройству присущ ряд недостатков, ограничивающих его применение в контрольно-измерительном оборудовании для массового производства полевых транзисторов. Так, основным недостатком является значительная погрешность измере- i ния, обусловленная тем, что задание определенной величины тока стока осуществляется относительно входа операционного усилителя, и погрешность задания тока стока и устанавливаемого порогового напряжения определяется величиной входного тока названного усилителя, Другим недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное тем, что в холостом режиме (при отсутствии испытуемого транзистора) операционный усилитель находится в состоянии насыщения, выход из которого в режиме измерения требует сравнительно большого времени, особенное при малых значениях режимных токов. Кроме того, поскольку операционньй усилитель на-: ходится в насыщении, при подключении испытуемого полевого транзистора не исключена возможность выхода его из строя (пробоя), Это обстоятельство требует введения дополнительных средств ограничения напряжения в цепи обратной связи операционного усихмтеля, что вызовет дополнительную погрешность задания тока стока и, следовательно, снизится точность измерения порогового напряжения, В дополнение к перечисленным недостаткам следует отнести и ограниченные возможности применения устройства, например, при дистанционном измерении, В этом случае к каждому электроду испытуемого транзистора и, следовательно, к входу и выходу операционного усилителя неизбежно подключаются значительные емкости экранированного кабеля (до 10 тыс, пФ), что предъявляет высокие требования к амплитудно-частотной характеристике операционного усилителя для сохранения его устойчивости. Удовлетворение этим требованиям отрицательно скажется на быстродействииг операционного усилителя и устройства в целом. Следствием этого является увеличение опасности пробоя испытуемого транзистора, так как время выхода операционного усилителя из режима насыщения увеличивается. Цель изобретения - повьш1ение точности и .быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов, содержащее режимный источник питания и генератор тока, соединенные входами с соответствую1цими входами блока управления, а своими выходами - соответственно с клеммами для подключения стока и истока испытуемого прибора, выходную клемму и операционньш усилитель, неинвер- тирующим входом соединенный с общей шиной, а инвертирующим входом - с первым выводом входного резистора, введены повторитель и резистор обратной связи, а режимнью источник питания снабжен дополнительным входом, причем клемма для подключения затвора испытуемого прибора присоединена к общей шине, вход повторителя соединен с клеммой для подключения исто- ка испытуемого прибора, а выход повторителя - с выходной клеммой и с вторым выводом входного резистора,. резистор обратной-связи включен между инвертирующим входом операционного усилителя и его выходом, который подключен также к дополнительному входу режимного источника питания .

При таком выполнении устройства обеспечивается поддержание с высокой точностью режима испытуемого полевого транзистора во время действия испытательного сигнала, в результате чего исключается техническое противоречие между точностью и быстродействием Измерения, т, е. устройство позволяет получить высокую производительность контроля при высокой точности измерения.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для измерения порогового напряжения полевых транзисторов.

Устройство содержит клеммы 1,11,3 для подключения испытуемого полевого транзистора, режимный источник 2 питания, генератор 3 тока, повторитель 4, операционньш усилитель 5, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, с входным резистором 6 и резистором 7 обратной связи соответственно, блок 8 управления и выходную клемму 9. К общей шине подключена клемма затвора транзистора. Режимный источник 2 питания может быть вьтолнен, например, в виде последовательно включенных источника 10 постоянного напряжения и суммирующего усилителя 11 с суммирующими резисторами 12 и 13 и масштабирующим резистором 14.

Клемма 1,2 для Подключения истока испытуемого транзистора соединена с

выходом генератора 3 тока и выходом повторителя 4, выход которого подключен к выходной клемме 9 устройства и через входной резистор 6 - к входу операционного усилителя 5, выход

которого через резистор 13 соединен с входом суммирующего усилителя 11 входящего в состав режимного источника 2 питания. Выходы блока 8 управления раздельно соединены с генератором 3 тока и источником 10 постоянного напряжения, которьш через резистор 13 соединен с входом усилителя 11, выход которого соединен с клеммой 1,1 для подключения стока

испытуемого транзистора.

Режимный источник 2 питания служит для задания напряжений на сток испытуемого полевого транзистора. Генератор 3 тока предназначен для задания

и поддержания стабилизированного тока через канал сток-четок испытуемого транзистора.

Повторитель 4, подключенный своим входом к истоку испытуемого транзистора, операционньй усилитель 5 с входным резистором 6 и резистором 7 обратной связи и резистор 13 образуют цепь обратной связи между истоком и суммирующей точкой усилителя

11) которая (цепь обратной связи) предназначена для поддержания постоянного напряжения между стоком и истоком испытуемого транзистора за счет сложения напряжения на стоке с

напряжением затвор-исток, , Кроме то го, повторитель 4 служит для развяз си цепи истока испытуемого транзистора от выходной цепи устройства и цепи обратной связи с низким импе-

дансом.

Блок 8 управления предназначен для формирования сигналов на включение генератора 3 тока и источника 10 постоянного напряжения. При этом блок 8 управления обеспечивает включение режимных источников питания 2 и 3 на испытуемый транзистор только при подключении его к клеммам 1.1-1,3,

Устройство работает следующим образом.

Испытуемый полевой транзистор подключают к клеммам 1,1-1.3 испытуемого транзистора. При нажатии кнопки Пуск (не показано) блок 8 управления формирует сигналы на включение генератора 3 тока и источника 10 постоянного напряжения. По истечении времени на установление переходных процессов в схеме измерения на выходе повторителя 4 формируется напряжение, соответствующее пороговому при заданном токе стока., В процессе измерения обеспечивается.поддержание режима на испытуемом транзисторе за |счет цепи обратной связи, образованной повторителем 4 и операционным усилителем 5 с резисторами6, 7 и 13 которая (депь обратной связи) передает напряжение с истока испытуемого транзистора на выход суммирующего усилителя 11с кoэффицйeнтo передачи . Кроме того, ток в испытуемый транзистор задается генератором 3 тока, причем точность задания высокая в результате развязки истока от цепи обратной связи посредством повторителя 4., При высокой точности реализации коэффициентов передачи задающего тракта поддержание режима испытуемого транзистора (тока через канал и напряжения сток-исток) осуществляется с малой погрешностью, что способствует повышению точности измерения. Благодаря тому, что блок 8 управления обеспечивает включение режимных источников 2 и 3 только на подключенный к клеммам 1.1-1.3 испытуемый транзистор, исключен режим i нacьш eния усилителя 11 при отсутстви испытуемого транзистора и тем самым увеличено быстродействие устройства.

Влияние величины входного тока повторителя 4 на погрешность измерения в предлагаемом устройстве меньше, чем в устройстве-прототипе. Несмотря на то, что погрешность задания .тока стока испытуемого транзистора при использовании в качестве повторителя идентичного с устройством-прототипом усилителя одинакова в сравниваемых устройствах, однако погрешность выходного напряжения усилителя-повторителя .4 из-за входного тока при значительно меньше, чем при инвертирзчощем включении усилителя, как это имеет место в известном устройстве. Погрешность выходного напряжения в предлагаемом устрой-: стве определяет точность задания напряжения сток-исток, которое мало влияет на зависимость тока стока от напряжения на затворе и, следовательно, на точность измерения. В известном устройстве эта погрешность является составляющей погрешности измерения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность и быстродействие измерения порогового напряжения полевых транзисторов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, содержащее режимный источник питания и генератор тока, соединенные входами с соответствующими выходами блока управления, а своими выходами - соответственно с клеммами ИБЛЯеТЕкА для под1сгаочения стока и истока испытуемого прибора, выходную клемму и операционный усилитель, неинвертирующим входом соединенный с общей шиной, а инвертирующим входом - с первым вьшодом входного резистора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и .быстродействия, в него введены повторитель и резистор обратной связи, а режим-, ный источник питания снабжен дополнительным входом, причем клемма для подключения затвора испытуемого прибора присоединена к общей шине, вход повторителя соединен с клеммой для подключения истока испытуемого прибора, а выход повторителя - с выход(Л ной клеммой и с вторым вьюодом входного резистора, резистор обратной связи включен между инвертирующим входом операционного усилителя и его выходом, который подключен также к дополнительному входу режимного источника питания. со О5 00 ел