Устройство для контроля электрических параметров полупроводниковых диодов Советский патент 1985 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к области контроля готовых полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля напряжения стабилизации и дифференциального сопротивления стабилитронов.

Известно устройство для контроля параметров полупроводниковых диодов которое содержит источник стабильного постоянного тока и генератор переменного тока, подключенные своими выходами к коммутатору объектов контроля, с которым соединены узлы подключения контролируемых диодов, магазин эталонных сопротивлений, полосовой фильтр и блок контроля напряжения ClX,

Недостатком этого устройства является низкая производительность, обусловленная поочередной проверкой напряжения стабилизации и дифференциального сопротивления каждого диода.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля электрических параметров полупроводниковых диодов включающее компаратор, блок памяти, .коммутатор, входы которого соединены с KOHTaKTHbJM блоком, а выход с выходом блока задания тока и входами полосового Ультра и фильтра низких частот, выход которого соединен с входом измерителя напряжения, выход которого соединен с первым входом блока фиксации результатов, управляющий вход которого сое динен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входом управления коммутагтора 2 3.

В известном устройстве уровень отбраковки, дифференциального сопротивления определяется по эталонному сопротивлению и хранится в блоке памяти в. аналоговой форме. Диапазон хранимого в блоке памяти напряжения определяется классом контролируемых .стабилитронов..

Известное устройство может быть использовано для контроля стабилитронов без потери точности в узком диапазоне изменения переменноно напряжения, что ограничивает номенклатуру контролируемых стабилитронов.

Кроме того, в известном устройстве источники переменного и постоянн го токов программируются раздельно.

т.е. при необходимости изменения величины тока стабилизации З соответ- ствующнм образом нужно изменить и величину переменного тока 3 (например, 5 для контроля дифференциального сопротивления стабилитронов Д808,3 5 мА, 3,0,5 мА, а если необходимо в дальнейшем перейти к проверке стабилитронов типа Д815, то мА,

0 мЛ), т.е. требуется изменение токов обоих источников. Это усложняет подготовку устройства к работе при смене типа контролируемых стабилитронов.

5 Недостатком известного устройства является также невысокая точность контроля динамического сопротивления , вызванная тем, что калибровочные сопротивление и диоды подключаются разными контактами коммутатора, кроме того, калибровка тракта контроля нелинейного дифференциального сопротивления диода постоянным эталонным сопротивлением с линейной

5 вольтамперной характеристикой вносит дополнительную погрешность в операцию калибровки и, следовательно, контроля, нелинейностью амплитудной (передаточной)характеристики детек-

тора в диапазоне входного сигнала, нелинейностью передаточной характеристики контура, состоящего из компаратора, блока управления и блока памяти,

В этом контуре используется сигнал постоянного тока, что затрудняет его обработку и снижает помехоустойчивость и точность устройства в целом.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля электрических параметров полупроводниковых

диодовj включающее коммутатор, входы которого соединены с контактным блоком, а выход - с выходом блока . задания тока и входами полосового фильтра и фильтра низких частот,

выход которого соединен с входом измерйтеля напряжения, выход которого соединен с первым входом блока фик- сащи результатов, управляющий вход которого.соединен с первым выходом

блока управления, второй выход кото рого соединен с входом управления коммутатора, снабжено первым цифроана- логовым преобразователем, блоком вычитаиия, избирательным усилителем и фазовым детектором, а блок задани тока выполнен с двумя дополнительны ми входами и дополнительным выходо в виде генератора постоянного напря жения,.генератора переменного напря жения, сумматора, второгоцифроаналогового преобразователя и стабилиз тора .тока, при этом выходы генераторов постоянного и переменного напряжений соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора выход которого соединен с опорным входом второго цифроаналогового пре разователя, выход которого соединен с управляющим входом стабилизатора тока, выход которого соединен с выходом блока задания тока, цифровой вход второго цифроаналогового преобра зователя соединен с первым дополнительным входом блока задания тока, а управляющий вход сумматора - с- вт рым дополнительным входом блока задания тока, выход генератора переме ного- напряжения соединен с дополнительным входом блока задания тока, который соединен с опорными входами первого цифроаналогового преобразов теля и фазового детектора, выход которого соединен с вторым входом блока фиксации результатов, а сигнальный вход фазового детектора соединен с выходом избирательного усилителя, вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с выходом по лосового фильтра, а второй вход - с выходом первого цифроаналогового преобразователя, цифровой вход кото рого соединен с третьим выходом бло ка управления, четвертый выход которого соединен с первым дополнител ным входом блока задания тока, а пятый выход - с вторым дополнительным входом блока задания тока, выход бл ка фиксации результатов соединен с входом блока управления. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для контроля электрических параметров полупроводниковых диодов; на фиг.2 - схема генератора переменного напряжения, на фиг.Зсхема сумматора; на фиг.4 - структурная схема избирательного усилителя; на фиг.5 - структурная схема коммутатора; на фиг.6 - стабилизатор тока; на фиг.7 - блок управления; на фиг.8 - блок фиксации резуль татов. Устройство для контроля электри- , ческих параметров полупроводниковых диодов содержит коммутатор 1, входы которого соединены с контактным блоком 2, а выход коммутатора 1 соединен с выходом блока 3 задания тока и входами полосового фильтра 4 и фильтра 5 низких частот, выход которого соединен с входом измерителя 6 напряжения, выход которого соединен с первым входом блока 7 фиксации результатов, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 8 управления, второй выход которого соединен с входом управления коммутатора I, первый цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 9, блок 10 вычитания, избирательный усилитель II и фазовый детектор.12, при этом блок 3 задания тока выполнен в виде генератора 13 постоянного напряжения и генератора 14 переменного напряжения., выходы которых соединены с первым и вторым входами сумматора15 выход которого соединен с опорным входом второго цифроаналогового преобразователя (ЦА11) 16, выход которого соединен с управляющим входом стабилизатора 17 тока, выход которого соединен с выходом блока 3 задания тока, выход генератора 14 переменного напряжения соединен с опорными входами первого цифроаналогового преобразователя 9 и фазовогр детектора 12, выход которого соединен с вторым входом блока 7 фиксации результатов, а сигнальный вход фазового детектора 12 соединен с выходом избирательного усилителя 11, вход которого соединен с выходом блока 10 вычитания, первый вход которого соединен с выходом полосового фильтра 4, а второй вход с выходом первого цифроаналогового преобразователя 9, цифровой вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с цифровым входом второго цифроаналогоБОго преобразователя 16, а пятый - с управляющим входом сумматора 15, выход блока 7 фиксации результатов соединен с входом блока 8 управления. Посредством контактного блока 2 подключаются . контролируемые диоды 18. Генератор 14 (фиг.2) должен вырабатывать стабильное переменное напряжение. Он содержит задающий генератор 19, выход которого соединен с входом стабилизатора 20 амплитуды, выход которого соединен с выходом генератора 14. Задаюпщй генератор 19 выполнен в виде RC-генератора на трех фазосдвйгающнх цепоч ках 21-23, операционном усклителе ,6у) 24 и резисторах 25-27. Стабилизатор 20 выполнен в виде входного делителя на резисторе 28 и фоторезисторе 29, средняя точка входного делитепя соединена с входом усилителя 30 мощности выход КОТОРОГО соединен с выходом стабилизатора 20 и делителем на резисторах 31 и 32 средняя точка которого соединена с усилителем обрат нойСВЯЗИ, выполненным на операционном усилителе 33 и резисторах 34 и 35 Выход усилителя обратной связи соединен с лампой 36 накаливания, расположенной вблизи фоторезистора 29. Аналоговый сумматор 15 (фиг.З) может содержать операхщонный усилитель 37, суммирующие резисторы 38 и 39, резисторы. 40,1-40N обратной свя зи и резистор 41 смещения. Резисторы 40 1-40Nсоединены, с инвертирующим , входом усилителя 37 через замыкаюApte контакты 42.1-42.N ключей 42. Управляющие входа ключей 42 йоединены с управляющим входом аналогового сумматора 15. Избирательный усиЛитель 11(фиг.4| содержит входной делитель на резистоpax 43 и 44,подключенный через кон;денсатор45 к инвертирующему входу первогооперационного усилителя 46, выход которого через параллельно вкл ченные резистор 4,7 и конденсатор 48 со.единен с его инвертирующим входом, а через делитель на резисторах 49 и 50 соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя 51. Выход усилителя 5Г является выходом избирательного усилителя 11. Меж ду выходом усилителя 51 и общей резисторов 43 и 44 включен резис тор 52. Коммутатор I (фиг.5) содержит регистр 53 сдвига с обмотками реле 54.1-54.N на соответствующих выходах Правые контакты {а ) реле соединены с входаш коммутатора, левые контакты (б) соединены .между собой и подклю .чены к выходу коммутатора 1, входы регистра 53 соединены с первым и вто рым, управляющими входами коммутатора I.. Стабилизатор 17 тока (фиг.б) содержит схему 55 сравнения, первый вход которой является входом стабилизатора 17, а выход через последовательно соединённые регулирующий элемент 56, датчик 57 тока соединен с вторым вхоДом схемы 55. Регулирующий элемент 56 запитан от генератора 58 напряжения. Блок .8 управления (фиг. 7)содержит, триггер 59 управления с кнопкой Пуск на входе. Выход триггера 59 подключен к входу злемента И 60, к другому входу которого подключен генератор. 61 импульсов. Второй вход (вход обнуления триггера 59 соединен входом блока 8 управления. Кроме того, блок 8 содержит задатчики 62-65 кодов диапазона воздейстг; ВИЯ, величины тока воздействия, уставки Г , уставки и соответственно и кнопку 66 обнуления, подключенные к соответствующим выходам блока 8. Кнопка .66 также подключена к входу обнуления триггера 59. Блок 7 фиксации результатов контроля (фиг.8) содержит элемент 67 И, схему 68 сравнения, регистр сдвига, регистры 70 и 71 памяти с индикаторами (лампочками) 72,172.N .и 73.1-73.N соответственно на выходах формирователь 74 импульса. При этом вход формирователя 74 соединен с первым входом регистра 69 и подключен к выходу элемента И 60 а выход подключен к первым входам элемента 67 и схемы 68, вторые входы которых соединены соответственно с выходом фазового детектора J 2 и измерителя 6, третий вход схемы 68 соединен с заДатчиком 63 кода ycтaв ки UCT. Выходы элемента 67 и схемы 68подключены к входам записи регистр ров 70-и 71 памяти соответственно, одноименные установочные входы регистров 70 и 71 соединены и подключены к соответствующим выходам ретистра 69 сдвига, вход обнуления ко:TQporo соединен с аналогичными вхо;дами регистров 70 и 71 и подключен к кнопке 66 обнуления, другой.выход (выход переноса единицы) регистра 69сдвига соединен с вторым входом триггера 59 блока 8. ЦАП 16 предназначен для преобразования кода величины тока стабилизации контролируемых диодов 18 с задатчика 63 в напряжение . 7 ЦАП 9 преобразует код величины граничного значения дифференциального сопротивления контролируемых диодов 18 с эадатчика 64 в напряжение . ЦАП 16 и ЦАП 9 аналогачны по кон струкции. Как известно, ЦАП преобразует опорное напряжение в пропорцио нальную коду величину. Оч евидно, что при этом форма напряжения на выходе ЦАП повторяет форму опорного напряжения, т.е. если опорное напряжение ЦАП имеет син соидальную форму, выходное напряжение ЦАП будет иметь такую же форму ,(при этом, естественно, частота пос тупления управляющего кода должна быть соотнесена к частоте изменения опорного напряжения/. Поэтому ЦАП 9 на опорного напряжения синусоидальной формы формирует синусоидальд{ое напряжение с амплитудой, пропорциональной коду задатчика 64,. а ЦАП 16 из опорного напряже ния, содержащего постоянную и переменную составляющие, формирует нап ряжение, содержащее постоянную и переменную составляющие с амплитудо пропорциональной коду задатчика 63. i Полосовой фильтр 4 и фильтр 5 ни ких частот предназначены, соответственно, для выделения переменной ( U,,, )и постоянной .составлякнцих сиг нала, снимаемого с диода 18, причем амплитуда переменной составляющей пропорциональна .вехшчнне Гд, а величина постоянного сигнала равна напряжению стабилизации контролируе мого диода 18. Блок 10 вычитания предназначен для определения разности uU/v сягнала U( , пос-рупающего с выхода Ультра 4, и напряжения tl пропор ционального граннчному значению г и поступающего с выхода ЦАП 9. Конструкция блока: 10. вычитания аналогична конструкции сумматора 15 разница лишь в том, что сигналы fy и Uj подаются соответственно на инвергирукшшй н неинвертирующие входы операционного усилителя (например, типа J 53 УД2), а на выходе формируется разность входных сигналов. Фазовый детектор 12 предназначен для определения знака разностного сигнала Л Uj относительно знака опор ного сигнала, поступающего с выхода генератора 14. 68 Согласно ГОСТ 18986.22-78 измерение г осуществляется измерением падения напряжения, вызываемого переному току в ТОЧКУ вольт-амперной характеристики, в которой производят измерение . При этом переменная и постоянная составляющие тока через контролируемый стабилитрон стабилизируется стабилизатором 17, управляемым напряжением с ЦАП 16. Устройство работает следукяцим образом. ; С помощью задатчиков 62-65, выполненных на кодовых переключателях типа Ш110-МЕ 0100360 061 ТУ, задают коды диапазона тока через контролируемый диод 18, код величины тока стабилизации через контролируемый диод, код граничного значения { уставки Гд , код уставки напряжения стабилизации Uf;f, включают питание устройства н нажимают кнопку 6.6, устанавливая в исходное состояние триггер 59, регистры 53 н 69 сдвига и регистры 70 и 71. Затем диоды 18, дифференциальное сопротивление и напряжение стабилизации ( )которых подлежат контролю, подключают через контактный блок 2 к входам (контактам ) реле комI мутатора 1 и нажимают кнопку Пуск :в блоке 8, устанавливая триггер 59 . в состояние, разрешакицее элемент 60И. :Первый импульс генератора 61 проходит через элемент И 60 на входы регистров 53 и 69 сдвига, устанавливая передним фронтом на их первых выходах сигналы срабатывания реле 54.1 и разрешая запись в первые разряды регистров 70 и 71.соответственно. Контакты(о(-Ь1)реле 54. 1 замыкаются и выход стабилизатора 17 оказывается подключенным к первому из диодов 18. После включения питания также начинает работать генератор 19 генератора 14. Сигнал с выхода ОУ 24 поступает на вход стабилизатора 20 переменного сигнала. Выходной сигнал с усилителя 30 мощности поступает на вы:ход стабилизатора 20. Стабилизатор 20 работает так, что любое изменение, например увеличение, входного сигнала через усилитель обратной связи .33 вызывает изменение яркости лампы 36, сопротив9ление фоторезистора 29 падает, соответственно уменьшается входной сигнал. Переменное напряжение с выхода стабилизатора 20 через .резистор 38 поступает в точку А аналогового сум матора 15. В эту же точку через резистор 39 поступает напряжение с генератора 13 постоянного напряжения. Величины сопротивлений резисторов 38 и 39 выбраны в соотношении 10:1 {т.е. номинал резистора 38 в десять раз больше номинала резистора 39). Поэтому переменная состав ляющая сигнала на выходе аналогового сумматора 15 всегда будет состав лять десятую часть постоянной составляющей. Напряжение с сумматора 15 поступает на ЦАП 16 в качестве опорного. В зависимости от кода с задатчика 63 на выходе ЦАП 16 фор14ируется нап ряжение, поступающее на вход стабилизатора 17. Через диод 18 начинает протекать ток(3 + jj. ) заданной величины. Стабилизатор 17 тока работает к-ак авто . регулирующая система поддержания по тоянной разности потенциалов на дат чике 57 через схему 55 и регулирующий элемент 56 за счет генератора 58 На вход схемы 55 поступает напряжение Уд с датчика 57 тока, равно Уд Зд-Рд ,. где напряжение на вы ходе датчика тока {относительно точ ки подключения датчика через коммутатор 1, контактный блок 2 и контро лируемым диодам 18 ) Зд - ток через датчик тока, Кд- сопротивление дат чика 57 тока. Форма тока через диод 18 будет повторять форму напряжения U ; т.е. будет содержать постоянную и переменную составляющие. Переменное напряжение U, величина которого пропорциональна величине д контролируемого диода 18, а .фаза совпадает с фазой напряжения с генератора 14 (совпадение фаз обе печивается конструкцией ЦАП 9 и сумматора I5, ЦАП 16, ЦАП 9 - сигнал не инвертирует., сумматор 15, ЦАП 16 инвертируют), через фильтр 4.поступает на первый вход блока 10, на вт рой вход которого с выхода ЦАП 9 поступает напряжение уставки U, пропорциональное граничному значению г, диода 18. 768 При этом, если Uj( в HOpMe.j, то фаза Сзнак) напряжения дЦ на выходе блока 10 совпадает со знаком напряжения f, если (Го больше HopMijJ, то фаза lU изменяется на 180 по отношению к. Фазе,напряжения и, , т.е. ЛСГ и и,, будут иметь противоположные знаки. Далее переменное напряжение Л U поступает на вход избирательного усилителя 11, который усиливает сигнал только в узком диапазоне о частот, где f - частота задающего генератора 14, /af составляет величину 10% от р ( для отечественных ста билИтронов о 270 Гц). С выхода усилителя 1 1 сигнал лОлУ с амплитудой, достаточной для детектирования, поступает на вход фазового детектора 12. На опорный вход детектора 12 поступает опорный сигнал О, с выхода генератора 14. Фазовый детектор 12 работает так, что при совпадении фаз напряжений 40 и UQ, (т.е. д в норме) на его выходе формируется уровень логической единищ-чУр, при несовпадении фаз - уровень логического нуля U°, Сигнал с выхода фазового детектора 12 поступает на вход элемента 67 блока 7.. Постоянная составляющая напряжения с диода 18, равная напряжению UCT стабилизации этого диода, через фильтр 5 поступает на измеритель 6. С выхода измерителя 6 информация и величине Uj. в виде двоично-десятичного кода поступает на первые входы схемы сравнения 68 блока 7. На другие входы схемы 68 поступает код с задатчика 64. По заднему фронту импульса с элемента 60 И формирователь 74 формирует импульс, опрашивающий элемент 67 И и схему 68. Если величины дифференциального сопротивления и напряжения стабилизации контролируемого диода 18 соответствуют норме , на выходе элемента 67 и схемы 68 появляются импульсы записи единицы в первые разряды регистров 70 и 71 соответственно. Загораются лампочки 72.1 и 73.1, индицируя признак Годен. По второму импульсу генератора 61 состояние регистров сдвига изменяется так, что реле 34.1 отпускает, реле 54.2 срабатывает, контакты о( подключают к коммутатору I второй контролируемый, диод 18, а с- второго выхода регистра 69 сдвига разрешается запись единицы во вторые разряды регистров 70 и 71 памяти.

Далее устройство работает аналогич- 5 но описанному.После проверки всех N диодов 18 по импульсу генератора 61 возникает импульс переноса на выходе регистра 69 сдвига, -устанавливающий в О триггер 59, который за- ip прещает элемент 60. На индикаторах будет индицироваться признак годности (лампа горит) или негодности ((лампа не гррит);соответственно параметров г ,Ug диодов-18.,5

Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет повьтаенную точность.

Кроме того, расширению-номенклатуры контролируемых диодов спйсобст вует то, что в предлагаемом устройстве довольно просто обеспечивается формирование напряжения любом, сколь угодно широком, диапазоне.

Предлагаемое устройство удобнее в эксплуатации потому, что в нем упрощено формирование тока J..+ «л протекающего через контролируемый диод, введением аналогового, сумматора, исключена операция калибровки при смене типа контролируемого диода и введена индикация признака годности объекта контроля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ -ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, включающее коммутатор, входы которого соединены с контактным блоком, а выход - с выходом блока задания тока -и входами полосового фильтра и фильтра низких частот, выход которого соединен с входом измерителя напряжения, выход которого соединен с первым входом блока фиксации результатов, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен- с входом управления коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено первым цифроаналоговым преобразователем, блоком вычитания, избирательным усилителем и фазовым детектором, t а блок задания тока выполнен е двумя -дополнительными входами и дополнительным выходом в виде генератора постоянного напряжения, генератора переменного напряжения, сумматора, второго цифроаналогового преобразователя и стабилизатора тока,.при этом выходы генераторов постоянного и переменного напряжений соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого соединен с опорным входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом стабилизатора тока, выход которого соединен с выходом блока задания тока, цифровой вход второго цифроаналогового преобразователя соединен с первым дополнительным входом блока задания тока, а управляющий вход сумматора - с вторым дополнительным входом блока задания тока, выход генератора переменного напряжения соединен с дополнительным W входом блока задания тока, который соединен с опорными входами первого цифроаналогового преобразователя и фазового детектора, выход которого соединен с вторым входом блока фик- сации результатов, а сигнальный вход фазового детектора соединен с выхосо дом избирательного усилителя вход которого соединен с выходом блока 00 вычитания, первый вход которого соединен с выходом полосового фильтО) ра, а второй вход - с выходом первого 00 цифроаналогового преобразователя, цифровой вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с первым дополнительным входом блока задания тока, а пятый выход-с вторым дополнительным входом бло ка Задания тока, выход блока фиксации результатов соединен с входом блока управления.

Гм

IS

4JL

Фиг. I

Д блокам 15,9,12

1

a 2г 1 mlljL ,- - j,n ft

Фиг. 2 R гз lJ I . «rml

Фиг Л

±

bi а,

bi Хв2

53

Ьы

н

Фиг. 5

Л

Фт.

Фиг.7