Устройство для измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

детекторам и пропорциональному модулятору, выход преобразователя параметр-напряжение соединен со входами первого и второго синхронных детекторов, выход первого детектора подключен непосредственнЬ к одному из входов, а выход второго детектора через первый аттенюатор - ко второму входу первого сравнивакнцего устройства, соединенного с пропорциональным модулятором, второй вход срав нивающего устройства через второй аттенюатор подключен к клемме истока полевого транзистора, клемма затвора которого соединена с выходом пропорционального модулятора 2, Данное устройство не обеспечивает высокой точности измерений вследствие специфических особенностей полевых транзисторов. Кроме того, устройство имеет низкую производительность, так как процесс измерений температурных коэффициентов не автоматизирован. Цель изобретения - повыгчение точности и автоматизация измерений. Поставленная цель достигается тем что в устройство введены четыре сиихронных детектора, два вычитающих уст ройства, делительное и множительнояелительное устройство, а также после довательно соединенные генератор-Формирователь запускающих импульсов,- моностабильный элемент, логический элемент ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора - формирователя импульсов, а выход моностабиль ного элемента соединен с системой транспортировки исследуемого элемента выход второго сравнивающего устройства -соединен с клеммой источника поле вого транзистора, а входы - с соответствующими выходами второго.синхро ного детектора и блока напряжений см щения, первые входы третьего и четве того синхронных детекторов подключены к выходу первого сравнивающего устройства, а пятого и шестого - к выхо ду первого вычитающего устройства, вторые входы третьего и пятого синхр ных детекторов подключены к выходу генератора-формирователя импульсов, а четвертого и шестого - к выходу ло гического элемента ИЛИ, выходы пятог и шестого синхронных детекторов соед нены с соответствующими входами втор го вычитающего устройства, выход которого соединен с одним из перемножа ющих входов множительно-делительного устройства, второй перемножающий и д лительный входы которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого синхронных детекторов, вы ходы которых соединены с соответству ющими входами третьего вычитающего устройства, выход которого соединен с одним из входов делительного устройства, второй вход которого подклю чен к выходу четвертого синхронного детектора, а выход - к первому вЗсоду регистрирующего прибора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходгш множительно-делительного устройства и логического элемента ИЛИ. Известно, что ЭР /.. / Р t°--t° . ЭР ,.. . au.-SMoV где л ч f - измеряемые температурные коэффициенты составляющих дрейфа параметров полевых транзисторюв, обусловленных соответственно относительной подвижностью носителей заряда в канале и контактной разностью потенциалов между затвором и каналом;, К- степень аппроксимирующего полинома характеристик управления полевого транзистора (для большинства типов полевых транзисторов), х 2 - для сток-затворных ка.аактеристик - f( ) и X 1 - для характеристик крутизны S f(Ujv( ) в усилительном режиме и проводимости канала G f (Uj ) в режиме управляемого сопротивления; Ж(и5„ и (Uvi) производные параметров Р по напряжению затвор-исток Uj характеристик управления полевого транзистора в термостабильной точке Ц при двух значениях температуры окружающей среды соответственно и (под параметрами Р следует понимать такие параметры полевого транзистора, как ток стока ГЗс, крутизна S, проводимость кангьпа G) j Ujw МПС. и и ,44ото. - напряжение отсечки полевого транзистора при температурах окружакйцей среды соответственно t° и . Если перейти к линейным характеристикам, например проводимости канала (х 1), то отпадает необходимость определения параметров полевого транзистора в термостабильной точке и выражения (1) и (2) можно представить через конечное приращение в следующем виде , |д J,,ь.il л( jHl - цотс: мотс. ди;ц()9«отсГ -9мотс. - : &SL (.j V . AU((-4) Соотношения (3) и (4) справедливы в том случае, если в процессе измерений независимо от.изменения температуры окружающей среды выполняется условие.

Таким образс 1, устройство в автоматическом режиме производит иэмерение напряжения отсечки и приращений напряжений, пропорциональных йроизводных, при двух значениях температуры окружающей среды и в соответствии с (3), (4) и (5) определяет искомые температурчые коэффициенты, обеспечивая выигрыш в точности и быстродействии измерений.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов; на фиг. 2 - характеристика проводимости канала полевого транзистора при двух значениях температуры окружающей среды, поясняющие принцип измерения; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит ряд функциональных систем. Исследуемый транзистор 1, преобразователь 2 параметр-напряжение, первый и второй синхронные детекторы 3 и 4 и пропорцио 1альный модулятор 5, управляемые генератором 6 импульсов, а также первый аттенюатор 1, с коэффициентом затухания равным двум, и первое сравнивающее устройство 8 образуют систему измерения производной проводимоети канала по напряжению затвор-исток полевого транзистора. Второй аттенюатор 9, соединенный с клеммой истока исследуемого транзистора 1, и имеющий коэффициент затухания равный двум, и первое вычитающее устройство 10 Обеспечивают непосредственный отсчет напряжения отсечки. Источник 11 напряжений смещения и второе сравнивающее устройство 12, соединенное с клеммой затвора транзистора 1, образуют систему стабилизаци проводимости в одной из точек исследуемой характеристики независимо от влияния температуры окружающей среды которая позволяет автоматически выполнить условие (5). Двухкамерный.темостат 13 с системой транспортировки , 14 исследуемого элемента из одной камеры в другую позволяет произвести модуляцию по температуре параметров полевого транзистора. Третий и четветый синхронные детекторы 15 и 16, тртье вычитающее устройство 17 и делительное устройство 18 представляют собой канал измерения температурного коэффициента составляющей дрейфа параметров, обусловленной подвижностью носителей заряда в канале (З).- В состав канала измерения температурногр коэффициента составляющей дрейфа параметров, обусловленной контакт- ной разностью потенциалов между затвором и каналом (4), входят пятый и шестой синхронные детекторы 19 и 20, второе вычитающее устройство 21 и мнэжительно-делительное устройство 22. Регистрирующий

прибор 23 осуществляет индикацию измеряемых величин. Управление всеми системами устройства производится с помощью генератора-формирователя 24 запускающих импульсов, моностабильного элемента 25 и логического элемента ИЛИ 26.

При подключении к измерительным клеммам устройства полевого транзистора 1 его рабочая точка оказывается смещенной в область максимума прово-

o димости исследуемой характер1 стики под влиянием большого разностного сигнала возникающего в сравнивающем устройстве 12 за счет опорного напряжения источника 11 и отсутствующе5го в данный момент напряжения синхронного детектора 4, что способствует образованию напряжений на выходах преобразователя 2 параметр-напряжение и синхронных детекторов 3 и 4 в резуль0тате непрерывной работы генератора 6. Выходное напряжение детектора 4, преодолевая в сравнивающем устройстве 12 опорное напряжение источника 11, переводит рабочую точку полевого транзистора 1 на участок характеристики,

5 определяемый начальными условия ™, с последующей стабилизацией в установившемся режиме проводимости G(tJju ) (фиг. 2) с заданной точностью, независимо от влияния различных факторов,

0 за счет изменения напряжения Ujn . Одновременно с этим выходное напряжение детектора 4, ослабленное аттенюатором в соответствующее число раз, сравнивается с полным напряжением детектора 3

5 в устройстве 8. Результат сравнения, усиленный в этом же устройстве, а затем преобразованный в пропорциональном модуляторе 5 в импульсное напряжение прямоугольной формы,воздействуя на

0 затвор, вызывает модуляцию проводимости канала полевого транзистора, при этом на выходе преобразователя 2 образуется напряжение,пропорциональное глубине модуляции 4 G (фиг. 2). В дальнейшем это напряжение с помощью

5 синхронных детекторов 3 и 4 разделяется по временному принципу с последующим накоплением информации в виде на1пряжений соответствующих максимальному G (Ujy ) и минимальному ШзУ зна0чениям проводимости канала транзистора в пределах модулирующего воздейстт ВИЯ. Таким образом, при выборе необходимых начальных условий работы детекторов 3 и 4 и модулятора 5, синх5ронизм которых обеспечивается генератором 6, данная система авторегулировки приходит в равновесное состояние, непрерывно поддерживая постоянной с заданной степенью тбчности ив соот0ветствии с уровнем затухания аттенюатора 7 глубину модуляции проводимости канала полевого транзистора 1, независимо от действия различных факторов, за счет изменения входного воз5действия йУзц.несЗущего информацию о производной проводимости исследуемой характеристики. НапряЩнйё ;й€ИёНйя Ujn определенной полярности, поступаю щее с выхода сравнивающего устройства 12 и ослабленное в два раза аттенюатором 9, вычитается в устройстве 10 с выходным напряжением сравнивающего устройства 8, а затем усиливается в два раза, образуя напряжение отсечки UjH.offic. исследуемого транзистора (фиг. 2) котЬрОе поступает для дальнейшей обработки на синхронные детекторы 19 и 20; Одновременно с ним выходное напряжение сравнивающего устройства 8, соответствующее производной проводимости 4 Uju , воздействует на информационные входы синхронных детекторов 15 и 16. К этому кЬМёнту времени полевой транзистор 1, нахбдяс в одной из камер термостата 13, приоб ретает температуру кристалла . (фиг. 3 а). Под влиянием управляющего импульса (фиг. 3 б) генератора-фор мирователя 24, воздействующего на уп- равл яю1айе входы синхронных детекторов 15 и 19 непосредственно, а 16 и 20 Через логический элемент ИЛИ 26, в детекторс1х 15 и 16 накапливается информация о производной проводимости, а в детекторах 19 и 20 - о напряжении отсечки ОЗУ.QfTic, соответствующих характеристике проводимости канала при тем пературе t° (фиг. 2). По окончанию управляющего импульса (фиг. 3 б), дли тШШюстькоторого зависит бт врейени убтановленйя переходных процессов в eiRrteWafS: авторёгулировок, синхронные детекторы 15 и 19 переходят в режим хранения информации, а моностабильный элемент 25 формирует импульс (фиг. 3 Б), который, воздействуя на систему транспортировки 14 и логический элемент ИЛИ 26, перемещает иссле дуемый транзистор 1 в другую камеру с температурой и продолжает сохранят ггрежний режим рабо-ш синхронных детек торов 16 и 20 (уПравля1ощйё йШ :& льС1а на фиг. 3 г). По мэре прогрева транэи тора (фиг. 3 а) изменяется наклон исследуемой характеристики (фиг. 2), при это1М системы стабилизации прбво. G ( ) и глубины модуляции проводимости AG, стремясь воспрепятствдвать изменению этих параметров, в11§йВа ю йзмененйя напряжения смещения Uju и модулирующего воздействия, Л UjM .что приводит к непрерывному на коплению информации о производной про йОДйИости и напряжении отсечки раздельно в синхронных детекторах 16 и 20. Изменякяцееся напряжение детектора 16 Ьбрабатывается в соответствии с (3) в канале измерения температурно го коэффициента сЛ , т. е. вычитается JS устройстве 17 с хранимым напряжением детектора 15, а образующаяся разность п6двергается делению в устройстве 18 на это же напряжение. Одновре менно с этим, выходное детектора 20 обрабатывается в соответствии с (4) в канале измерения второго температурного коэффициента р , т. е. вычитается в устройстве 21 .с хранимым напряжением детектора 19, а получаемая разг ность перемножается с хранимым напряжением детектора 15 и делится на изменяющееся напряжение детектора 16 в множительно-делительном устройстве 22. Спустя три-четыре тепловых постоянных переход-среда полевого транзистора, когда температура кристалла t,, (фиг. 3 а) станет равной температуре другой камеры термостата и дальнейшее изменение наклона характеристики проводимости (фиг. 2) прекращается, мбностабильный элемент, возвращаясь в исходное состояние, заканчивается формирование управляющего импульса (фиг. 3 в), переводя синхронные детекторы 16 и 20 в режим хранения накоп-, ленной информации о производной Д и и напряжении отсечки usH.omc., соответствующими температуре t°, и, воздей ствуя на систему транспортировки 14, возвращает ее в исходное состояние. При этом изымается старый и подключается к измерительным клеммам устройства новый транзистор, находящийся в первой камере термостата и успев ший заблаговременно прогреться до температуры t, а измерительное устройство подготавливается к новому циклу измерений. Отрицательный перепад напряжения, который образовывается на выходе логического элемента ИЛИ 26, разрешает регистрирующему прибору 20 индикацию выходных напряжений делительного 18 и миожитепьно-делительного 22 устройств, которые к данному моменту времени оказываются точно соответствующими измеряемым коэффициентам. Спустя некоторое предельно короткое время (индикация измеряемых температурных коэффициентов предыдущего транзистора может производиться во время измерения параметров последующего транзистора), снова срабатыва- ет генератор-формирователь 24 и про- цесс в измерительном устройстве периодически повторяется описанным выше способом, производя измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров все новых и новых транзисторов. Предлагаемое устройство отличается от известного повышенной точностью и быстродействием. Вьл1грыш в точности измерений заключен, прежде всего, в методе определения соответствующих коэффициентов. Температурный коэффициент составляющей, обусловленной относительной -подвижностью носителей заряда в канале, в соответствии с общепринятой методикой определяется соотношением,J «р - «V-iM - t.° цотсТ ЗмОтсюда выигрыш в точности измере чижх . ,i. (.ъ Температурный коэффициент составляющей, обусловленной контактной раз ностью потенциалов между затвором и каналом, при определении известными Методами 1иотсГУ5иоТС Сравнивая данное выражение с (2), получают выигрыш в точности измерени |Ь ЭР |эр р) (Ъ Эи )(J)VioV- Л-т1.Д.1°/Л Таким образом, при исследовании полевых транзисторюв с усредненными параметрами: « 0,6б%/с, р 2,2 мВ/ С и условия 4 х 1, At , UjM.omc. ЗВ, выигрыш в точности измерений коэффициентов состав лпет ,33 и ,49. Очевидно, вы игрыш будет возрастать по мере увели чения разности температур А t° и.при исследовании полевых транзисторов с меньшим напряжением отсечки. Проведенный анализ погрешностей показывает, что-при указанных выше условиях среднеквадратическая погреш ность измерения коэффициентов не пре вышает ,7%,. Количественную оценку выигрыша в быстродействии измерений произвести невозможно, так как известное устрой ство не автоматизировано. Однако предлагаемое устройство не уступает по быстродействию лучшим автоматизированным устройствам, предназначенны для измерения температурных коэффици ентов различных элементов, так как его время измерения не превышает тре четырех тепловых постоянных переходсреда полевых транзисторов. Формула изобретения Устройство дл.я измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов, содержсодее двухкамерный термостат с системой транспортировки иссл дуемого прибора из одной камеры в №С гую, регистрирующий, прибор, преобразователь параметр - напряжение, соединенный с исследуемым прибором, ген ратор импульсов, два синхронных дете тора , два аттенюатора, сравнивающие устройства, пропорциональный модулятор и источник напряжений смещения, при этом генератор импульсов подключен к первому и второму синхронным детекторам и пропорциональному ыокулятору, выход преобразователя параметр - напряжение соединен со входами первого и второго синхронных детекторов J выход первого детектора подключен непосредственно к одному из входов, а выход второго детектора через первый аттенюатор - ко второму входу первого сравнивающего устройства, соединенного с пропорциональным модуляторс 1, второй вход сравнивающего устройства через второй атте нюатор подключен к клемме истока полевого транзистора, клемма затвора ко- . торого соединена с выходом пропорционального модулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и автоматизации измерений,в него введеньз четыре синг хронных детектора, два вычитающих устройства, делительное и множительно-делительное устройства, а также последовательно соединенные генератор-формирователь запускающих импульсов, моностабильный элемент, логический элемент ИЛИ, причем второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу генератора-формирователя, а выход моностабильного элемента соединен с системой транспортировки исследуемого прибора, выход BTOpord сравнивающего устройства соединен с клеммой истока полевого транзистора, а входы - с соответствующими выходами второго синхронного детектора и блока напряжений смещения, первые входы третьего и четвертого синхронных детекторов подключены-к выходу первого сравнивающего устройства, а пятого и шестого - к выходу первого вычитающего устройства, вторые входы третьего и пятого синхронных детекторов подключены к выходу генератора-формирователя импульсов, а четвертого и шестого - к выходу логического элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого синхронных детекторов соединены с входами второго вычитающего устройства, вьлход которого соединен с одним из перемножающих входов множительноделительного устройства, второй перемножающий и делительный входы кото-рого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого синхронных детекторов, выходы которых,кроме того, соединены с входами.третьего вычитающего устройства, выход которого соединен с одним из входов делительного устройства, второй вход которого подключен к выходу четвертото синхронного детектора, а выход - к первому входу регистрирующего прибора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам .множительно-делительного устройства и логического элемента ИЛИ. Источники информации, принятые во вниманиепри-экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 277088, кл. G 01 R 25/00, 19б8. 2.Авторское свидетельство СССР 543894, кл.. G 01 R 31/26, 1975 (прототип).