Устройство для определения волтамперных характеристик переключающих элементов Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для исследования переключающих элементов. Известно устройство для исследования вальт-амперных характеристик полупроводниковых материалов, содержащее генератор, ртутное реле, коаксиальную измерительную линию, резистивный зонд, стробоскопический осциллограф и двухкоординатный самописец l . Недостаток известного устройства заключается в трудоемкости и длительности измерений и отсутствии воз можности измерения вольт-амперных характеристик низкоомного состояния переключающих элементов при постоянной амплитуде переключающего импульса. Наиболее близким к описываемому по технической сущности является устройство для определения вольт-амперных характеристик переключающих элементов, содержащее последовательн соединенные генератор, ртутное реле коаксиальную измерительную линию, вход которой через ограничитель тока соединен с входом синхронизации двух стробоскопических осциллографов, к выходам которых подключена аналоговая вычислительная машина, соединенная с двухкоординатным самописцем, линию задержки и два резистивных зонда, введенных в коаксиальную измерительную линию 2 . Однако это устройство нельзя использовать для определения характеристик низкоомного состояния переключающих элементов при постоянной амплитуде переключающего импульса, потому что для определения вольтамперной характеристики при помощи указанного устройства необходимо менять амплитуду переключающего импульса, подаваемого на образец. Как известно, многие параметры (время задержки, время переключения, сопротивление низкоомного состояния) переключающих элементов (например, на основе аморфных и стеклообразных полупроводников) зависят от амплитуды и формы переключающего импульса. Следовательно, для однозначного определения параметров элемента, например его сопротивления в низкоомном состоянии, необходимо определение вольт-амперной характеристики проводить при постоянных условиях, т.е. напряжение переключения не должно меняться.

Цель изобретения увеличение типов исследуемых элементов за счет обеспечения измерения вольтамперной характеристики низкоомного состояния переключающих элементов при постоянстве переключающего напряжения.

Это достигается тем,что в устройство для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых материалов введены дополнительные зонды и переменный резистор, причем два.входа одного стробоскопического осциллографа соединены дополнительными зондами, включенными параллельно исслбщуемому элементу,а два входа второго стробоскопического осциллографа подключены к двум другим зондам один непосредственно, а другой через линию задержки.

Схема устройства для исследования вольт-амперных характеристик переключающих элементов показана на чертеже.

Устройство состоит из генератора 1, ртутного реле 2, коаксиальной измерительной линии 3, ограничителя тока 4, стробоскопических, .осциллографов 5 и б, резистивных зондов 7,8,9 и 10, линии задержки 11, переменного резистора 12, аналоговой вычислительной машины 13 и двухкоординатного самописца 14. Генератор 1 соединен с ртутным реле 2, к которому подсоединена измерительная коаксиальная линия 3 с ответвлением для синхроимпульса, подаваемого через ограничитель тока 4 во входы синхронизации стробоскопических осциллографов 5 и 6. В измерительную коаксиальную линию 3, конец которой закорочен переменным резистором 12, введены резистивные зонды 7,8,9,10. Зонды 7 и В расположены мелоду ответвлением для синхронизации и переменным резистором 12 на расстоянии Ct СС - длительность импульса, С скорость света) от резистора 12. Один из них 7 через линию задержки 11 подключен к входу А стробоскопического осциллографа б, а второй, подключен прямо к входу в того же. осциллографа 6. Зонд 9 расположен между зондами 7 и 8, переменным резистором 12 и подключен к входу В стробоскопического осциллографа S. Между зондом 9 и переменным резистором 12 введен зонд 10, который соединен с входом А осциллографа 5. Аналоговые выходы стробоскопических осциллографов 5 и 6 соединены со вхдами аналоговой вычислительной машины 13, к выходу которой подсоединен двухкоордиватный самописец 14. Исследуемый образец располагается в измерительной коаксиальной линии 3между зондами 9 и 10 таким образом, чтобы его масса имела контакт с центральным проводником линии, а с внешним проводником контакт осуществлялс через последовательно подсоединенный переменный резистор 12.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемым образцом с последовательно подсоединенным переменным резистором 12 закорачивается коаксиальная линия 3. Наносекундный импульс , сформированный ртутным реле 2, созда1ет электрическое поле в образце и резисторе 12. Падающий на образец импульс (Unoig ) регистрируется зондом 7, установленным на расстоянии Ct /2 от образца, где t - длина импульса, с - скорость света, и через линию задержки 11 подается на вход В стробоскопического осциллографа 6. Отраженный от системы образец - резистор импульс ( UOI-P. ) регистрируется зондом 8 и подается на вход А того же осциллографа. При помощи линии задержки 11 оба сигнала совмещаются во времени. Осциллограф б работает в дифференциальном режиме, поэтому аналоговый сигнал.на выходе пропорционален разнице UnoQ.-UOTP. / что эквивалентно току систему образец - резистор.

На аналоговом выходе стробоскопического осциллографа 5 сигнгш будет пропорционален напряжению на образце, потому что этот осциллограф тоже работает в дифференциальном режиме, а сигнал, регистрируемый зондом 9, пропорционален напряжению на системе образец-резистор, а зондом 10 - напряжению на резисторе. Разница этих сигналов будет эквивалентна напряжению на образце.

Определение вольт-амперной характеристики низкоомного состояния переключающих элементов при постоянной амплитуде переключающего импульса производится плавным изменением величины переменного резистора 12. Максимальная величина переменного резистора подобрана так, чтобы не вызвать заметного перераспределения напряжения между ним и образцом в высокоомном состоянии.

Так как сопротивление переключающего элемент-а в высокоомном состоянии обычно составляет несколько сот килоом, то переменный резистор порядка нескольких килоом вполне подходящий. В низкоомном состоянии сопротивление образца составляет несколько десятков Ом. DosToiviy, меняя сопротивление переменного резистора от нескольких килоом до нуля, можно в широких пределах изменять ток через образец в низкоомном состоянии , практически не меняя амплитуды пеоеключагацего импульса.

Описываемое устройство расширивает информативность известного, позволяя определять вольт-амперные характеристики переключающих элементов при постоянной амплитуде переключаюtuero импульса. При помощи такого устройства можно достаточно быстро (в течение нескольких минут) определить вольт-амперную характеристику низкоомного состояния переключающих элементов. Это позволяет установить оптимальные параметры (длительность и амплитуду) переключающего импульса, при которых джоулевый разогрев элемента не превышает допустимого уровня, что способствует нахождению оптимальных условий работы прибора и увеличивает его стабильность и долговечность.

Формула изобретения

Устройство для определения вольт- амперных характеристик переключающих элементов, содержащее последовательно соединенные генератор, ртутное реле, коаксиальную измерительную линию, вход которой через ограничитель

тока соединен с входами синхронизации двух стробоскопических осциллографов, к выходам которых подключена аналоговая вычислительная машина, соединенная с двухкоординатным самописцем, пинию задержки, два резистивных зонда, введенных в коаксиальную измерительную линию, отличающееся тем, что, с целью увеличения типов исследуемых элементов, в коаксиальную измерительную линию введены дополнительные зонды и переменный резистор, причем два входа одного стробоскопического осциллографа соединены с дополнительными зондами, включенными параллельно исследуемому элементу,

5 а два входа другого стробоскопического осциллографа подключены к двум другим резистивным зондам - один непосредственно, а другой через линию задержки 1.

0

Источники информации, принятые во внимание при -экспертизе

1.Jantsch W., Heinrich М. Revue Sclent Instrument. 41, 1970, 228,

2.Авторское свидетельство СССР

5 № 543886, кл. G 01 R 27/00, 1975 (прототип).