Устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов Советский патент 1981 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического задания величины пикового тока туннельных диодов в процессах изгоговления мезоструктур электролитическим и химическим травлением, для установления пороговых величин переменных возмущений (температура, давление,магнитное поле и т.п.) , быстрого и точного измерения пикового тока или отбораразбраковки туннельных диодов по этому параметру.

Известно устройство для измерения пикового тока туннельного диода, содержащее генератор, подключенный к испытуемому туннельному диоду, а также измеритель тока на туннельном диоде Ll 3

Известное устройство позволяет измерять величину пикового тока, но не может его задавать, например, в процессе электролитического травления. Устройство не может быть использовано при измерении переменных магнитного, теплового полей, статического и переменного давления и в особенности их критических значений, регулируемых в широком интервале значений. Кроме того, уменьшается надежность используемого датчика, так как отсутствуют средства, предохраняtoющие перескок рабочей точки на диффузионную ветвь вольт-амперной характеристики туннельного диода, что приводит к быстрой деградации основных параметров.

IS

Известно также устройство для задгшия и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме

подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного тока и резистора 2.

Указанное устройство отличается недостаточно высокими точностью и надежностью, а также уз- кими функциональными возможностями. Случайные флуктуации могут перевести рабочую точку в область бо- лее высоковольтного напряжения, из-за чего известному устройству свойственна невысокая точность и надежность. Кроме того, в устройстве используется скачок напряжения от уродня пикового напряжения до напряжения раствора рольт-амперной характеристики туннельного диода, в результате скачка рабочей точки происходит повьдаение выделяемой мощности на туннельном диоде (. , где Р- мощность J U- напряжение на туннельном диоде), что приводит к деградации вОльтамперной характеристики и, тем самым, оказывает влияние на ранее заданную величину пикового тока, что также снижает точность и надежность работы устройства. Устройство не позволяет измерять быстро меняниойхся внешних возмущений, действующих на туннельный диод, что сужает его функциональные возможности.

Цель изобретения - повышение точности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключени исследуемого прибора, к другой клемме подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного тока и резистора, введены пороговое устройство, аналоговый ключ, компаратор, узел управляемых калиброванных токов счетчик импульсов и блок реализации команд, причем к выходу измерителя напряжения подключено пороговое устройство, а к выходу измерителя тока аналоговый ключ, управляющий вход ко торого соединен с выходом пороговое устройства, а выход подключен к одному входу компаратора, второй вход которого соединен с узлом управляемых калиброванных токов, а выход через шину сброса импульсов подключен к одному входу счетчика импульсов, другой вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с одним из входов блока реализации команд, второй вход которого подключен к узлу управляемых калиброванных токов, выход порогового устройства соединен с формирователем.

Предлагаемое устройство формирует импульс счета в момент достижения рабочей точкой заданного уровня пи- . кового тока туннельного диода. При этом рабочая точка никогда не достигает диффузионной ветви вольтамперной характеристики, что увеличивает точность и надежность. Кроме того, исключено локное срабатывание устройства от случайных флуктуации тока. Это тоже увеличивает точность и надежность, а также расширяет функциональные возможности, так как устройство позволяет измерять быстро меняющиеся внешние возмущения, надежно срабатывать при достижении заранее заданных критических величин этих возмущений.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройстваi на фиг. 2 временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов (фиг. I), к кото юму подключён формирователь 2 линейно изменяющего напряжения, последовательно с фop шpoвaтeлeм 2 включен резистор 3 смещения, испытуемой туннельный диод 4 и калиброванный резистор 5, параллельно туннельному диоду 4 подключен измеритель 6 напряжения, например дифференциальный усилитель постоянного тока, а также усилитель 7 постоянного тока, вместе с калиброванным резистором 5 составляющий измеритель 8 тока. Выход измерителя 6 напряжения

5 соединен со входом регулируемого порогового устройства 9, например триггера Шмитта, выход которого подключен к управляющему входу аналогового ключа 10, другой вход аналогового

0 ключа 10 соединен с выходом измерителя 8 тока, а выход - с одним входом компаратора 1I, другой вход компаратора I1 соединен с узлом I2 управлжшых калиброванных токов, а выход.

5 через щину 13 сброса импульсов подключен к одному входу счетчика 14 импульсов, другой вход ; последнего со(2Динен с генератором I тактовых 5 импульсов, а выход - с одним из вхо дов блока 15 реализации команд, вто рой вход которого подключен к уЗлу 12 управляемых калиброванных токов. Устройство работает следующим об разом. Генератор 1 тактовых импульсов в момент времени tt, выдает импульс (фиг. 2 а), который запускает форми рователь 2 (фиг. 2 б) и подает импульс на счетчик 14 импульсов. Формирователь 2 вьфабатывает пилообразное напряжение, поступающее в цепь, состоящую из резистора 3 смещения, туннельного диода 4 и калиброванного резистора 5. На измерител 6 напряжения поступает напряжение Ua, подающее на туннельном диоде 4 (фиг. 2 в). На усилитель 7 постоянного тока поступает напряжение U падающее на калиброванном резисторе 5 (фиг. 2 г), т.е. в функций тока, протекающего через туннельный диод 4 В момент времени t/o открывается пороговое устройство 9 (фиг. 2 д) с регулируемым порогом срабатывания, который может настраиваться в широком диапазоне уровней положительного перепада напряжения на туннель ном диоде (фиг. 2 в, д , промежуток времени tf t-o) Пороговое устройство9 управляет а логовым ключом 10 и пропускает через него сигнал U (Фиг. 2 е) от нулевого уровня тока через туннельный диод 4 до уровня тока, заданного пороговым устройством 9 (фиг. 2 г, е, промежуток времени ) , отсекая возрастающую ветвь тока после отрицательного перепада тока (фиг. 2 в, промежуток времени , ) , которая не позволила бы определить пиковый ток туннельного диода 4. Отсечка диффузионной ветви вольт-амперной характеристики уменьшает деградацию вольт-амперной характеристики туннельного диода. С выхода аналогового ключа 10 сигнал Ue, (фиг.2 е) подается на вход компаратора 11, на другой вход которого с узла 12 управляемых калиброванных токов поступает сигнал 1)7 (фиг. 2 е) . В момент ti уровни U и U7 совпадают, и компаратор 11 формирует импульс Ug (фиг. 2 ж, t) , который подается через шину I3 сброса импульсов на счетчик 14 импульсов. На вход счетчика 14 импульсов в нача 4« ле каждого цикла подаются импульсы с выхода генератора тактовых импульсов (to , Ц, фиг. 2 а) , и счетчик 14 импульсов запоминает единицу счета (причем с целью исключения импульсных помех он настроен таким образом, что с него можно, получить сигнал только при заполнении его числом, например п 2). При совпадении уровней Ue и U/ (ц, фиг. 2е) на шину сброса импульсов подается импульс Ub (tn , на фиг. 2 ж), и счетчик 14 импульсов сбрасывается в нулевое состояние. Как только уровень Ug не сможет превысить уровень U7 (фиг. 2 е), компаратор I 1 перестанет формировать импульсы, и в счетчик импульсов 14 с началом каодого цикла будет заноситься единица счета. При определенном числе единицы, например п 2, счетчик 14 импульсов подает импульс в блок 15 реализации команды. В зависимости от задачи этот блок может нести различные функции. Если это электрическое травление, то блок I5 реализации команды может нести функцию остановки травления (снятие питания, механический выброс диода и пр.) , если туннельный диод служит в качестве датчика (температура, давление, магнитное поле, световое и радиационное облучение и пр.)Jто блок 15 реализации команды 15 формирует .сигнал о достижении заданного уровня возмущеяяя4По сравнению с известным предлагаемое устройство отличается больтой точностью и надежностью, а также расширенными функциональными возможностями . Формула изобретения Устройство для задания и измерения пикового тока туннельных диодов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с формирователем, подключенным через резистор к измерителю напряжения и к одной из клемм для подключения исследуемого прибора, к другой клемме подключен измеритель тока, состоящий из усилителя постоянного voка и резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в него введены.пороговое устройство, аналоговый ключ, компаратор, узел управляемых калиброванных токов, счетчик И14пульсов и блок реализации комавд, причем к выходу измерителя напряжения подключено пороговое устройство, а к выходу -измерителя тока - аналоговый ключ, управлякощй .вход которого соединен с выходом по рогового устройства, а выход подключен к одному входу компаратора, второй вход которого соединен с узлом управляемых калиброванных токов, а выход через шину сброса импульсов подключен к одному входу

94614 ,8

счетчика импульсов, другой вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с одним из входов блока реализащш комавд, S второй вход которого подключен к

узлу управляе1« 1Х калиброванных токов, выход порогового устройства соед анен с формирователем.

0 Источ1шки информации, . принятые во внимание при экспертизе

i Авторское свидетельство СССР (Р 438945, кл. G 01 R 31/26, 1962.

2. Патент, США 3181383, кл, 156-17, опублик. 196 (прототип).

Фиг./