Измеритель заряда переключения транзисторов Советский патент 1982 года по МПК G01R31/26 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАРЯДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ

1

Изобретение относится к измерительной технике к может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов для выходного контроля, а также ; при разработке новьпс типов полупроводниковых приборов и при разработке импульсных схем с диодами и транзисторами, например усилителей класса Д.

Известен измеритель заряда переклю- fg чения полупроводниковых диодов, содержащий источник прямого тока, генератор переключающих импульсов обратного напряжения, детекторную схему н устройство индикации 15

Однако получаемые с помсяцью этого устройства результаты измерения имеют значительную погрешность, обусловлен-.ную зависимостьюрезультатов измерений от длительности переключающее2в импульсов, величины прямого и обратного токов диодов, особенностей детекторной схемы и емкостей R - м -переходов.

Известен также измеритель заряда переключателя полупрстодниковых диодов, содержащий генератор прямого тока, генератор переключающих импульсов, двузвдиодную детекторною схему, усилитель, регулируемый делитель, источник напряжения смещения с устроЛ;твом индикации, операционный усилитель, генератор импульсов обратного тока, подключенный к одному электроду исследуемого диода, защунтированного конденсатором, к другому электроду которого подключен резистор 2 .

Операционный усилитель в такой сх&ме, обеспечивая стабилизацию уровня постоянной составпякщей импульсов обратного тока снижает погрешности детектирования, но практически не снижает другие составлякхцие погрещноста измерения заряда переключения.

Наиболее близким к изобретению является измеритель заряда переключения, содержащий генератор прямого тока, генератор импульсов офатного напряжения 39 управляемый негатрон, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, три конденсатора и два.резистора З . Недостатками известного измерителя заряда переключения являются значитольная температурная погрешность, связанная с изменением положительного и отрицательного сопротивлений негатрона, и значительная погрешность, связанная с падением на нег атроне части выходного напряжения цифроаналогового преобразователя, приводящим к нелинейной зависимости показания прибора от величины заряда переключения. Кроме того, на выходе цифроаналогового преобразователя присутствуют выбросы напр жения, приводящие к дополнительной пог ности измерения. Указанные выбросы свя заны с коммутацией ключей цифроаналого вого преобразователя. Цель изобретения - повышение точнос ти измерений. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель заряда переключения транзисторов, содержащий генератор импульсов, конденсатор, шунт, клеммы для подключения эмиттера, базы и коллекторы испытуемого транзистора, введены блок переключения, блок нагрузок,- цифровой вольтметр, три источника напряжения, причем первый вывод питания блока переключения подключен к первому выходу первого источника напряжения, второму входу цифровоз о вольтметра и первом выводу шунта, вто-о.й вывод которого со единен с вторым вькодом блока переклю чения, первым входом цифрового вольтметра и первым выводом конденсатора, второй Вывод которого подключен к клем ме для подключения эмиттера испытуемо го трс-нзистора, общей шине первого, вто po.ro и третьего источника напряжения, второй вывод питания блока переключени соединен с выходом второго источника напряжения и вторым выходом генератора импульсов, первый выход которого подключен к входу блока переключения, первый выход которого соединен с клеммой для подключения базы испытуемого транзистора, клемма для подключения коллектора которого подключена к первом выводу блока нагрузок, второй вывод ко торого подключен к первому выходу третьего источника напряжения. Кроме того, -блок переключения содержит первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, причем вход блока переключения соединен с базами первого и второго 84 транзисторов, первый вывод питания блока переключения подключен через второй резистор к коллектору первого транзистора и базе третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выходом блока переключения, эмиттер подключен к коллектору второго транзистора и первому выходу блока, эмиттеры первого и второго транзисторов через первый и третий резисторы соответственно соединены с вторым выводом питания блока переключения. На чертеже приведена структурная схема измерителя заряда переключения. Измеритель содержит генератор 1 импульсов, первый 2, второй 3 и третий 4 источники постоянного напряжения, конденсатор 5 клеммы эмиттера 6, базы 7 и коллектор 8, блок 9 нагрузок, блок 10 переключения, который содержит первый 11, второй 12 и третий 13 транзисторы и первый 14, второй 15 и третий 16 резисторы, шунт 17 и цифровой вольтметр 18. Генератор 1 импульсов формирует одасшолярные импульсы прямоугольной формы, управляющие работой блока 1О, источники 2 и 3 nocTosfflHoro напряжения, обеспечивают его питанием. Источник 4 постоянного напряжения служит для питашю цепи коллектора испытуемого транзистора. Конденсатор 5 выполняет операцию интегрирования импульсов тока переключения транзисторов. Блок 9 нагрузок введен для обеспечениявозможности измерения заряда переключения транзисторов различной мощности при различных видах нагрузок. Он содержит несколько резисторов, конденсаторов и катушку индуктивностей, которые могут соединяться в различных комбинациях, определиек-шк техническими условиями на испытания транзистора. Блок 10 переключения введен в измеритель для переключении испытуемых транзисторов. Шунт 17 введен в измеритель для получения напряжения, пропорционального величине компенсирующего тока, равного среднему значению импульсов тока переключения, который, в свою очередь, пропорционален заряду переключения. Цифровой вольтметр 1В введен в измеритель для обеспечения отсчета величины напряжения, действующего на шунте. Блок 10 содержит формирователь отпиракшшх импульсов тока и формирователь запирающих импульсов напряжения, входы и выходы которых попарно соединены друг с другом. Формирователь отпирающих импульсов тока представляет собой преобразователь импульсов напряжения в импульсы тока, вьшолненные на втором транзисторе 12. Сопротивление третьего резистора 16 определяет величину коэффициента преобразований. Формирователь запирающих импульсов напряжения представляет собой двухкаскадный усилитель импульсов, содержащий первый 11 и третий 13 транзисторы. и первый14 и второй 15 резисторы. Отнсидение сопротивлений второго и первого резисторов определяет величину коэффициента усиления. Особенностью схемы формирователя запирающих импульсов является то, что оба его транзистора при правильном выборе амплитуды импу)7ьсов генератора 1 и величин сопротивлений резисторов 14 и 15 не Входят в режим насьвдения. Предотвращение насыщения транзисторов переключающей схемы исключает накопление в них значительных зарядов, обеспечивая короткое время переключения испытуем транзисторов. Последнее позволяет повы сить точность измерения заряда переклю чения за счет снижения рекомбинаций части носителей заряда переключения в течение времени переключения. Для снижения погрешности, измерения заряда переключения, связа шой с перезарядкой емкости эмиттерного перехода третьего транзистора 13 сопротивление R резистора 15 выбирается в соответствии с формулой 1±±иэбп где R - сопротивление первого резистора 14; Е - напряжение первого источника;{j - амплитуда импульсов генератора импульсов; L - напряжение эмиттер-база открытого первого транзистора и - напряжение эмиттер-база открытого испытуемого транзистора, подключаемого к. контактному устройству или напряжение эмиттер-база диода при протекании через .него прямого тока. При таком выборе сопротивления второго резистора 15 достигается прекращение протекания через шунт 17 тока ,коллектора третьего транзистора 13 при отпирании испытуемого транзистора. В измерителе заряда переключения транзисторов и -р- и структуры транзисторы блока 1О должны иметь структуру р-И-р блока Ю, а полярности выходных напряжений источников 2-4 постоянного напряжения изменены на обратные. При измерении заряда переключения транзисторов измеритель заряда переключения работает следующим обратим. На интервалах времени, когда вь годное напряжение генератора 1 импульсов равно нулю, первый 11 и второй 12 транзисторы блока Ю закрыты и эмиттерный переход испытуемого транзистора, подключенного к контактам 6-8, заперт выходным напряжением формирователя запирающих импульсов напряжения, которое на величину падения напряжения на эмиттерном переходе третьего транзистора 13 ниже величины выходного напряжения, первого источника 2 постоянного напряжения. На интервалах времени, когда генератор 1 импульсов формирует импульс напряжения положительной по отношению к первой шине питания полярности, первый 11 и второй 12 транзисторы блока 10 переключения открываются. При этом второй транзистор 12 формирует импульс тока, отпирающий испытуемый транзистор, а первый транзистор формирует импульс тока, протекающий через второй резистор 15. Импульс напряжения, действующий на втором резисторе 15, в результате протекания через него тока первого транзистора 11 запирает эмиттерный переход третьего транзистора, на котором при указанной вьш1е величине сопротивления R второго резистора 15 устанавливается напряжение, близкое к нулю. В интервале между импульсами напряжение на выходе генератора 1 импульсов равно нулю, первый 11 и второй 12 транзисторы звшираюгся, падение напряжения на втором резисторе 15 становится равным нулю и на выходе блока 1О сформируются запирающие импульс напряжения. В результате действия указанного импульса в цепи базы испытуемого транзистора формируется импульс тока л переключения, протекающего через третий транзистор 13. Интеграл от тока переключения за период импульсов генератора 1 равен заряду переключения испытуемого транзистора, а среднее за период импулзьсов значение тока переключения прямо пропорционально заряду переключения. При выборе коэффициента усиле13И21ния по току третьего транзистора 7100 импульс тока ly, коллектора этого транзистора 13с погрешностью, не превышающей 1%, равен импульсу тока переключения испытуемого транзистора. Интегрирование импульсов тока переключателя осуществляется кйнденсатором 5, который разряжается импульсами тока коллектора третьего транзистора 13 и заряжается током iyr протека ющим через шунт 17 от первого источн ка 2 постоянного напряжения. При периодическом повторении на выходе блока 10 отпиракших импульсов тока и запирающих импульсов напряжения в схеме устанавливается равенство средних значений тока 1ц разряженного конденсатора 5 и тока, заряжающего этот конденсатор. При этом нап|эяжение, действующее на конденсаторе. где Е - напряжение источника 2; ссэтротивление шунта 17. Для обеспечения незначительно1 о измене ния во времени величины тока шунта i приводящего к погрешности измерения заряда переклю чения, емкость конденсатора 5 должна быть достаточно большой Это достигается выбором емкости конденсатора в соответствии с формулой ,. где TV, - период импульсов генератора Величина заряда Q переключения оп ределяется по . где Yg- показание вольтметра 18. В ведение в измеритель блока 10 позвол ет разделить ток, отпиракщий транзисто и ток переключения, в результате чего значительно повышается точность измерения заряда переключения. Введен 1е в измеритель шунта 17 и цифрового вольтметра 18 постоянного напряжения повышает производительност измерений, обеспечивая возможность по ключения прибора к автоматизированной системе контроля параметров полупрово никовых приборов. Предлагаемый измеритель заряда пе реключения отличается от известных по вышенными точностью и производительностью измерений и может &гть использован для измерения заряда переключения полупроводниковых диодов. Формула изобретения 1. Измеритель заряда переключения транзисторов, содержащий генератор импульсов, конденсатор, шунт, клеммы для подключения эмиттера, базы и коллектор испытуемого транзистора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок перюключения, блок нагрузок, щфровой вольтметр, три источника напряжения, причем первый вывод питания блока переключения подключен к первому выходу первого источника напряжения, второму входу цифрового вольтметра и первому выводу шунта, второй вывод которого соединен с вторым выходом блока переключения, первым входом цифрового вольтметра и первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к клемме для подключения эмиттера испытуемого транзистора, обшей шине первого, второго и третьего источника напряжения, второй вывод питания блока переключения соединен с выходом второго источника напряжения и вторым выходом генератора импульсов, первый выход которого подключен к входу блока переключения, первый выход которого соединен с клеммой для подключения базы испытуемого транзистора, а клемма для подключения коллектора испытуемого транзистора подключена к первому выводу блока нагрузок, второй вывод которого подключен к первому выходу третьего источника напряжения. 2, Измеритель по п.1, о т л и ч а ю щ и и. с я тем, что блок переключения содержит первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, причем вход блока переключен&я соединен с базой первого и второго транзисторов, первый вывод питания блока переключения подключен через второй резистор к коллектору первого транзистора и базе третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выходом блока переключения, эмиттер подключен к коллектору второго транзистора и первому выходу блока, эмиттеры первого и второго транзисторов через первый и третий резисторы соответственно соединены с вторым выводом питания блока переключения, оо.-15 Источники информации, примятые во внимание при экспертизе 1. Эйдукас Д. Ю. Анализ и измерение переходных процессов полупроводниковых диодов в субнаносекундном диапазоне. Каунас, 197О, с. 86-92. 2. Лптор)ско« свидетельство СССР , 337738, кл. R 31/26, 1970. 3. Авторское свидетельство СССР 5 ,N 575585, кп. G . О1 R 31/26, L97G.