Устройство для регистрации коэффициента неидеальности экспоненциальных вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов

 

Сущность изобретения: устройство позволяет регистрировать в широком диапазоне токов коэффициент неидеальности экспоненциальных характеристик как двухполюсников, так и четырехполюсников. Новым в устройстве является применение преобразователя логарифма тока в напряжение, вход которого подключен к испытуемому элементу, а выход - к входу дифференциатора, и делителя, первый вход которого подключен к выходу дифференциатора, второй вход - к источнику опорного напряжения, а выход - к входу двухкоординатного самописца. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля экспоненциальных вольт-амперных характеристик (ВАХ), и может быть использовано для регистрации коэффициента неидеальности ВАХ диодов и биполярных транзисторов.

Известно устройство, содержащее источник тока, соединенный через первый ключ с входом электрометрического усилителя и первой шиной для подключения испытуемого элемента, измерительный прибор и источник опорного напряжения, соединенный выходами соответственно с общей шиной и вторым ключом, размыкающий и замыкающий контакты которого соединены соответственно с общей шиной и с выходом источника опорного напряжения, масштабно-суммирующий блок, третий ключ и суммирующий резистор, причем вторая шина для подключения испытуемого элемента соединена с выходом масштабно-суммирующего блока и с размыкающим контактом третьего ключа, подключенного переключающим контактом к выходу электрометрического усилителя непосредственно, а замыкающим контактом - соответственно и к его входу через суммирующий резистор и к одному входу измерительного прибора, другой вход которого соединен с общей шиной, вход масштабно-суммирующего блока присоединен к переключающему контакту второго ключа (см. авт. св. N 1081572, кл. G 01 R 31/26).

Недостатком известного устройства является невозможность непрерывной регистрации зависимости коэффициента неидеальности от протекающего через испытуемый диод тока или же от приложенного к нему напряжения, поскольку коэффициент неидеальности измеряется по точкам.

Ближайшим по существу является устройство, содержащее генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу вычитателя и к управляемому источнику тока с экспоненциальной передаточной характеристикой, реализованному на двух полевых транзисторах, выход источника тока подключен к второму входу вычитателя и к первому выводу испытуемого диода, второй вывод которого подключен к общей шине, а к выходу вычитателя последовательно подключены дифференциатор и регистрирующее устройство (см. авт. св. СССР N 1105835, кл. G 01 R 31/26).

Недостатком известного устройства является малый диапазон токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ. Данное устройство не позволяет регистрировать коэффициент неидеальности переходных ВАХ четырехполюсников, например коэффициент неидеальности зависимости тока коллектора биполярного транзистора от напряжения база-эмиттер.

Целью изобретения является расширение как диапазона токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ, так и области применения устройства, чтобы с его помощью можно было регистрировать коэффициент неидеальности экспоненциальных ВАХ не только двухполюсников, но и четырехполюсников.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее задающий генератор, включающий генератор линейно изменяющегося напряжения и управляемый источник с экспоненциальной передаточной характеристикой, вычитатель, дифференциатор и регистратор, введен вместо вычитателя преобразователь логарифма тока в напряжение и делитель, включенный между дифференциатором и регистратором, причем в качестве регистратора применен двухкоординатный самописец, а задающий генератор включает в себя только генератор линейно изменяющегося напряжения.

Заявителю не известны другие технические решения, имеющие сходную совокупность признаков с совокупностью отличительных признаков заявленного решения, поэтому делается вывод, что это решение обладает существенными признаками.

Блок-схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.

Предлагаемое устройство содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к входу двухкоординатного самописца 2 и первому входу испытуемого элемента 3. Второй выход испытуемого элемента 3 подключен к входу дифференциатора 5. Выход дифференциатора 5 подключен к первому входу делителя 6, к второму входу делителя подключено опорное напряжение U_оп, а выход делителя 6 подключен к входу Y двухкоординатного самописца 2.

В предлагаемом устройстве напряжение с выхода генератора 1 подается на один вывод испытуемого элемента 3, а ток на вход логарифмического преобразователя 4 поступает с другого вывода испытуемого элемента 3.

С помощью предлагаемого устройства можно регистрировать коэффициент неидеальности не только двухполюсников, но и четырехполюсников. Если испытуемый элемент - двухполюсник, например диод, то один его вывод подключается к выходу генератора 1, а другой - к входу логарифмического преобразователя 4. Если испытуемый элемент - четырехполюсник, например биполярный транзистор, и регистрируется коэффициент неидеальности зависимости тока коллектора от напряжения база-эмиттер, то эмиттерный вывод подключается к выходу генератора 1, коллекторный - к общей шине, а базовый - к входу логарифмического преобразователя 4.

Устройство работает следующим образом. Перед началом регистрации коэффициента неидеальности ВАХ генератор 1 находится в положении "Стоп", т.е. скорость нарастания его выходного напряжения равна нулю. Начальное напряжение генератора 1 устанавливается таким, чтобы через второй вывод испытуемого элемента 3 протекал ток I^o, начиная с которого будет регистрироваться коэффициент неидеальности. Обозначим это начальное напряжение как U₁⁰.

Затем генератор 1 переводится в положение "Пуск" и его выходное напряжение U₁ будет нарастать по линейному закону U₁ = U₁⁰ + K₁t, (1) где коэффициент К₁ - скорость нарастания выходного напряжения.

Ток, текущий через второй вывод испытуемого элемента 3, связан с напряжением U₁, приложенным к первому выводу этого элемента, экспоненциальной зависимостью J = J_sexp = J_sexp , (2) где I_s - ток насыщения; m - коэффициент неидеальности; Ф_т - температурный потенциал.

Передаточная характеристика логарифмического преобразователя 4 описывается выражением U₂ = K₂ lg K₃I, (3) где коэффициенты К₂ и К₃ описывают передаточную характеристику данного преобразователя.

Из выражений (2) и (3) получаем, что напряжение на выходе преобразователя 4 равно U₂= K₂lgK₃J_sexp = KlgK₃J_s+ .

(4) Это напряжение после дифференцирования дифференциатором 5 становится равным U₃= = .

(5)
Выходное напряжение U₄ делителя 6 связано с напряжением U₃ на первом входе и U_оп на втором входе выражением
U₄= K .

(6)
Выбрав напряжение U_оп= , из выражений (5) и (6) получаем, что напряжение U₄ на выходе делителя 6 пропорционально коэффициенту неидеальности
U_вых = К₄m. (7) Это напряжение поступает на вход Y двухкоординатного самописца 2. На вход Х этого самописца подается напряжение U₁, так что им регистрируется зависимость коэффициента неидеальности m от напряжения U₁.

Регистрация этой зависимости прекращается переводом генератора 1 в положение "Стоп".

Диапазон токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ предлагаемым устройством, ограничен диапазоном преобразуемых токов логарифмическим преобразователем. Диапазон токов, преобразуемых логарифмическими преобразователями, может составлять десять и более декад (см. Гринберген, Кенке. Быстродействующая схема для снятия логарифмических вольт-амперных характеристик в II-декадном диапазоне токов. - "Приборы для научных исследований", 1976, т. 47, N 7, с. 66). Это значительно превышает диапазон токов, в пределах которого могут регистрировать коэффициент неидеальности известные устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА НЕИДЕАЛЬНОСТИ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входной клеммой для подключения испытуемого прибора, дифференциатор и регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено преобразователем логарифма тока через испытуемый прибор в напряжение и делителем, при этом выходная клемма для подключения испытуемого прибора соединена с входом преобразователя логарифма тока через испытуемый прибор в напряжение, выход которого соединен с входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом делителя, второй вход и выход которого соединены с шиной опорного напряжения устройства и входом регистратора соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1