Позвоните нам:
МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ РАЗВЕРТКИ В СИЛОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЯХ ВАХ
Лисенков Б.Н., Бруек А.А.., Грицев Н.В.
Открытое акционерное общество “МНИПИ”, Минск, Республика Беларусь
При измерении вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых объектов тестирования (ПОТ) повышенной мощности развертку ВАХ осуществляют с помощью синусоидального напряжения или последовательности импульсов.
Например, в цифровых измерителях предназначенных для исследования силовых ПОТ (модель 370 (Tektronix, США) и ИППП-3 (МНИПИ)), испытательное напряжение синусоидальной формы мощностью до 250ºВА формируют из напряжения сети, с помощью включенных последовательно изолирующего трансформатора, усилителя мощности и выходного трансформатора, как показано на рисунке 1, [1, 2].
Рис.1 - Структурная схема источника испытательного напряжения повышенной мощности для цифровых измерителей ВАХ силовых ПОТ
Однако, сигнал синусоидальной формы который “автоматически” обеспечивает развертку ВАХ от нуля до максимального (амплитудного) значения, применяют лишь в сравнительно узких диапазонах тока, напряжения и мощности из-за характерных искажений ВАХ типа “петля”, присущих этому виду развертки.
Точность измерения ВАХ в области больших напряжений (100 В÷2 кВ) и в области малых токов (1 мА÷1 нА), при небольшой мощности испытательного сигнала, повышают путем преобразования выпрямленного переменного напряжения в постоянное с помощью сглаживающего конденсатора, а для исключения перегрева тестируемого транзистора при большой мощности испытательного сигнала используют импульсный режим питания базовой цепи.
В обоих случаях метод формирования развертки определяет основные функциональные возможности измерителя. Например, цифровой измеритель ВАХ модели 370 и известный аналоговый измеритель Л2-56, в режиме постоянного напряжения и в импульсном режиме отображают линию ВАХ в виде единственной принадлежащей ей точки. Это затрудняет визуальный анализ поведения ВАХ и цифровую обработку искомой зависимости.
Для расширения диапазонов измерения ВАХ по току, напряжению и мощности за счет работы с постоянным испытательным напряжением и в импульсном режиме, при одновременном расширении функциональных возможностей измерителя, нами разработан новый метод формирования развертки ВАХ, реализованный в измерителе ИППП-3 [2].
Метод обеспечивает ступенчатое изменение переменного напряжения от уровня “Старт” до уровня “Стоп” в режимах однократной и повторяющейся разверток, первая из которых используется для автоматизации измерений, а вторая для визуального анализа ВАХ при регулировке напряжения развертки вручную.
Метод включает формирование массива координат точек измеренной ВАХ, представляющих собой мгновенные значения сигналов напряжения (ось “Х”) и тока (ось “Y”), воздействующих на соответствующие электроды ПОТ. Массив формируют путём добавления в него координат измеренных точек и используют для отображения ВАХ в виде динамического графика в процессе измерения и в виде таблицы чисел по его окончанию.
Новым является то, что при определении координат каждой точки ВАХ определяют величину изменения амплитуды переменного напряжения относительно её предыдущего значения соответствующего точке ВАХ добавленной в массив. При этом новую точку добавляют в массив координат точек ВАХ лишь при изменении амплитуды переменного напряжения не менее чем на шаг развертки, составляющий заранее определенную долю от установленного диапазона изменения амплитуды переменного напряжения.
Например, если в измерительном тесте установлено число точек ВАХ равное N, то шаг развертки будет равен частному от деления разности между уровнями “Стоп” и “Старт” на количество точек N.
Предлагаемый метод не требует дополнительных аппаратных затрат, так как позволяет сохранить ту же скорость (частоту) дискретизации сигналов тока и напряжения, которая используется при развертке ВАХ напряжением синусоидальной формы, обеспечивает измерение N точек ВАХ в режиме однократной развертки и ограничивает их количество в режиме повторяющейся развертки, при регулировке переменного напряжения вручную.
Рис.2 - Формирование ступенчатой развертки при однополупериодном выпрямлении испытательного напряжения, здесь Uсети – напряжение сети (частотой 50÷60Гц); Uс1, Uсi , UсN – уровни напряжения развертки в канале С (коллектора); UВ – импульсы в канале В (базы); N – количество ступеней
Для иллюстрации предложенного метода, на рисунке 2 представлены временные диаграммы ступенчатоизменяющегося напряжения развертки в канале коллектора – Uс, полученного путем однополупериодного выпрямления и сглаживания переменного напряжения регулируемой амплитуды с частотой сети (50÷60Гц). Сглаживание осуществляется с помощью конденсатора. Напряжение развертки включает N ступеней практически постоянного уровня с пульсациями, из которых на рисунке представлены три (1-я, i-я и N-я ступени) и изменяется от уровня “Старт” до уровня “Стоп”. Для наглядности, уровень пульсаций на рисунке существенно увеличен.
Полученное напряжение развертки в канале коллектора может быть использовано как для измерения ВАХ в области больших напряжений и малых токов, при небольшой мощности испытательного сигнала, так и для исследования силовых биполярных транзисторов в импульсном режиме.
В первом случае, в канале базы формируют сигнал постоянного уровня. При этом, момент измерения выбирают на участке сигнала с малой скоростью изменения напряжения (рис. 2), что позволяет использовать цифровое интегрирование результатов измерения для повышения чувствительности.
Во втором случае, в канале базы формируют последовательность импульсов и момент измерения выбирают на вершине синусоиды (рис. 2), где скорость изменения напряжения также невелика и практически не меняется при значительном увеличении мощности, отбираемой из коллекторного источника испытательного напряжения во время импульса.
В режиме однократной развертки (автоматический режим) каждая ступень Uс содержит одну выпрямленную полусинусоиду. В режиме повторяющейся развертки при регулировке испытательного напряжения вручную (режим характериографа), длительность ступени и количество выпрямленных полуволн на ней определяются скоростью регулировки.
1. 370B Programmable Curve Tracer. User Manual. – USA.: Tektronix,Inc 1990.- 238c.
2. Измеритель параметров полупроводниковых приборов ИППП-3. Руководство по эксплуатации. УШЯИ.411251.005 РЭ. часть первая 41с., часть вторая 34с.
