Устройство для определения неидеальности вольтамперных характеристик логарифмических элементов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И), 3(Ц) G 01 1 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (211 3332052/18-21 (221 14.08.81 (461 23.03.84. Вюл. )) 11 (721 К.И.Заподовников и В.В.Самокиш (71) Томский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова (531 621. 382.2 (088. 8 ) (561 1.Авторское свидетельство СССР

)) 304864, кл. G 01 R 31/26, 1970.

2.Илюкович A.M. и др. Измерительные усилители малых токов с логарифмической характеристикой. М., "Энергия", 1974, с. 26 (прототип ). (54 } (571 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

НЕИДЕАЛЬНОСТИ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее источник тока, соединенный через первый ключ с входом электрометрического усилителя и первой шиной для подключения испытуемого элемента, измерительный прибор и источник опорного напряжения, сое диненный выходами соответственно с общей шиной и с вторым ключом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены 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 контак-. ту второго ключа, размыкающий и замыкающий контакты которого соединены соответственно с общей шиной и с выходом источника опорного напряжения.

1081572

Изобретени е относится к области измерений параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для определения неидеальности вольт-амперных характеристик (ВАХ ) логарифмических элементов, Наиболее эффективно оно может быть использовано при разработке и изготовлении полупроводниковых приборов,а также для отбора и аттестации специальных полупроводниковых логарифмических преобразователей.

Известно устройство для определения неидеальных вольт-амперных характеристик р- л переходов полупроводниковых приборов, содержащее генератор стабилизированного напряжения, соединенный с входом резисторного делителя напряжения и первым контактом прерывателя, второй контакт которого подключен к выходу делителя и к входу согласующего усилителя, соединенного своим выходом через последовательно включенные токозадающий резистор, операционный усилитель с присоединенными к его входу и выходу шинами для подключения испытуемого прибора, конденсатор и калиброванный усилитель — с входом измерительного прибора (1)

Известное устройство обеспечивает непосредственное измерение коэффициента отклонения реальной BAX р-д перехода от идеальной диффузионной в широком диапазоне токов через него. Однако построение устройства ие позволяет измерять неидеальность

BAX приборов с логарифмической зависимостью напряжения от тока °

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для определения неидеальности вольт-амперных характеристик логарифмических элементов, 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 соот в ет ст в е н но с общей ши ной и с вторым ключом Г23 !

В неМ измерительный прибор включен между выходом электрометрического усилителя, на котором формируется напряжение, равное напряжению на испытуемом элементе во всем диапазоне токов через него, который изменяется ступенями с помощью первого ключа, и выходом второго ключа, переключающего выходное напряжение источника опорного напряжения синхронно а первым ключом в соответствии с идеальным законом изменения напряжения на логарифмическом элементе. ПоэтОму измерительный прибор должен показывать разность напряже45

На фи . 1 представлена блок-схема устройства;.на фиг. 2 — вид участков реальной и идеальной ВАХ, которые изображены в полулогарифмическом масштабе, и путь движения изображающей точки на участке BAX испытуемого элемента при работе устройства, а также определяемый по этой BAX параметр ее неидеальности.

Устройство (фиг. 1) содержит ис55 точник 1 тока, первый ключ 2, первую

3 и вторую 4 шины для подключения испытуемого элемента, электрометрический усилитель 5, суммирующий резистор б, второй ключ 7, измеритель60 ный прибор 8, масштабно-суммирующий блок 9, третий ключ 10 и источник 11 опорного напряжения.

Масштабно-суммирующий блок 9 может быть выполнен, например в виде 5 суммирующего конденсатора 12 и мас5

40 ний между реальной и идеальной логарифмической характеристиками.

Однако это устройство обладает большой погрешностью измерений изза того, что не учитывается смещение реальных ВАХ, а также температурные изменения напряжений на испытуемом элементе, которые не учитываются в идеальной BAX при формировании ее с помощью источника опорного напряжения и второго ключа.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается. тем, что в устройство для определения неидеальности вольт-амперных характеристик логарифмических элементов, 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 с вторым ключом, введены 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 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, разьыкающий и замыкающий контакты которого соединены соответственно с общей шиной и с выходом источника оп рного напряжения.

1081572 штабного усилителя 13 с масштабирующими резисторами 14 и 15.

Источник 1 тока через ключ 2 соединен с шиной 3 для подключения испытуемого элемента и с входом электрометрического усилителя 5, выход которого через контакты ключа 10 присоединен соответственно к второй шине 4 для подключения испытуемого элемента и выходу масштабно-суммирующего блока 9 (через переключаю- 10 щий и размыкающий контакты ключа 101, а также через суммирующий резистор

6 - к входу усилителя 5 и через измерительный прибор 8 — к общей шине (для этого используется цепь пере- 5 ключающего и замлкакщего контактов ключа 10 ).

Вход масштабно-суммирующего блока 9 через переключающий и размыкающий контакты ключа 7 подключается к общей шине, с которой соединен также один из выходов источника 11 опорного напряжения, подключенный вторым ! выходом к замыкающему контакту ключа 7. 25

Положения контактов всех ключей

2, 7 и 10 в разомкнутом и замкнутом состояниях обоз начены соответственно "а" и "б".

Принцип работы устройства основан на свойстве логарифмической функции, заключающемся в том, что равным отношениям аргумента (токов ) соответствуют равные изменения функции (напряжения ) или, HBQGopoT, paBHbIM H3менениям функции должны соответствовать равные отношения аргументов.

Невыполнение этих условий говорит об отклонении реальной ВАХ от идеальной (математической модели )логарифмической характеристики.

Как используется это устройство логарифмической функции в устройстве ясно из фиг. 2, на которой показано 45 движение изображающей точки по реальной (P } и идеальной (0) BAX при переходе от значения тока ) через испыту1 емый элемент к заранее заданному значению тока . При пропускании через испытуемый элемент тока ) на нем соз1 дается падение напряжения U Если задаться новым расчетным значением тока г, то на идеальной характеристике должно получиться приращение напряжения д0= К z. 0 о р > (, где

К о — постоянный коэффициент, определяющий наклон идеальной ВАХ) а — основание логарифма.

У полупроводниковых приборов., BAX которых описывается логарифмической 60 зависимостью, наклон ее равен К = КТ. ,где К - постоянная Больцмаиау Т температура полупроводника, K заряд электрона, и имеет размерность напряжения.

Поэтому, если задаться некоторым эталонным (опорным )напряжением, величина которого равна К, т.е.U ä =К, то можно продемонстрировать идеальную

BAX и получить заранее известное нормированное приращение напряжения 0< на ней при изменении тока через идеальный логарифмический элемент от )„. до о . р е Равно U < = Uon oC a )о/у60

)Путь движения изображающей точки понятен но характеристикам U u Р.При пропускании тока „ через испытуемый элемент на нем создается падение напряжения Ц, которое фиксируют.

Предположим, что в точке с координатами „, U< характеристики V u P совпадают. При переходе к расчетному значению тока )о по идеальной BAX на ней напряжение должно измениться на величину, равную нормированному приращению напряженияU<, Чтобы проверить величину несовпадения реальной (Р) BAX с идеальной можно пойти по реальной BAX двумя путями: задать новое (расчетное ) значение тока через испытуемый элемент, зафиксировать величину прира" щения alt на нем при изменении тока от до iz и по разницед". междуна)) и

ldU определить неидеальность реаль ной ВАХ; задавшись о и определив расчетныч путем U, подать на испытуемый элемент суммарное напряжение U -0 + ).), зафиксировать соответствующее ему значение тока т,, через испытуемый элемент и по разности

op = i - определить неидеальность

О реальной ВАХ.

В данном устройстве использован второй путь определения неидеальности BAX логарифмического элемента.

При этом устройство работает следующим образом

Первоначально все ключи 2, 7 и 10 установлены в положение "а", а к шинам 3 и 4 подключен испытуемый элемент. От источника 1 тока через контакты ключа 2 и испытуемый элемент пропускают ток i< в результате чего на выходе электрометрического усилителя 5 устанавливается напряжение, равное падению напряжения U, на испытуемом элементе при этом токе.

Поскольку вход масштабно-суммирующего блока 9 нерез переключающий и размыкающий контакты ключа 7 подключен к общей шине, на выходе усилителя 13 устанавливается напряжение, равное нулю, а конденсатор 12 заряжается до напряжениями, .

После переключения всех ключей 2, 7 и 10 в положение "б" от источника

1 тока на .вход усилителя 5 поступает ток, величина которого равна заданному расчетному значению )о. От источника 11 опорного напряжения на вход блока 9 подается напряжение0 „, 1081572

Составитель Ю. Брызгалов

Редактор С. Патрушева Техред Л.Коцюбняк Корректор С.Шекмар

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 1544/41

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4 величина которого равна наклону К> идеаль ной логарифмической ВАХ. Соотношение между сопротивлениями масштабирующих резисторов 14 и 15 выбирают таким, чтобы получить коэффи-циент передачи масштабного усилителя 13, равный Го -а 10/41,при этом на выходе усилителя 13 формируется напряже ни е 0„ = 0 „ о a i>/i, а с уч етом напряжения 01, накойленного на конденсаторе 12 в предыдущем такте работы ключей, K шине 4 оказывается приложенным суммарное напряжение

=U U . Поскольку благодаря фунN даментальному свойству электрометрического усилителя 5 потенциал его входа равен нулю, суммарное напряжение V> оказывается приложенным к испытуемому логарифмическому элементу, и при этом через него будет протекать ток о, .определяемый реальной

ВАХ элемента.

Цепь отрицательной обратной связи усилителя 5 через переключающий и замыкающий контакты ключа 10 замыкается суммирующим резистором 6, а сам электрометрический усилитель 5 выполняет функции сумматора токов о

На выходе усилителя 5, к которому при этом подключен вход измерительного прибора 8, образуется напряжение, пропорциональное разности между токами io и, т.е. пропорциональное параметру неидеальности реальной BAX испытуемого элемента о

Коэффициент пропорциональности равен величине сопротивления резистора 6. !

Таким образом, предложенное устройство позволяет непосредственно измерять величину отклонения реаль15 ной ВАХ от идеальной в каждой расчетной точке, т.е. определять неидеальность ВАХ испытуемого логарифмического элемента.

Задавая расчетные значения тока 1

Я от источника 1 в широких пределах и одновременно соответствующим образом изменяя величину сопротивлений масштабирующих резисторов 14 и 15, можно определить неидеальность BAX

25 испытуемого элемента в заданном диапазоне rîêîâ через него с высокой точностью,