Лекция 6. 8 измерение электрических параметров диодов, транзисторов и интегральных схем

Любое современное радиоэлектронное устройство строится на базе полупроводниковых элементов: диодов, транзисторов и ин­тегральных схем. Характеристики всех этих элементов даются в виде паспортных данных. Однако реальные характеристики в боль- шинстве случаев не совпадают с паспортными данными. Поэтом в тех случаях, когда разработчик не располагает справочными дан­ными или желает получить более точные сведения об имеющихся в его распоряжении полупроводниковых элементах, необходим провести измерения своими силами и определить наиболее важ­ные их параметры.

К таким параметрам у полупроводниковых диодов и транзис­торов относятся прямое и обратное сопротивления по постоянно­му току, прямые и обратные токи и емкости р— n-переходов, им­пульсные параметры (прямое импульсное напряжение, время ус­тановления и восстановления падения напряжения на p—n-пере­ходе), а также статические параметры транзисторов.

Для интегральных схем параметрами являются быстродействие, потребляемая мощность, помехоустойчивость и нагрузочная спо­собность.

УЭ 6.8-1 Проверка исправности диодов при помощи омметра. Она может быть произведена при помощи обычного пробника или омметра. Зная полярность омметра, легко определить полярность диода, гак как в случае, когда омметр показывает минимальное сопро­тивление, полярности диода и омметра совпадают. Показания омметра (в омах) при изменении полярности диода будут соот­ветствовать прямому R_np и обратному R_обр сопротивлениям по по­стоянному току.

Для исправного диода имеет место R_обр» R_np

При проверке исправности диодов желательно использовать омметр с низковольтной батареей Е= 1,5...2 В, чтобы не превы­сить напряжения пробоя. Для силовых и точечных диодов это условие не обязательно, так как U_обр ≥ 10 В, для стабилитронов U_o6p ≤ 8 В. Однако для СВЧ-диодов U_o6p < 1 В и проверка их ис­правности при Е ≥ 1,5 В может дать слишком малые значения для R_обр или при длительном измерении привести к их пробою. По­этому для СВЧ-диодов указанный способ проверки не может быть рекомендован. Это условие также относится и к туннельным дио­дам, для которых U_o6p = 0. Следовательно, показания омметра для прямого и обратного направлений будут практически неразличимы.

УЭ 6.8-2 Проверка неисправности транзисторов при помощи омметра. Она также может быть произведена при помощи обычного омметра, в котором используется батарея с напряжением, не превышающим 10 В. При проверке транзистора при помощи омметра необходимо подключить один из его зажимов к базе триода, а другой — по­очередно к эмиттеру и коллектору. Если к базе триода подключен положительный зажим омметра, то для исправного триода типа р—п—р оба измерения должны дать значения сопротивлений, ле­жащие в интервале от 0,1 до 5 МОм. Обычно обратное сопротив­ление эмиттерного перехода бывает больше, чем у коллекторного. Если одно из сопротивлений будет много меньше нижней грани­цы данного диапазона, то это свидетельствует о неисправности триода (например, пробит один из переходов).

При перемене полярности (отрицательный зажим омметра под­ключен к базе триода) оба указанные измерения должны дать величины сопротивлений порядка нескольких единиц или десят­ков Ом. Если окажется, что сопротивление одного из переходов много больше нужной величины, то триод следует считать неис­правным (например, нарушен контакт между полупроводником и металлическим электродом).

Кроме перечисленных измерений следует проверить сопротив­ление между эмиттером и коллектором. Если к эмиттеру подклю­чить положительный зажим омметра, то сопротивление между ука­занными электродами у исправного плоскостного р—п— p-триода должно лежать в пределах от 10 кОм до 1 МОм. При перемене полярности сопротивление между эмиттером и коллектором, как правило, бывает в несколько раз больше. Если измеренные значе­ния сопротивлений оказываются лежащими далеко за указанны­ми пределами, то триод следует считать неисправным. Малое сопротивление обычно характеризует замыкание переходов, боль- шое — нарушение контактов.

С помощью изложенных ранее измерений можно определить какой из выводов соответствует коллектору или эмиттеру, при неизвестной цоколевке триода (расположение базового электрод! обычно бывает известно). К эмиттеру относится тот электрод, к которому приложен положительный зажим омметра, когда ом­метр показывает наименьшее сопротивление.

УЭ 6.8-3 Измерение прямых токов через р— л-переходы диодов и транзисторов. Измерение прямого падения напряжения на диоде произво­дится по схеме рисунка 7.1, а. Через испытуемый диод задается пря­мой ток I_пр. Генератор тока (ГТ) имеет достаточно большое внутреннее cопротивление, что обеспечивает постоянство режима из­мерения при смене диодов. Разделение токовых и измерительных ветвей цепи позволяет уменьшить погрешность измерения за счет сопротивления подводящих проводников (это особенно важно для мощных диодов). Прямое падение напряжения измеряется вольт­метром постоянного тока класса точности 1,0. В специальных слу­чаях применяется более точное измерение с помощью цифрового, вольтметра. Важным элементом схемы является защита (3) вольт­метра от перегрузки при выключении диодов. Для этого с помо-| щью выключателя или электромеханического реле вольтметр под­ключается к диоду только после появления прямого тока в цепи.

Требуемое внутреннее сопротивление генератора тока можно определить по следующей формуле:

R_г.т. ≥ + r_д,

где ∆U_np — максимально допустимое отклонение прямого паде­ния напряжения от номинального значения; ∆I_пр — минимально

допустимое отклонение прямого тока от номинального значения;

r_д — дифференциальное сопротивление диода в рабочей точке.

Например, при измерении прямого падения напряжения на диоде Д220 примем ∆I_пр = 0,5 мА, ∆ U_np = 0,5 В, r_д = 3 Ом. Требуемое значение сопротивления R_гп составит 1 кОм.

Погрешность измерения прямого падения напряжения обычно не превышает 3 %

Рисунок 6.46. Схемы напряжения и тока на p-n-переходе диодов и транзисторов, а – измерение прямого напряжения, б - измерение обратного тока

Трудности, возникающие при измерении обратных токов р—п- переходов, связаны с их малыми значениями. Исключение состав­ляют мощные диоды и транзисторы, обладающие обратными то­ками в пределах от нескольких десятков микроампер до несколь­ких десятков миллиампер. Для контроля таких приборов применя­ется схема, изображенная на рисунке 7.1, б. В лабораторных условиях при использовании чувствительных гальванометров эту схему мож­но применять для измерения обратных токов вплоть до долей мик­роампера.

Для измерения малых токов чаще всего применяется метод преобразования постоянного тока в переменный с последующим усилением с помощью усилителя переменного тока. Простейшая схема с преобразователем на электромеханическом реле приведе­на на рисунке 7..2. В качестве примера показано измерение обратного тока коллекторного перехода транзистора.

Рисунок 6.47 Схема преобразования постоянного тока в переменный для измерения обратного тока p-n-перехода

На рисунке 7.2 на коллектор подается постоянное обратное на­пряжение; последовательно с базовым выводом включен токо- съемный резистор R. Напряжение с токосъемного резистора, про­порциональное измеряемому току, подается на вход элек­тронного усилителя (У). Токо- съемный резистор периодичес­ки замыкается контактами реле (Р). В простейшем случае реле управляется напряжением с ча­стотой 50 Гц. На входе усилите­ля получается переменный сиг­нал, амплитуда которого будет пропорциональна измеряемому току.

В начале измерительную ап­паратуру калибруют. Для этого через токосъемный резистор пропускают калиброванный ток.При этом чувствительность усилителя регулируется так, чтобы по­казания соответствовали калиброванному току. Чувствительность измерителя обратных токов увеличивается с увеличением R и ог­раничена сверху условием

R≤ ,

где - минимальное наряжение коллектора, - тепловой ток коллектора.

Измеритель, в котором используется описанный метод, имеет наивысшую чувствительность 10^-7 А на всю шкалу.

Дата добавления: 2014-01-20