Тема 2.8 Измерение параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Измерение параметров диодов и стабилитронов. К основным параметрам диодов и стабилитронов относятся:

постоянное прямое напряжение диода при заданном постоянном прямом токе;
постоянный обратный ток при заданном обратном напряжении;
напряжение стабилизации стабилитрона при протекании заданного тока стабилизации;
емкость диода;
дифференциальное сопротивление.

Свойства диодов достаточно полно определяют их вольт-амперные характеристики (ВАХ).

При оценке параметров прямой ветви ВАХ необходимо задать постоянный ток Iпр и измерить прямое падение напряжения Uпр. При этом внутреннее сопротивление источника питания должно быть существенно больше дифференциального сопротивления диода, т.е. источник должен быть источником тока по отношению к диоду.

При измерении обратных параметров диода в области пробоя (или в области стабилизации напряжения для стабилитронов) также необходимо задать значение обратного тока Iобр и измерить обратное напряжение Uобр.

На рисунках 2.42 и 2.43 приведены схемы измерения параметров прямой и обратной ветвей ВАХ маломощного диода. Измерение прямого падения напряжения на диоде осуществляется цифровым вольтметром постоянного тока с большим входным сопротивлением (до 10⁹ Ом), а контроль тока – магнитоэлектрическим или цифровым амперметром. При измерении параметров обратной ветви диода подаваемое на испытуемый диод VD напряжение контролируется цифровым или магнитоэлектрическим вольтметром, а значение обратного тока диода измеряется цифровым микроамперметром постоянного тока.

Рисунок 2.42. Схема измерения параметров

Обратный ток Iобр можно измерить косвенным путём (рисунок 2.43), включив в цепь диода известное сопротивление R0 (R0<<Rобр), на котором цифровым вольтметром измеряют падение напряжения U0. Тогда Iобр= U0/ R0. Для оценки частотных свойств диода снимают частотные характеристики Iвыпр(f) по схеме, приведённой на рисунке 2.44. От измерительного генератора ИГ на диод VD подают переменное напряжение постоянной амплитуды, но различной частоты. Напряжение U0 на резисторе R0, пропорциональное средневыпрямленному току, измеряется при различных значениях частоты. Семейство частотных характеристик получается при изменении значения сопротивления резистора R0.

Рисунок 2.44. Схема измерения частотных характеристик диодов

Значение ёмкости конденсатора С₀ выбирается таким, чтобы его ёмкостное сопротивление при минимальной частоте испытательного напряжения было значительно меньше сопротивления резистора R0. При этом измерение напряжения на резисторе R0 осуществляется высокоомным вольтметром постоянного тока.

Измерение параметров транзисторов. Транзистор рассматривается как линейный активный четырёхполюсник в различных вариантах включения: с общей базой (рисунок 2.45), с общим эмиттером и общим коллектором. Если за независимые переменные выбрать i ₁ и U _2,то для определения U ₁и i ₂получают систему линейных уравнений, описывающих четырёхполюсник через его так называемые h - параметры, которые можно измерить испытателем Л2-54.

Рисунок 2.45. Замена транзистора четырехполюсником: i₁, U₂ - входные ток и напряжение; i₂, U₂ - выходные ток и напряжение

Измерение параметров интегральных микросхем. Все существующие интегральные схемы (ИС) по степени интеграции подразделяются:

на ИС малой интеграции (МИС) – с числом элементов от 10 до 20 (например, транзисторная сборка).
ИС средней интеграции (СИС) – с числом элементов от 100 до 200 (счётчики, регистры);
большие ИС (БИС) – с числом элементов до десятков тысяч (микропроцессоры, запоминающие устройства);

по функциональному назначению:

на аналоговые ИС – предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся линейно;
цифровые (или логические) ИС – предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся дискретно;

Цифровые ИС (ЦИС) реализуют логические функции И, ИЛИ, НЕ (рисунок 2.46) и их комбинации. ЦИС характеризуются как статическими, так и динамическими параметрами. Основными статическими параметрами являются:

уровни выходных напряжений, соответствующие значениям логической единице т логического нуля ;
входные и выходные токи, соответствующие значениям логических «1» , и «0» , ;
коэффициент разветвления по выходу;

Под напряжением логического нуля «0» понимают значение низкого уровня напряжения для «положительной» логики и значение высокого напряжения для «отрицательной» логики.

Основными динамическими параметрами ЦИС являются: