книги из ГПНТБ / Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие

J c b s — начальный ток коллектора, по величине которого можно судить об отсутствии пробоя между эмиттером и коллектором, базой и коллектором;

Рсmax — максимально допустимая мощность на коллекторе;

с общим эмиттером; Сс — емкость коллекторного перехода; F — фактор шума.

А м п е р в о л ь то м м е тр ы , п р е д н а зн а ч е н н ы е д л я и с п ы т а н и й тр а н зи с то р о в .

Эти приборы (см. § 2-5) обладают достаточно большим входным сопро­ тивлением (16000 -г- 17000 Ом/В при измерении постоянного напря­ жения и 3000 ч- 4000 Ом/В при измерении переменного напряжения). Большое их входное сопротивление позволяет во многих случаях

(рис. 9-4). При измерении тока 1Сво для транзистора типа п—р—п

коллекторе. Формула пересчета для другого.напряжения (несколько отличного от паспортного значения в пределах линейности) следующая:

И з м е р е н и е о б р а т н о г о т о к а э м н т т е р н о г о п е ­ р е х о д а . Ток 1Ево — начальный температурный ток обратно сме­ щенного эмнттерного перехода — измеряется при разомкнутой цепи коллектора и определенном заданном напряжении на эмиттере (рис.9-5). Схема измерения, показанная на этом рисунке, дана для транзистора типа р—п—-р. Для транзисторов типа п—р—п полярность источника и прибора-изменяют на обратную. Ток 1е в о> как и ток 1сво> увеличи­ вается примерно вдвое при повышении температуры окружающей среды на 10° С.

И з м е р е н и е н а ч а л ь н о г о т о к а к о л л е к т о р н о г о п е р е х о д а . Ток Jobs — начальный ток коллекторного перехода —

170

измеряется в схеме с общим эмиттером при нулевом напряжении между

в с х е м е с о б щ и м э м и т т е р о м в в и д е п а р а м е т р а

ряют при больших постоянных и импульсных сигналах, напряжении питания 3,7 ч- 4,7 В и сопротивлении 500 Ом в цепи коллектора. При

жащую в пределах 300 ч- 100; параметр к21е измеряют на переменном токе при малом сигнале.

Испытателем транзисторов, выполненным по вышеописанным схе­ мам, является, например, авометр типа 4341. Погрешность измерения

проводимости транзисторов измеряют в схемах с общей базой упЬ и общим эмиттером уие при ко­

ротком замыкании на выходе; полные выходные проводимости — в схе­ мах с общей базой у22Ь, при коротком замыкании на входе транзистора и с общими эмиттером 1и2е и базой h22b при холостом ходе входной цепи [уравнения (9-2) и (9-3)]. Измерение проводимостей осуществляют по схеме моста с индуктивно-связанными плечами (рис. 9-8). Два плеча моста образованы секциями вторичной обмотки w1и w2трансформатора напряжения Тр„, два других плеча — измеряемым объектом ух и отсчетными активно-реактивными элементами g0 и С0. Питание моста осуществляется посредством напряжения высокой частоты. Индикато­

ром равновесия служат электронно-световые индикаторы (грубый и более чувствительный) с соответствующими каскадами усиления. До начала измерения параметров ух осуществляется начальный ба­ ланс схемы с помощью образцовых активно-реактивных элементов g0, С0. Поскольку входные (измерительные) зажимы и соединительные провода имеют некоторую паразитную емкость и активную проводи­ мость, то на чувствительной шкале прибор дает некоторые показания. Изменением образцовых составляющих g0 и С0 добиваются нулевых показаний индикатора. Условия начального баланса моста описывают уравнениями:

гДе Sou Со1 — значения соответственно активной и реактивной соста­ вляющих в отсчетном плече при на­ чальном балансе; g„-6, С„ б — зна­ чения соответственно активной и реактивной составляющих в измери­ тельном плече при начальном балансе.

Затем к измерительным зажимам п и з подсоединяют измеряемый объект Ух = gx + ]®сх и, изменяя go и С0, вновь добиваются нулевых показаний индикатора. Условия баланса сле­ дующие:

Приняв g0l и Со1 за условные нули, можно производить непосред­ ственный отсчет активных составляющих проводимостей в милли­ сименсах, а реактивных — в пикофарадах. Реальная схема моста по­ зволяет после подключения входной или выходной цепи измеряемой? транзистора к зажимам п и з установить режимы транзистора как по высокой частоте, так и по постоянному току. Мост обеспечивает воз­ можность подведения к измеряемому транзистору регулируемого кол­ лекторного напряжения (до 100 В) при измерении любого параметра, а также регулируемого тока эмиттера (до 30 мА) при измерении уп и у.22 и до 10 мА — при измерении Л22.

Для обеспечения режимов холостого хода и короткого замыкания в схеме предусмотрены специальное сопротивление /?хд и конденса­ тор Ск>3.

172

По мостовой схеме, показанной на рис. 9-8, выполнен измеритель полных проводимостей Л2-7, осуществляющий измерение проводи­ мостей на частотах 0,4 ч- 10 МГц (активные составляющие полных проводимостей составляют величины 0,01 ч- 1000 мСим, реактивные — 0,5 ч- 10000 пФ на частотах до 0,5 МГц и до 500 пФ на частотах до

10МГц).

Измеритель основных высокочастотных параметров транзисторов

типов р —п—р и п—р —п. Одним из важнейших параметров транзи­ сторов является коэффициент передачи тока h21b. Величина h21b всегда меньше единицы и при низких частотах имеет значение порядка 0,95 ч- ч- 0,998. С повышением частоты усиление, даваемое транзистором, снижается, т. е. /г21й уменьшается. Предельно допустимое уменьшение величины/г216 — на 30% по срав­ нению со значением /г23й0 на низ­

ких частотах, т. e.h21b —0,7/г22*о- Частота, на которой соблюдается приведенное выше соотношение, называется граничной или пре­ дельной частотой коэффициента передачи тока.

диапазона высокочастотных усилителен и повышению опасности их самовозбуждения. В зависимости от особенностей транзисторов значе­ ния rb'bCc могут находиться в пределе от десятков до тысяч пикосе­ кунд (пФ-Ом).

И з м е р е н и е к о э ф ф и ц и е н т а п е р е д а ч и т о к а h2lb. Измерение 1г21Ьосуществляется по схеме, изображенной на рис. 9-9. Чтобы определить h2lb, необходимо измерить ток эмиттера и ток кол­ лектора. Для этого используют резисторы с равными сопротивлениями Rx и Ro, падение напряжения на которых измеряют при помощи электронного вольтметра, состоящего из усилителя низкой частоты УНЧ и измерительного прибора ИП. Высокочастотные модулирован­ ные (например, меандром) сигналы с резисторов Иг и R2 подают в де­ текторы Д. С выхода Д низкочастотные сигналы через переключатель П подают на УНЧ.

Если переключатель находится в положении 1, то изменением на­ пряжения генератора высокой частоты ГВЧ падение напряжения до­ водят до величины, соответствующей отклонению стрелки ИП на всю

шкалу.

Так как напряжение на резисторе R.2 будет примерно в h21b раз меньше, чем на резисторе Rlt то при положении 2 переключателя П показания ИП уменьшатся и соответствуют коэффициенту передачи

173

тока/г21б (измерение производится на малом сигнале, поэтому шкала ИП имеет квадратичный характер).

И з м е р е н и е г р а н и ч н о й ч а с т о т ы к о э ф ф и ц и ­

частоты ГВЧ вновь добиваются нуля на выходе СВ. Полученная частота и будет граничной для данного транзистора, так как общее

времени rb'bCc путем срав­ нения с постоянной време­ ни эталонной ЯС-цепочки.

Подключая к зажимам ЕВС эталонные цепи с разной величиной про­ изведения ЯэтСэт, электронным вольтметром измеряются напряжения, пропорциональные R3C3r (градуировку шкалы электронного вольт­ метра выполняют в пФ-Ом). Затем вместо цепочки R31C3-, к зажимам ЕВС подключают транзистор и по шкале вольтметра отсчитывают величину гуьСс. Назначение генератора высокочастотного модули­

174

Глава 10

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

§ 10-1. Общие сведения

Развитие современных ЭВМ основывается на прогрессе электрон­ ной техники; так, на смену первому поколению ЭВМ (ламповым ЭВМ) с появлением транзисторов пришло второе поколение, полупроводни­ ковые элементы которого работают с меньшим потреблением мощности и превосходят ламповые элементы по быстродействию в 10 раз, а по надежности в 100 раз (это позволило расширить функциональные за­ дачи ЭВМ). Расширение функциональных задач ЭВМ привело к рез­ кому усложнению аппаратуры, увеличению ее веса и габаритов, росту стоимости и значительному снижению надежности. Решение возник­ шей на пути развития ЭВМ «проблемы больших количеств» элементов потребовало создания групповых технологических методов производ­ ства радиоэлектронной аппаратуры. Работы по микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры привели в начале 60-х годов к появле­ нию нового направления — микроэлектроники, занимающейся со­ зданием функционально законченных элементов радиоэлектронной аппаратуры в виде интегральных схем (ИС).

Интегральной схемой (микросхемой) называют микроминиатюр­ ный функциональный узел радиоэлектронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные проводники, входящие в схему узла, изготовляются в едином технологическом цикле на поверхности (или в объеме) материала основания (подложки) и имеют общую гермети­ зацию и защиту от механических воздействий. Первые ИС были при­ менены в ЭВМ. Опыт показал, что использование ИС в ЭВМ влечет за собой не только уменьшение веса и габаритов последних, но и резко улучшает их основные параметры: надежность, быстродействие, стои­ мость. С созданием ИС связано появление третьего поколения ЭВМ.

§ 10-2. Классификация интегральных схем

Интегральные схемы классифицируют по методу изготовления (тех­ нологии); степени интеграции элементов; характеру применения.

Классификация интегральных схем по методу изготовления. Су­ ществуют два основных технологических метода изготовления ИС: пленочный и полупроводниковый. Используя различные сочетания базовых технологических методов, реализуют следующие виды ИС

(рис. 10-1).

Полупроводниковой интегральной схемой называют микросхему,

элементы которой выполнены в объеме или на поверхности полупро­ водниковой подложки методами полупроводниковой технологии. По­ лупроводниковые ИС дают возможность реализовать схемы с повы­ шенным’ количеством активных элементов и эффективно защищать их от влияния внешней среды; являются наиболее перспективными для цифровой аппаратуры (на их основе в настоящее время создаются

178

большие интегральные схемы, которые характеризуются высокой плотностью упаковки: свыше 100 элементов в одном монокристалле).

Пленочной интегральной схемой называют микросхему, элементы и соединения которой выполнены в виде пленок различных материа­ лов, нанесенных на диэлектрическую подложку в определенной по­ следовательности. Пленочные ИС применяют в:

а) схемах, где пассивных элементов (резисторов, конденсаторов и т. п.) значительно больше, чем активных;

б) устройствах, где требуется высокая точность изготовления пас­ сивных элементов (генераторах, фазочувствительных схемах и т. п.).

Тонкопленочной интегральной схемой называют пленочную микро­ схему с толщиной пленок до 1 •10~в м.

Рис. 10-1. Классификация интегральных схем по ме­ тоду технологии

Толстопленочной интегральной схемой называют пленочную микро­ схему с толщиной пленок свыше 1 -1(Г6 м.

Гибридной интегральной схемой называют микросхему, часть элементов которой имеет самостоятельное -конструктивное оформле­ ние. Пассивные элементы и соединения гибридной ИС реализуют методами пленочной технологии, а в качестве активных элементов используют навесные бескорпусные полупроводниковые приборы.

Классификация интегральных схем по степени интеграции элемен­ тов. Со времени своего появления ИС прошли путь от схем с малым уровнем интеграции (1—2 транзистора и 2—3 резистора в корпусе) до схем, включающих в себя многоразрядные регистры, счетчики, запоминающие устройства. Подобная эволюция стала возможной благодаря резко возросшему уровню технологии и производства ИС.

Именно многообразие различных по функциональной насыщен­ ности ИС требует проведения классификации по степени интеграции элементов в пределах корпуса.

Если степень интеграции не превышает 20—40 элементов, то схема является малой, маломасштабной интегральной схемой (МИС).

Микросхемы со степенью интеграции около 50—100 элементов от­ носят к средним, среднемасштабным интегральным схемам (СИС).

179