Меню

Измерение импульсных параметров полупроводниковых диодов



Измерение параметров полупроводниковых диодов

Промышленность выпускает плоскостные и точечные полупрово­дниковые диоды, отличающиеся конструкцией, технологией изготов­ления и значением характеризующих их параметров.

Измерение параметров диодов принципиально отличается от рас­смотренных ранее измерений аналогичных параметров, что объясня­ется зависимостью свойств полупроводниковых приборов от внешних условий (главным образом, от температуры) и нелинейностью вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.

В соответствии с первой причиной следует учитывать разогрев p-n-перехода проходящим током во время измерения, что требует обеспе­чения отвода тепла исследуемого диода (теплоотвод) и ограничения времени измерения.

Вторая причина обязывает выполнять измерения при определен­ных значениях напряжения и силы тока.

Параметры полупроводниковых диодов определяются свойствами p-n-перехода.

Сила тока, протекающего через диод, зависит от знака и значения приложенного напряжения. Эта зависимость наглядно представляет­ся вольт-амперной характеристикой, где по оси ординат откладывают значение силы тока диода, а по оси абсцисс — приложенное напряже­ние. Поскольку прямой ток обычно превышает обратный в тысячи раз, то ВАХ диодов строят в разных масштабах: прямой ток откладывают в миллиамперах, обратный — в микроамперах. Масштаб обратного напряжения выбирают более крупным, чем масштаб прямого напря­жения.

ВАХ полупроводникового диода представлена на рис. 6.1, а, где хорошо видно, что при большом обратном напряжении резко возрас­тает обратный ток. Это явление сопровождается тепловым необрати­мым пробоем диода и выходом его из строя. На ВАХ имеются обла­сти с различным дифференциальным сопротивлением Rдиф = , поэтому необходимая точность определения параметров может быть достигнута при соблюдении некоторых условий измерения. При изме­рении параметров на прямой ветви ВАХ (рис. 6.1, 6) следует задавать постоянный ток Iпр и измерять падение прямого напряжения Uпр . Это условие означает, что внутреннее сопротивление источника питания должно быть много больше сопротивления диода, чтобы изменение напряжения на диоде (VD) не вызывало изменений тока, выходящих за пределы заданной погрешности измерений, т.е. источник питания должен быть источником тока по отношению к диоду. Условие необхо­димо выполнять на всех участках ВАХ (при измерении напряжения), где дифференциальное сопротивление мало.

Рис. 6.1. ВАХ диода (а), схема измерения на прямой (6) И обратной (в) ветвях

Стабилизированный источник питания постоянного тока обеспе­чивает дискретные значения прямого тока в диапазоне изменения прямого напряжения для испытуемого диода. Измерение Uпрвыпол­няет высокоомный вольтметр постоянного тока; контроль дискретных значений тока обеспечивается миллиамперметром магнитоэлектриче­ской системы.

При измерении параметров диода на обратной ветви ВАХ (рис. 6.1. в) необходимо задаваться силой обратного тока Iобри из­мерять обратное напряжение Uобр .При этом источник питания Е, ко­торым задается режим измерения, должен иметь малое внутреннее сопротивление — в противном случае незначительные изменения об­ратного тока вызовут большую погрешность при измерении обратно­го напряжения.

Со стабилизированного источника на диод VD подаются заданные значения обратного напряжения, которые контролируются вольт­метром магнитоэлектрической системы. Сила обратного тока диода измеряется микроамперметром постоянного тока.

Таким образом, в справочнике на диоды в качестве электрических характеристик указываются координаты точек характеристики на пря­мой и обратной ветвях.

Прямую ветвь характеризуют следующие параметры: Uпр— прямое падение напряжения на диоде при заданной силе постоянного прямого тока Iпр; Rдиф— дифференциальное сопротивление.

Обратную ветвь характеризуют следующие параметры: Uобр постоянное обратное напряжение на диоде при заданной силе постоян­ного обратного тока, протекающего через диод: Iобр сила постоянного обратного тока, протекающего через диод при подаче на него постоянного обратного напряжения Uобр ; Uобр. max наибольшее допустимое обратное напряжение (предельное напряжение).

Эффективность выпрямления определяют расчетом коэффициента выпрямления по результатам измерений:

Исследование ВАХ диодов по точкам оказывается трудоемким и не всегда целесообразным. Поэтому на практике требуемые па­раметры измеряют в определенных точках. Например. Uпр, Iпр, Iобр измеряют с помощью специальных измерителей параметров дио­дов.

Для оценки частотных свойств диода снимают частотные характеристики Iвыпр( f ) (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема измерения частотной характеристики диода

Основным параметром, определяющим частотные свойства диода, является граничная рабочая частота fгр, при которой сила выпрямлен­ного тока уменьшается на 30% относительно номинального значения, измеренного на низкой частоте.

Для определения граничной рабочей частоты исследуемый диод VD включается в схему однополупериодного выпрямителя с активно-емкостной нагрузкой. На вход схемы подается переменное напряже­ние неизменной амплитуды различной частоты, контролируемое на выходе генератора вольтметром. Резистор R1обеспечивает согласова­ние сопротивления генератора и сопротивления нагрузки. Сила конт­ролируемого выпрямленного тока измеряется миллиамперметром.

На высоких частотах (более 100 кГц) должны быть приняты меры для уменьшения погрешности, вносимой паразитными индуктивностями.

Значение емкости С конденсатора выбирается таким, чтобы ем­костное сопротивление при минимальной частоте подводимого напря­жения было значительно меньше сопротив­ления резистора R1.

Проходная емкость диода ограничивает применение полупроводниковых диодов на высоких частотах.

Емкость p-n-перехода диода измеряют при определенном напряжении смещения, так как она существенно зависит от этого на­пряжения (рис. 6.3).

Погрешность измерения емкости зависит от точности задания рабочей точки, в которой измеряется емкость, и точности измерения на­пряжения.

Читайте также:  Определить интервал измерения напряжения

Все рассмотренные измерения выполняют при температуре окру­жающей среды +20. +50 °С. если это не оговорено особо.

Изменение температуры заметно влияет на все основные парамет­ры диода. С повышением температуры уменьшается прямое и обратное сопротивление, увеличивается проходная емкость диода из-за уменьшения контактной разности потенциалов, что приводит к некоторому ухудшению частотных свойств диода. С повышением температуры особенно резко меняется обратное сопротивление, что является основ­ным фактором, определяющим температурный предел работы диодов, а дальнейшее повышение температуры приводит к необратимому из­менению его параметров. Исследуемый диод помещают в термостат, поддерживая заданную температуру (для германиевых — не выше 70 °С, для кремниевых — не выше 125 °С). На основании анализа по­лученных результатов определяют максимально и минимально допу­стимые температуры для диода конкретного типа.

У выпрямительных диодовизмеряют все указанные параметры, для которых необходимо знать предельно допустимые эксплуатацион­ные режимы, при которых диод должен работать с заданной надежно­стью в течение установленного срока.

Предельно допустимые режимы выпрямительных диодов характе­ризуются максимальной силой прямого тока Iпр.maxи обратного напря­жения Uобр.max , максимально допустимой мощностью Рmax , рассеивае­мой на диоде, диапазоном температур окружающей среды.

Измерение силы прямого тока и обратного напряжения описано ранее, а значение рассеиваемой на диоде мощности определяется как сумма мощностей при протекании прямого и обратного токов:

Из-за малости обратного тока значением Робробычно пренебрегают и тогда

У высокочастотных диодовизмеряют практически все те же па­раметры, которые рассматривались ранее. Однако СВЧ-диоды из-за чувствительности к тепловым и электрическим воздействиям должны храниться в экранирующей защитной оболочке, и в процессе измере­ния параметров диод должен быть защищен от воздействия электро­магнитного поля.

Уимпульсных диодов наряду с параметрами ВАХ измеряют спе­циальные параметры (характеризующие инерционность диодов): вре­мя восстановления обратного сопротивления, заряд переключения, максимальное импульсное прямое падение напряжения.

У детекторных диодов измеряют чувствительность по току, со­противление в рабочей точке, коэффициент стоячей волны, шумовое отношение.

У смесительных диодов измеряемыми параметрами являются по­тери преобразования, выходное сопротивление, коэффициент стоячей полны, шумовое отношение, нормированный коэффициент шума.

Упараметрическихиумножительных диодов с управляемой емкостью наряду с емкостью диода, силой обратного тока и предель­но допустимым напряжением измеряют добротность диода на задан­ной частоте и собственную индуктивность диода.

У стабилитронов (стабисторов) измеряют напряжение стабили­зации.

Источник

УЭ 6.8-6 Измерение импульсных параметров полупроводниковых диодов

Схема для измерения максимального прямого импульсного напряжения Uпр.имп max и времени τуст установления представлена на рисунке 7.6, а. На испытуемый диод подаются импульсы прямого тока от генератора импульсного тока (ГТ). Измерение напряже­ния на диоде во время переходного процесса и отсчет интервалов времени производятся при помощи измерительного устройства (ИУ), в качестве которого обычно используется осциллограф. При этом наибольшую трудность вызывает обеспечение достаточно крутого фронта импульса прямого тока. Параметры Uпр.имп max и τуст измеряются при последовательно укорачивающемся фронте им­пульса тока (при прочих равных условиях). Длительность фронта можно считать приемлемой в том случае, когда измеряемые пара­метры перестают от него зависеть.

Основным источником методической погрешности измерения Uпр.имп max является индуктивность цепи между точками а и b (смотри рисунок 7.6, а), включая индуктивность самого исследуемого диода. Экспериментально оценить эту составляющую погрешности из­мерения можно при помощи макета, представляющего собой кор­пус диода с коротким замыканием в том месте, где должен рас­полагаться кристалл полупроводника.

С точки зрения снижения погрешности измерения существен­ным является выбор скважности импульсов прямого тока. Прак­тически скважность импульсов выбирают в пределах от 100 до 1000. Возникающая при этом погрешность оценивается эксперименталь­но путем сравнения результатов измерения для нескольких значе­ний скважности. Суммарная погрешность измерения параметров Uпр.имп max и τуст обычно составляет ±20 %.

Рисунок 6.51 Схемы для измерения прямого импульсного напряжения, вре­мени восстановления напряжения (а) и времени восстановления обрат­ного сопротивления импульсных диодов (б)

Схема для измерения времени восстановления обратного со­противления импульсных диодов показана на рисунке 7.6, б. Гене­ратор импульсов (ГИ) обеспечивает в паузе смещение испытуемого диода током Iпр в прямом направлении. В течение импульс генератор выдает запирающее напряжение установленного уров ня. Измерение интервала времени τвос осуществляется измерительным устройством (ИУ). В простейшем случае таким измерительным устройством мо- жет быть осциллограф. Измерительное устройство подключаете к сопротивлению нагрузки RH. Напряжение на входе измерительного устройства, так же, как и ток, протекающий через диод, зависит от времени. Наибольшую трудность, здесь представляет фиксация момента времени, когда переходный обратный ток па дает до отсчетного уровня Iвос.

Рисунок 6.52 Усовершенствованная схема для измерения времени восстановления обратного сопротивления диодов

На рисунке 6.52 изображена модификация схемы измерительного устройства, в значительной степени облегчающая проведение процедуры измерений. На испытуемый диод подается смещен­ный в прямом направлении импульс тока от генератора импуль­сов. Импульсы отрицательной полярности от генератора импуль­сов обеспечивают быстрое переключение диода с прямого ток» на обратный.

Читайте также:  Измерение базовых высот вертикальных резервуаров гост

Вспомогательные диоды Д1 и Д2 образуют цепь постоянного тока в паузе между импульсами. В результате напряжение на со­противлении Rи в паузе равно нулю, и на осциллограмме появ­ляется нулевой уровень отсчета величины IBOCRн.

Вспомогательная цепь из диода Д3 и источника постоянного напряжения Е3 служит для устранения выброса напряжения в пер­вый момент после переключения. Источник постоянного напря­жения Е3 выбирают порядка (1,5. 2) IBOCRн.

Обязательным критерием применимости схемы рис. 16.7 явля­ется малая инерционность вспомогательных диодов Д1, Д2 и Д3. Время восстановления этих диодов должно быть, по крайней мере, на порядок ниже измеряемого значения τвос.

При тщательном выполнении всех методических требований суммарная погрешность измерения параметра т„ос при использо­вании осциллографа составляет 15. 30 %.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Завод низковольтного и высоковольтного оборудования

Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений

РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «СОВЕТСКОЕ РАДИО»

Приводятся сведения о важнейших свойствах полупроводниковых диодов различных классов. Кратко описаны принцип действия, конструкция, технология изготовления диодов. Приведены система электрических параметров диодов и методы их измерения. Особое внимание уделено эксплуатационным свойствам диодов разных классов, а также вопросам их правильного применения в радиоэлектронных схемах.

Книга рассчитана на широкий круг инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, изготовлением и эксплуатацией радиоэлектронной аппаратуры на полупроводниковых приборах.

Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. Под ред. Горюнова Н. Н. и Носова Ю. Р. Издательство «Советское радио», 1968

АВТОРЫ:
АБКЕВИЧ И. И ., АКИМОВ 10. С, АРОНОВ В. Л., ВИЗЕЛЬ А. А., ВАЛЬД-ПЕРЛОВ В. М., ГИТЦЕ-ВИЧ А. Б., ГОРЮНОВ Н. Н., ДРОИЕВИЧ В. М.. ДМИТРИЕВ М. Д., ЗАЙЦЕВА. А., КРУГЛОЕ И. И., КУЗЬМИН В. А., КУРНОСОВ А. И. ЛИБЕРМАН Л С. ЛИВШИЦ В. В., ЛОГУНОВ Л. А., МАДОЯН С. Г, НИСНЕВИЧ Я- Д., НОСОВ Ю. Р., ПЕТРОВ Л. А., РОМАНОВ Д. И., РЫЖИКОВ И. В.. СИДОРОВ Ю. И. СТРОГАНОВ А.Ф., ЧЕРНЫШЕВ А. А., ШПИРТ В. А., ШИБАНОВ А. П., ШУВАЛОВ Б. А

Содержание книги Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений

От редакции
Предисловие
Принятые обозначения
1. СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ
1.1. Основные свойства полупроводников
1.2. Принцип дейстивия р-п перехода
1.3. Вольтамперная характеристика р-п перехода
1.4. Емкость перехода
1.5. Пробой р-п перехода
Литература

2. ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДИОДА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
2.1. Вольтамперная характеристика диода
2.2. Эквивалентная схема диода
2.3. Измерение параметров вольтамперной характеристики диодов
2.4. Измерение частотных свойств диода
2.5. Измерение емкости диода
Литература

3. ШУМЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
3.1. Тепловой шум
3.2. Дробовой шум
3.3. Шумы в области пробоя р-п перехода
3.4. l/f-шум
3.5. Описание и измерение шумов в полупроводниковых диодах
Литература

4. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ диоды
4.1. Области применения и конструкции выпрямительных диодов
4.2. Электрические параметры и методы их измерения
4.3. Параллельное и последовательное соединение диодов
Литература

5. СТАБИЛИТРОНЫ (ОПОРНЫЕ ДИОДЫ)
5.1. Принцип действия и области применения стабилитронов
5.2. Зависимость напряжения стабилизации от температуры
5.3. Емкость стабилитронов
5.4. Шумы и стабильность параметров
5.5. Технология изготовления и конструкции стабилитронов
5.6. Основные параметры и методы их измерения
5.7. Особенности применения стабилитронов
Литература.

6. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ДИОДЫ
6.1. Особенности точечных диодов
6.2. Основные параметры высокочастотных диодов
6.3. Применение высокочастотных диодов
Литература

7. ВАРИКАПЫ
7.1. Принцип действия и области применения варикапа
7.2. Малосигнальная эквивалентная схема варикапа
7.3. Особенности конструирования варикапов
7.4. Параметры варикапов и методы их измерения
7.5. Функциональные зависимости параметров варикапов
Литература

8. ИМПУЛЬСНЫЕ ДИОДЫ
8.1. Типы импульсных диодов
8.2. Работа полупроводникового диода в режиме переключения
8.3. Прохождение импульсов прямого тока через диод
8.4. Диоды с накоплением заряда
8.5. Электрические параметры импульсных диодов
8.6. Измерение параметров импульсных диодов
Литература

9. ТИРИСТОРЫ (КРЕМНИЕВЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЕНТИЛИ)
9.1. Устройство и принцип работы
9.2. Статическая вольтамперная характеристика
9.3. Параметры тиристоров
9.4. Управление тиристором и его динамические свойства
9.5. Зависимость параметров тиристоров от температуры
9.6. Технологические методы создания четырехслойной структуры
9.7. Методика измерения параметров тиристоров
9.8. Перспективы развития тиристоров
Литература

10. ДЕТЕКТОРНЫЕ И СМЕСИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
10.1. Принцип действия и устройство
10.2. Выпрямительные параметры детекторных диодов
10.3. Частотно-преобразовательные параметры смесительных диодов
10.4. Шумовые параметры детекторных и смесительных диодов
10.5. Импедансные характеристики диодов
10.6. Измерение электрических параметров детекторных и смесительных диодов
10.7. Зависимость электрических параметров диодов от режима работы
10.8. Электрические перегрузки диодов, вызывающие их отказ
Литература

11. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ и УМНОЖИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
11.1. Принцип действия и области применения
11.2. Конструкции диодов и способы их изготовления
11.3. Применение диодов с управляемой емкостью в параметрических усилителях
11.4. Применение диодов с управляемой емкостью в умножителях частоты
11.5. Измерение параметров диодов с управляемой емкостью
Литература

Читайте также:  Моль таблица единицы измерения

12. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫЕ СВЧ ДИОДЫ
12.1. Назначение и области применения
12.2. Классификация переключательных СВЧ диодов
12.3. Диоды с р-n переходом
12.4. Диоды с p-i-n структурой
12.5. Ограничительные диоды
12.6. Методы определения основных электрических параметров переключательных диодов
Литература

13. ТУННЕЛЬНЫЕ И ОБРАЩЕННЫЕ ДИОДЫ
13.1. Принцип работы туннельного диода
13.2. Технологические и конструктивные особенности туннельных и обращенных диодов
!3.3. Эквивалентная схема туннельного диода
13.4. Переключательные туннельные диоды
15.4. Генераторные туннельные диоды
13.4. Усилительные туннельные диоды
13.5. Обращенные диоды
13.S. О критериях устойчивости туннельного диода
13.9. Измерение параметров туннельных диодов
13.10. Измерение сопротивления потерь
<3.11. Измерение емкости туннельного диода
13.12. Собственная индуктивность туннельного диода и ее измерение
13.13. Надежность туннельных диодов
Литература

14. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА
14.1. Принцип действия
14.2. Основные параметры полупроводниковых источников света
Литература

15. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПРИМЕНЕНИЯ ДИОДОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМАХ
15.1. Зависимость параметров диодов от температуры и режима
15.2. Технологический разброс параметров, их временной дрейф и нестабильность
15.3. Чувствительность к электрическим перегрузкам и предельно допустимые режимы работы
15.4. Основные правила применения диодов
Литература

Литература
1. Федотов Я. А. Основы физики полупроводниковых приборов. Изд-во «Советское радио», 1963.
2. Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд-во «Энергия», 1967.
3. Половко А. М. Основы теории надежности. Изд-во «Наука», 1964.
4. Базовский И. Надежность. Теория и практика. Пер. с англ., под ред. Б. Р. Левина. Изд-во «Мир», 1965.
5. Месяцев П. П. Надежность производства электронновычислительных машин. Машгиз, 1963.
6. Носов Ю. Р. Полупроводниковые импульсные диоды. Изд-во «Советское радио», 1965.
7. Гусев В. П., Фомин А. В. и др. Расчет электрических допусков радиоэлектронной аппаратуры. Изд-во «Советское радио», 1963.
8. Луцкий В. А. Расчет надежности и эффективности радиоэлектронной аппаратуры. Изд-во АН УССР, Киев, 1965.
9. Бергельсон И. Г., Минц В. И. Надежность полупроводниковых приборов. В сб. «Полупроводниковые приборы и их применение», под ред. Я. А. Федотова, вып. 9, Изд-во «Советское радио», 1963.
10. Туркельтауб Р. М. Методы исследования точности и надежности схем аппаратуры. Изд-во «Энергия», 1966.

Широкое применение полупроводниковых приборов в радиоэлектронных устройствах требует разработки инженерных методов проектирования радиоэлектронных схем на этих приборах и систематизации накопленного в разработке аппаратуры опыта.

В то же время большая часть выпущенной до настоящего времени литературы посвящена общим вопросам теории и применения полупроводниковых приборов и поэтому в большинстве случаев не может быть непосредственно использована при проектировании аппаратуры.

Эти причины побудили издательство «Советское радио» выпустить серию книг под общим названием «Радиоэлектронные схемы на полупроводниковых приборах. Проек­тирование и расчет».

Книги предназначаются для широкого круга научных и инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией аппаратуры на полупроводниковых приборах, а также для студентов высших учебных заведений соответствующего профиля.

План издания разработан редколлегией, состоящей из специалистов в области теории и разработки полупроводниковых приборов и аппаратуры, обсужден на ведущих предприятиях промышленности и откорректирован в соответствии с высказанными замечаниями.

Редколлегией совместно с редакцией были привлечены в качестве авторов книг высококвалифицированные научные работники и конструкторы в данной области.

Серия состоит из десяти книг. Первые две книги содержат сведения о полупроводниковых приборах, необходимые для конструирования различных типов аппаратуры. В них рассматриваются основные физические процессы в полупроводниковых приборах, параметры и методы их измерения, виды и способы испытаний приборов в соответствии с действующими техническими условиями, а также излагаются вопросы предельно допустимых режимов и надежности.

Последующие книги посвящены основам теории, методике проектирования и расчету схем на полупроводниковых приборах:
— апериодических усилителей;
— радиоприемных устройств;
— импульсных устройств;
— элементов ЭВМ;
— автоматического управления;
— источников электропитания;
— СВЧ устройств;
— радиопередающих устройств.

Эти книги построены по единому принципу. Излагаются краткие общие сведения, приводятся основные теоретические и расчетные соотношения и даются рекомендации о целесообразной последовательности расчетов, которые иллюстрируются типовыми схемами с указанием их параметров.

Все издание намечено выпустить в свет в течение 1967 — 1969 гг.

Издание данной серии книг должно способствовать дальнейшему широкому внедрению полупроводниковых приборов в новые разработки, улучшению технических и эксплуатационных характеристик отечественной радиоэлектронной аппаратуры; оно будет полезно также для обуче­ния студентов;.

Настоящее издание, естественно, не свободно от недостатков, вызванных необходимостью изложения очень широкого круга вопросов и трудностями координации работы большого коллектива авторов. Издательство с благодарностью примет замечания, направленные на улучшение данной серии книг. Замечания следует направлять по адресу: Москва, Главпочтамт, п/я 693.

Скачать книгу Под редакцией Горюнова Н. Н. и Носова Ю. Р. Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. Москва, Издательство «Советское радио», 1968

Источник