МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ТРАНЗИСТОРОВ

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ТРАНЗИСТОРОВ

Лисенков Б.Н. ¹, Грицев Н.В. ¹, Бруек А.А. ¹, Жиляк Н.А.²

¹Открытое акционерное общество “МНИПИ”, Минск, Республика Беларусь

  ²Белорусский государственный технологический университет, Минск, Республика Беларусь

Силовые измерители вольт-амперных характеристик (ВАХ), развивающие мощность испытательного сигнала до 250 В·А, широко применяются для оперативного контроля статических параметров полевых и биполярных  транзисторов, однако при определении с их помощью коэффициента передачи тока биполярных или крутизны полевых транзисторов, трудоемкость измерений увеличивается.

Учитывая, что принцип измерения  крутизны полевых транзисторов и принцип измерения коэффициента передачи тока биполярных транзисторов идентичны, рассмотрим методику измерения коэффициента передачи.

Для измерения коэффициента передачи транзистора с помощью силового измерителя ВАХ, необходимо предварительно получить изображение на его экране семейства выходных характеристик исследуемого транзистора в масштабе, обеспечивающем измерение искомого коэффициента при заданных значениях напряжения на транзисторе и токе через него с приемлемой точностью, после чего измерить этот коэффициент.

Например, в силовом измерителе ВАХ Л2-56, после отображения на экране  семейства ВАХ в масштабе удовлетворяющем условиям измерений, оператор должен выбрать точку на одной из линий семейства ВАХ, которая отвечает заданным значениям напряжения на коллекторе и тока через коллектор и визуально измерить коэффициент передачи, по шкале нанесенной на экран прибора. При этом масштабный коэффициент шкалы “(β или S)/дел”, равный отношению установленного масштаба по току коллектора к масштабу ступенек сигнала в цепи базы индицируется в цифровом виде [1].

В силовом измерителе ВАХ модель 370 (Tektronix, США), после отображения на экране  семейства выходных характеристик исследуемого транзистора в масштабе удовлетворяющем условиям измерений, оператор должен вручную установить маркер в выбранной точке на одной из линий семейства ВАХ, отвечающей заданным условиям измерения, после чего на цифровом индикаторе появляется значение искомого коэффициента передачи “(β OR gm)/DIV ” [2].

 То есть, известные методики измерения коэффициента передачи транзистора с помощью силового измерителя ВАХ требуют обязательного участия оператора в выборе точки на одной из линий, которая удовлетворяет заданным условиям измерения. Это снижает оперативность измерений и вносит субъективную составляющую погрешности. 

Нами разработана методика измерения коэффициента передачи транзистора с помощью силового измерителя ВАХ, которая требует минимального участия оператора в процессе измерения и включает два этапа.

 На первом этапе измеряют  семейство выходных характеристик транзистора в диапазонах соответствующих заданным значениям тока и напряжения коллектора в точке измерения и осуществляют визуальный контроль априорно выбранной для этого амплитуды ступени тока  в канале базы. Причем, для проведения контроля, результаты измерений отображают в координатах Ib (Ось Y) и Ic (Ось Х), что не меняет сути данной операции.

На втором этапе, на основе выполненных измерений семейства ВАХ и заключения оператора по результатам визуального контроля, измеритель рассчитывает искомое значение коэффициента передачи.

Например, алгоритм расчета статического коэффициента передачи тока для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером включает выбор измеренной точки ВАХ, координаты которой наиболее близки к заданным значениям тока и напряжения на коллекторе, и вычисление отношения тока коллектора в этой точке к установленному значению тока базы на выбранной ветви семейства ВАХ. Крутизну характеристики полевого транзистора рассчитывают аналогично.

 Данная методика реализована в программно-управляемом измерителе параметров полупроводниковых приборов повышенной мощности ИППП-3 [3].

Существенное отличие новой методики от известных заключается в том, что измерение выходного семейства ВАХ выполняют в импульсном режиме. Это обеспечивает измерение коэффициента передачи силовых транзисторов при больших уровнях мгновенной рассеиваемой мощности.

Новым является также то, что на каждой линии ВАХ измеряют только одну точку, которая соответствует заданному значению напряжения на коллекторе, что исключает проведение избыточных измерений. При этом заключение о правильности априорного выбора амплитуды сигнала (тока или напряжения) в канале базы выносят на основании наблюдения только тех точек ВАХ, которые соответствуют заданному напряжению на коллекторе, что повышает оперативность визуального анализа.

Еще одно существенное отличие новой методики от известных методик состоит в том, что, вычисление коэффициента передачи выполняют во всех измеренных точках ВАХ. Таким образом, новая методика впервые обеспечивает определение функциональной зависимости искомого коэффициента передачи от тока коллектора  Ic с помощью силового измерителя ВАХ.

В качестве примера, на рисунке 1 представлено изображение измеренной зависимости статического коэффициента передачи тока β (h_21Э) для биполярного транзистора КТ316 в схеме с общим эмиттером. Измерения выполнены согласно предложенной методике с помощью ИППП-3, при этом  количество точек на графике соответствует количеству ступеней тока, заданному в канале базы.

Положение нулевой точки шкалы выбрано в центре графика, но при исследовании зависимостей расположенных только в одном из квадрантов, он может занимать все поле графика. Для наглядности, отображаемые точки  измеренной или расчетной зависимости могут быть соединены непрерывной ломаной линией.

В строке отчета, расположенной под графиком, отображается название теста (Beta), наименование искомой величины (Beta), 

Рис.1 - Изображение панели управления измерителя ИППП-3 с выбранной закладкой “Канал С” и изображением графической зависимости коэффициента передачи Beta (Ось Y) от тока коллектора Ic (Ось Х) на экране встроенного ЖК-дисплея.