В статье рассмотрены вопросы построения приборов для измерения характеристик полупроводниковых радиоэлементов, приведена структурная схема внутреннего источника тока, произведена компоновка печатного узла с использованием специализированной среды National Instruments Ultiboard.
Ключевые слова: характериограф, источник тока, печатный узел.
В приборостроении существует целый класс приборов, которые предназначены для контроля, измерения и исследования основных метрологических характеристик электронных компонент полупроводниковых деталей. Они называются характериографы. Учитывая эксплуатационные особенности приборов этого класса для их унификации, используется графический интерфейс отображения информации в виде графиков и диаграмм.
Статья посвящена созданию источника питания для характериографа при испытаниях МДП-транзисторов.
Отличительной особенностью работы МДП-транзисторов является необходимость контроля не только вольт-амперной характеристики, но и вольт-фарадной характеристики, которая описывает работу МДП-транзистора при переменном токе, емкость между выводами транзистора. С физической точки зрения характериограф — это совокупность источника тока и напряжения с многофункциональным цифровым мультимертам.
Основные электрическими параметрами являются: верхнее и нижнее значение токов потребления при постоянном или импульсном токе, действующее и амплитудное значение напряжения подаваемые на прибор. При подготовке к измерению для режима источника тока указываются минимальное и максимальное значение постоянного тока, а также предельное значение импульсного. Может указываться предел величины сопротивления, измеряемой установкой.
На сегодняшний день на рынке представлено большое количество характериографов. Основными отличительными параметрами являются:
– возможность подключения периферийных устройств;
– наличие расширенных протоколов обмена;
– параметрические режимы настройки.
Несмотря на большой номенклатурный ряд существуют задачи, для которых нет оптимального прибора: одни избыточны и дороги, другие не подходят по функционалу. Исходя из этого для исследования полупроводниковых МДП-транзистором целесообразно разработать новый прибор. Для его управления можно использовать программное обеспечение Multisim.
Основные характеристики источника — обеспечение и поддержание вольт-амперных характеристик транзисторов, возможность измерения нескольких электрических параметров одновременно, возможность коммутации с персональным компьютером через стандартную плату PCI6251.
Первоначальной задачей конструирования является создание структурной схемы источника, на которой представлены основные узлы и их взаимосвязь. Основным узлом источника является генератор импульсного напряжения (ГИН), формирующий импульсы требуемой длительности и амплитуды. Источник напряжения (ИП) задает максимальное напряжение, которое используется при снятии ВАХ. Регулятор (Р) задает требуемую форму импульса. На испытуемый прибор (ИП) поступает сформированное напряжение заданной частоты, длительности и амплитуды. Сигнал в виде напряжения или тока с испытуемого прибора поступает на инструментальный усилитель для использования максимальной разрешающий способности платы PCI6251.
Структурная схема показана на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема устройства
Электрическая схема, реализующая описанную структуру показана на рисунке 2.
Рис. 2. Схема электрическая
Учитывая специфику работы источника, важную роль при проектировании уделяется правильности размещения радиоэлементов. Это необходимо для минимизации паразитных наводок между отдельными частями схемы. Ключевую роль в схемах занимает вопрос связи между отдельными элементами. Требуется определить не только параметры линий связи, но также и влияние, оказываемое ими друг на друга.
При проектировании топологии воспользуемся средой National Instruments Ultiboard, которая помогает произвести оптимальную установку радиоэлементов. Внешний вид двухслойной топологии показан на рисунке 3.
Рис. 3. Печатная плата источника
Трехмерное изображение печатного узла приведено на рисунке 4.
Рис. 4. 3D-модель печатного узла
Малая плотность упаковки ЭРЭ позволяет изготовить её в соответствии с первым классом точности выполнения элементов печатного рисунка. Печатные платы 1–2-го классов точности просты в исполнении, надёжны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость, 3–5 классов требуют использования высококачественных материалов, инструмента и оборудования.
Литература:
1 Калинин В. О. Исследование методов повышения помехоустойчивости сверхширокополосных систем радиосвязи: автореф. / О. В. Калинин; М-во связи РФ, Новосибирск, 2016. − 25 с.
2 ГОСТ 24375− 80. Издания. Международная стандартная нумерация книг. введ. 1982–01–01. — Москва, 10 с. — (Радиосвязь термины и определения).
3 Лазоренко О. Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. // Радиофизика и радиоастрономия. / О. Ф. Лазоренко, Л. Ф. Черногор. — Москва, 2008. − т.13, с.166–194.
