Устройства для измерения статических и динамических параметров транзисторов алгоритмическими методами

Конденсаторы  и  служат для разделения цепей постоянного и переменного тока, а конденсаторы , ,  и  для развязки указанных цепей. Блок питания (БП) предназначен для электропитания по постоянному току блоков П и У.

Применение устройства рис.1 позволяет стабилизировать рабочую точку (РТ) со стороны коллектора независимо от типа или структуры транзистора. Рассмотрим процесс стабилизации РТ на примере биполярного транзистора  структуры.

Рис.1 Структурная схема первого измерительного устройства

Согласно данным работы [1] ток  устанавливает источник ИТ, а напряжение  рассчитывают по формуле

,                                      (1)

где  - напряжение на выходе источника ИН;

 - коэффициент деления цепочки ,

На практике коэффициент  выбирают в интервале 0,1-0,5. Таким образом РТ транзистора  определяют ток  на выходе ИТ и напряжение  на выходе ИН. При использовании программируемых ИТ и ИН процесс установления РТ можно автоматизировать управляя источниками от ПК.

Для измерения  - параметров устрйство рис.1 в отличие от устройства [1] было приспособлено для измерения в режиме определённом способом [2]. Для этого предварительно измерительную схему калибруют в режиме холостого хода с помощью образцовых мер  и  и измеряют матрицу  полюсных напряжений холостого хода, а в рабочем (при подключенном транзисторе) режиме измеряют матрицу , элементами которой служат полюсные напряжения при прямом и обратном включении транзистора.

Управление режимом измерения производится программатором П с помощью ключей -. Соответствующие напряжения регистрируют с помощью ВВ подключённого к выходу ключа .

Для калибровки устройства в режиме холостого хода первую образцовую меру  подключают между 1 и 3 контактами ДТ и при нормальном положении - измеряют напряжение  на базовом контакте ДТ. Далее переключатели - приводят в рабочее состояние. Вторую образцовую меру  подключают к контактам 2 и 3 ДТ и измеряют напряжение   на коллекторном контакте ДТ. Напряжения  и  составляют вектор калибровочных напряжений .

Для определения матрицы  сначала рассчитывают матрицы передачи  - холостого хода и  нагруженного режима по формулам

  ,                           (2)

 ,                         (3)

где =1,2; =1,2;

 - входное сопротивление ВВ;

 - коэффициент, определяемый по формуле

.                                    (4)

Матрицу  рассчитывают по матричной формуле [2]

.                                 (5)

Рис.2. Структурная схема второго измерительного устройства

При определении  - матрицы транзистора по формулам (2) – (3) принципиально исключаются систематические погрешности, вносимые паразитными индуктивностями и ёмкостями измерительных цепей, а также входной цепи ВВ. Также исключаются мультипликативные погрешности возникающие при измерении модулей комплексных напряжений и аддитивные при измерении разностей их фаз, так как в расчётных формулах используются отношения этих напряжений. Однако возникают определённые сложности при аттестации сопротивления , что вызывает дополнительные погрешности. Эти погрешности можно исключить при применении второго измерительного устройства, структурная схема  которого показана на рис.2.

Устройство рис.2 получаем из устройства рис.1 путём исключения переключателя  и введения второго ВВ. В этом случае первый ВВ1 и второй ВВ2 векторные вольтметры постоянно подключены к базовой и коллекторной цепям. Поэтому сопротивление  каждого из них постоянно входит в состав измерительных цепей и в его аттестации нет необходимости.

Режимы работы первого и второго устройств по постоянному и переменному току полностью идентичны, но во втором устройстве отсутствуют коммутации ВВ. Расчёт  - матрицы транзистора производят по формулам, полученным из формул (2) – (5) при .

Тогда коэффициенты матриц  и  производят по формулам

,                              (6)

,                             (7)

где  - коэффициент, рассчитываемый по формуле (7).

 - матрицу рассчитывают по формуле (8). Существенный недостаток рассмотренных выше устройств заключается в том, что при измерениях транзисторов средней и большой мощности возникают сложности их электропитания по постоянному  току из-за разогрева этих резисторов, особенно коллекторного резистора .

Эти недостатки можно исключить путём шунтирования резисторов  и  катушками индуктивности, как это показано на рис.3.

Рис.3. Структурная схема третьего измерительного устройства

Третье измерительное устройство разработано на базе второго. В этом случае резисторы  и  шунтированы катушками индуктивности  и  соответственно. Так как напряжение  и напряжение на выходе ИТ равны, то делитель ,  представилось возможным подключить к выходу ИТ. Тем самым исключено шунтирующее влияние делителя ,  на коллекторную цепь. Назначение остальных элементов такое же, как и на схемах рис.1, рис.2.

Статический режим устанавливается таким же образом как в схемах рис.1, рис.2  Динамические тесты по определению матриц ,  и  вектора  производятся