ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ

Выбор режима измерения. На вольтамперной характе­ристике диода имеются области с различными дифферен­циальными сопротивлениями. Поэтому необходимая точ­ность определения Параметров может быть достигнута при соблюдении определенных условий измерения. Выясним, каковы эти условия при измерении прямой характеристики диода. Логарифмируя выражение (2.2), получаем

t/ = y In (l-I--£)+//-".

На основании формул (2.3) и (2.11) можно получить выра­жение, связывающее относительное изменение напряжения на диоде с вызывающим его относительным изменением прямого тока:

(f)=-^М-(г) <2'21

^ Упр 1п ( 1.+ jA + \гб I V 1 /пр

Поскольку справедливо неравенство 1п(1+///0)>1 при токе более 1 ма, то первый множитель в формуле (2.12) значительно меньше единицы. Так, полагая / = 1 ма, /0= 10 мка, гс = Ю ом, получаем (AU/U)np = 0,28 (А///)пр.

Если сопротивление базы мало, точность измерения напряжения будет выше, чем тока, при одинаковых отно­сительных погрешностях измерения этих величин. Поэтому при оценке параметров прямой ветви вольтамперной характеристики целесообразно задавать постоянный пря­мой ток /пр и измерять прямое падение напряжения Unp. Требование «задавать ток через диод» означает, что внутрен­нее сопротивление источника питания должно быть сущест­венно больше сопротивления диода, чтобы изменение' напряжения на диоде не вызывало изменений тока, выходя­щих за пределы заданной погрешности измерений, т. е. источник должен быть генератором тока по отношению к диоду. Это условие распространяется на измерение напря­жения во всех участках характеристики, где дифференциаль­ное сопротивление мало. Так, при измерении параметров диода в области пробоя следует задаваться величиной обрат­ного тока /0бр и определять обратное напряжение с/о6р.

Условие, которому должно удовлетворять внутреннее сопротивление генератора постоянного тока, определяется соотношением где ARK — возможное отклонение величины дифференци­ального сопротивления диода; AU — максимально возмож­ное отклонение величины прямого падения напряжения

на диоде при заданной величине тока /пр;— допу-

стимая относительная погрешность измерения постоянного прямого тока, протекающего через диод.

При измерении параметров обратной характеристики диода, за исключением области пробоя, необходимо, чтобы источник питания, которым задается режим измерения, имел малое внутреннее сопротивление, так как в противном случае незначительные изменения обратного тока будут вызывать большую погрешность

Измерение параметров прямой ветви характеристики диода.

Для измерения прямого падения напряжения на диоде применяют схему включения, изображенную на рис. 2.5.

Генератор постоянного тока (ГТ) должен обеспечивать постоянство прямого тока диода (без подстройки.) при раз­личных значениях прямого падения напряжения на диоде. Изменение прямого тока при закорачивании диода не дол­жно превышать 3 % от номинального значения. Постоянное прямое напряжение на диоде измеряется вольтметром (ИН). Блок защиты БЗ предотвращает перегрузку вольтметра при отключении измеряемого диода. Постоянный прямой ток измеряется миллиамперметром (ИТ).

Погрешность, с которой задается величина прямого тока диода, включая погрешность его измерения и ошибку, выз­ванную потреблением вольтметра и блока защиты, не должна превышать ±3%.

Падение напряжения на контактной системе и в проводах, с помощью которых испытуемый диод подключается к изме­рительной схеме, не должно превышать 2% от макси­мально возможной величины прямого падения напряжения на диоде.

Вольтметр постоянного тока должен обеспечивать изме­рение величины сУпрС погрешностью не более 1%. Для этого применяются магнитоэлектрические приборы класса точ­ности 1,0.

Величина тока, ответвляющегося в вольтметр, не долж­на превышать 5 • №—3Г

В качестве генератора тока (ГТ) могут быть использованы батарея или стабилизатор напряжения с включенными после­довательно дополнительными сопротивлениями, чтобы выполнялось требование (2.13).

Наиболее рациональная схема источника тока для измере­ния прямого падения напряжения Unp показана на рис. 2.6-Она представляет собой стабилизатор тока, выполненный на транзисторе 7\ типа р-п-р. Опорное напряжение снимает­ся с низковольтного кремниевого стабилитрона Д4. Испыты­ваемый диод ИД включен в коллекторную цепь транзис­тора. Переменный резистор Ri обеспечивает глубокую регу­лировку прямого тока через измеряемый диод. Резистором Rz выбирают режим работы стабилитрона Д4.

Существует несколько схем, предназначенных для защиты вольтметра от перегрузок. Одна из них, получившая широ­кое распространение, показана на рис. 2.7. Работа схемы основана на использовании инерционности рамки магнито­электрической системы вольтметра. При включении испы­тываемого диода ИД срабатывает реле Р и подключает вольтметр — (ИН).

Рассмотрим схему измерения прямого дифференциального сопротивления диода (рис. 2.8). На диод подается постоян­ное напряжение от генератора тока Г7\ и переменное напря­жение от генератора ГТ2 — Величина постоянного тока дол­жна соответствовать рабочей точке на прямой ветви вольт­амперной характеристики, в которой измеряется дифферен­циальное сопротивление (этот ток называют током смещения). Амплитуда переменного тока должна составлять не более 1 — 2 % от величины тока смещения, так как при большей амплитуде результат измерения не будет соответствовать действительному значению дифференциального сопротив-

ления диода. Переменное напряжение (синусоидальной формы), приложенное к диоду (ИД), подается на вход селек­тивного усилителя СУ и контролируется стрелочным инди­катором И.

При постоянной амплитуде переменного тока падение напряжения переменной составляющей на диоде будет пропорционально дифференциальному сопротивлению. Поэ­тому шкалу индикатора можно отградуировать в единицах сопротивления при помощи эталонного резистора RK.

Отклонение величины сопротивления резистора от номи­нального значения не должно быть более 0,5%. ТКС резис­тора не должен превышать 10~4 град"1. Кроме того, чтобы уменьшить нагрев эталонного резистора, на время калибровки выключают постоянное напряжение (ток сме­щения); резистор выбирают с запасом по величине номи­нальной мощности рассеяния. В качестве калибровочных эталонных сопротивлений обычно применяют резисторы типа УЛИ. Пульсации источника постоянного тока не должны превышать 0,1%.

Чтобы не вносить дополнительной погрешности в резуль­таты измерений, входное сопротивление селективного уси­лителя СУ должно выбираться из условия RBX'>200RR макс, где RK макс — максимальное дифференциальное сопротив­ление измеряемого типа диодов.

Требования к генератору постоянного тока (тока сме­щения) такие же, как и к генератору тока при измерении прямого падения напряжения.

В качестве генератора синусоидального тока можно применить любой звуковой генератор, у которого искус­ственно увеличено выходное сопротивление до величины, определяемой соотношением /?Вых> 200/?д маКс — Измерение величины RA производится на частоте / = 0,5 ч — 5 кгц. Этот диапазон частот удобен для получения хорошей изби­рательности селективного усилителя, кроме того, на этих частотах еще не сказываются паразитные реактивности измеряемого диода и облегчена борьба с фоном перемен­ного тока и шумами.

Нелинейность амплитудной характеристики селектив­ного усилителя не должна превышать 2 %; полоса пропус­кания должна быть не более 0,1/.

Упрощенная схема измерения дифференциального сопро­тивления изображена на рис. 2.9. В качестве источника тока смещения применен стабилизатор тока, аналогичный изображенному на рис. 2.6. В схему введен трансформатор Тр, с помощью которого осуществляется амплитудная модуляция опорного напряжения стабилизатора. На пер­вичную обмотку трансформатора подается синусоидальный сигнал с выхода звукового генератора ЗГ (типа ЗГ-10). Частота модуляции 1 кгц. Нагрузкой стабилизатора тока служит испытуемый диод ИД. Переменная составляющая падения напряжения на диоде через разделительный конден­сатор С поступает на селективный усилитель СУ, на выходе

которого включен стрелочный индикатор выхода (И). При калибровке индикатора переключателем Я выход ста­билизатора тока подключается к эталонному резистору RK, при этом регулировкой усиления СУ устанавливается показание стрелочного индикатора И, соответствующее номиналу резистора RK. При измерении выход стабилизатора .подключается к диоду ИД и по шкале индикатора, програ-дуированного в омах, отсчитывается значение дифференци­ального сопротивления.

Измерение параметров обратной ветви характеристики диода. Схема включения диода при измерении обратного тока /0бр изображена на рис. 2.10.

Выходное сопротивление ге­нератора постоянного напря­жения должно быть достаточно малым, так как выходное напряжение ГН не должно меняться более чем на 1% при изменении величины /обр от нуля до максимального (для испытываемого диода) значения. Вольтметр включают до измерителя тока и его блока защиты БЗ. Поэтому падение .напряжения на измерителе тока и токонесущих элементах схемы защиты не должно превышать 2% от устанавливае­мой величины обратного напряжения. Если генератор напря­жения питается от сети, то пульсации на его выходе не дол-'жны превышать 1% от выходного напряжения.

Другая распространенная схема измерения обратного тока показана на рис. 2.11. Обратное напряжение на диод подается от стабилизированного источника напряжения ГН через делитель Rlt R2. Оно измеряется вольтметром ИН класса точност-и 1,5. Обратный ток измеряют многопре­дельным микроамперметром (например, типа М-95).

Для защиты микроамперметра от перегрузок используется устройство, состоящее из усилителя постоянного тока (лампа Лг типа 6ЖЗП) и балансной схемы (лампа Л2 типа 6Н1П). В анодных цепях лампы Л2 включена обмотка реле Р

(типа РП-7), контакты которого К разрывают цепь обрат­ного напряжения диода при перегрузках микроамнерметра.

. Сигнал на схему защиты поступает с одного из резисторов R3, R4 или R5 в зависимости от положения переключателя пределов измерения микроамперметра ИТ.

При измерениях обратного тока особое внимание следует уделять выбору материала, на котором монтируется держа­тель диода. Если изоляционные свойства материала пло-

хие, ток утечки становится соизмеримым с обратным током диода, особенно при больших обратных напряжениях. Целесообразно держатель диода изготавливать из фторо­пласта.

Обратный ток следует измерять при значении обратного напряжения, меньшем максимально допустимого с7обр макс. указанного в паспортных данных на диод.

Для измерения постоянного обратного напряжения на диоде t706p при заданной величине обратного тока /обр ис­пользуется схема, изображенная на рис. 2.12. В этой схеме испытываемый диод ИД через микроамперметр ИТ подклю­чен к генератору постоянного тока ГТ. Падение напряже­ния на диоде, вызванное обратным током /0бР, измеряется высокоомным вольтметром ИН.

Выходное сопротивление генератора постоянного тока ГТ должно быть таким, чтобы при всех допустимых значе­ниях обратного напряжения выходной ток генератора изме­нялся не более чем на 5%. Для измерения падения напря­жения можно применять электростатические вольтметры класса точности 2,5. Схема генератора постоянного тока для измерения обратно­го напряжения аналогична схеме рис. 2.6 и отличается от нее лишь тем, что в ней вме­сто тр анзистор а испол ьзуется вакуумный тетрод, а испы­тываемый диод и опорный стабилитрон включены в обратной полярности.

Для измерения обратного напряжения у высоковольтных диодов в схеме ГТ применяют специальные лампы, допус­кающие работу при высоком анодном напряжении (несколько киловольт). Эти лампы, например типа 6Э7П, имеют весь­ма малые межэлектродные токи утечки (доли микроампер). Схемы защиты измерительных приборов от перегрузок ус­ложняются, их выполняют на высоковольтных лампах и газоразрядных стабилитронах.

Одна из схем измерения обратного напряжения высо­ковольтных диодов .изображена на рис. 2.13. Она состоит из описанного выше генератора постоянного тока, собран­ного на лампе JIi типа 6Э7П и стабилитроне Д4.

По микроамперметру ИТ (типа М24) контролируется значение обратного тока через диод. Величину этого тока устанавливают резистором Rt. Напряжение смещения на вторую (управляющую) сетку лампы снимается с резистора R2 — Газовые стабилитроны типа СГ1П (Л2 и Л3) служат для защиты вольтметра ИН от перегрузки. Пределы измерения вольтметра 100 и 300 в. В схеме вольтметра применен микроамперметр М-95 с добавочными сопротивлениями; потребление прибора 0,1 мка на всю шкалу. Класс точности 1,5. Коэффициент пульсации источника питания не должен быть более 1 %.

Описанная схема пригодна также для измерения напря­жения стабилизации UCT высоковольтных кремниевых ста­билитронов.