Структурная схема установки для измерения шумов транзисторов по [3] приведена на рис. 1. Путем измерения питающих напряжений имеем возможность менять режим работы транзистора в широких пределах. При известных режимах [3] (ток эмиттера Iэ>1mA, напряжение коллектора Uк>3В), имеем возможность выявления постепенных отказов за счет изменения состояния поверхности, так и внезапных оотказов за счет объемных дефектов и дефектов контактных соединений. Для маломощных транзисторов используют режим измерения коэффициента шума, указанный техническими условиями. Описание работы подробно дается [3]. Измеряют эффективное напряжение шума, приведенное к базе транзистора Uш.б.через коэффициент усиления измерительной установки по напряжению Ки
(24)
где Uс.вых - калибровочное напряжение, измеренное на выходе установки;
Uс.вх - калибровочное напряжение на ходе исследуемого транзистора.
Для более точного измерения спектральной плотности шума измеряют ширину пропускания фильтра, которая определяет ошибку измерения.
(25)
где К(f), К(f0) - значения коэффициентов передачи линейного фильтра на некоторой частоте f и на резонансной частоте f0 соответственно. Коэффициент Ки по [24] можно также определять следующим образом по [3]
(26)
где Кп.у.,Ки.т - коэффициенты усиления предварительного усиления и усилительной схемы на исследуемом транзисторе.
Надо отметить, что для стабильности Ки.т применяется отрицательная обратная связь по току. В общем виде принципиальная схема включения исследуемого транзистора по [3] показана на рис.2.
Малошумящий усилитель - наиболее важная часть установки, определяющей уровень собственных шумов. В настоящее время разработано достаточное количество схем малошумящих усилителей.
Структурная схема для измерения шумов диодов приведена по [3] на рис.3.
Чтобы исключить заметный разброс значений дифференциального сопротивления при заданном токе соблюдают условия Rн<<Rдиф, тогда напряжение шума исследуемого диода определяется по формуле:
(27)
где Uш.изм. - напряжение шума, измеренное на выходе предварительного усилителя.
Следует отметить, что погрешность измерения шума диода в сильной степени зависят от нестабильности коэффициента Кп.у., поэтому его необходимо периодически проверять. Также следует отметить, что уровень шумов диодов значительно меньше транзисторных.
Некоторые особенности имеются при измерении шума мощных транзисторов. Как правило, здесь используется импульсный метод измерения. Схема включения мощных транзисторов по [3] приведена на рис.4. Описание схемы и процедуры измерения шума подробно дается в [3]
Разработаны измерители шумов ИС, в частности, структурная схема одного из них по [3] имеет следующий вид.(рис.5)
Описание работы данной структурной схемы приводится в [3].
6. Автоматизация измерения НЧ шумов
полупроводниковых приборов и
интегральных схем.
Исследования НЧ шумов различных элементов РЭА проводится давно. Но с каждым годом разрабатываются все новые элементы РЭА. Меняется подчас элементная база РЭА, создаются новые технологии производства и контроля РЭА. В настоящее время считается целесообразным автоматизировать процесс измерения и контроля параметров элементов РЭА для отбраковки непригодных элементов и сокращения времени контроля.
По [3] предлагается в целях повышения качества выпускаемой продукции предприятий электронной промышленности разработать и внедрить автоматические системы управления технологическим процессом (АСУТП). В качестве одной из подсистем АСУТП использовать контроль технологического процесса производства ППП (диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные сборки и т. д.) по уровню НЧ шума. Считается, что этот метод универсален именно для ППП, т.к. все они состоят из различных структур с одним и более p-n переходами. В настоящее
время широкое внедрение и распространение получили АСУТП с применением компьютерных технологий и компьютерной техники.
Предлагается следующая функциональная схема для одноразового измерения НЧ уровня шумов ППП.
От звукового генератора подается напряжение Uг определенной частоты (от 20 Гц до 1 кГц), которое коммутируется через переключающий блок на одну из схем включения образцов. Для каждого подвида ППП (диод, транзистор, тиристор, интегральная сборка) своя схема включения. Переходной блок определяет от какой из схем включения идет сигнал и на выходе выдает напряжение Uх, которое проходит через узкополосный селективный усилитель, на выходе которого получаем напряжение шума Uш на частоте, заданной звуковым генератором. Величина напряжения шума фиксируется на табло цифрового вольтметра, который связан с компьютером шиной данных. В компьютере заложены данные по среднему значению шума Gср и дисперсии D на каждый тип ППП, проходящий контроль. При этом учитывается, что Gср определяется по (22) и уровень отбраковки потенциально ненадежных ППП определяется статистической обработкой данных.
Исполнительное устройство работает от команд компьютера. При обнаружении потенциально ненадежного ППП, в процессе контроля, компьютер дает команду на «изъятие» исполнительному устройству элемента из выборочной партии. На компьютер так же поступает информация от переключающего блока, которая автоматически (программой в компьютере) устанавливает данные для контроля каждого из подвидов ППП. Малошумящий источник питания необходим для наиболее важных узлов: схемы включения образцов и узкополосного селективного фильтра. От качества напряжения малошумящего источника питания зависит качество полученных результатов измерения и в конечном итоге качество контроля ППП.
7. Список литературы.
1. Маликов И.М. Надежность судовой электронной аппаратуры и систем автоматического управления. Ленинград: Судостроение, 1967 - 316с.
2. Физические основы надежности интегральных схем. Под редакцией Ю.Г. Миллера. М.: Советское радио, 1976 - 320с.
3. Пряников В.С. Прогнозирование отказов полупроводниковых приборов. М.: Энергия 1978 - 112с.
4. Испытания элементов радиоэлектронной аппаратуры (Физические методы надежности). Некрасов М.М., Платонов В.В., Дадеко Л.И.Киев: Вища школа, 1981 - 304с.
5. Перроте А.И., Карташов Г.Д., Цветаев К.Н. Основы ускоренных испытаний радиоэлементов на надежность. М.: Советское радио, 1968 - 224с.
6. Неразрушающий контроль элементов и узлов радиоэлектронной аппаратуры. Под редакцией Б.Е. Бердичевского М.: Советское радио, 1976 - 296с.
7. Гинзбург В.М., Власов И.Г. Голография в измерительной технике. М.: Советское радио, 1974 - 120с.
8. Кузнецов Ф.К. Тепловые параметры транзисторов и их изменение. Киев: Технiка, 1966 - 80с.
9. Придорогин В.М. Шумовые свойства транзисторов на низких частотах. М.: энергия, 1976 - 160с.
10.Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах. Под общей редакцией А.К. Нарышкина. Совместное советско-чешское издание. М.: Советское радио 1977 - 416с.