Устройство на рисунке 3.5 получаем из устройства на рисунке 3.4 путём исключения переключателя КЗ и введения второго ВВ. В этом случае первый ВВ1 и второй ВВ2 векторные вольтметры постоянно подключены к базовой и коллекторной цепям. Поэтому сопротивление Znкаждого 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 Y - матрицы транзистора производят по формулам, полученным из формул (3.7) - (3.11) при Zn -> со.
Тогда коэффициенты матриц К(] и К производят по формулам
Существенный недостаток рассмотренных выше устройств заключается в том, что приизмерениях транзисторов средней и большой мощности возникают сложности их электропитания по постоянному току из-за разогрева этих резисторов, особенно коллекторного резистора R5.
Эти недостатки можно исключить путём шунтирования резисторов Ш и 5 катушками индуктивности, как это показано на рисунке 3.6.
Третье измерительное устройство разработано на базе второго. В этом случае резисторы R1 и R5 шунтированы катушками индуктивности II и L2 соответственно. Так как напряжение Ukи напряжение на выходе ИТ равны,
то делитель R4, R6 представилось возможным подключить к выходу ИТ. Тем самым исключено шунтирующее влияние делителя Д4, R6 на коллекторную цепь. Назначение остальных элементов такое же, как и на схемах на рисунках 3.4 и 3.5. Статический режим устанавливается таким же образом как в схемах на рисунках 3.4 и 3.5. Динамические тесты поопределению матриц UQ9Uи вектора Ukпроизводятся аналогично тестамустройства на рисунке 3.5. Для расчёта Y - матриц используются формулы (3.7) - (3.13). Индуктивности LIи L2 рассчитывают по формулам
Устройства на рисунках 3.4 - 3.6 позволяют путём реализации активного факторного эксперимента получить информацию для описания ВАХ транзистора в пространстве системы
Анализ схемы рис.3 показывает, что путём её преобразования и при упрощении структуры можно реализовать режим измерения ВАХ в пространстве системы
Us=Ue(le,Uk). (3.16)
В результате получаем четвёртую измерительную схему (рисунокЗ.7). Назначение элементов схемы на рисунке 3.7 кроме источников ИН1, ИН2 и резистора R4 такое же, как и на схеме рисунка 3.5. В процессе работы схемы напряжение на выходе источника ИН2 определяет напряжение uk, источникаИН1 и резисторы R19R4 вырабатывают ток базы 16. Чтобы схемагенерирования тока 1б соответствовала условию источника тока, выбор резистора R4 должен отвечать условию
(R4 + R6)> 100(Д2 R6), (3.17)
где R6 - сопротивление базы по постоянному току.
При выполнении условия (3.17) ток базы будет прямо пропорционален напряжению на выходе ИН1. Таким образом, рабочую точку (ток 1б и напряжение Uk) транзистора будет определять напряжения на выходах ИН1 иИН2.
Динамические тесты по определению матриц t/0, Uи вектора Ukирасчёт Y - матрицы производятся аналогично тестам и расчётам в случае схемы на рисунке 3.6.
В схемах на рисунках 3.4 - 3.7 выделена часть, обозначенная ИГ, представляет собой измерительную головку, которую предлагается конструировать в виде сменного модуля. Принципиальные схемы ИГ в рассмотренных случаях практически одинаковы. Различия будут связаны сконструктивными (типоразмер корпуса, конструкция выводов) и электрическими (мощность, входные и выходные сопротивления) параметрами измеряемых транзисторов, которые будут определять конструкции и номинальные значения элементов ИГ.
Определив часть схемы, кроме ИГ, как базовую получаем возможность широкого маневра, измерительным процессом используя для измерения транзисторов "магазин" ИГ.
Таким образом, в результате анализа структурных схем (рисунки 3.4 -3.7) показано что, во-первых, есть возможность измерения статических и динамических параметров транзистора на одной технологической установке, во-вторых, имеется возможность использования различных вариантов измерительных устройств, в-третьих, целесообразность выделения части измерительной схемы в виде PIT.
Отличительное свойство рассмотренных устройств состоит в том, что они могут быть эффективно использованы в автоматизированных информационно-измерительных системах для измерения параметров моделей, ориентированных на применение в информационных базах данных САПР и диагностику качества радиокомпонентов.
Важным достоинством этих устройств является отсутствие принципиальных ограничений на диапазон частот. Не представляет сложности осуществить измерения на частотах до сотен МГц.
3.4 Структурная схема рабочего места
Структурная схема рабочего места приведена на рисунке 3.8.
Рабочее место состоит из: генератора ВЧ сигнала Г4-116, универсального цифрового вольтметра В7-18, векторного вольтметра ФК2-12, блоков питания (БП) и непосредственно измерительно-контрольного устройства (ИКУ), к которому подключается головка измерительная (ИГ) и плата стабилизации рабочей точки, подключаемая при измерении транзисторов.
Генератором формируется высокочастотный сигнал, который подается через разъем Х2 на плату ИКУ, а оттуда через XI - на ИГ. В7-18 подключен к Х5 и служит для измерения режима работы по постоянному току и преобразования показаний векторного вольтметра ФК2-12. На вход ФК2-12 подается сигнал с Г4-116 и измеряемый сигнал с ИГ. Преобразованные в постоянные напряжения величины сдвига фазы и модуля переменной составляющей передаются на ИКУ, откуда они могут быть скоммутированы на цифровой вольтметр В7-18. Блоки питания обеспечивают схему стабилизированными напряжениями и токами.
Блок измерительно-контрольного устройства предназначен для коммутации сигналов и питания и выполняет роль устройства управления. Для измерения параметров транзисторов к ИКУ подключается платастабилизации рабочей точки. PIT выполнены сменными и обеспечивают возможность измерения радиоэлементов различной номенклатуры с разнообразной формой и расположением выводов.
3.5 Электрические схемы рабочего места
3.5.1 Измерительно-контрольное устройство (ИКУ)
Электрическая схема ИКУ приведена на рисунке 3.9. ИКУ содержит:
- розетку разъема XI для подключения измерительной головки (ИГ);
- розетку разъема Х2 для подключения генератора ВЧ сигнала;
- розетку разъема ХЗ для подключения платы стабилизатора рабочей точки при измерении транзисторов;
- клеммник Х4 для подключения источников питания;
- клеммник Х5 для подключения универсального цифрового вольтметра;
- розетки разъемов Х6 и Х7 для подключения выходов векторного вольтметра;
- переключатели S1.. .S7 для установки режимов измерений;
- согласующее устройство на R1...R5 для согласования генератора с измеряемым радиоэлементом;
- конденсаторы Cl, C2 для развязки цепи генератора по постоянному току;
- резисторы R6, R7, которые задают режим измеряемого радиоэлемента по постоянному току и служат для измерения тока.
Положения переключателей S1...S7 и соответствующие им режимы измерений приведены в таблице 3.1. При этом "0м в соответствующей ячейке обозначает, что переключатель находится в нормальном положении ("отжат"), а единица- переключатель "нажат".
Таблица 3.1 - Состояния переключателей
| Измеряемый параметр | SI | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 | Примечание | |
| иб | - | - | 0 | 0 | 0 | 1 | - | ||
| UK(U) | - | - | 1 | 0 | 0 | 1 | - | ||
| Id | - | - | 0 | 1 | 1 | 1 | - | ||
| Ш) | - | - | 1 | 1 | 1 | 1 | - | ||
| |UU| | 1 | 0 | - | - | 0 | 0 | 0 | ||
| |U12 | 0 | 0 | - | - | 0 | 0 | 0 | ||
| |U21 | 1 | 1 | - | - | 0 | 0 | 0 | ||
| |U22 | 0 | 1 | - | - | 0 | 0 | 0 | ||
| Афн | 1 | 0 | - | - | 0 | 0 | 1 | ||
| АФ12 | 0 | 0 | - | - | 0 | 0 | 1 | ||
| АФ21 | 1 | 1 | - | - | 0 | 0 | 1 | ||
| Аф22 | 0 | 1 | - | - | 0 | 0 | 1 | ||
3.5.2 Стабилизатор рабочей точки (СРТ)
Электрическая схема СРТ приведена на рисунке 3.10. СРТ содержит:
- вилку разъема X1 для подключения к ИКУ;
- операционный усилитель DA1, обеспечивающий точность задания режима транзистора по постоянному току;
- усилительный каскад на транзисторе VT1 (R7, R9, С4), обеспечивающий необходимый выходной ток;
- интегрирующую цепь R4, R5, С2 для фильтрации ВЧ-составляющей; - цепочки стабилизации напряжения питания Rl, Cl, VD1 и R6, СЗ, VD2 для питания операционного усилителя.
3.5.3 Головки измерительные (ИГ)
ИГ предназначены для подключения РЭ к ИКУ. При конструировании ИГ были приняты во внимание принципы конструирования ВЧ устройств с тем, чтобы предельно уменьшить влияние паразитных параметров соединительных проводников.
Особую проблему представляла собой конструкция контактов для подключения измеряемых устройств из-за большого разнообразия конструкций выводов однотипных РЭ (транзисторов, диодов и т.д.) и типоразмеров корпусов для аналоговых ИС, поэтому ИГ проектируются под типоразмер измеряемого элемента. Электрические схемы двух типовых ИГ приведены на рисунках 3.11 и 3.12. Измерительные головки в общем случае содержат: