專利名稱：半導(dǎo)體元件直流耐壓自動測試器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于測定半導(dǎo)體元件直流耐壓的新型自動測試裝置。
一般公知的半導(dǎo)體元件耐壓測試設(shè)備，如晶體管特性圖示儀，作元件耐壓測試一般只能達(dá)到一千伏以下;以人工調(diào)控測試電壓，用圖形曲線間接比較得出被測元件的擊穿電壓，測試速度慢、精度低、操作復(fù)雜;圖示儀屬于大型儀器，較笨重，且價格昂貴。其它一些半導(dǎo)體直流耐壓專用測試設(shè)備也多為人工調(diào)控測試電壓，給使用者帶來極大不便。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種新型半體元件直流耐壓測試設(shè)備，使之自動調(diào)控測試電壓，測試精度較高，小巧輕便，操作簡單，安全可靠，以便彌補一般公知的半導(dǎo)體元件直流耐壓測試設(shè)備在功能上的不足。
本發(fā)明的特點是由自動恒流測量電路與自動步進(jìn)調(diào)壓電路，以單方向迭加方法組成了耐壓測試系統(tǒng)，自動調(diào)控測試電壓，低自0.1伏，高達(dá)2000伏，耐壓測量電流多檔可選;
以普通數(shù)字式或指針式直流電壓表作耐壓示值，采取偏移電補償表頭的分流，提高了測試讀數(shù)精度;
由于采用了單方向迭加技術(shù)，整機(jī)電路均以中低壓元件構(gòu)成，造價較低。
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明的邏輯框圖。
圖2是本發(fā)明的自動恒流測壓系統(tǒng)電子線路原理圖。
圖3是本發(fā)明自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)電子線路原理圖。
參照圖1-3，本發(fā)明包括自動恒流測壓系統(tǒng)SA和自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)SB兩部分。自動恒流測壓系統(tǒng)SA由測量與取樣單元1、恒流控制單元2組成。測量與取樣單元1由開關(guān)SW1、SW2、K，電阻R1-R10、R37-R40，穩(wěn)壓二極管D1、D9，外供電源E3和接線端子P1-P4構(gòu)成。其中SW1為測試電流選擇開關(guān)，SW2為被測元件極性轉(zhuǎn)換開關(guān)，K為測量讀數(shù)開關(guān)，R1-R7為測試電流選擇取樣電阻，R40為假負(fù)載電阻，由R8-R10、D1提供了基準(zhǔn)參比電壓VR1，由R37-R39、D9提供分流補償偏移電壓VR2。P1、P2接被測元件，P3、P4外接讀數(shù)電壓表;Vi為由取樣電阻上得到的恒流控制信號。
恒流控制單元2由運算放大器A1，三極管T01、T02，二極管D2、D3，電阻R11-R14和外接主電源E1，電路工作電源1V+、1V-組成。其中，A1、D3、T01、R11-R14組成了比較放大器。T02為恒流調(diào)整管，IN為恒定測試電流。
自動恒流測壓系統(tǒng)SA的功能是當(dāng)被測耐壓元件選定了測試電流(耐壓測試條件電流)的情況下，以足夠高的清度自動地恒定流過被測元件回路的測試電流IN，在被測元件兩端建立起穩(wěn)定電壓，即被測元件的耐壓。同時，提供了耐壓數(shù)值顯示儀表分流補償電路，以保證測量讀數(shù)精度。
自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)SB由區(qū)間電壓比較單元3、步進(jìn)電壓控制單元4、步進(jìn)電壓驅(qū)動單元5、輔助步進(jìn)電壓插入單元6組成。
區(qū)間電壓比較單元3由運算放大器A2、A3，二極管D5-D8，電阻R15-R26構(gòu)成。其中A2、D5、D6、R21、R22、R25組成上升控制電壓比較器，其輸出電壓為V02;由R15-R20組成區(qū)間電壓取樣電路，在R16上端取得的分壓MV與T02輸出電壓成比例，在R18上端取得的分壓LV和在R20上端取得的分壓HV與T02輸入電壓成比例，LV約為E1的5%，HV約為E1的95%，2V+、2V-為電路工作電源。
步進(jìn)電壓控制單元4由時基集成電路IC1、數(shù)字集成電路IC2-IC4、電阻R61、R62、電容器C、二極管D20、D21組成。其中IC1、R61、R62、D20、D21、C組成超低頻(約2Hz)脈沖發(fā)生器，CP為輸出的脈沖電壓，3V+為工作電壓。由IC2的M1-M4構(gòu)成CP脈沖控制電路，控制信號來自區(qū)間電壓比較單元3的V01、V02和IC4的相應(yīng)輸出。由IC3、IC4組成十進(jìn)可逆計數(shù)分配器;加計數(shù)脈沖CP+來自M1的輸出，減計數(shù)脈沖CP-來自M2的輸出，Y0-Y9為十進(jìn)制分配輸出端。
步進(jìn)電壓驅(qū)動單元5由電阻R41-R60，三極管T1-T10，二極管D10-D19，發(fā)光二極管L1-L10，超小型繼電器J0-J9組成。E4為電路工作電源，其輸入控制來自IC4的Y0-Y9。Y0-Y9在變換過程中，同時只能有一個為高電平輸出，使相連的三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，發(fā)光二極管顯示。
輔助步進(jìn)電壓插入單元6由超小型繼電器觸點J0-J9、限流電阻R27-R36、二極管D4組成。外接輔助電壓E2由數(shù)值相同、每段約為0.8E1的梯階電壓V1-V9串聯(lián)而成。作為E2的V1-V9可由電源變壓器九個單獨繞阻經(jīng)半波整流、濾波后串聯(lián)方法獲得，也可用其它方法獲得。V1-V9在電路內(nèi)以同相串入E1的負(fù)載回路中，因此在圖2中以-V1～-V9表示了串入方向。
自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)的功能如下當(dāng)被測元件的實際耐壓超過了主電源E1所能提供的數(shù)值時，自動地由低向高以步進(jìn)方式將輔助電壓等梯度提升，單方向迭加到測試系統(tǒng)中，調(diào)整管T02輸出電流相加成為IN流過被測元件，使被測元件的耐壓由輔助步進(jìn)電壓E2與主電源E1共同作用形成。
本發(fā)明整機(jī)工作過程原理是
將外出線端子P1、P2接上被測元件，P3、P4接直流電壓表。在測量開關(guān)沒按下的情況下，P1與P2之間并接了較低阻值的假負(fù)載電阻R40，步進(jìn)調(diào)壓繼電器J0吸合。主電源E1正極經(jīng)調(diào)整管T02串接由SW1選擇的一個取樣電阻后，經(jīng)SW2一側(cè)、R40、K和限流電阻R27到E1的負(fù)極，形成一個電流串聯(lián)回路。比較放大器的A1“+”輸入端經(jīng)R11取得參比電壓VR1，“一”輸入端經(jīng)R12取得由電流取樣電阻產(chǎn)生的電壓降-恒流控制信號Vi。
按下測試開關(guān)K，比較放大器在T01發(fā)射極輸出的控制電壓，使調(diào)整管T02工作，改變了流過取樣電阻、被測元件系統(tǒng)測量電流IN。當(dāng)Vi＝VR1時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)并保持IN恒定。被測元件兩端電壓便是對應(yīng)IN的耐壓。如用電壓表直接并于元件兩端測量，由于電壓表總是要吸收一些電流，對被測元件形成分流使測量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，所以將電壓表的正極接在取樣電阻之前。但這樣接法將使是電壓表的讀數(shù)比實際耐壓大了一個Vi，故又在電壓表正極回路中反相串聯(lián)一個偏移電壓VR2。因預(yù)先已整定VR2＝VR1，在系統(tǒng)平衡時Vi＝VR1，故VR2＝Vi，電壓表的讀數(shù)便與元件實際耐壓相同，卻無分流作用。
R40、K的作用是在被測元件未接入電路之前，使值較低的電阻R40接于系統(tǒng)內(nèi)，以免系統(tǒng)開路，防止在按下開關(guān)K時高電壓對被測元件產(chǎn)生沖擊。R27及R28-R36的限流電阻，可保護(hù)被測元件不被過大的瞬態(tài)電流損壞。
當(dāng)被測元件的耐壓超出E1所能供給電壓數(shù)值時，調(diào)整管T02的壓降Vce降至較低程度，使MV＜LV，上升控制電壓比較器的運算放大器A2輸出V01為高電平，與非門M1被開通。脈沖發(fā)生器的時基集成電路IC1輸出CP脈沖由與非門M1送到時基集成電路IC3的加法計數(shù)脈沖輸入端CP+，時基集成電路IC4的高電平輸出線由Y0變?yōu)閅1，使二極管T2導(dǎo)通，繼電器J0釋放，J1吸合。輔助步進(jìn)電壓E2的第一梯階電壓V1負(fù)極經(jīng)R28串入被測元件下端的回路中，V1的正極接在二極管D4的正極上。由于二極管D4的單向迭加作用，使自動恒流系統(tǒng)處于V1+E1電源電壓條件下，調(diào)控著測量電流IN。此時，如被測元件耐壓在V1+E1的范圍內(nèi)，調(diào)壓取樣信號MV＞LV，V01變低電平，M1被封鎖，CP+無脈沖輸入，Y1保持高電平，J1繼續(xù)吸合，恒流測壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，測出被測元件的耐壓。
如果V1+E1仍不能滿足測試所需電壓，還會是MV＜LV，V01仍為高電平，M1開通，IC3的CP+再次進(jìn)入脈沖，IC4輸出高電平線由Y1升為Y2、Y3、Y4……，對應(yīng)的步進(jìn)電壓驅(qū)動繼電器由J1吸合變?yōu)镴2、J3、J4……依次吸合，直到新的E2+E1足了測試的電源電壓條件為止。
當(dāng)被測元件的耐壓低于現(xiàn)有E2+E1時，T02的Vce接近E1，MV＞HV，下降控制電壓比較器的運算放大器A3輸出V02變高電平，M2開通，CP脈沖經(jīng)M2送至IC3的減法計數(shù)脈沖輸入端CP-，IC4的高電平輸出由高變低，使E2的步進(jìn)電壓下降，當(dāng)降到MV＜HV時，V02變?yōu)榈碗娖?，系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡。
為了防止可逆計數(shù)器在系統(tǒng)動態(tài)過程中出現(xiàn)0和9超越，造成系統(tǒng)失調(diào)，在IC4輸出線Y0和Y9分別經(jīng)M4和M3控制著M2和M1。當(dāng)IC4高電平輸出線為Y0時，M2被封鎖防止由Y0突變成Y9;當(dāng)IC4高電平輸出線為Y9時，M1被封鎖，將不會出現(xiàn)由Y9突變?yōu)閅0，起到了終端限位作用。
若不希望把耐壓測試中的上限電壓定的很高，可把M3門輸入端適當(dāng)選接IC4的輸出線，取得必要的步進(jìn)電壓梯階級數(shù)。
本發(fā)明由于自動調(diào)控測試電壓，且測量電流多檔可選，給測定半導(dǎo)體元件耐壓值、正向結(jié)壓降、穩(wěn)壓值等參數(shù)帶來很大方便。整機(jī)工作安全可靠，測試精度高，造價較低，小巧輕便，彌補了一般公知的半導(dǎo)體元器件測試設(shè)備的不足。
權(quán)利要求
1.一種用于測定半導(dǎo)體元件直流耐壓的新型自動測試器，其特征是該測試器包括自動恒流測壓系統(tǒng)SA和自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)SB兩部分，自動恒流測壓系統(tǒng)SA由測量與取樣單元1、恒流控制單元2組成，自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)SB由區(qū)間電壓比較單元3、步進(jìn)電壓控制單元4、步進(jìn)電壓驅(qū)動單元5、輔助步進(jìn)電壓插入單元6組成；測量與取樣單元1由開關(guān)SW1、SW2、K，電阻R1-R10、R37-R40，穩(wěn)壓二極管D1、D9，外供電源E3和接線端子P1-P4構(gòu)成，恒流控制單元2由運算放大器A1，三極管T01、T02，二極管D2、D3，電阻R11-R14和外接主電源E1，電路工作電源1V+、1V-組成，區(qū)間電壓比較單元3由運算放大器A2、A3，二極管D5-D8，電阻R15-R26構(gòu)成，步進(jìn)電壓控制單元4由時基集成電路IC1、數(shù)字集成電路IC2-IC4、電阻R61、R62、電容器C、二極管D20、D21組成，步進(jìn)電壓驅(qū)動單元5由電阻R41-R60，三極管T1-T10，二極管D10-D19，發(fā)光二極管L1-L10，超小型繼電器J0-J9組成，輔助步進(jìn)電壓插入單元6由超小型繼電器觸點J0-J9、限流電阻R27-R36、二極管D4組成。
全文摘要
半導(dǎo)體元件直流耐壓自動測試器屬于一種用于測定半導(dǎo)體元件直流耐壓的新型測試裝置。測試裝置包括自動恒流測壓系統(tǒng)和自動步進(jìn)調(diào)壓系統(tǒng)兩部分。本發(fā)明特點是，自動調(diào)控測試電壓，測量電流多擋可選；測試精度高，整機(jī)工作安全可靠，小巧輕便，彌補了一般公知的半導(dǎo)體元器件測試設(shè)備的不足。
文檔編號G01R31/26GK1055242SQ9010507
公開日1991年10月9日 申請日期1990年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月31日
發(fā)明者范傳明 申請人:大連發(fā)電總廠