Автор: Грин Г.И.  

Теги: полупроводниковые устройства   электроника   электротехника   радиоэлектроника   полупроводники   полупроводниковые приборы  

Год: 1978

Похожие

Прецизионные усилители низкой частоты

Источники питания постоянного тока Б5-46, Б5-47, Б5-48. Техническое описание и инструкция по эксплуатации

Радиостанции Р-105м Р-108м и Р-109м техническое описание инструкция по эксплуатации и формуляр

Источники питания постоянного тока Б5-46, Б5-47, Б5-48, Б5-49, Б5-50. Техническое описание и инструкция по эксплуатации

Текст
                    
Г. И. ГРИН

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
И ИСПЫТАНИЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ
ИЗДАНИЕ 3-е,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Одобрено Ученым советом
Государственного комитета Совета Министров СССР
по профессионально-техническому образованию
в качестве учебника для технических
училищ

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА 1978


Scan, processing, OCR- waleriy. 2019
Г85
Co всеми предложениями и замечаниями просим обра­
щаться по адресу: Москва, К-51, ул. Неглинная, 29/14, изда­
тельство «Высшая школа».

Грин Г. И.

Г85

Измерение параметров и испытание полупровод­
никовых приборов: Учебник для техн. училищ.— 3-е
изд., перераб. и доп.— М.: Высш. школа, 1978.—
216 с., ил. (Профтехобразование. Полупроводники).
В пер.: 45 к.
В книге изложены основные сведения о физических явлениях в
полупроводниковых приборах, их конструкции и применении. Описан
технологический процесс производства полупроводниковых приборов.
Особое внимание уделено описанию схем измерительных уст­
ройств и технологических приемов при измерениях и испытаниях по­
лупроводниковых приборов. Третье издание дополнено материалами о
новых полупроводниковых приборах и измерении их параметров, а так­
же о некоторых новых технологических операциях при производстве
полупроводниковых приборов. Книга предназначена в качестве учеб­
ника для подготовки измерителей и испытателей полупроводниковых
приборов в технических училищах.

Г

30407—261
52—78
052(01)—78

ББК 32.852
6П2.15

Григорий Исаакович Грин
Измерение параметров и испытание полупроводниковых приборов
Редактор М. В. Золоева. Художник А. И. Шавард. Художественный
редактор Т. В. Панина. Технический редактор Н. Н. Баранова. Кор­
ректор Р. К- Косинова
ИБ № 1310

Изд. № ЭГ—292
Сдано в набор 25.07.77. Подп. к печати 10.04.78. Т-03686.
Формат 84Х1081/32 Бум. тип. №2. Литературная гарнитура. Печать высокая.
Усл. п. л. 11,34. Уч.-изд. л. 10,98. Тираж 15 000 экз. Зак. №3120. Цена 45 коп.
Издательство «Высшая школа», Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14.
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома при Государственном ко­
митете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книж­
ной торговли, Хохловский пер., 7.

© Издательство «Высшая школа», 1974 г.
© Издательство «Высшая школа», 1978 г., с изменениями.


ВВЕДЕНИЕ

60—70-е годы нашего столетия ознаменовались бур­
ным развитием полупроводниковой техники. Наряду с
продолжающимся выпуском широко распространенных
полупроводниковых приборов (диодов, биполярных тран­
зисторов, тиристоров) в последние годы создан ряд но­
вых приборов, таких, как полупроводниковый лазер,
полевой транзистор, однопереходный транзистор и све­
тодиод. На базе светодиодов созданы полупроводнико­
вые цифровые индикаторы, а также оптоэлектронные
приборы. В настоящее время освоено производство ин­
тегральных микросхем. При очень малых размерах мик­
росхема может содержать большое число (более 100)
элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденса­
торов.
Полупроводниковые приборы значительно превосхо­
дят электровакуумные по механической прочности, на­
дежности, долговечности. При использовании полупро­
водниковых приборов уменьшаются габариты аппарату­
ры и потребляемая ею мощность.
Полупроводниковые приборы широко применяют в
промышленной автоматике, вычислительной и измери­
тельной технике, на транспорте, в аппаратуре всех видов
связи, в медицинской и бытовой аппаратуре и т. д.
Решением XXV съезда КПСС предусмотрено интен­
сивное развитие ряда отраслей электронной промышлен­
ности. Это, в свою очередь, требует увеличения выпуска
полупроводниковых приборов, расширения их ассорти­
мента и улучшения качества: надежности, долговечности,
стабильности параметров. Производство полупроводни­
ковых приборов невозможно без операций измерения их
параметров и испытаний.
Измерения параметров полупроводниковых приборов
выполняются на различных стадиях их производства, а
испытания завершают группу технологических операций,
характеризуя их качество.


Операции измерения и испытания полупроводнико­
вых приборов являются одними из основных в производ­
ственном процессе. На них занято около трети общего
числа работников полупроводникового производства.
Современное измерительное и испытательное обору­
дование представляет собой сложные электронные уст­
ройства. Работа на таком оборудовании требует от из­
мерителей и испытателей глубоких знаний и производст­
венных навыков. Кроме того, они должны быть знакомы
со всем комплексом технологических операций производ­
ства полупроводниковых приборов. Поэтому в настоящее
время в полупроводниковой отрасли очень важное зна­
чение приобретает подготовка квалифицированных кад­
ров измерителей и испытателей полупроводниковых при­
боров.
Настоящая книга является третьим, переработанным
и дополненным изданием учебника для подготовки рабо­
чих указанных профессий.
Глава III написана М. Л. Дененбергом, главы IV и
V — совместно Г. И. Грином и А. А. Шокальским.


Глава I

ИЗМЕРЕНИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Методы измерений

Измерение — это сравнение измеряемой величины с
некоторой другой величиной, условно принятой за еди­
ницу.
Для силы тока такой единицей является ампер, для
напряжения — вольт, для сопротивления — ом и т. д.
Существует несколько систем единиц (CGSM, CGSE,
MKSA и пр.). С 1 января 1973 года введен новый
ГОСТ — «Международная система единиц», сокращен­
но СИ.
Результат измерения выражают числом, показываю­
щим отношение измеряемой величины к единице изме­
рения. Сравнение измеряемой величины с единицей из­
мерения производят с помощью измерительных приборов
и мер. Последние градуируют и поверяют по образцо­
вым мерам (образцовые катушки индуктивности, рези­
сторы, конденсаторы) или по образцовым измеритель­
ным приборам.
Образцовые меры и измерительные приборы в свою
очередь поверяют по эталонам, т. е. по образцовым ме­
рам, выполненным с наивысшей точностью, которую обе­
спечивает современный уровень измерительной техники.
При измерении величины применяют различные мето­
ды измерений.
Прямыми методами считают такие методы, при
которых измеряемая величина непосредственно сравни­
вается с величиной того же рода. Прямые методы делят­
ся на методы непосредственной оценки и методы сравне­
ния.
Метод непосредственной оценки заключается в непо­
средственном определении измеряемой величины по по­
казанию измерительного прибора, проградуированного в
значениях измеряемой величины. Например, измерение


тока — амперметром, напряжения — вольтметром и т. д.
Метод сравнения заключается в сравнении измеряе­
мой величины с мерой этой величины. Например, изме­
рение емкости путем сравнения с эталонной емкостью.
Косвенными методами измерений являются
такие методы, при которых измеряемая величина не из­
меряется непосредственно по прибору, а определяется
через измеряемые величины. Например, таким методом
можно измерить температуру с помощью термопары. При
этом измеряют термо-э.д.с., а по ней с помощью специ­
альных таблиц определяют искомую температуру.
Более прост и менее трудоемок прямой метод измере­
ния с непосредственной оценкой. Благодаря этим каче­
ствам этот метод наиболее распространен в промышлен­
ном производстве.
§ 2. Погрешности измерений

При любых видах измерений их результаты отлича­
ются от действительных значений измеряемых величин
из-за погрешностей измерений. Погрешности обуславли­
ваются рядом причин, в частности несовершенством из­
мерительных приборов, установок и методов измерения,
влиянием условий окружающей среды, субъективностью
оценки измерений измерителем.
Разность между показаниями измерительного прибо­
ра А и действительным значением Ад измеряемой величи­
ны называют абсолютной погрешностью:

Абсолютная погрешность не дает полного представ­
ления о точности измерения. Поэтому вводится понятие
относительной погрешности, которая определяется как
отношение абсолютной погрешности к действительному
значению измеряемой величины и выражается обычно в
процентах:

Например, при измерении напряжения 200 В вольт­
метр показал 202 В. Тогда абсолютная погрешность
ДА = 202—200 = 2 В, относительная погрешность


Другой пример: при измерении напряжения 10 В
вольтметр показал 12 В. Абсолютная погрешность так­
же 2 В (12—10), но относительная погрешность

При сравнении приведенных примеров видно, что в
первом случае измерение более точное, чем во втором,
хотя абсолютная погрешность одинакова.
Различают погрешности систематические и случайные,
а также промахи.
Систематические погрешности
при неоднократных измерениях не изменяются по вели­
чине и знаку или изменяются по определенному закону.
Перед проведением измерений стараются установить
причины возникновения систематических погрешностей
и устранить их. Если это невозможно, то следует уста­
новить величину систематической погрешности или закон
ее изменения, если она не постоянна. В результат изме­
рения вносится поправка, равная абсолютной погреш­
ности, взятой с обратным знаком, путем прибавления ее
к показанию прибора.
Для исключения систематической погрешности при­
меняют измерения по методу замещения. При этом изме­
рения производят сначала с образцовой величиной, а
затем с искомой. Метод замещения широко распростра­
нен в практике измерения полупроводниковых приборов.
Случайными называют погрешности, изменение кото­
рых не носит закономерного характера. Проявляется это
в том, что при многократных измерениях одной и той же
величины результаты измерения различны. Причиной
этих погрешностей могут быть изменения условий окру­
жающей среды, помехи, колебания напряжения, питаю­
щего измерительную установку, плохое качество контак­
тов и пр.
Промахами называют отдельные, очень большие по­
грешности, явно искажающие результат измерений. Они
значительно превышают случайные погрешности. Обыч­
но причина их — ошибка измерителя.
В паспорте измерительного прибора указывается его
максимальная погрешность. Она, в свою очередь, делит­
ся на основную и дополнительную. Основные погрешно­
сти — это те, которые возникают при указанных в пас­
порте нормальных условиях эксплуатации прибора. До-


полнительные погрешности добавляются к основным при
отклонении условий эксплуатации от нормальных.
Для оценки точности измерительных приборов вво­
дится понятие приведенной относительной погрешности,
равной отношению абсолютной погрешности прибора к
верхнему пределу шкалы прибора:
Для стрелочных измерительных приборов максималь­
ное значение этой величины называется классом точно­
сти прибора. ГОСТ устанавливает девять классов точно­
сти электроизмерительных приборов: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2;
0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Например, для прибора с классом точности 1,0 это
означает, что относительная погрешность измерения не
будет превышать 1% от верхнего предела шкалы. При
измерениях следует выбирать измерительный прибор с
таким пределом измерения, чтобы значение измеряемой
величины было как можно ближе к верхнему пределу
шкалы. В этом случае относительная погрешность изме­
рения будет близка к значению класса точности прибора.
Чем ближе значение измеряемой величины к началу шка­
лы, тем больше относительная погрешность измерения.
§ 3. Классификация электроизмерительных приборов
по способу получения отсчета

По способу получения отсчета измерительные прибо­
ры можно разделить на приборы с непосредственным от­
счетом, с управляемым отсчетом и самопишущие.
При непосредственном отсчете прибор дает показания
на своем измерительном механизме или отсчетном уст­
ройстве без воздействия измерителя на его измеритель­
ный механизм или отсчетное устройство (амперметр,
вольтметр, омметр и др.).
При управляемом отсчете результат измерения мож­
но получить только при воздействии на измерительный
механизм или отсчетное устройство прибора (измери­
тельный мост и др.).
Самопишущий прибор отличается тем, что он запи­
сывает результаты измерения за заданный интервал вре­
мени или непрерывно на специальной ленте.
По методу отсчета измеряемой величины приборы
делят на показывающие и интегрирующие.


Показывающий прибор дает значение измеряемой
величины конкретно для данного момента измерений (ам­
перметр, вольтметр, омметр, ваттметр и т. д.).
Интегрирующий прибор дает суммарное значение из­
меряемой величины за определенный интервал времени
(счетчик электрической энергии).
Электроизмерительные приборы могут иметь равно­
мерные и неравномерные шкалы. На равномерной шка­
ле расстояния между равнозначными делениями равны
и чувствительность прибора по всей длине шкалы оди­
накова. Чувствительность прибора с неравномерной
шкалой (например, амперметр или вольтметр электро­
магнитной системы) в разных точках шкалы различна.
В начале шкалы расстояния между делениями значи­
тельно меньше, чем в остальной ее части, что объясня­
ется более низкой чувствительностью прибора при ма­
лых токах его рабочего диапазона.
Шкалы электроизмерительных приборов могут быть
прямыми и обратными. В первом случае начало отсчета
расположено в левой части шкалы. Обратная шкала
имеет начало с правой стороны. Примером прибора с
обратной шкалой является омметр. Точка начала отсче­
та этого прибора (нуль омов) расположена справа, так
как это положение соответствует отсутствию сопротив­
ления в измеряемой цепи и, следовательно, полному от­
клонению стрелки прибора. При наличии сопротивления
в измеряемой цепи стрелка отклонится не на полную
шкалу, причем большему сопротивлению соответствует
меньшее отклонение. При бесконечном сопротивлении
измеряемой цепи (практически при ее отсутствии) стрел­
ка прибора останется на крайнем левом делении шкалы
(со знаком оо).
При производстве полупроводниковых приборов пре­
имущественно пользуются устройствами, объединяющи­
ми группы измерительных приборов, приспособлений,
функционально связанных между собой измерительной
схемой. Такое устройство принято называть измеритель­
ной установкой.
§ 4. Приборы для измерения электрических величин

В измерительных и испытательных устройствах и
установках, применяемых в полупроводниковом произ­
водстве, производятся измерения различных электриче­


ских величин: силы тока, напряжения, сопротивления,
емкости и др.
В полупроводниковом производстве наиболее рас­
пространенными являются приборы, измеряющие силу
тока и напряжение. С помощью измерительных схем по
значению измеренного тока или напряжения или того и
другого вместе получают значение других электрических
величин, например сопротивления, емкости, добротности.
Для измерения силы тока применяют амперметры,
миллиамперметры, микроамперметры. Для измерений на
постоянном токе чаще всего применяют приборы магни­
тоэлектрической системы; на переменном токе — прибо­
ры детекторной и электромагнитной систем.
Измерение напряжений производят вольтметрами,
милливольтметрами магнитоэлектрической, детекторной
и электромагнитной систем.
Класс точности применяемых приборов достаточно
высок: не ниже 2,5, а при некоторых измерениях — 0,2.
Приборы могут быть щитовыми и настольными в зави­
симости от конструктивного решения той или иной изме­
рительной установки.
Для измерения в цепях с высоким сопротивлением
на постоянном и переменном токе в широком диапазоне
частот применяют ламповые (или катодные) вольтметры
и милливольтметры. Ламповый вольтметр — это доста­
точно сложный электронный прибор, в котором происхо­
дит усиление электрического сигнала, пропорционально­
го измеряемой величине, детектирование и регистрация
с помощью микроамперметра, включенного в мостовую
схему. Ламповый вольтметр обладает очень большим
входным сопротивлением (порядка 10—20 МОм) и очень
малой входной емкостью (несколько пикофарад). Эти
два качества позволяют применять их в высокоомных
цепях и на больших частотах (до 1000 МГц).
Ламповые вольтметры имеют сравнительно большую
погрешность — от 1 до 5%. С этим обстоятельством при­
ходится считаться при разработке измерительной аппа­
ратуры.
Особую группу представляют цифровые электрора­
диоизмерительные приборы: вольтметры, омметры, ам­
перметры, частотомеры и универсальные приборы. Они
обладают преимуществами ламповых приборов в соче­
тании с высокой точностью и большим удобством отсче­
та. В цифровых приборах измеряемая величина преобра­


зуется в код, а затем в соответствии с кодом индициру­
ется на устройстве отсчета в цифровом виде.
Код — это серия условных электрических сигналов
или комбинация уровней электрических величин (напря­
жения или тока). Он вырабатывается в аналого-цифро­
вом преобразователе, являющемся обязательной состав­
ной частью цифрового измерительного прибора.
Полученный код поступает на цифровое индикаторное
устройство, на котором измеряемая величина представ­
ляется в виде светящихся цифр, образующих число в
обычной (десятичной) системе счисления. Кроме оче­
видных преимуществ цифровых измерительных приборов
есть еще одно. Код измеряемой величины, вырабатывае­
мый аналого-цифровым преобразователем, может быть
передан по проводам на внешние устройства для реги­
страции или обработки. Такими устройствами могут быть
электрическая печатающая машинка, перфоратор, вы­
числительная машина. Поэтому цифровые измеритель­
ные приборы широко используют в автоматических изме­
рительных комплексах.
Для наблюдения вольт-амперных характеристик по­
лупроводниковых приборов, а также для измерения не­
которых параметров, например времени включения и
выключения, применяют электронные осциллографы.
На экране электронного осциллографа можно наблю­
дать (и сфотографировать с него) электрические процес­
сы, происходящие в измеряемом полупроводниковом
приборе.
Перемещение электронного луча, отображающего
происходящие электрические процессы, совершается под
воздействием на него двух электрических величин — на­
пряжений. Одно из них производит отклонение луча по
вертикали (по оси У), другое — по горизонтали (по оси
X). Так, для получения на экране осциллографа формы
напряжения в исследуемой цепи надо подать это напря­
жение на клемму У осциллографа, а перемещение луча
по оси X задать как функцию времени, поскольку иссле­
дуемая величина (напряжение) изменяется во времени.
Перемещение луча по оси X обеспечивается внутренней
системой развертки осциллографа.
С помощью осциллографа можно не только наблю­
дать, но и измерять исследуемые величины. Для этого
на экране имеются деления по обеим осям, а с помощью
соответствующих переключателей можно задавать раз­


личную цену делений. Осциллографы, применяемые в
полупроводниковом производстве, позволяют измерять
напряжения от десятков милливольт до нескольких со­
тен вольт с частотой до нескольких мегагерц.
§ 5. Приборы для измерения температуры
неэлектрическими методами

Технологический процесс производства полупровод­
никовых приборов требует различных климатических
условий: высокой или низкой температуры, определенной
влажности и давления. Эти параметры необходимо конт­
ролировать или поддерживать постоянными с заданной
степенью точности. В зависимости от конкретной техно­
логической операции бывает необходимо измерять тем­
пературу твердого тела, воздуха или другой газовой
среды, в том числе и агрессивной.
Для измерения температуры применяют различные
терморегулирующие и терморегистрирующие приборы.
При этом используют неэлектрические и электрические
методы измерения.
Для измерения температуры неэлектрическими мето­
дами применяют термометры расширения. Са­
мое широкое распространение в промышленности полу­
чили жидкостно-стеклянные термометры, отличающиеся
простотой, надежностью и дешевизной.
Существуют две разновидности жидкостно-стеклян­
ных термометров: с органическими жидкостями (спир­
том, толуолом и другими) и ртутные. Первые применяют­
ся для измерения низких температур (до —200° С), вто­
рые— для измерения температур от —25 до +500° С.
По назначению термометры разделяют на лаборатор­
ные и технические. Лабораторные термометры при изме­
рениях необходимо погружать в тело или объем, темпе­
ратуру которого надо измерить, полностью, а у техниче­
ских— только резервуар с рабочей жидкостью.
Показания термометра определяют по нижней части
мениска жидкости. К показаниям лабораторных термо­
метров вводят поправки, которые указываются в пове­
рочном свидетельстве на данный термометр. Для удоб­
ства пользования нижняя часть термометра может быть
прямой и изогнутой.
Существуют термометры, в которых установлены ме­
таллические контакты. Такие приборы называются кон­


тактными термометрами или термосигнализаторами. Их
применяют в промышленной аппаратуре для сигнализа­
ции и регулирования температуры.
Контактные термометры бывают двух модификаций:
с постоянно впаянными контактами и магнитной пере­
становкой контакта.
В приборах первой модификации контакты впаяны
в капиллярную трубку и к ним припаяны два медных
проводника (рис. 1, а). Замыкание контактов происходит
в тот момент, когда ртутный столбик электрически со­
единяет контакты.
Контактный термометр второй модификации снабжен
двумя шкалами — верхней и нижней (рис. 1, б). Верхняя
шкала служит для установки контакта на заданное зна­
чение температуры, нижняя — для измерения темпера­
туры.
В качестве подвижного контакта 1 используется тон­
кая вольфрамовая проволока, расположенная внутри ка­
пиллярной трубки 3. Контакт перемещается при помощи
передвигающейся по винту овальной гайки 2, заключен­
ной в трубку 3 овального сечения. Вращение винта про­
изводится постоянным магнитом 4, установленным в
верхней части прибора. Неподвижный контакт 5 впаян
в трубку 3. Замыкание контактов 1 и 5 происходит при
повышении столбика ртути, когда он соединит эти кон­
такты друг с другом.
Жидкостно-стеклянные термометры выпускаются с
различными пределами измерения и разной длиной ка­
пиллярной трубки (следовательно, с разной ценой деле­
ния).
К термометрам расширения кроме жидкостных и
ртутных относятся также манометрические. Эти термо­
метры предназначены для дистанционного измерения и
сигнализации температуры жидкостной или газовой сре­
ды. Действие их основано на свойстве газа (азота) или
насыщенных паров жидкости, заключенных в замкнутый
объем, изменять свое давление в зависимости от темпе­
ратуры. Таким замкнутым объемом являются термобал­
лон, капилляр и многовитковая трубчатая пружина, гер­
метично соединенные друг с другом и заполненные га­
зом или насыщенными парами под некоторым начальным
давлением.
При нагревании термобаллона давление в замкнутом
объеме повышается, в результате чего трубчатая пружи-


Рис. 1. Контактные термометры:
а —с постоянно впаянными контактами, б —
с магнитной перестановкой контакта; 1 — по­
движный контакт, 2 — овальная гайка, 3—
капиллярная трубка, 4 — постоянный магнит,
5 — неподвижный контакт


на раскручивается и приводит в движение передаточный
механизм стрелки прибора.
Манометрический термометр может быть и регули­
рующим. В этом случае он снабжается сигнальным уст­
ройством в виде подвижных контактов, которые могут
быть установлены на любое деление шкалы. Таких кон­
тактов обычно два. Они независимы друг от друга. Пре­
делы измерения — до 400° С.
§ 6. Приборы для измерения температуры
электрическими методами

Измерение температуры (как и других неэлектриче­
ских величин) можно производить электрическими мето­
дами. Для этого используют специальные преобразова­
тели — первичные приборы, преобразующие неэлектри­
ческие параметры в электрические, которые затем изме­
ряют с помощью электроизмерительных приборов, назы­
ваемых вторичными.
Первичные приборы. К первичным приборам относят
термометры сопротивления и термопары.
Термометры сопротивления. Сопротивле­
ние проводника, как известно, зависит от температуры.
При установившемся тепловом равновесии между про­
водником и окружающей средой температура проводни­
ка, а следовательно, и его сопротивление зависят как
от силы тока в проводнике, так и от причин, влияющих
на отдачу тепла в окружающую среду. К этим причинам
кроме свойств самого проводника относятся температура
окружающей среды, ее плотность и скорость движения.
Приборы, использующие зависимость сопротивления
проводника от температуры, называют термометрами со­
противления. Они применяются для измерения темпера­
тур до 500° С.
Термометры сопротивления изготовляют из материа­
лов с большим температурным коэффициентом сопротив­
ления (медь, платина). Температурный коэффициент
сопротивления меди 0,00428 1/град.
Конструктивно термометр сопротивления выполняет­
ся в виде металлического цилиндра, штуцера для креп­
ления термометра и алюминиевой головки. Внутри ци­
линдра помещен чувствительный элемент — тонкая мед­
ная или платиновая проволока очень большой длины
(отношение диаметра к длине порядка 1 : 500).


Для измерения температуры термометром сопротив­
ления применяют главным образом мостовые схемы.
Такая схема показана на рис. 2. В одно из плеч моста
включен термометр сопротивления Rт. Изменение вели­
чины этого сопротивления вызывает разбаланс моста,
появление разности потенциалов между точками А и Б
и прохождение тока через рамки r измерительного при­
бора. Чем больше разбаланс, тем сильнее отклонится
стрелка прибора.

Рис. 2. Схема подключения термометра
сопротивления к измерительному прибо­
ру (логометру):
т— термометр сопротивления, r — рамка
R
логометра, Rl — R4 — резисторы,
Rпр— сопротивление соединительных проводов,
Rn — сопротивление подгоночной
катушки

Термопары. Для измерения температур до 1800° С
в качестве преобразователей тепловой энергии в элект­
рическую служат термопары. В этих приборах использу­
ется явление термоэлектрического эффекта, или эффекта
Пельтье.
Теория термоэлектрического эффекта хорошо изуче­
на и освещена в специальной литературе. Здесь укажем
только, что термопара образуется из двух проводников
с разной проводимостью.
Термопара представляет собой два проводника А и Б
(на рис. 3 дано принятое условное обозначение термопа­
ры), спаянных в точке В. Если спай нагревать, то меж­
ду точками Г и Д возникнет термоэлектродвижущая си­
ла (термо-э.д.с.), величина которой будет зависеть от
разности температур между точкой В и точками Г и Д и
иметь значения в пределах от нескольких милливольт
до нескольких десятков милливольт.
Точку спая В принято называть рабочим концом тер­
мопары, а точки Г и Д — свободными концами.


При измерениях рабочий конец термопары погружа­
ют в тело или объем, температуру которого надо изме­
рить, а свободные концы выдерживают при температуре
0° С, но практически температура свободных концов
(температура окружающего воздуха) бывает выше нуля,
поэтому в показания прибора вводят поправку. С по­
мощью специальной градуировочной таблицы находят
термо-э.д.с., соответствующую температуре свободных
концов для данного типа термопары. По той же таблице
переводят показания прибора в термо-э.д.с., развивае­
мую термопарой. Полученные два значения
складывают и по суммарной величине
(опять с помощью таблицы) находят дейст­
вительное значение температуры в точке
измерения. Такой сравнительно сложный
Рис. 3. Термопара:
А и Б — проводники из разнородных металлов.
спая, Г и Д — свободные концы

В — точка

способ определения температур необходим потому, что
зависимость э. д. с. от температуры нелинейна, т. е. рост
э. д. с. непропорционален росту температуры.
Термопары изготовляют из следующих пар материа­
лов: медь — константан (до 300° С), хромель — копель
(до 600° С), железо — копель (до 800° С), хромель —
алюмель (до 1300° С), платина — платинородий (до
1600° С).
Вторичные приборы. В измерительной технике полу­
проводникового производства в качестве вторичных при­
боров наиболее широко используются логометры, милли­
вольтметры и автоматические потенциометры.
Логометры. Магнитоэлектрический логометр —
это прибор, измеряющий отношение двух электрических
величин: токов или напряжений, а не абсолютные значе­
ния величин. Принцип действия логометра основан на
взаимодействии поля постоянного магнита и магнитных
полей, вызванных токами, протекающими в двух рамках
подвижной системы. Датчиком температуры для логометра является термометр сопротивления.
Схема логометра с термометром сопротивления ясна
из рис. 2. Две рамки прибора (сопротивления г) жестко
связаны между собой. Положение рамок относительно
поля постоянного магнита, а следовательно, и положе­
ние стрелки прибора определяются отношением токов


I1 и I2, протекающих че­
рез рамки. Отношение
токов зависит от сопро­
тивления
термометра
и сопротивления
проводов соединитель­
ной линии RПр и не за­
висит от напряжения U
источника
питания.
Шкала прибора отгра­
дуирована в единицах
температуры.
Рис. 4. Милливольтметр МР-64-02
В схему входит под­
гоночная катушка с со­
противлением Rп, предназначенная для подгонки сопро­
тивления внешней цепи до величины Rвн, указанной в пас­
порте прибора.
Логометры применяют для измерения температур от
—100 до +650° С. Кроме измерительных (показываю­
щих) логометров существуют логометры регулирующие
и регистрирующие (самопишущие).
Показывающий регулирующий логометр ЛР1-02 име­
ет двухпозиционное регулирующее устройство («меньше
нормы» — «норма»). Прибор выполнен так, что когда
стрелка доходит до устройства, задающего регулируе­
мую температуру, она перекрывает луч света, падающий
на фотосопротивление. В цепь последнего включена ка­
тушка электромагнитного реле. При снижении фототока
реле отключается и его контакты размыкаются, отклю­
чая исполнительное устройство (нагреватель, промежу­
точное реле и т. д.). С понижением температуры стрелка
начинает возвращаться влево и открывает луч света, па­
дающий на фотосопротивление. Реле снова срабатывает
и включает исполнительное устройство.
Регулирующее устройство может быть трехпозици­
онным («меньше нормы» — «норма» — «больше нормы»),
а конструкция его другой, например кулачковой с меха­
нически замыкаемыми контактами.
Регулирующий самопишущий логометр кроме измери­
тельного механизма и регулирующего устройства имеет
механизм передвижения бумажной ленты с постоянной
скоростью. У этого прибора вместо стрелки установлено
специальное перо. Конец пера постоянно смачивается
чернилами и перемещается по диаграммной ленте, на


которой вдоль направления движения нанесены деления с
указанием единиц времени, а в поперечном направле­
нии— значения температуры.
Милливольтметры. Они предназначены для со­
вместной работы с термопарами для измерения, регули­
рования и записи температуры твердого тела, газовой
среды и т. д.
Термопары развивают незначительные по абсолютной
величине электродвижущие силы. Поэтому в качестве
измерительного прибора применяют чувствительные мил­
ливольтметры магнитоэлектрической системы.
На рис. 4 приведен общий вид показывающего регу­
лирующего милливольтметра МР-64-02.
Милливольтметры могут быть снабжены регистриру­
ющим (самопишущим) и электронным регулирующим
устройствами. Электронное регулирующее устройство
состоит из управляющего контура — генератора высокой
частоты, усилителя и электромагнитного реле.
На подвижной части милливольтметра укреплен ме­
таллический флажок — экран. При перемещении по­
движной части экран входит в зазор между секциями
катушки контура или выходит из него, изменяя индук­
тивность контура. Изменение индуктивности вызывает
возникновение или прекращение генерации генератора
и, следовательно, увеличение или уменьшение анодного
тока на выходе усилителя, в цепь которого включено ре­
ле. Якорь реле притягивается или отпускается, замыкая
или размыкая контакт.
Регулирующее устройство может быть двух-или трех­
позиционным. Во втором случае имеются два управля­
ющих контура, каждый из которых укреплен на своем
указателе заданной температуры, сдвоенный генератор
высокой частоты и три реле. Комбинация контактов реле
выдает соответствующий выходной сигнал.
Милливольтметры применяют для измерения и регу­
лирования температур от 0 до 1800° С.
Автоматические
потенциометры. Они
предназначены для промышленных измерений темпера­
туры с повышенной точностью и работают в комплекте
с термопарами *.
* Автоматические потенциометры могут работать и с радиаци­
онными пирометрами — приборами, измеряющими
температуру
твердых тел на основе использования тепловой радиации.


В потенциометрах используется нулевой метод изме­
рения, сущность которого состоит в уравновешивании
э.д.с. термопары с падением напряжения на сопротивле­
нии, развиваемым посторонним источником тока.
Принципиальная схема потенциометра с термопарой
показана на рис. 5. В цепь источника постоянного тока Б
включен реохорд (калиброванное сопротивление) l. На

Рис. 5. Схема потенциомет­
ра с термопарой:

Рис. 6. Потенциометр ЭПР-09

Б — батарея питания, t — рео­
хорд, Rр —реостат, ТП —-тер­
мопара,
ИМ — измерительный
механизм

концах реохорда (точки А и В) с помощью реостата Rр
поддерживается строго определенная разность потенциа­
лов. Термопара ТП присоединена так, что термо-э.д.с.,
развиваемая ею, направлена навстречу э.д.с. источника
тока Б. Если, смещая точку Д скользящего контакта рео­
хорда, подобрать на участке АД разность потенциалов,
равную по величине термо-э.д.с., то измерительный меха­
низм ИМ придет в равновесие.
Прибор устроен таким образом, что при наличии не­
сбалансированного напряжения в цепи термопары сле­
дящая система автоматически перемещает скользящий
контакт вдоль реохорда до такого положения, при кото­
ром разность потенциалов между точками А и Д будет
точно соответствовать термо-э.д.с., развиваемой термо­
парой. Измерительный механизм ИМ покажет отсутст­
вие тока.
Следящая система приводится в действие электрон­
ным усилителем, который усиливает несбалансированное


напряжение. Скользящий контакт через передаточный
механизм связан со стрелкой либо с подвижной шкалой
или же записывающим устройством потенциометра.
На рис. 6 приведен общий вид показывающего регу­
лирующего самопишущего потенциометра ЭПР-09. В
верхней части прибора расположена горизонтальная
шкала, отградуированная в градусах. Вдоль шкалы пе­
ремещается стрелка. Под стрелкой укреплено перо, ко­
торое движется вместе с ней, касаясь диаграммной лен­
ты, перемещающейся в вертикальном направлении с по­
стоянной скоростью. Класс точности прибора 0,5.
Автоматические потенциометры могут регулировать
и записывать температуру сразу в нескольких точках (3,
6, 12 и 24-точечные приборы). В этих случаях к прибору
подключают столько термопар, сколько контролируется
точек. Автоматическое устройство производит «опрос»
температуры в каждой из точек в порядке очередности,
а регистрирующее и регулирующее устройства работают
обычным образом.
Контрольные вопросы

1. Какие вы знаете электроизмерительные приборы?
2. В чем принципиальные особенности лампового и цифрового
вольтметров?
3. Каково назначение осциллографа?
4. Какие существуют методы измерения температуры?
5. Назовите основные приборы для измерения температуры не­
электрическими методами.
6. Перечислите первичные электрические термоизмерительные
приборы и объясните их устройство и принцип действия.
7. Какие приборы используют для измерения температуры в ка­
честве вторичных и каков принцип их действия?


Глава II

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

§ 7. Общие сведения

В настоящее время трудно назвать отрасль науки и
техники, где бы не применялись полупроводниковые при­
боры. Обладая преимуществами по сравнению с элект­
ронными лампами (незначительная масса, компакт-

Рис. 7. Плоскостное изображение кристалла кремния или германия:
а — ковалентные связи не нарушены, б — образование пары электрон — дырка

ность и др.), полупроводниковые приборы становятся
незаменимыми в таких областях, как космическая тех­
ника, современная авиация, вычислительная техника
и др.
Эти приборы изготовляют из полупроводниковых ма­
териалов (германий, кремний, арсенид галлия, фосфид
галлия, селен и др.), имеющих правильную кристалличе­
скую структуру. На рис. 7 приведено плоскостное изобра­
жение идеально чистого (беспримесного) монокристалла
полупроводникового материала.
Как видно из рис. 7, а, любой атом окружен четырь­
мя другими атомами и связан с каждым из них парой
валентных электронов. Один из каждой пары электро­
нов принадлежит одному атому, другой электрон — дру­
гому атому. Такие связи называются ковалентными.
Ковалентные связи между атомами показаны на рисун­
ке в виде линий, соединяющих между собой кружки,
которыми обозначены ядра атомов.


При температуре абсолютного нуля каждый электрон
в кристалле связан с соответствующим атомом и не
участвует в переносе заряда.
Разрыв ковалентных связей может произойти в ре­
зультате сообщения электронам атома дополнительной
энергии, например вследствие повышения температуры.
При разрыве ковалентной связи образуются свободные
электроны и пустые места у атомов, от которых оторва­
лись электроны,— дырки (рис. 7, б). Дырка обладает
свойствами положительной частицы. Заряд ее равен
заряду электрона. При отсутствии внешнего электриче­
ского поля дырки совершают хаотическое движение в
течение некоторого времени после своего появления, а
затем рекомбинируют с одним из свободных электронов.
Если есть внешнее электрическое поле, движение элект­
ронов и дырок становится направленным, при этом дыр­
ки и электроны движутся в противоположных направле­
ниях. Направление потока электронов и дырок зависит
от направления внешнего поля.
Из сказанного ранее следует, что полупроводникам
одновременно присущи два вида проводимости. Проводи­
мость, обусловленную движением электронов, принято
называть электронной или проводимостью n-типа *, а
проводимость, обусловленную движением дырок,— ды­
рочной или проводимостью р-типа **
. Электронная и ды­
рочная проводимости, возникающие при разрыве кова­
лентных связей в беспримесном полупроводнике, назы­
ваются собственной проводимостью.
Вводя в полупроводниковый материал очень малые
примеси некоторых элементов, можно изменить проводи­
мость этого материала. В качестве примесных использу­
ют атомы элементов III и V групп таблицы Менде­
леева.
Для получения проводимости p-типа в полупроводни­
ки вводят такие элементы III группы, как бор, индий,
алюминий. На рис. 8, а приведены трехвалентный атом
индия и окружающие его четырехвалентные атомы гер­
мания. Поскольку атом индия не образует четвертой
ковалентной связи с атомом германия, он превращается
в неподвижный отрицательный ион, а на месте, где от­
сутствует ковалентная связь, образуется дырка. Полу­
* Первая буква латинского слова negativus — отрицательный.
** Первая буква латинского слова positivus — положительный.


проводники с такой структурой обладают избытком ды­
рок и имеют дырочную проводимость. Элементы, созда­
ющие в полупроводнике дырочную проводимость, назы­
ваются акцепторами.
Проводимость n-типа получают, вводя в полупровод­
ник элементы группы V. К ним относят сурьму, мышьяк,
фосфор. На рис. 8, б видно, что четыре атома сурьмы
вступают в ковалентную связь с четырьмя электронами
атомов германия, а пятый электрон остается свободным.

Рис. 8. Плоскостное изображение кристалла германия с примесями:
а — индия, б — сурьмы

Полупроводники с такой структурой имеют избыток
электронов и обладают электронной проводимостью.
Элементы, создающие в полупроводнике электронную
проводимость, называются донорами.
В полупроводниках p-типа основные носители (по­
движные носители, создающие проводимость) —дырки,
в полупроводниках n-типа — электроны.
Рассмотрим явления, происходящие в области сопри­
косновения двух полупроводников с различными видами
проводимости. Такая область создается сплавлением
пластин р-полупроводника и n-полупроводника или вве­
дением в чистый полупроводник с двух сторон соответ­
ственно донорных и акцепторных примесей.
Область соприкосновения полупроводников с разны­
ми видами проводимости называют электронно-дыроч ­
ным переходом или р—n-переходом. Так как в р-полупроводнике концентрация-дырок выше, чем электронов,
а в n-полупроводнике концентрация электронов выше,
чем дырок, то из-за разности концентраций зарядов нач­
нется движение — диффузия — электронов из n-полупро-


водника в р-полупроводник и дырок из р-полупроводника в п-полупроводник.
Дырки, диффундировавшие из р-полупроводника в
n-полупроводник, рекомбинируют (теряют заряд, нейт­
рализуются) с его основными носителями — электрона­
ми и не вносят заметных изменений в структуру n-полупроводника. Однако из-за ухода дырок из p-области в
последней уменьшается концентрация подвижных заря­
дов, или, как принято говорить, происходит обеднение
ее основными носителями. В результате возрастает со­
противление p-области. Аналогичное явление происходит
в n-области вследствие диффузии электронов в р-область. Сопротивление n-области возрастает.
В результате переходный слой, обедненный с обеих
сторон основными носителями, становится слоем повы­
шенного сопротивления. Кроме того, из-за ухода некото­
рого количества дырок из p-области в ней остается нескомпенсированное соответствующее количество непо­
движных отрицательных ионов примеси. Аналогично в
n-области оказывается некоторое количество нескомпенсированных положительных ионов примеси. В р-области
образуется электрический слой с отрицательными заря­
дами, а в n-области — с положительными зарядами.
Между этими слоями образуется электрическое поле
Ер_п, напряженность которого всегда направлена из
n-области в p-область (рис. 9, а), называемое внутрен­
ним полем р—n-перехода. Переходный слой принято
называть запорным слоем для основных носителей. На
неосновные носители поле р—n-перехода оказывает уско­
ряющее действие.
Ширина запорного слоя не может увеличиваться без­
гранично, так как возникающая из-за диффузии разность
потенциалов препятствует перемещению основных носи­
телей в противоположные области. Разность потенциа­
лов, называемая потенциальным барьером, в свою
очередь зависит от разности концентраций носителей в
одной и другой областях. Ширина запорного слоя обыч­
но находится в пределах от долей микрона до несколь­
ких микрон.
Если к р—n-переходу приложено внешнее электри­
ческое поле EВн плюсом к n-области и минусом к р-обла­
сти (рис. 9, б), то направление внешнего поля совпадает
с направлением поля р—n-перехода. Действие внешнего
поля в этом случае приводит к отсасыванию основных


носителей. Дырки из p-области перемещаются внутрь
полупроводника к отрицательному полюсу источника
внешнего напряжения, а электроны из n-области — к его
положительному полюсу также внутрь полупроводника.
Это приводит к увеличению размеров обедненного слоя
каждой из областей и величины его заряда.

Рис. 9. Потенциальная диаграмма р— п-перехода:
а — без внешнего электрического поля, б — с внешним электрическим полем,
совпадающим по направлению с полем р — n-перехода, в — с внешним элект­
рическим полем, противоположным по направлению полю р — n-перехода

В результате отталкивающее действие запорного слоя
на основные носители возрастает, потенциальный барьер
увеличивается и ток основных носителей, протекающий
через р—n-переход, уменьшается. При соответствующем
напряжении внешнего поля ток, протекающий через
р—n-переход, будет определяться только током неоснов­
ных носителей, который называется обратным.
Когда к р—n-переходу приложено электрическое поле
плюсом к p-области и минусом к n-области (рис. 9, в),
то поле р—n-перехода частично компенсируется, потен­
циальный барьер уменьшается и ток, протекающий через
р—n-переход, определяется током основных носителей.
Ток, образуемый основными носителями, называют пря­
мым. Таким образом, сила и направление тока, текущего
через р—n-переход, зависят от величины и направления
приложенного напряжения.
Описанные свойства р—n-перехода положены в осно­
ву современных полупроводниковых приборов. В настоя-


щее время разработана большая номенклатура полупро­
водниковых приборов различного назначения и мощно­
сти для разного диапазона частот.
Все полупроводниковые приборы можно разделить на
пять основных классов: диоды, транзисторы, тиристоры,
оптоэлектронные приборы и интегральные схемы. По
конструкции р—n-перехода полупроводниковые приборы
делят на плоскостные и точечные. Транзисторы по прин­
ципу действия разделяют на биполярные и униполярные
(полевые). Последние являются сравнительно новыми
приборами, обладающими рядом преимуществ перед
более распространенными биполярными транзисторами.
Кроме того, имеется класс приборов, которые по ме­
ханизму работы относятся к диодам, а по конструкции
и принятой терминологии — к транзисторам. Они назы­
ваются двухбазовыми диодами или однопереходными
транзисторами.
Оптоэлектронными или оптронами принято назы­
вать приборы, в которых передача электрического сигна­
ла реализуется не гальванической связью, как в обычных
полупроводниковых приборах, а оптической. Источник
сигнала (излучатель) и приемник (фотодиод, фоторези­
стор, фототиристор) совмещаются в едином корпусе.
Интегральной схемой называют прибор, состоящий
из нескольких элементов, выполненных на общей полу­
проводниковой пластине, функционально связанных или
несвязанных между собой и объединенных общей конст­
рукцией.
По конструкции полупроводниковые приборы разли­
чают нормального и специального (например, тропиче­
ского) исполнения, корпусные и бескорпусные и др.
По мощности различают: диоды и тиристоры — ма­
лой мощности (с прямым током 7Пр 0,3А), средней
мощности (0,3<7Пр=С10А), большой мощности (/пр>
>10А); транзисторы — малой мощности (с максималь­
но допустимой мощностью, выделяемой на коллекторе,
Рк^0,3 Вт), средней мощности (0,3<Рк^ 1,5 Вт), боль­
шой мощности (Рк> 1,5 Вт); стабилитроны — малой
мощности (с допустимой мощностью рассеяния
^0,3 Вт), средней мощности (0,3 Вт<Р^5 Вт), боль­
шой мощности (5<Р^25 Вт).
Все полупроводниковые приборы классифицируются
по назначению на ряд основных групп (схемы 1, 2, 3).


Схема 1

Классификация диодов по назначению

I

Схема 2
Классификация транзисторов по назначению

Схема 3
Классификация тиристоров по назначению


§ 8. Полупроводниковые диоды

В основу работы полупроводникового диода положе­
ны физические процессы, происходящие в р—п-переходе.
На рис. 10 приведены вольт-амперные характеристики
(ВАХ) диода, выражающие зависимость тока, протекаю-

Рис. 10. Вольт-амперные характеристики диода при различных зна­
чениях температуры

щего через диод, от приложенного напряжения. Слева от
оси ординат расположены так называемые обратные вет­
ви характеристик. Они выражают зависимость тока че­
рез диод от напряжения, приложенного плюсом к и-области и минусом к p-области. В таком случае принято
говорить, что диод включен в обратном направлении или
к диоду приложено обратное напряжение.
Ток через диод (обратный ток Ir) обусловлен только
неосновными носителями. Значение его очень мало. На­
пример, для широко распространенного диода малой
мощности Д226 при обратном напряжении 400 В обрат­
ный ток составляет всего 300 мкА.
29


Напряжение (7П называется напряжением пробоя.
При этом напряжении наступает пробой (разрушение)
р—n-перехода с потерей его вентильных свойств. Диод
начинает проводить ток не только в прямом, но и обрат­
ном направлении.
Справа по оси ординат расположены прямые ветви
характеристик. Они соответствуют подаче на диод пря-

Рис. 11. Полупроводниковые диоды и транзисторы:
1, 2 и 3 — тиристоры большой, средней и малой мощности
и КУЮ1), 4 и 7 — стабилитроны малой и средней мощности
5 и 10 — высокочастотные диоды малой мощности (Д9 и Д2),
мительные диоды средней и малой мощности (Д242 и Д226),
кочастотный диод, И — лазерный диод

(ВКДУ, КУ201
(Д808 и Д816),
6 и 9 — выпря­
8 — сверхвысо­

мого напряжения или, как говорят, прямому включению
диода. Как видно из характеристик, ток через диод рез­
ко возрастает: здесь он обусловлен основными носителя­
ми. Этот ток называется прямым током IF. Для того же
диода Д226 значение прямого тока достигает нескольких
сотен миллиампер. Напряжение UF есть падение напря­
жения на диоде при протекании прямого тока. Оно обус­
ловлено сопротивлением диода в прямом направлении.
Величина его для диода Д226 лежит в пределах 1 В. За­
висимость тока IF от напряжения UF нелинейна, т. е. ди­
од в прямом направлении представляет собой нелиней­
ное сопротивление. В нижней части прямой ветви харак­
теристики имеется порог, после которого ток резко
возрастает. Напряжение, прикладываемое к диоду до
этого порога, затрачивается на преодоление внутреннего
30


электрического поля р—n-перехода (потенциального
барьера).
На рис. 10 приведены вольт-амперные характеристи­
ки диода при различной температуре. При повышении
температуры увеличивается энергия носителей, освобож­
дается большее число элек­
тронов и большее число ды­
рок остается
свободным,
т. е. увеличивается количест­
во неосновных и основных
носителей, а следовательно,
усиливаются обратный и
прямой токи через р—п-переход. Обратная ветвь ха­
рактеристики располагается
ниже, прямая ветвь смеща­
ется влево. Приведенные хара ктеристики соответствуют
выпрямительному, высоко­
частотному, сверхвысокоча­
стотному и импульсному ди­
одам. Различные типы полу­
проводниковых диодов по­
казаны на рис. 11.
а)
б)
На рис. 12 приведены
конструкции
плоскостного Рис. 12. Конструкции дио­
дов:
выпрямительного и точечно­ а — плоскостного
­
го высокочастотного диодов. ного, б — точечноговыпрямитель
высокоча­
стотного;
1
—
корпус,
2
—
жест
Диоды выполняют в виде кий вывод, 3 — гибкий вывод,­
цилиндрических
конструк­ 4 и 7 — припойные прокладки,
полупроводника
ций, часто сложной формы. 5с — ркристаллы
— л-переходом,
6 — кристаллодержатель,
8 — вольфра­
Маркировку наносят на мовый температурный
компен­
сатор, 9 — игла
корпус диодов, а в случае
его малых размеров — на
плоские выводы и выполняют в виде надписей. Исклю­
чение составляют высокочастотные диоды, имеющие
очень маленький корпус и тонкие проволочные выводы.
Их маркируют комбинацией цветовых меток. При мар­
кировке указывают товарный знак завода-изготовителя,
тип диода и дату выпуска.
Выпрямительные диоды предназначены для выпрям­
ления переменного напряжения (рис. 13, а). Здесь ис­
пользуется свойство диода пропускать ток только в од­
ном направлении. График тока через диод Д и сопро­
31


тивление нагрузки /?н приведен на рис. 13,6. Когда к
диоду приложено прямое напряжение (на рисунке — по­
ложительный полупериод), форма тока повторяет форму
приложенного переменного напряжения. В отрицатель­
ный полупериод ток равен нулю (обратным током здесь
можно пренебречь). Выпрямительные диоды обычно ра­
ботают на токах низкой частоты (50—2000 Гц). Для по­
лучения высокого коэффициента полезного действия
выпрямителя прямое падение напряжения UF на диоде
при протекании прямого тока должно быть минималь-

Рис. 13. Выпрямительный диод:
а — схема включения, б — форма тока через диод

ным. В зависимости от назначения выпрямительные дио­
ды выпускают на прямые токи от десятков миллиампер
до десятков и сотен ампер и обратные напряжения от де­
сятков до тысяч вольт.
Выпрямительные диоды характеризуются основными
параметрами: постоянный выпрямленный ток IF и макси­
мально допустимый средний выпрямленный ток /Ошах;
постоянное прямое напряжение UF-t максимально допу­
стимое обратное напряжение UR max’, постоянный обрат­
ный ток Ir и максимальный обратный ток /я max при мак­
симально допустимом обратном напряжении.
Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды яв­
ляются приборами универсального назначения и исполь­
зуются для выпрямления токов в широком диапазоне
частот (до нескольких тысяч мегагерц), модуляции, де­
тектирования и других преобразований электрических
сигналов.
Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды, так
же как и выпрямительные, характеризуются параметра­
ми: IF; IR; UF; URmax. Кроме того, свойства этих диодов
определяются диапазоном рабочих частот Д/ и емкостью
Ctot32


Импульсные диоды используют в качестве ключевых
элементов, обеспечивающих очень быстрое протекание
переходных процессов (десятые и сотые доли микросе­
кунд) при сравнительно больших прямых токах (50 мА
и более).
При коротких импульсах необходимо учитывать инер­
ционность процессов включения и выключения диодов.
На рис. 14 показаны зависимости тока и напряжения в

Рис. 14. Зависимости тока и напряжения в цепи импульсного диода
от времени:
а — при включении в прямом направлении, б — при переключении

цепи импульсного диода от времени при включении и пе­
реключении.
После включения прямого тока IF (рис. 14, а) напря­
жение на диоде устанавливается не мгновенно. Интер­
вал времени tjr от начала импульса прямого тока до мо­
мента, когда напряжение на сопротивлении нагрузки,
включенной последовательно с диодом, упадет до 1,2
установившейся величины, называется временем уста­
новления прямого сопротивления диода.
Отношение величины максимального импульсного
прямого напряжения на диоде С^мшах к величине им­
пульса прямого тока Ifm называется импульсным мак­
симальным сопротивлением диода.
Если на диод, через который протекал прямой ток,
подать обратное напряжение так, чтобы запереть диод,
то он запирается не мгновенно (рис. 14,6). В процессе
33


протекания прямого тока в базе диода накапливается за­
ряд. При подаче запирающего напряжения этот заряд
рассасывается и вызывает протекание импульса тока, ко­
торый может во много раз превышать установившуюся
величину обратного тока. Отрезок времени от момента,
когда ток через диод равен нулю, до момента, когда ток
уменьшился до заданного
уровня («отсчетного тока»),
называется временем вос­
становления обратного со­
противления диода trr.
Стабилитроны (опорные
диоды) имеют вольт-ампер­

Рис. 16. Схемы с применением
стабилитронов:

Рис. 15. Вольт-амперные харак­
теристики стабилитрона

а — ограничители
импульсов, б —
защиты миллиамперметра от пе­
регрузок

ные характеристики, приведенные на рис. 15. Форма пря­
мой ветви характеристики стабилитрона аналогична фор­
ме прямой ветви ВАХ выпрямительного диода (см. рис.
13), форма обратной ветви отличается от диодной тем,
что, начиная с некоторого значения обратного напряже­
ния, называемого напряжением стабилизации Uz, паде­
ние напряжения на стабилитроне изменяется незначи­
тельно. Рабочим участком характеристики стабилитрона
является участок CD.
Кроме напряжения стабилизации стабилитрон харак­
теризуется дифференциальным сопротивлением rz- В об­
щем случае дифференциальное сопротивление — это от­
ношение изменения напряжения к вызвавшему его ма­
лому изменению тока. Для стабилитронов

г7 =--- —.
34


Конструкция кремниевых стабилитронов аналогична
конструкции выпрямительных диодов. Стабилитроны ши­
роко применяют для стабилизации уровней напряжения
при изменении напряжения питающей сети и сопротивле­
ния нагрузки, а также для формирования прямоугольных
импульсов, в схемах ограничения напряжения, схемах
защиты измерительных приборов от перегрузок. На
рис. 16, а показана схема ограничителя импульсов, а на
рис. 16,6 — схема защиты миллиамперметра от пере­
грузок.
Емкостный диод (варикап) —это полупроводниковый
прибор, имеющий диодную вольт-амперную характери­
стику и переменную собственную емкость, изменяющуюся
по заданному закону. Емкость варикапа зависит от при­
ложенного обратного напряжения: с увеличением обрат­
ного напряжения емкость уменьшается. Величина емко­
сти варикапа изменяется от нескольких десятков до
нескольких сотен пикофарад. Варикапы применяют в па­
раметрических усилителях и в цепях перестройки резо­
нансной частоты контуров, генераторов и других узлов
радиотехнической аппаратуры.
Туннельные диоды занимают особое место среди по­
лупроводниковых диодов. В основу работы туннельного
диода положен так называемый туннельный эффект, сущ­
ность которого состоит в явлении прохождения частиц (в
нашем случае электронов) через потенциальный барьер
(в нашем случае р—n-переход) даже тогда, когда их ки­
нетическая энергия меньше потенциальной энергии барь­
ера. Это явление из области квантовой механики, с точ­
ки зрения классической физики оно необъяснимо.
Необходимыми условиями возникновения туннельного
эффекта являются высокая напряженность электриче­
ского поля и очень малая толщина р—n-перехода (при­
мерно в сто раз меньшая, чем у обычных диодов). Для
получения такого перехода исходный полупроводнико­
вый материал должен иметь большее количество приме­
сей, чем у обычного диода (порядка 1021 атомов на 1 см3
против 1018—Ю19 на I см3). Такие полупроводники при­
нято называть вырожденными.
Вольт-амперная характеристика туннельного диода
(рис. 17) имеет участок АВ отрицательного дифферен­
циального сопротивления. Точка А определяет ток и на­
пряжение пика вольт-амперной характеристики диода
(Ip и UP), точка В — ток и напряжение впадины вольт35


амперной характеристики диода (Iv и Uv). Точка С ха­
рактеризует напряжение раствора UPP на диоде при про­
текании тока, равного 1Р.
При соответствующей технологии изготовления дио­
да ток пика 1Р можно уменьшить до 100 мкА. Туннель­
ные диоды с малым пиковым током называют обращен­
ными.

Рис. 17. Вольт-амперная характеристика туннельного диода

У обращенных диодов обратная ветвь вольт-амперной
характеристики используется для детектирования ма­
лых напряжений (50—100 мВ). Вольт-амперная харак­
теристика обращенного диода обозначена на рис. 17 пунк­
тирной линией.
Очень важной особенностью туннельных диодов яв­
ляется их быстродействие и, следовательно, способность
работать на высоких частотах. Время переключения тун­
нельного диода порядка 10-9 с. Такое быстродействие с
точки зрения квантовой механики объясняется тем, что
туннельный переход электрона через потенциальный
барьер происходит со скоростью, близкой к скорости
света.
Туннельные диоды применяют в импульсной и вычис­
лительной технике и устройствах автоматики в схемах
генераторов синусоидальных и прямоугольных импуль­
сов, пороговых устройств и др.
36


§ 9. Транзисторы

Транзисторы представляют собой элементы с усили­
тельными свойствами, основанными на использовании
управляемости потока носителей в кристалле полупро­
водника.
Транзистор состоит из двух р—n-переходов, образо­
ванных тремя полупроводниковыми областями. Крайние
области имеют одинаковый тип проводимости.
Различают транзис­
торы с чередованием
двух типов проводи­
мостей:
р—п—р и
п—р—п (рис. 18). Фи­
зические процессы, про­
текающие в транзисто­
рах структуры р—п—р
и структуры п—р—п,
аналогичны.
Область транзисто­
ра,
испускающую
(эмиттирующую) носи­
тели тока, называют
эмиттером
(Э); обРис. 18. Транзисторы с чередоваласть, собирающую но­
нием двух типов проводимостей:
а — р—п—р, б — п—р—п
сители тока,— коллек­
тором (К); среднюю об­
ласть транзистора называют базой (5). Переход эмит­
тер— база называется эмиттерным, а переход база —
коллектор — коллекторным. В условных обозначениях
транзисторов стрелкой указывается направление тока
эмиттера. Различные типы современных транзисторов по­
казаны на рис. 19.
Потенциальная диаграмма равновесного состояния
р—n-перехода транзистора, при котором на его электро­
ды не подано напряжение от внешних источников пита­
ния, приведена на рис. 20, а. Как и в случае одиночного
р—n-перехода, переходы эмиттер—база и база—коллек­
тор имеют потенциальный барьер, препятствующий про­
теканию основных носителей в соседнюю область.
При подаче напряжения прямой полярности Ei на
переход эмиттер—база он открывается, потенциал внут­
реннего поля левого перехода уменьшается (рис. 20,6)
и из области р (эмиттера) в область п (базу) начинает37


Рис. 19. Транзисторы:
а, б — высокочастотные серий КТ315
и ГТ322
малой мощности,
.
____
,
, в — низко­
частотный серии МП39—МП42 малой мощности, г, д, е — низкочастотные се­
рий ГТ403, П602 и П213—П217 средней мощности, ж — высокочастотный серии
большой мощности

р — n-перехода транзистора:
а — без источника питания, б — с источником питания

Рис. 20. Потенциальная диаграмма


ся движение дырок. Благодаря очень малой толщине об­
ласти базы основные носители, имеющие значительную
кинетическую энергию, успевают диффундировать в зону
коллекторной области.
Внешнее электрическое поле £2 приложено к коллек­
торному переходу в таком направлении, что заставляет
оказавшиеся в нем дырки переместиться далее в коллек­
торную p-область, затем дырки рекомбинируют в ней
с электронами, поступающими от отрицательного полюса
батареи, создавая через нее ток.
Соотношения между токами

в

цепях

транзистора.

Прохождение токов в транзисторе рассмотрим на приме­
ре транзистора р—п—р.
Как было сказано выше, большая часть дырок из ба­
зы переходит в коллектор. В цепи коллектора возникает
ток /к (рис. 20, б). Если бы все дырки, инжектируемые
(испускаемые) эмиттером, достигали коллектора, ток в
цепи базы отсутствовал. Однако, диффундируя через об­
ласть базы, часть дырок рекомбинирует с электронами
(основными носителями в базе) и образует ток базы /Б.
Таким образом, ток эмиттера /э, образованный потоком
дырок, инжектируемых эмиттерным переходом, распре­
деляется в транзисторе между коллектором и базой:

IЭ =/б + ^ кДля выражения соотношения токов в транзисторе вво­
дится понятие коэффициента передачи тока, представля­
ющего собой отношение изменения тока коллектора Д/к
к вызвавшему его изменению тока эмиттера Д/э при по­
стоянном напряжении на коллекторном переходе:
д/к
а0=------ при с/кб = const.
д/э
Обычно а лежит в пределах 0,95—0,99.
При закрытом эмиттерном переходе или при отклю­
ченном эмиттерном электроде через коллекторный пере­
ход протекает коллекторный ток /ко, называемый обрат­
ным током коллектора. Величина обратного тока коллек­
тора зависит от концентрации неосновных носителей.
Полный ток коллектора при открытом эмиттерном
переходе с учетом /ко
*
/к=/ ко4“а(/ э*
39


Схемы включения транзисторов. Транзистор может
быть включен тремя различными способами: с общей ба­
зой, общим эмиттером и общим коллектором. Схемы
включения приведены на рис. 21 (на каждой схеме сле­
ва— входное напряжение, справа — выходное).
На каждой из схем один электрод является общим
для входной и выходной цепей. В схеме с ОБ (рис. 21, а)
общий электрод — база. Цепь эмиттера является вход­
ной, а цепь коллектора — выходной; в схеме с ОЭ (рис.

Рис. 21. Схемы включения транзисторов:
а —с общей базой (ОБ), б —с общим эмиттером (ОЭ), в —с общим коллек­
тором (ОК)

21,6) входная цепь — цепь базы, выходная — цепь кол­
лектора. В схеме с ОК (рис. 21, в) входной и выходной
являются соответственно цепи базы и эмиттера.
Схема с общей базой дает наиболее стабильное уси­
ление по мощности, мало зависящее от изменений пара­
метров транзистора и их разброса от экземпляра к
экземпляру. Усиление по току для этой схемы включе­
ния меньше единицы, усиление по напряжению больше
единицы. Выходное напряжение находится в фазе с вход­
ным напряжением. Ввиду очень большой разницы между
входным и выходным сопротивлениями отдельные кас­
кады для получения усиления нужно соединять транс­
форматорной связью.
Схема с общим эмиттером дает большое усиление по
мощности и применяется чаще всего, несмотря на мень­
шую стабильность этого усиления по сравнению со схе­
мой с общей базой. Усиление по току намного больше
единицы, усиление по напряжению приблизительно та­
кое же, как и у схемы включения с общей базой. Выход­
ное напряжение смещено по фазе на 180° относительно
входного. Величины входного и выходного сопротивле­
40


ний схемы таковы, что позволяют легко согласовывать
каскад с каскадом.
Схема с общим коллектором имеет примерно такую
же стабильность усиления по току, как и схема с общим
эмиттером. Усиление по напряжению близко к единице,
выходное напряжение находится в фазе с входным. Схе­
му с общим коллектором применяют в случаях, когда
требуется большое выходное сопротивление.
Вольт-амперные характеристики транзистора. Зави­
симость между параметрами транзистора, так же как и
диода, выражается вольт-амперными характеристиками.
Вольт-амперные характеристики транзисторов, как и
электровакуумных ламп, нелинейны, поэтому их пара­
метры во многом зависят от выбора рабочей точки. Со­
стояние транзистора определяется четырьмя переменны­
ми. Следовательно, для полного описания состояния
транзистора необходимо иметь два семейства статиче­
ских характеристик, содержащих зависимость трех ве­
личин. Удобно в качестве независимых переменных при­
нять напряжение. Это позволяет пользоваться для рас­
четов терминологией и методикой, применяемыми для
схем с электровакуумными лампами. Как правило, в
справочниках приводятся вольт-амперные характеристи­
ки транзисторов, включенных по схемам с общей базой
и общим эмиттером.
Так, например, для схемы с общим эмиттером харак­
теристики определяются выражениями:

/Б=/(£7БЭ) при £7КЭ = const;
/к = /(£Л<э) при /B = const,

где UB э — напряжение между базой и эмиттером; U кэ —
напряжение между коллектором и эмиттером.
Первая характеристика называется входной, вто­
рая — выходной.
Семейство вольт-амперных характеристик транзисто­
ра типа МП42 приведено на рис. 22. Как видно из рис.
22, а, входная характеристика при [7кэ = 0 представляет
собой обычную прямую ветвь характеристики диода: при
17Бэ =0 ток /Б=0. При U кэ >0 характеристика сдвига­
ется вправо, и чем больше это неравенство, тем правее
будет характеристика, т. е. при неизменном значении
иъэ ток базы /Б будет уменьшаться. Под действием
электрического поля коллекторного перехода, вызванно­
41


го напряжением UKa > заряды, диффундирующие из ба­
зы в коллектор, приобретают большее ускорение. Следо­
вательно, вероятность их рекомбинации в базе уменьша­
ется и ток базы тоже уменьшается.
На рис. 22, б приведено семейство выходных харак­
теристик для различных значений тока базы. Как видно
из рисунка, для всех характеристик нулевому значению

а)

6)

Рис. 22. Вольт-амперные характеристики транзисторов:
а — входные, б

выходные

U кэ соответствует нулевое значение тока коллектора
/к. При отсутствии поля коллекторного перехода все но­
сители зарядов рекомбинируют в базе и ток через кол­
лекторный переход не протекает. С усилением напряже­
ния на коллекторе ток коллектора сначала резко увели­
чивается, а затем остается практически постоянным.
Из семейства характеристик видно, что с увеличением
тока базы характеристики располагаются выше, т. е. од­
ному и тому же значению [7кэ при большем токе базы
соответствует больший ток коллектора. Ток базы тем
больше, чем больше напряжение между базой и эмитте­
ром [7вэ (см. рис. 22, а), а усиление напряжения £7Бэ
вызывает увеличение тока носителей через эмиттерный
переход и, следовательно, через коллекторный переход.
Следует отметить, что на рис. 22, б приращения тока
базы взяты одинаковыми (200 мкА), а расстояния меж­
ду кривыми тока коллектора в направлении оси ординат
разные. Это указывает на то, что в соответствии с выра­
42


жениями (1) и (2) величина коэффициента передачи
тока осо изменяется с изменением тока эмиттера.
Для транзисторов введено понятие коэффициента уси­
ления тока Во в схеме с общим эмиттером, ко­
торый определяется как отношение приращения тока
коллектора к вызвавшему его приращению тока базы:

в _ ,А/к 0

д/Б

д/к
д/э —д/к *

Нетрудно вывести, что представленное выражение есть

Из этого выражения видно, что при величине ао, доста­
точно близкой к единице, величина Во значительно боль­
ше единицы. Так, например, при ссо=О,95 В0=19, а при
ао=О,99 В0=99. Таким образом, изменение величины
ао менее чем на 5% вызвало пятикратное увеличение
значения Во.
Следует отметить, что для характеристики транзисто­
ров на переменном токе низкой частоты (50—1000 Гц)
для коэффициента передачи тока в схеме с общей базой
и коэффициента усиления тока в схеме с общим эмитте­
ром введены соответственно обозначения а и В.
При измерениях на высокой частоте введено понятие
модулей коэффициентов передачи и усиления тока | а |
и |В|.
§ 10. Полевые транзисторы

Полевые транзисторы отличаются от обычных (бипо­
лярных) принципом действия и электрическими пара­
метрами.
Принцип действия полевого транзистора основан на
изменении проводимости тонкого слоя полупроводника
(так называемого канала) под влиянием электрическо­
го поля, перпендикулярного направлению тока.
Схематично полевой транзистор изображен
на
рис. 23, а. На рис. 23,6 дано его условное обозначение.
Полевой транзистор представляет собой тонкую пластин­
ку полупроводника с проводимостью p-типа, с двух про­
тивоположных сторон которой созданы области с прово­
димостью n-типа, образующие в материале полупровод­
43


ника два р—n-перехода. Обе области с проводимостью
n-типа электрически соединены между собой. Один из
выводов области p-типа проводимости назван истоком,
другой — стоком, а область проводимости n-типа назы­
вается затвором.
При включении между истоком и стоком внешнего
источника электрического напряжения U в полярности,
указанной на рисунке, по каналу между двумя р—п-переходами потечет ток, значение которого определяется
Затвор

Рис. 23. Полевой транзистор:
а — схематичное изображение, б — условное обозначение

приложенным напряжением и проводимостью исходного
материала полупроводника. Если на затвор транзистора
подать внешнее напряжение [7См в полярности, смещаю­
щей р—n-переходы в обратном направлении, то ширина
р—n-переходов возрастет в глубь канала. Это приведет
к уменьшению ширины канала, возрастанию его сопро­
тивления и, следовательно, к снижению тока в цепи ис­
ток — сток.
При увеличении напряжения /7См ток в цепи стока бу­
дет уменьшаться и при некотором значении UCM=UQ
станет равным нулю. Напряжение UQ принято называть
напряжением отсечки.
При увеличении напряжения U между истоком и сто­
ком увеличивается ток через канал, возрастает падение
напряжения в нем, расширяются р—п-переходы, сужа­
ется канал и возрастает его сопротивление. В результате
рост тока сначала замедляется, а затем прекращается.
44


Таким образом, при неизменном напряжении на сто­
ке можно управлять током в цепи стока, изменяя напря­
жение на затворе. И при постоянном напряжении на за­
творе можно управлять током в цепи стока, изменяя напряжение на стоке.
Изменяя напряжение на затворе и стоке полевого
транзистора, можно снять семейство стоковых харак­
теристик, подобно показанному на рис. 24, напоминаю­
щих характеристики вакуумных радиоламп — пентодов.
Эти характеристики
показывают
зависи­
мость тока стока /с от
напряжения на стоке
Uc при различных зна­
чениях напряжения на
затворе (7з . Как видно
из рисунка, чем больше
значение (73, тем ниже
располагается характе­
ристика, а при некото­
ром
значении и3=
= [7з3 =UQ ток стока
равен нулю. Область, Рис. 24. Семейство стоковых харак­
теристик полевого транзистора
в которой ток стока
сильно зависит от на­
пряжения на стоке (на рис. 24 слева от пунктирной ли­
нии), называется омической областью, а область, в кото­
рой ток стока почти не зависит от напряжения (справа
от пунктирной линии),— областью насыщения.
Полевой транзистор может быть с каналом п-типа
проводимости. При этом пластина изготовляется из по­
лупроводника n-типа проводимости, а примеси, вводимые
в область затвора, создают проводимость p-типа. Поляр­
ность включения внешних источников напряжения долж­
на быть обратной.
В полевых транзисторах в переносе тока в канале
участвуют носители заряда лишь одного знака (дырки в
транзисторах с каналом n-типа), поэтому полевые тран­
зисторы называют еще униполярными (в отличие от
обычных, биполярных транзисторов).
Отличительной особенностью полевого транзистора
является его высокое (несколько МОм) входное сопро­
тивление при включении транзистора по схеме с общим
истоком. Это объясняется тем, что переход затвора сме­
45


щен в обратном направлении (в отличие от биполярных
транзисторов, где эмиттерный переход смещен в прямом
направлении).
Кроме описанных выше видов полевых транзисторов
существуют полевые транзисторы с изолированным за­
твором. На поверхности между истоком и стоком распо­
ложен очень тонкий слой диэлектрика, на который нане­
сен металлический электрод — затвор. Ток стока этих
транзисторов возрастает с увеличением напряжения на
затворе.
Одной из разновидностей транзистора с изолирован­
ным затвором является транзистор, в котором ток стока
увеличивается или уменьшается в зависимости от вели­
чины и полярности напряжения, приложенного к затвору.
Входное сопротивление транзисторов с изолирован­
ным затвором из-за наличия диэлектрика еще выше, чем
у транзисторов с р—п-переходом (50—100 МОм).
Высокое входное сопротивление позволяет использо­
вать полевые транзисторы в тех случаях, где примене­
ние обычных транзисторов затруднено.
Другим важным свойством полевых транзисторов
является низкий уровень собственных шумов, вследствие
отсутствия тока рекомбинации, присущего обычным
транзисторам.
Благодаря указанным свойствам полевые транзисто­
ры в последние годы применяют в высококачественной
звукозаписывающей аппаратуре, измерительной и вы­
числительной технике (в логических схемах и схемах
генераторов импульсов), а также в аппаратуре сверхвы­
соких частот (в схемах усилителей).
§ 11. Однопереходные транзисторы

В основе однопереходного транзистора лежит моно­
кристалл полупроводникового материала (рис. 25, а), на
каждом из двух противоположных торцов которого рас­
положены электрические контакты, а в средней части —
один эмиттерный р—n-переход. Участки б{ и б2, располо­
женные по обе стороны р—n-переходов, выполняют
функции баз (отсюда второе название транзистора —■
двухбазовый диод). Обычно длина базы 61 значительно
меньше длины базы б2. К базам приложено напряжение
Е в полярности, показанной на рисунке. Это напряжение
распределяется на напряжения U\ и U2 пропорциональ­
46


но сопротивлениям баз, которые в свою очередь пропор­
циональны их длинам.
На эмиттер Э подается напряжение [7э- При этом
напряжение на р—равно разности напряже­
ний [/э и [7ь При отрицательном значении напряжения
[7Э или положительном, но меньшем, чем [7Ь р—п-переход закрыт, и через него протекает только обратный

Рис. 25. Однопереходный транзистор:
а — схематичное изображение, б — условное обозначение, в — входная вольтамперная характеристика

ток, обусловленный неосновными носителями. Этому ре­
жиму соответствует часть вольт-амперной характеристи­
ки, расположенная ниже оси Us на рис. 25, в. При зна­
чении [7э =[7i ток через переход равен нулю. При зна­
чении Us >[7i через р—n-nepexQR начинает протекать
прямой ток, который растет по мере увеличения напря­
жения Us (участок АБ характеристики). При отпирании
р—n-перехода происходит инжекция из него неравновес­
ных основных носителей (в нашем случае дырок), число
которых увеличивается с повышением напряжения [7Э.
Дырки устремляются в базу бь что приводит к уменьше­
нию ее сопротивления (так называемая модуляция ба­
зы). Уменьшение сопротивления базы вызывает сниже­
ние падения напряжения [7Ь что в свою очередь приво­
дит к увеличению напряжения на р—п-переходе.
Увеличивается инжекция дырок и, следовательно, еще
больше уменьшается сопротивление базы бь В точке Б
характеристики процесс приобретает лавинообразный
характер и рост тока через переход сопровождается рез­
ким падением напряжения [7э- На этом участке вольт47


амперной характеристики транзистор имеет отрицатель­
ное дифференциальное сопротивление, т. е. характери­
стика как бы «возвращается назад». Напряжение и ток,
соответствующие точке Б, называются напряжением
включения [7Вкл и током включения /Вкл.
Чтобы выключить транзистор, надо уменьшить эмиттерный ток до некоторого критического значения /ВЫкл
(точка В характеристики), при котором процесс измене­
ния сопротивления базы б[ начинает протекать в обрат­
ном направлении.
Благодаря наличию участка ВАХ с отрицательным
дифференциальным сопротивлением однопереходный
транзистор, так же как и туннельный диод, используется
в схемах переключения, генераторов импульсов, в преоб­
разователях и пр. Следует отметить, что входное сопро­
тивление однопереходного транзистора на участке АБ
велико (порядка сотен килоом — единиц мегом), так как
оно определяется обратным сопротивлением р—п-перехода. На участке БВ входное сопротивление падает от
сотен до десятков или единиц ом.
§ 12. Тиристоры

Тиристором называют полупроводниковый прибор, в
основе которого лежит четырехслойная р—п-структура

Рис. 26. Тиристоры:
а — схематичное изображение диодного тиристора, б — вольт-амперная ха
рактеристика, в — схематичное изображение триодного тиристора

(р—п—р—п или п—р—п—р) и характеристика которо­
го имеет участок отрицательного дифференциального
сопротивления.
Тиристор состоит из трех последовательно располо­
женных р—n-переходов (рис. 26,а). При указанной на
48


рисунке полярности внешного источника напряжения Е
переходы П1 и ПЗ смещены в прямом направлении, а пе­
реход П2 — в обратном. Отсюда следует, что тиристор
можно представлять в виде двух эквивалентных транзи­
сторов: один — р—п—p-типа с эмиттерным переходом
П1 и коллекторным П2, другой — п—р—n-типа с эмит­
терным переходом ПЗ и коллекторным П2. Полный ток
через общий коллекторный переход П2 будет обуслов­
лен токами первого и второго эмиттеров, а также током
утечки коллекторного перехода.
Вольт-амперная характеристика тиристора приведена
на рис. 26,6. При малых значениях напряжения через
прибор протекает небольшой обратный ток запертого
второго перехода. На этом участке характеристики диф­
ференциальное сопротивление прибора велико. По мере
увеличения напряжения возрастают ток утечки второго
перехода и токи эмиттеров. Вблизи точки В наблюдает­
ся резкое увеличение тока диода при небольшом увели­
чении напряжения. На этом участке возникает лавинное
размножение носителей в коллекторном переходе. Точка
В является точкой перегиба характеристики. Соответст­
вующее ей значение напряжения называют напряжением
включения (1/вкл).
В точке В состояние тиристора неустойчиво. Падение
напряжения на нем резко снижается и доходит до точки
А. На участке ВА тиристор имеет отрицательное диффе­
ренциальное сопротивление. При дальнейшем увеличе­
нии напряжения источника Е (см. рис. 26, а) напряже­
ние на тиристоре почти не увеличивается, а ток в цепи
резко возрастает и определяется в основном сопротив­
лением нагрузки /?н (участок АС характеристики). Мак­
симально допустимому току через тиристор If max соот­
ветствует остаточное напряжение [70ст (точка С характе­
ристики). Для выключения тиристора необходимо
снизить ток через него до значения, меньшего тока удер­
жания /уд.
Обратная ветвь характеристики тиристора не отлича­
ется от обратной ветви диодной характеристики.
Перевести тиристор в проводящее состояние можно,
подключив к одной из его внутренних областей источник
тока в прямой полярности. На рис. 26, в показано вклю­
чение источника управляющего тока к базовой области
р второго эквивалентного транзистора. Управляя током
базы этого транзистора, можно снизить и менять величи­
49


ну напряжения включения, как показано на рис. 26, б.
Ток, вызывающий отпирание тиристора, называют от­
пирающим током управления /у.От.
Для тиристоров введены понятия: анод, катод и уп­
равляющий электрод. Соответствующие им области в
структуре обозначены на рис. 26, а, в. Существует раз­
новидность тиристоров, имеющих управляющий электрод
от п-области.
Тиристор без управляющего электрода называют динистором, а тиристор с управляющим электродом—уп­
равляемым тиристором.
Выключение управляемого тиристора происходит при
отсутствии тока управления и снижении основного тока
ниже значения /уд.
Одной из разновидностей тиристора является двуна­
правленный тиристор, или симистор. Симистор (симмет­
ричный тиристор) имеет обратную ветвь вольт-амперной
характеристики, симметричную прямой. В зависимости
от полярности приложенного напряжения симистор про­
водит ток в ту или иную сторону. Форма характеристики
и условное обозначение симистора приведены в табл. 1.
Симисторы, так же как и тиристоры, бывают неуправля­
емые и управляемые. Управляется симистор аналогично
тиристору, а характеристика «спрямляется» аналогично
характеристике тиристора (участок ОЛ, показанный на
рис. 26, б). Благодаря симметрии характеристики сими­
стор применяют для управления в цепях переменного
тока.
К группе тиристоров относят запираемый тиристор
или тиристор, управляемый в обоих направлениях (от­
крываемый и запираемый).
Запирание производят подачей на управляющий элек­
трод импульса отрицательной полярности по отношению
к катоду. При этом как бы искусственно вызывается
увеличение тока удержания до значения, большего тока
нагрузки (в отличие от выключения управляемых тири­
сторов снижением тока нагрузки до значения /уд на
рис. 26).
Неуправляемые тиристоры называются диодными,
или динисторами, а управляемые — триодными или тринисторами.
Тиристоры в последние годы широко применяют в про­
мышленности. Их используют в силовых электрических
цепях в качестве управляемых выпрямительных элемен50


Таблица 1
Вольт-амперные характеристики и условные
обозначения тиристоров
Вид тиристора

Условное
обозначение

Форма ВАХ

г

Динистор

чми

Незапираемый тринистор

и
Симметричный
нистор

ди­

/

и
Симметричный тринистор

-а-

I
и

Запираемый
нистор

три-

I

к
Фотодинистор

и

I

%
и
51


тов, инверторов, бесконтактных коммутаторов. В им­
пульсной и вычислительной технике тиристоры применя­
ют в схемах генераторов, формирователей импульсов, де­
лителей частоты и т. д. Тиристоры различных типов
были показаны на рис. И.

§13. Фоточувствительные полупроводниковые приборы

Фоточувствительные полупроводниковые приборы —
наиболее перспективные преобразователи светового сиг­
нала в электрический. Обладая преимуществами полу­
проводниковых приборов (небольшие габариты и масса,
высокая надежность, низкие питающие напряжения, ма­
лое потребление энергии), они имеют более высокую чув­
ствительность по сравнению с электровакуумными фото­
элементами.
Фоторезисторы. Фоторезистор представляет собой по­
лупроводниковую пластинку или пленку, сопротивление
которой изменяется под действием падающего светового
потока (внутренний фотоэффект). В качестве светочув­
ствительного элемента обычно используют полупровод­
ники, обладающие электронной проводимостью. Под
действием светового потока электроны приобретают не­
которую дополнительную энергию. В полупроводнике
увеличивается концентрация основных носителей и, сле­
довательно, возрастает его проводимость. Исходными
материалами для фоторезисторов являются сульфид кад­
мия, селенид кадмия и сульфид свинца. Если к неосве­
щенному фоторезистору приложено постоянное напряже­
ние, то в цепи появится ток, называемый темновым то­
ком 1т. Если напряжение приложено к освещенному
фоторезистору, то протекающий через него ток имеет дру­
гое значение и называется световым током 1Е. Разность
между световым и темновым токами называют фотото­
ком

I ф = 1 е— /т.
Сопротивление неосвещенного фоторезистора назы­
вается темновым (/?т), а освещенного фоторезистора —
световым сопротивлением (/?F).
Для фоторезисторов введено понятие интегральной
чувствительности. Этот параметр характеризует степень
52


изменения сопротивления фоторезистора от воздействую­
щего на него светового потока:

где Ф — световой ноток, падающий на рабочую площад­
ку фоторезистора.
После простых преобразований выражение для ин­
тегральной чувствительности примет вид:
5=4- -Ц-[АМм],

(1)

ф
где U — напряжение, приложенное к фоторезистору;
Д/? — приращение сопротивления фоторезистора при из­
менении его освещенности.
Из уравнения (1) следует, что интегральная чувстви­
тельность фоторезистора прямо пропорциональна прило­
женному напряжению.
Другим важным параметром фоторезисторов являет­
ся пороговая чувствительность. Пороговой чувствитель­
ностью называют минимальный уровень светового сигна­
ла, который, будучи преобразован в электрический, мо­
жет быть уверенно выделен на фоне собственных
электрических шумов фоторезистора.
Время срабатывания фоторезистора составляет 10-4—
10-5 с, что несколько выше, чем у других фотоэлектрон­
ных приборов, но срок службы их значительно больше.
Фоторезисторы применяют в качестве датчиков пе­
ремещения, скорости движения, для счета изделий, если
это возможно по условиям их быстродействия.
Фотодиоды. Фотодиод представляет собой полупро­
водниковый диод, обратный ток которого зависит от ос­
вещенности р—n-перехода. Обратный ток фотодиода
практически не зависит от величины приложенного об­
ратного напряжения.
При отсутствии освещения через фотодиод протекает
обратный ток /ко, вызванный тепловой генерацией носи­
телей в полупроводнике. При освещении запорного слоя
кристалла фотодиода обратный ток возрастает пропор­
ционально освещенности вследствие увеличения числа
неосновных носителей, которые, достигая р—/г-перехода,
увлекаются его полем. Чем сильнее световой поток, воз­
действующий на кристалл, тем больше возникает нерав­
53


новесных носителей, тем больше неосновных носителей
захватывается полем р—n-перехода и тем больше обрат­
ный ток фотодиода.
Для фотодиода также существует понятие интег­
ральной чувствительности. Величина ее постоянна и вы­
ражается как отношение фототока к световому потоку:

Интегральная
чувствитель­
ность фотодиодов высока (поряд­
ка нескольких десятков мА/лм),
что позволяет использовать их в
цепях с малыми сопротивлениями
нагрузки.
Фотодиоды применяют в тех
же случаях, что и фоторезисторы.
Кроме того, фотодиоды использу­
ют в качестве первичных датчиков
для преобразования оптических
величин (освещенности, темпера­
туры пламени) в электрические,
которые измеряются с помощью
электроизмерительных приборов.
Конструкция фотодиода пока­
зана на рис. 27. Прибор выполнен
так, что его р—n-переход одной
в
стороной обращен к стеклянному
Рис. 27. Конструкция фо­ окну, через которое поступает
тодиода:
свет, и защищен от воздействия
1 — кристалл
германия
с
света с других сторон.
р — ^-переходом,
2 — кристаллодержатель,
3 — ме­
Фототранзисторы.
Фототран­
таллический корпус, 4 — ме­
зистор представляет собой бипо­
таллическое
кольцо,
5—
вывод,
6 — металлическая
лярный транзистор, включенный
трубка, 7 — стеклянный изо­
лятор, 8 — стеклянное окно
по схеме с общим эмиттером при
нулевом токе базы, коллекторный
ток которого зависит от освещенности эмиттерного пе­
рехода. Как для любого биполярного транзистора, вклю­
ченного по схеме с общим эмиттером, коллекторный ток
будет выражаться зависимостью:

/ к = I ко
54

а0

1 — а0


Таким образом, темновой ток коллектора фототран­
зистора значительно больше, чем темновой ток фото­
диода.
Интегральная чувствительность определяется интег­
ральной чувствительностью коллекторного перехода и
коэффициентом усиления по току р. Интегральная чув­
ствительность фототранзисторов 0,25—0,5 А/лм.
Применяют фототранзисторы в тех же случаях, что
и фотодиоды. Конструктивно они выполняются анало­
гично фотодиодам.
Фототиристоры. Они во многом схожи с обычными
тиристорами. Основное отличие заключается в том, что
фототиристор можно перевести в открытое состояние не
только обычным способом, но и с помощью света, падаю­
щего на его катодную область. Вследствие высокой чув­
ствительности р—п—р—n-структуры фототиристоры мо­
гут переключать значительные мощности в основной цепи
при воздействии ничтожной энергии светового потока,
падающего на структуру.
Фототиристоры бывают диодными (без управляюще­
го электрода) и триодными (с управляющим электро­
дом). Триодный тиристор может управляться не только
световым потоком, но и подачей тока через управляющий
электрод.
Вольт-амперная характеристика и условное обозна­
чение фототиристора приведены в табл. 1.
Фототиристоры в последние годы чаще всего приме­
няют в оптоэлектронных приборах, где используют их в
качестве управляемых приемников света от источников
света — излучающих диодов.
§ 14. Излучающие диоды

Излучающие диоды предназначены для преобразова­
ния электрических сигналов в световые и делятся на две
основные группы: светодиоды и лазерные диоды. Лазер­
ные диоды являются когерентными * излучателями, а
светодиоды — некогерентными.
Светодиоды. Светодиод представляет собой излучаю­
щий р—n-переход, свечение которого вызывается реком­
бинацией носителей тока (электронов и дырок) в нем
при подаче на переход внешнего напряжения в прямом
* Когерентность — постоянное во времени соотношение между
фазами световых волн, излучаемых одним источником.
55


направлении. Ток, протекающий через диод и вызываю­
щий излучение, называют током возбуждения /в- Обычно
ток возбуждения, равный 7В= 10—30 мА, вызывается
напряжением 2—5 В.
Преобразование электрических импульсов в световые
происходит за ничтожно малое время (десятые доли
микросекунды).
Поэтому
светодиод рассматривается
как безынерционный преоб­
разователь
электрических
сигналов в световые.
Светодиоды
создаются
на основе материалов, пред
ставляющих собой соедине­
ния элементов третьей и пя­
той групп периодической си­
стемы и в первую очередь
фосфида и арсенида галлия.
Фосфидо-галлиевые свето­
Рис. 28. Типичные зависи­
диоды являются излучателя­
мости яркости и мощности
ми видимого света. Причем
излучения от прямого тока
через светодиод
в зависимости от соотноше­
ния примесей в граничных
областях р—n-перехода излучение может быть красного
или зеленого света. Арсенидо-галлиевые светодиоды —
приборы инфракрасного излучения. В настоящее время
освоен также выпуск светодиодов из карбида кремния —
излучателей желтого света.
Светодиоды имеют вольт-амперную характеристику,
аналогичную характеристике выпрямительных диодов.
Свойства светодиодов характеризуются яркостью и
мощностью излучения. На рис. 28 показаны типичные
зависимости яркости В и мощности излучения Р от пря­
мого тока через диод.
Светодиоды применяют в качестве модуляторов све­
товых волн (источником световых волн обычно служит
мощный лазер с тонко сфокусированным лучом), инди­
каторов состояния или положения электронных уст­
ройств. Использование светодиодов позволяет создавать
световые вычислительные устройства, быстродействие
которых в 10—100 раз выше, чем у существующих элек­
тронных вычислительных машин. В последние годы про­
мышленность осваивает оптоэлектронные приборы, сос­
тавным элементом которых являются светодиоды.
56


На основе светодиодов создают световые матрицы. На
плоской поверхности размещают определенное число
светодиодов, при высвечивании которых в определенной
комбинации возникает изображение того или иного циф­
рового, буквенного или другого знака. Световые матри­
цы находят все большее применение в вычислительной
технике, авиации, измерительной технике и других об­
ластях, где требуются быстродействующие малогабарит­
ные цифровые и другие символические индикаторы с ма­
лым потреблением энергии.
Лазерные диоды. Полупроводниковый лазерный диод
представляет собой кристаллик арсенида галлия разме­
ром 0,4X 0,4X 0,1 мм с р—n-переходом, который имеет
обычную диодную вольт-амперную характеристику. Ис­
точником возбуждения электронов лазерного диода яв­
ляется электрический ток, протекающий через р—/г-переход. При определенном значении тока, идущего через
р—n-переход, диод начинает когерентное излучение вы­
сокой интенсивности. Ток, при котором диод начинает
излучать, называют током накачки. Основными преиму­
ществами полупроводниковых генераторов когерентного
излучения перед рубиновыми и газовыми являются их
малые размеры, масса и больший коэффициент полезного
действия.
Полупроводниковый лазер работает при интенсивном
охлаждении. Для этого лазер помещают в сосуд Дьюара,
который заполняют жидким азотом. Сила тока накачки
лазера на арсениде галлия 10—200 А. Длительность им­
пульсов тока накачки 0,1 — 1 мкс. Полупроводниковый
лазер вырабатывает световые волны длиной 8,43-10-4
мм и шириной спектра излучения 3,5-10_6 мм. Лазерные
диоды применяют в системах оптической связи, в свето­
вых высотомерах, дальномерах и пр.
§ 15. Оптоэлектронные приборы

В оптоэлектронных приборах реализуется передача
электрического сигнала не гальванической связью, как в
обычных полупроводниковых приборах, а оптической.
Носителями сигнала здесь являются не заряженные элек­
троны, а электрически нейтральные фотоны. Оптическая
связь в электронных цепях позволяет осуществить пол­
ную электрическую развязку входных и выходных цепей,
что дает возможность легко согласовать высоковольтные
57


цепи с низковольтными, высокоомные с низкоомными,
высокочастотные с низкочастотными. Кроме того, нали­
чие оптического связующего звена увеличивает помехо­
устойчивость функциональных электронных цепей.
Фотоны не взаимодействуют между собой в световом
потоке, не смешиваются и не рассеиваются. Кроме того,
фотоны не обусловливают появление взаимно мешающих
электрических и магнитных полей, являющихся причи­
ной различных паразитных связей в электрических цепях
ибх(1дх1

Рис. 29. Оптрон с внутренней оптической связью:
а —схема, б — передаточная характеристика

и ограничивающих плотность электронного потока. Эти
два обстоятельства позволяют значительно повысить
плотность информации в устройствах с применением оп­
тронов. При использовании оптронов возможно переда­
вать сигналы длительностью до 10-8 с, что также увели­
чивает плотность информации.
Здесь будут рассмотрены только оптроны с так назы­
ваемой внутренней оптической связью. Схема такого оп­
трона показана на рис. 29, а. Слева на схеме — источник
света ИС, справа — фотоприемник ФП. Между ними
отсутствует электрическая связь. Преобразование вход­
ного электрического сигнала (UBX, iBX) в электрический
выходной сигнал (£7ВЫХ, ^вых) осуществляется через опти­
ческий сигнал. Всякое изменение параметра входного
сигнала вызывает изменение мощности излучения свето­
вого источника. Это в свою очередь приводит к изменению
выходных параметров. Передаточная характеристика оп­
трона с прямой оптической связью показана на рис. 29, б.
Источник и фотоприемник, образующие оптронную пару,
должны обладать свойствами, обеспечивающими их сов­
58


местимость в работе. В частности, их световые диапазо­
ны должны совпадать хотя бы частично.
Принципиально можно использовать любые источни­
ки света, мощность излучения которых может управлять­
ся в широких пределах в зависимости от протекающего
через них тока, от приложенного напряжения. Приме­
няют накальные, газоразрядные и люминесцентные ис­
точники света. Но наибольшее распространение в качест­
ве источников света получили светодиоды.
В качестве фотоприемников в настоящее время при­
меняют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и
фототиристоры.
Резисторный оптрон является наиболее простым и де­
шевым и применяется в тех случаях, когда не требуется
быстродействие схемы. Он обладает высоким выходным
сопротивлением (определяемым сопротивлением фоторе­
зистора). Соответственно диодный, транзисторный и ти­
ристорный оптроны имеют выходные параметры, опре­
деляемые параметрами фотодиодов, фототранзисторов
и фототиристоров. Входные параметры оптронов в каж­
дом из перечисленных случаев определяются выбранным
источником света оптоэлектронной пары. Конструктивно
элементы оптрона при обычном (не интегральном) испол­
нении заключаются в один загерметизированный непроз­
рачный корпус, имеющий электрические выводы для под­
ключения к входным и выходным электрическим цепям.
Оптроны такой конструкции по размерам чуть больше
транзисторов соответствующей мощности (см. рис. 19).
§ 16. Интегральные микросхемы

Интегральная микросхема представляет собой функ­
циональный узел или узлы, либо часть узла, элементы
которого (диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы)
изготовлены на основе единой пластины полупроводнико­
вого материала. По технологическому признаку микро­
схемы разделяют на полупроводниковые и гибридные.
В первых из них все элементы выполняют внутри или
на поверхности полупроводникового материала. Соеди­
нения между элементами осуществляют с помощью про­
водников, наносимых методами напыления или химиче­
ским.
В гибридной микросхеме только часть элементов вы­
полняют интегральным методом, а часть (обычно диоды
59


и транзисторы)—дискретно и присоединяют к интег­
ральным элементам либо проволочными, либо металли­
зированными проводниками.
В зависимости от числа входящих в них элементов
интегральные схемы подразделяют на схемы малой, сред­
ней и большой степени интеграции. Малыми интеграль­
ными схемами (МИС) называют схемы, содержащие до

Рис. 30. Гибридная интегральная микросхема:
1 — резистор, 2 — конденсаторы, 3 — вывод, 4 — изолятор,
6 — диод, 7 — соединительный проводник

5 — транзисторы,

десяти элементов, средними (СИС)—содержащими от
10 до 100 элементов, а большими (БИС) —содержащими
более 100 элементов.
Интегральные микросхемы отличаются очень малым
потреблением энергии. Коллекторные токи транзисторов,
входящих в микросхему, лежат в пределах единиц мил­
лиампер при напряжениях питания обычно не выше 15 В.
Для работы с мощными исполнительными элементами
(реле, сигнальные лампы, громкоговорители) сигналы с
выхода микросхем усиливают с помощью дискретных
полупроводниковых приборов.
Интегральная микросхема заключается в герметич­
ный корпус, имеющий выводы в виде электрических про­
водников. Число выводов зависит от количества входов
и выходов схемы, а также цепей, к которым необходима
подача питания от внешних источников.
60


В качестве примера на рис. 30 приведена незагерметизированная гибридная микросхема, в которой резисто­
ры выполнены методом напыления, некоторые транзисто­
ры и диоды — на кристалле полупроводника, а транзис­
торы 5, диод 6 и конденсаторы 2 — в виде дискретных
элементов.
Интегральные схемы применяют там, где требуется
микроминиатюризация в сочетании с высокой надеж­
ностью оборудования: в авиации, космической технике,
малогабаритных вычислительных машинах, миниатюр­
ной бытовой радиоаппаратуре.
§ 17. Конструкции полупроводниковых приборов

Основой любого полупроводникового прибора явля­
ется кусочек полупроводникового материала (кристалл)
с образованными на нем р—n-переходами. Для исключе­
ния воздействия окружающей среды и условий эксплуа­
тации (температура, влажность, удары) прибор поме­
щают в металлический герметичный корпус, в котором
через изоляторы делают электрические выводы в виде
металлических проводников (см. рис. И и 19). Обычно
корпус соединен своей внутренней поверхностью с одним
из электродов прибора (например, с базой или коллек­
тором).
Если прибор предназначен для работы с теплоотводя­
щими радиаторами (например, транзисторы П210,
П213—217), то наружная поверхность их основания де­
лается шлифованной, а сам прибор снабжается крепеж­
ным приспособлением, обеспечивающим надежное
прилегание поверхности прибора к поверхности радиа­
тора.
В последнее время некоторые полупроводниковые
приборы малой мощности выполняют в пластмассовом
корпусе. Технология их производства более проста и эко­
номична. В пластмассовом корпусе изготовляют неко­
торые типы интегральных микросхем, фоторезисторов,
светодиодов. Другие приборы делают бескорпусными,
например транзисторы и диоды для гибридных микро­
схем.
Существуют полупроводниковые приборы специаль­
ного исполнения, например тропического. Тропический
прибор имеет ту же конструкцию, что и обычный, только
корпус его покрыт специальным лаком, устойчивым про­
61


тив воздействия плесневых грибков в условиях повышен­
ной влажности.
В настоящее время конструкции многих приборов соз­
даются с учетом рекомендаций Международной электро­
технической комиссии (МЭК), цель которых — унифика­
ция конструкции однотип­
ных приборов, выпускае­
мых различными страна­
ми, для обеспечения их
механической взаимозаме­
няемости. Принятие реко­
мендаций МЭК обеспечи­
вает отечественной элек­
тронной промышленности
хороший сбыт приборов
на мировом рынке.
В качестве примера
на рис. 31 приведена кон­
струкция
маломощного
плоскостного транзистора
в металлическом корпу­
се.
Рис. 31. Конструкция маломощ­
ного плоскостного транзистора:
1 — кристалл германия ср — «-перехо­
дом,
2 — корпус, 3 — изолятор,
4—
кристаллодержатель, 5 — выводы

Контрольные вопросы

1. Какие приборы называют полупроводниковыми?
2. Что такое проводимость полупроводникового материала и
какие существуют типы проводимости?
3. Что представляет собой электронно-дырочный переход?
4. Как классифицируют полупроводниковые приборы?
5. Какой прибор называют диодом? Начертите ВАХ диода.
6. Какой прибор называют транзистором?
7. Каково назначение фоточувствительных приборов?
8. Где применяют светодиоды и лазерные диоды?
9. Что такое оптрон и где его используют?
10. Что такое интегральная микросхема и каково ее назначение?


Глава III
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
§ 18. Требования к технологическому процессу

Технологический процесс производства полупровод­
никовых приборов должен обеспечивать получение за­
данных свойств приборов разных типов. В связи с этим
к нему предъявляется ряд серьезных требований.
В первую очередь — это необходимость обеспечения
заданных электрических свойств. Известно, например,
что для выпрямительных диодов нужно, чтобы сопротив­
ление в прямом направлении и значение обратного тока
были минимальны, а обратное напряжение — максималь­
но. Этим же свойством должен обладать коллекторный
переход транзистора. Эмиттерный же переход в транзи­
сторах должен обеспечивать большой коэффициент ин­
жекции, причем высокое его значение должно сохранять­
ся при возможно больших значениях тока.
Другим требованием является необходимость обеспе­
чения заданной геометрии перехода. Так, для диодов
большой мощности желательно получение плоского пере­
хода, расположенного параллельно поверхности кристал­
ла на минимальном расстоянии от низкоомной части
кристалла. В маломощном транзисторе необходимо соб­
людать требование параллельности коллекторного и
эмиттерного переходов, причем расстояние между ними
должно быть минимальным.
Технологический процесс должен обеспечивать доста­
точную механическую прочность приборов во всем диа­
пазоне рабочих температур, а также в условиях резких
колебаний окружающей температуры.
При создании полупроводниковых приборов важно,
чтобы полученные электрические свойства переходов, а
также достигнутая механическая прочность приборов
сохранялись во времени. Это свойство приборов — отсут­
ствие так называемой деградации — должно гарантиро­
ваться применяемым технологическим процессом.
Создание приборов предусматривает изготовление
прочных выводов от электродов. Серьезность этого тре­
бования настолько велика, что низкое качество выводов
приводит к отказу от выбранного варианта технологии,
очень удачного во всех других отношениях.
63


Следует учитывать еще два непременных требования
к технологическому процессу: воспроизводимость и уп­
равляемость процессом. Воспроизводимость процесса
при достаточно высоком проценте выхода годных при­
боров позволяет повторять получаемые параметры при­
бора при сохранении параметров технологического про­
цесса. Управляемость процессом обеспечивает возмож­
ность направленного получения различных групп каждо­
го типа приборов регулированием параметров технологи­
ческого процесса.
Для выполнения всех указанных требований разрабо­
тано большое число технологических методов создания
полупроводниковых структур, из которых рассмотрим ос­
новные применяемые методы: выращивание из расплава,
сплавление, диффузия, точечно-контактный, эпитакси­
альное выращивание, ионное легирование.
Обычно на практике любой метод получения перехо­
дов представляет собой разновидность какого-либо из
этих основных методов или сводится к их комбинации.
В заключение необходимо отметить, что в основном
на качество, параметры прибора, выход годных прибо­
ров влияют три главных этапа в общей технологической
цепи производства полупроводникового прибора: созда­
ние р—n-перехода, изготовление омических контактов и
присоединение выводов. В дальнейшем эти три этапа бу­
дут рассмотрены более подробно.
р—п-переходов
Метод выращивания из расплава. Этот метод позво­
ляет получать высоковольтные р—n-переходы непосред­
ственно в слитке. Из расплавленного слитка полупровод­
ника в атмосфере инертного газа вытягивают специаль­
ной вращающейся затравкой новый слиток, в котором
образуется р—и-переход.
Образование р—n-перехода происходит следующим
образом. Из расплавленного слитка с проводимостью ртипа и высоким удельным сопротивлением вытягивают
монокристалл *. Затем в расплав вводят такое количест­
во легирующей примеси, дающей проводимость п-типа,
чтобы проводимость растущего монокристалла изменила
§ 19. Методы получения

* Монокристалл — это твердое вещество с упорядоченной струк­
турой и металлической решеткой, характерной для данного вещест­
ва. Расположение атомов или молекул в монокристалле по всему
объему строго закономерно.
64


знак и стала возможно большей. Известно, что скорость
перемешивания в расплаве значительно выше скорости
выращивания, так что изменение проводимости происхо­
дит в кристалле очень резко.
Метод выращивания из расплава р—n-переходов не
нашел широкого применения из-за больших технологиче­
ских трудностей. Необходимы очень
чистый исходный кремний, сошлифов—-----ка части кремния с проводимостью рр-тип
типа для доведения толщины остав­
шейся части до 200—400 мкм, что до­
статочно сложно из-за кривизны р—пперехода, получаемого в процессе вы­
п-тип
тягивания (рис. 32).
Поочередно меняя в расплаве при­
меси донорные на акцепторные, можно
вырастить кристалл, содержащий боль­ Рис. 32. Форма
«-перехода
шое число чередующихся областей п- прир —выращивании
и p-типа. Однако получение однородно­ структуры вытя­
го распределения примеси в выращива­ гиванием из рас­
плава
емом слитке настолько сложно, что бо­
лее одного-двух переходов получить не
удавалось, т. е. таким способом более одной диодной или
транзисторной структуры не получают.
Таким образом, применение метода выращивания из
расплава приводит к большому расходу кремния, т. е.
к низкой экономичности процесса.
Следует заметить, что параметры приборов с перехо­
дами, изготовленными выращиванием из расплава, усту­
пают параметрам таких же приборов, изготовленных дру­
гими методами, кроме приборов с большими обратными
напряжениями. Для таких приборов метод выращивания
из расплава позволил получить лучшие результаты.
Сплавной метод. Р—n-переход по описываемому ме­
тоду получается сплавлением, т. е. образованием жидко­
го раствора при нагреве двух твердых материалов, на­
ходящихся в контакте друг с другом, с последующей ре­
кристаллизацией. Обычно это делается следующим
образом. На пластину 1 кремния n-типа (рис. 33) кла­
дется заготовка 3 из электродного материала *, являю­
* Электродным материалом называют материал, в результате
сплавления с которым образуются р — n-переход и электрод полу­
проводникового прибора.

65


щегося акцептором (или донором, если используется
кремниевая заготовка p-типа). Затем пластина кремния
с заготовкой нагревается в вакууме или в заданной газо­
вой атмосфере, при этом происходит смачивание поверх­
ности пластин электродным материалом и растворение
в нем некоторого количества кремния. В качестве элект­
родного материала могут быть использованы алюминий,
бор, галлий, индий, являющиеся для кремния акцепто­
рами.
После выдержки при заданной температуре произво­
дят охлаждение, во время которого из расплава выде-

Рис. 33. Образование р — пперехода методом сплавле­
ния:

Рис. 34. Распределение
концентраций при диф­
фузии

1 — пластина кремния л-типа,
2 — рекристаллизованный крем­
ний, <3 — заготовка из электрод­
ного материала

ляется так называемый рекристаллизованный кремний
2, содержащий атомы акцептора. Рекристаллизованный
кремний будет иметь дырочную проводимость. Таким об­
разом получают контакт электронного и дырочного
полупроводников, или р—п-переход.
Остывшая электродная заготовка приобретает форму,
конфигурация которой определяется поверхностным на­
тяжением и силой тяжести, а в случае применения спе­
циальных кассет — их конструкцией.
В качестве электродного материала часто используют
слой металла, например алюминия, нанесенного на по­
верхность кремния в вакууме.
Метод диффузии. Данный метод основан на способ­
ности атомов одного вещества проникать (диффундиро­
вать) в другое. Если концентрация атомов примеси на
поверхности полупроводника (рис. 34) равна Сь а на
глубине ДХ от поверхности — С2, причем С{>С2, то в
результате разности концентраций атомы примеси будут
66


проникать в глубь полупроводника. Скорость диффузии
зависит от температуры и типа примеси.
Выбрав соответствующий примесный элемент, с по­
мощью диффузии можно изменить тип проводимости
исходного материала.
Поверхность, где концентрация продиффундировавших примесных атомов, например акцепторов, равняет­
ся концентрации атомов, легирующих исходный полупро­
водник (в данном случае доноров), является электронно­
дырочным переходом.
В зависимости от способа введения акцепторных и
донорных примесей в полупроводник различают три ви­
да диффузий: из паровой фазы; из поверхностного слоя;
из твердой фазы.
Диффузия из паровой фазы может осуществляться в
двух вариантах: в замкнутом объеме и в вакууме при
непрерывной откачке. В первом варианте пластины по­
лупроводника и некоторое количество примеси помеща­
ют в кварцевую ампулу, из которой откачивают воздух
до давления 10-4—10-5 мм рт. ст. Затем ампулу помеща­
ют в печь и выдерживают при высокой температуре опре­
деленное время. Вследствие перехода примесного эле­
мента в газовое состояние (паровую фазу) в объеме
вскоре установится определенное давление паров при­
месного элемента. Молекулы пара будут адсорбировать­
ся на всех поверхностях, в том числе и на поверхности
пластины, и, если температура достаточно велика, диф­
фундировать в глубь полупроводника.
Во втором варианте диффузия примеси осуществля­
ется в испаряющийся с постоянной скоростью (при уста­
новленных температуре свыше 1200° С и вакууме) крем­
ний. Этот вариант диффузии используется для получения
диффузионных слоев, распределение примеси в ко­
торых не зависит от времени диффузии. Способ диффу­
зии в испаряющийся кремний позволяет получить слои
с высокой степенью воспроизводимости даже при не
очень точном контроле температуры, а также обеспечи­
вает создание очень чистых поверхностей кремния.
Диффузия из поверхностного слоя осуществляется из
слоя примеси, предварительно нанесенного на поверх­
ность полупроводника, при высокой температуре. Счи­
тается, что при этом примесь переходит в жидкую фазу,
которая вступает во взаимодействие с полупроводником.
67


Такой метод используют для диффузии, например, алю­
миния, индия, галлия, которые наносят на пластину по­
лупроводника путем испарения их в вакууме.
Диффузия из твердой фазы — это диффузия из твер­
дого раствора примеси в одной области полупроводника
в примыкающую к ней другую область этого же полупро­
водника (свободную от примеси данного типа).
Диффузионный метод имеет следующие преимущест­
ва перед сплавным методом:
возможность управления разностью концентраций
примеси в соответствии с требуемым пробивным напря­
жением (на материале с одним и тем же удельным со­
противлением можно получить различные пробивные
напряжения);
исключение возникновения дефектов структуры в об­
ласти образования р—п-перехода;
возможность получения р—n-перехода на большой
глубине от поверхности; это позволяет при значительной
толщине пластины полупроводника получить базовый
слой толщиной менее 100 мкм;
относительная простота контролирования и хорошая
воспроизводимость результатов, так как процесс доста­
точно длителен.
Основные недостатки метода:
сложность проведения процесса из-за сравнительно
высокой температуры и возможности изменения удельно­
го сопротивления кремния, а в германии — даже и типа
проводимости;
сложность создания омических контактов.
Точечно-контактный метод. Этот метод применяется
при изготовлении точечных полупроводниковых прибо­
ров.
К предварительно полированному и протравленному
кристаллу германия с проводимостью n-типа подводят
и закрепляют в определенной точке заостренный брон­
зовый электрод, покрытый индием. Затем производят
специальную электрообработку контакта металла с кри­
сталлом, так называемую электроформовку. Для этого
через контакт пропускают короткий импульс тока (дли­
тельностью 0,08—0,1 с) довольно большой величины
(2—3 А).
Поскольку контакт точечный, то в нем получается
большая плотность тока; место контакта разогревается
до температуры, превосходящей температуру плавления
68


материала электрода. Индий с электрода легко диффун­
дирует в глубь германия, образуя область германия с
проводимостью p-типа, поскольку индий в германии яв­
ляется акцептором (рис. 35). На границе этой области
и исходного германия образуется р—п-переход.
Основными преимуществами точечно-контактного ме­
тода являются простота технологического оборудования
и, как следствие, низкая
стоимость полупроводнико­
вых приборов, изготовленных
этим методом.
Недостатки метода:
низкая
механическая
прочность р—и-перехода;
сильное влияние на пара­
метры приборов состояния
поверхности
кристалла и Рис. 35. Образование р — пконтактируемой иглы, а так­ перехода точечно-контакт­
же сила давления иглы на
ным методом
кристалл;
значительная нестабильность электрических парамет­
ров;
значительный разброс параметров.
Точечно-контактный метод сейчас применяют при
производстве некоторых типов маломощных диодов, на­
пример Д9, ДЮ, Д101, Д107 и др.
Метод эпитаксиального выращивания. Так называют
метод изготовления полупроводниковых структур осаж­
дением эпитаксиальных слоев на подложку из полупро­
водникового материала. Слово «эпитаксиальный» обра­
зовано из двух греческих слов, означающих «над» и
«располагать». Для образования р—n-перехода тип про­
водимости осаждаемой пленки должен быть противопо­
ложен типу проводимости подложки. Если осаждается
пленка кремния, то атомы свободного кремния и леги­
рующих примесей, попадая на монокристаллическую
подложку, перемещаются по поверхности до тех пор,
пока не займут правильное положение в кристаллической
решетке; отдельные узлы решетки в эпитаксиальной
пленке оказываются занятыми атомами примеси. Осаж­
денная пленка считается эпитаксиальной, если оси ее
кристаллической решетки являются продолжением осей
решетки подложки. Эпитаксиальный процесс хорошо
поддается управлению и контролю. Осажденные пленки
69


отличаются совершенством кристаллической структуры
и дают возможность контроля толщины ее и удельного
сопротивления.
При эпитаксиальной технологии можно изготовлять
приборы с очень тонкой базой, что является необходимым
условием для получения высокочастотных транзисто­
ров, быстродействующих импульсных и переключающих
диодов.
Применение эпитаксиальных пленок в какой-то мере
позволит решить главное противоречие в создании мощ­
ных высоковольтных приборов. Так, например, для обе­
спечения прохождения большого тока через полупровод­
никовый прибор необходимо применять низкоомный
полупроводниковый материал, а для обеспечения высо­
ких пробивных напряжений — высокоомный полупровод­
никовый материал. Эпитаксиальная технология позволя­
ет создавать двухслойные структуры на подложке из
полупроводникового материала с малым удельным со­
противлением. Так, для диодной структуры падение на­
пряжения в прямом направлении определяется низко­
омной подложкой, а пробивное напряжение — высоко­
омной эпитаксиальной пленкой. Возможно также созда­
ние двухслойного коллектора, состоящего из материала
с малым удельным сопротивлением и пленки с высоким
удельным сопротивлением.
Основной сложностью в эпитаксиальной технологии
является получение эпитаксиальной пленки, выдержива­
ющей большие токовые нагрузки. Решение этой пробле­
мы позволит создавать высокочастотные импульсные
полупроводниковые приборы с большими пробивными
напряжениями.
В настоящее время применяется технология осажде­
ния пленок из газообразной и жидкой фаз.
Наиболее широко используется один из видов газо­
вой эпитаксии — хлоридный. В основе этого способа,
приводящего к осаждению атомов кремния на подлож­
ку, лежит реакция восстановления тетрахлорида крем­
ния водородом
19ЛЛ°С

SI+4HC1

Для введения в растущую эпитаксиальную пленку
примеси производят разложение фосфорного водорода.
70


Схема установки для выращивания пленки описывае­
мым способом приведена на рис. 36.
В кварцевую трубу 4, нагреваемую индуктором 3,
устанавливают лодочку с расположенными в ней крем­
ниевыми подложками. Испарители 2 и 5, содержащие
тетрахлорид кремния и фосфорный водород, вначале
охлаждают жидким азотом для снижения давления па­
ров. Перед началом процесса система продувается азо­
том путем открывания соответствующих вентилей 1 для

Рис. 36. Схема установки для выращивания эпитаксиальной пленки
хлоридным способом

очистки объема от воздуха. После нагрева подложки до
1200° С водород захватывает пары подогретых тетрахло­
рида кремния и фосфорного водорода и переносит их
в кварцевую трубу. В течение часа происходит наращи­
вание эпитаксиальной пленки толщиной около 25 мкм.
В последнее время для осаждения эпитаксиальных
слоев применяют метод термического испарения в ваку­
уме. Этот метод обеспечивает чистоту рабочего простран­
ства, высокую скорость напыления, а значит, уменьше­
ние диффузии примесей из подложек в пленку, возмож­
ность поочередного напыления отдельных элементов
прибора, например эмиттера и базы. Вместе с тем метод
достаточно сложен, требуется аппаратура с глубоким
вакуумом, пленки имеют много структурных дефектов,
трудно получить пленки малого сопротивления.
Кроме того, начал широко применяться метод полу­
чения эпитаксиальных слоев жидкофазным способом. В
71


качестве подложки по этому методу чаще всего исполь­
зуют фосфид галлия, арсенид галлия, соединение арсе­
нид галлия — арсенид алюминия. Метод жидкостной
эпитаксии позволяет изготовить полупроводниковые ко­
герентные и некогерентные излучающие диоды.
Рассмотрим метод жидкостной эпитаксии на фосфи­
де галлия для выращивания р—n-структур с красным
свечением. Известно, что красное свечение обусловлено
одновременным присутствием цинка и кислорода в по­
лупроводнике p-типа. Источником кислорода является
смесь галлия и трехокиси галлия. При нагревании ме­
таллический галлий восстанавливает трехокись галлия
до субокиси

4Ga -J- Ga2O3=3Ga2O
Процесс осуществляется следующим образом. В ам­
пулу закладывают монокристаллические пластины фос­
фида галлия n-типа, галлий, трехокись галлия, цинк. За­
тем из ампулы откачивают воздух до давления около
1-10~5 мм рт. ст., отпаивают ее, устанавливают в печь
и нагревают до температуры 950° С. В объеме ампулы
создается давление паров субокиси галлия, полученной
по приведенной выше реакции. При температуре 950° С
жидкий галлий растворяет слой фосфида галлия. Полу­
ченный жидкий раствор легируется цинком и кислоро­
дом. Эпитаксиальное наращивание осуществляется в ре­
зультате охлаждения всей системы со скоростью 2—3° С
в минуту. Описанный процесс может быть проведен в
любой электропечи, обеспечивающей поддержание тем­
пературы с достаточной точностью и монотонное сниже­
ние температуры с заданной скоростью.
В настоящее время с целью получения более эффек­
тивных светоизлучающих структур разработана техноло­
гия создания гетероэпитаксиальных структур из твердого
раствора галлий — алюминий — мышьяк жидкофазным
методом.
В качестве исходной подложки используют пластины
арсенида галлия. Процесс выращивания структуры про­
исходит в кварцевом реакторе в потоке водорода. Квар­
цевый реактор расположен в печном канале, который
обеспечивает получение температуры 1000° С в зоне ра­
бочей части реактора. Исходную пластину загружают в
ячейку нижней части графитовой кассеты, верхняя часть
72


которой скользит по нижней и имеет два отверстия по
обе стороны от ячейки нижней части кассеты. При этом
нижняя часть кассеты является дном отверстий верхней
части кассеты. В одно из этих отверстий загружают леги­
рующий сплав Ga—Al—As—Те, в другое — А1—Ga—
—As—Zn. Сначала исходная пластина, расположенная
в ячейке нижней части кассеты, продвигается под одно
из отверстий верхней части кассеты так, чтобы сплав с
цинком залил исходную пластину. Затем с помощью
электронного управления температура всей системы
монотонно снижается примерно на 20° С со скоростью
0,5° в минуту. При этом происходит наращивание р-слоя.
Далее пластина продвигается под сплав с теллуром и с
той же скоростью температура снижается еще на 20—
30° С, при этом происходит наращивание n-слоя. Полу­
ченная таким образом структура GaAlAs позволяет
иметь большую яркость свечения при малом потребле­
нии тока.
Метод ионного легирования (ионная имплантация).

В настоящее время этот метод более перспективен, так
как обладает рядом преимуществ по сравнению с суще­
ствующими методами создания р—м-структур. Ионное
легирование состоит в том, что определенное количество
легирующих ионов примесей, обладающих высокой кине­
тической энергией, внедряется в узлы решетки монокри­
сталлической исходной пластины. При этом в кристалле
образуются области, электрические свойства которых
определяются внедренными примесями. Легирующие
ионы примеси р- или м-типов образуются в специальном
ионном источнике, действующем на принципе электрон­
ной бомбардировки или высокой частоты. Эти легирую­
щие ионы с помощью системы ускорения приобретают
высокую кинетическую энергию и вводятся в полупро­
водниковый материал. С помощью изменения ионного
тока, ускоряющего напряжения и времени легирования
можно довольно точно установить глубину и количество
внедренных ионов, что является чрезвычайно важным
фактором при создании миниатюрных интегральных
схем и транзисторов с улучшенными характеристиками.
Метод ионного легирования позволяет свободно вы­
бирать легирующую примесь независимо от полупровод­
никового материала, так как нет необходимости учиты­
вать степень растворимости примесей и коэффициент
диффузии. Другое преимущество этого метода — относи­
73


тельно низкая температура обработки полупроводнико­
вых подложек.
Большие возможности управления характеристиками
легированных слоев электрическими методами и полная
автоматизация процесса позволяют считать, что ионное
легирование может стать ведущим методом создания
структур в микроэлектронике.
§ 20. Получение омических контактов

От каждой активной области р—n-перехода (эмит­
тера, коллектора, базы, управляющего электрода) дол­
жен быть сделан электрический вывод, соединяющий ее
с внешними выводами прибора.
Если вывод нужно прикрепить к металлическому
электроду, образовавшемуся на поверхности полупровод­
ника в результате предшествующего процесса создания
р—n-перехода, присоединение производят пайкой или
другим способом.
При диффузионной технологии, технологии вытягива­
ния из расплава и некоторых других видах технологии
на поверхности полупроводника не образуется слоя ме­
талла. В этом случае приходится производить дополни­
тельную операцию по созданию омического (невыпрям­
ляющего) контакта. Название «омический» означает,
что такой контакт подчиняется закону Ома, т. е. сопро­
тивление его — величина постоянная (а вольт-амперная
характеристика линейна). Название «невыпрямляю­
щий» означает, что контакт не обладает выпрямляющим
свойством, т. е. проводит ток в обоих направлениях.
Величина сопротивления омического контакта долж­
на быть как можно меньшей, чтобы не вызывать излиш­
них потерь мощности и снижения эффективности полу­
проводникового прибора.
Омический контакт не должен быть способен к ин­
жекции (испусканию) неосновных носителей, так как
это может существенно ухудшить работу прибора. Если,
например, инжектируемые неосновные носители достиг­
нут р—n-перехода, это приведет к заметному увеличе­
нию обратного тока прибора. Омический контакт дол­
жен обладать достаточной механической прочностью и
хорошей теплопроводностью.
На практике контакты не в полной мере обладают
всеми этими качествами, да и не всегда в этом есть не­
74


обходимость. Нужно только, чтобы отклонение от этих
качеств не влияло существенно на работу прибора. На­
пример, в маломощных приборах контакт должен обла­
дать линейностью только до определенной величины то­
ка. Следует учитывать, что для различных типов
приборов методы получения контактов различны, но во
всех случаях основной частью электрического контакта
с электродом любого прибора является контакт ме­
талл — полупроводник.
Для создания контакта металл — полупроводник ис­
пользуют следующие методы: сплавление, электролити­
ческое или химическое осаждение металла из раствора,
напыление металла в вакууме, термокомпрессионную
сварку, простой механический контакт под давлением
(прижимной контакт).
Основным методом является сплавление. В случае
осаждения пленок последние почти всегда подвергаются
вжиганию, иными словами, вплавлению.
Термокомпрессионный метод состоит в том, что к
предварительно нагретому до температуры 200—300° С
кристаллу прижимается нагретой иглой проволочка из
золота, алюминия или серебра толщиной 20—100 мкм
с давлением 40—70 МПа. Проволочка расплющится, и
после выдержки в течение нескольких секунд между ней
и кремнием образуется прочный контакт с хорошими
электрическими свойствами.
Применяемые при этом усилия недостаточны для то­
го, чтобы повредить поверхность кремния. При таком
способе не применяются сплавление, вжигание пленок,
а поэтому заметного нарушения кристаллической решет­
ки кремния не происходит. Это позволяет использовать
термокомпрессию для создания контактов с тонкими
диффузионными слоями.
Недостатком термокомпрессии являются очень высо­
кие требования к
чистоте
поверхности и необ­
ходимость поддержания
температуры с точностью
до 10° С.
§ 21. Прогрессивные технологические приемы
изготовления полупроводниковых структур

В связи с бурным развитием в настоящее время ра­
диоэлектроники к полупроводниковой технике были
предъявлены серьезные требования, касающиеся как
75


увеличения объема производства полупроводниковых
приборов, так и улучшения их параметров и повышения
надежности. А это в свою очередь тесно связано с раз­
работкой и усовершенствованием технологических при­
емов изготовления приборов, применением прогрессив­
ных методов создания полупроводниковых структур.
Наиболее перспективными в последнее время явля­
ются планарная и меза-технологии, строящиеся на соче­
тании такого технологического приема, как фотолито­
графия, с передовыми методами создания р—м-переходов: эпитаксией и диффузией.
Прежде чем перейти к описанию планарной техноло­
гии, рассмотрим широко применяемую в полупроводни­
ковой технике обработку пластин методом фотолитогра­
фии.
Обработка пластин методом фотолитографии. Совре­
менная технология производства некоторых типов по­
лупроводниковых приборов требует создания раздельных
р—тг-переходов на общей пластине полупроводника.
Кроме того, для производства транзисторов и управляе­
мых диодов требуется получение многослойных струк­
тур. Эти задачи решаются вытравливанием части полу­
проводникового материала по желаемому геометрическо­
му профилю, для чего используют метод фотолитогра­
фии. С помощью фотолитографической обработки можно
производить металлизацию полупроводниковой пластины
по любой, заранее заданной конфигурации, а также осу­
ществлять локальную (местную) диффузию примесей
или эпитаксию.
Все операции, выполняемые с помощью фотолитогра­
фического метода, осуществляют с высокой точностью и
хорошей воспроизводимостью (повторяемостью от образ­
ца к образцу). Фотолитографическая обработка в по­
следние годы нашла самое широкое применение на оте­
чественных предприятиях.
На рис. 37 показана часть пластины 1 полупроводни­
кового материала после травления зоны 2. Если пластину
разрезать на кристаллы * по линиям 4, то внутри каж­
дого образовавшегося кристалла получим рабочую зону
3 с заранее образованными коллекторным 9 и эмиттерным 8 р—n-переходами, а также контактами эмиттера и
* В этом случае под кристаллом принято понимать кусочек пла­
стины с р — п-переходом заданных формы и размеров.
76


базы. Электрические параметры каждого р—п-перехода
можно измерять прямо на пластине, так как еще до раз­
резки кристаллы изолированы друг от друга зонами
травления.
Сущность метода фотолитографии состоит в следую­
щем. Пластину полупроводника, предварительно защи­
щенную окисной пленкой, покрывают жидкой светочув­
ствительной эмульсией (фоторезистом). После высуши­
вания эмульсии образуется плотная, прочная пленка.
Затем производят экс­
понирование (засвечи­
вание) образовавшейся
пленки через специаль­
ный шаблон, позволяю­
щий получить только
белые и черные тона.
Засвеченные
участки
светочувстви т е л ь н о й
пленки
приобретают
свойство нерастворимо­
сти в характерных для
нее
растворителях.
Свойство растворимо­
сти затемненных участ­
ков сохраняется. Экспо­
нированную
пленку
(вместе с пластиной) Рис. 37. Часть пластины ср — п-пепроявляют. При прояв­ реходом после обработки методом
лении участки, не под­ 1 — пластина,фотолитографии:
2 — зона
травления, 3 —
вергшиеся воздействию рабочая зона, 4 — линия реза, 5 — эмит­
тер, 6 — база, 7 — коллектор, 8 — эмиттерсвета,
растворяются, ный р — п-переход;
9 — коллекторный
р — п-переход
обнажая поверхность
пластины.
После
проявления оставшуюся часть пленки закрепляют (задубливают), выдерживая некоторое время при высокой
температуре. При этом происходит реакция полимериза­
ции. Обработанные таким образом пластины готовы для
проведения основных технологических операций — трав­
ления и металлизации. В процессе травления вытравли­
вается только та часть полупроводниковой пластины, ко­
торая не защищена пленкой фоторезиста. Задавая время
травления, получают нужную глубину зоны травления 2,
После окончания процесса травления пленку с поверх­
ности пластины удаляют специальным растворителем.
77


Все описываемые далее виды технологий осуществ­
ляются с помощью фотолитографии.
Следует отметить, что технология фотолитографии
нашла также широкое распространение при изготовлении
выводных рамок — кристаллодержателей интегральных
схем, цифровых индикаторов и других
приборов
(рис. 38). Этот технологический процесс, называемый
1

2

Рис. 38. Кристаллодержатель-выводная рамка, изго­
товленная методом химиче­
ского фрезерования:

Рис. 39. Схема получе­
ния меза-структуры

1 — площадка для посадки кри­
сталла, 2 — электрические вы­
воды

«химическим фрезерованием», осуществляется следую­
щим образом. На никелевую или коваровую ленту тол­
щиной 0,2—0,3 мм наносят с двух сторон фоторезист. За­
тем с помощью спаренного, совмещенного фотошаблона
производят экспонирование ленты с двух сторон одно­
временно. После двустороннего проявления выполняют
химическое травление проявленных участков на ленте
насквозь.
Такой способ позволяет при высокой производитель­
ности изготавливать выводную рамку любого профиля,
используя то же оборудование, но с заменой фотошаб­
лона.
Планарная технология. Этот метод создания полупро­
водниковых приборов получил такое название потому,
что диодный и транзисторный переходы структур, изго­
товленных данным методом, а также омические контак­
ты и контактные площадки выводятся на одну плоскость
полупроводниковой пластины. Заготовленную пластину
подвергают термообработке в атмосфере кислорода. При
этом на пластине образуется слой непроводящей оксид­
ной пленки (двуокиси кремния SiO2) толщиной 1—
78


1,5 мкм. Затем с помощью фотолитографии и последую­
щего селективного травления в плавиковой кислоте уда­
ляют оксидную пленку. После этой операции получают
ряд участков, не защищенных оксидной пленкой, и диф­
фузионным или эпитаксиальным методами образуют на
незащищенной поверхности
базовый
р—м-переход.
Эмиттерную область создают аналогично с помощью фо­
толитографии.
Основным преимуществом планарной технологии яв­
ляется то, что области базы и эмиттера в местах выхода
их из объема кремния покрыты толстым слоем оксидной
пленки. Защитная оксидная пленка существенно ослаб­
ляет воздействие окружающей среды. Это позволяет
создавать приборы со стабильными во времени электри­
ческими параметрами и малым разбросом их. Планар­
ная технология обеспечивает также минимальные утечки
тока в структуре, поэтому планарные транзисторы име­
ют высокие коэффициенты усиления по току.
Планарные структуры изготовляют на общей пласти­
не исходного материала, после чего пластину разрезают
и кристаллы монтируют в корпусах общеизвестными спо­
собами. Последнее обстоятельство значительно облегча­
ет технологический процесс.
В сочетании с лучшими методами создания полупро­
водниковых структур описанный технологический прием
позволяет получать приборы высокого качества. Так, в
настоящее время все большее применение находит пла­
нарно-эпитаксиальная технология.
Меза-технология. Как правило, полупроводниковые
структуры с р—n-переходом (называемые кристаллом)
имеют правильную геометрическую форму: параллеле­
пипеда, куба, цилиндра; р—м-переходы располагаются в
них параллельно одной из плоскостей. Размер р—м-перехода равен размеру основания структуры. Применение
меза-технологии позволяет получить структуру (рис. 39)
с малым размером р—n-перехода без изменения размера
основания структуры. Такую структуру принято назы­
вать меза-структурой
(«меза» по-испански — плато,
стол). Ее получают вытравливанием части полупровод­
никового материала с р—п-переходом.
Переход небольшого размера имеет малую собствен­
ную емкость, что позволяет создавать высокочастотные
приборы. Растянутый по толщине в местах выхода на по­
верхность (линия а—b на рис. 39) р—n-переход дает
79


возможность получить приборы с большим обратным на­
пряжением (высоковольтные).
Что касается излучающих диодов, то для них переход
небольшого размера позволяет получить большую плот­
ность токов и соответственно большую яркость излуче­
ния.
§ 22. Методы присоединения выводов

Операция присоединения выводов служит для соеди­
нения р- и n-областей кристаллов с внешними выводами
кристаллодержателей. В связи с этим к качеству присо­
единения выводов предъявляют высокие требования:
соединение должно иметь минимальное омическое
сопротивление;
технологические режимы присоединения не должны
повреждать детали прибора;
прочность соединения не должна быть ниже прочно­
сти соединяемых деталей;
после проведения операции соединения не должно
оставаться материалов, вызывающих коррозию.
В производстве полупроводниковых приборов обычно
применяют следующие методы присоединения выводов:
термокомпрессию, сварку давлением с косвенным им­
пульсным нагревом, ультразвуковую сварку, контактную
точечную сварку.
Термокомпрессия. Этот метод соединения материалов
изложен ранее. Следует учитывать, что в этом случае
не образуется эвтектика (твердый раствор) из соединяе­
мых материалов, а происходит диффузия свариваемых
материалов.
Один из соединяемых материалов должен обладать
пластичностью во избежание разрушения соединения изза остаточных механических напряжений.
Сварка давлением с косвенным импульсным нагре­
вом. При соединении материалов этим методом инстру­

мент кратковременно (0,05—0,1 с) нагревается проходя­
щим по нему током и в месте контакта создается высо­
кая температура. Это позволяет производить приварку
выводов из относительно малопластичных материалов.
Режимы сварки подбираются с учетом свариваемых ма­
териалов. Так, при приварке алюминиевого вывода к
алюминиевой пленке, нанесенной на кристалл, темпера­
тура в зоне контакта должна быть около 400° С, удель­
ные давления составляют 40—80 МПа. Инструмент
80


обычно изготовляют из жаропрочных сталей или из твер­
дых сплавов.
Ультразвуковая сварка. Этот метод обеспечивает со­
единение металлов в твердом состоянии за счет возбуж­
дения в свариваемых деталях упругих колебаний ульт­
развуковой частоты при одновременном создании опре­
деленного удельного давления. Энергия вибрации при
ультразвуковых колебаниях создает в свариваемых де­
талях напряжения растяжения, сжатия и среза, происхо­
дит пластическая деформация в зоне соприкосновения,
ультразвуком разгоняются из зоны сварки поверхност­
ные окислы. В результате всех процессов происходит
соединение свариваемых материалов. При ультразвуко­
вой сварке температура нагрева в зоне контакта не пре­
вышает 30—50% от температуры плавления сваривае­
мых материалов, что позволяет использовать этот метод
для соединения чувствительных к нагреву материалов.
Контактная точечная сварка. Осуществляется за счет
нагрева металла в местах наибольшего сопротивления
при прохождении электрического тока и одновременного
сжатия соединяемых деталей.
§ 23. Технологическая схема полупроводникового
производства

Технологический цикл изготовления полупроводни­
ковых приборов — это сложный процесс, включающий в
себя большое число операций. Необходимость каждой
из операций и их последовательность зависят от кон­
кретного типа прибора и принятой технологии.
На схемах 4 и 5 указаны только основные техноло­
гические операции. Рассмотрим кратко назначение не­
которых из них.
Ориентация и наклейка слитка. Кремний и германий,
предназначенные для производства полупроводниковых
приборов, поступают на завод-изготовитель этих прибо­
ров в виде слитков диаметром 20—50 мм и длиной 70—
140 мм. Кристаллы в слитке расположены по определен­
ному закону так, что их кристаллографические оси
(плоскости) имеют одно направление. При ориентации
определяют направление кристаллографических осей и
отмечают отклонение плоскости торца слитка от требуе­
мой кристаллографической плоскости. Ориентация слит­
ка необходима для лучшего воспроизведения парамет­
ров приборов.
81


Ориентированный слиток наклеивают на специальное
приспособление для резки.
Резка слитка на пластины. Наклеенный слиток режут
на пластины заданной толщины (0,15—1,0 мм). Пласти­
ны являются заготовками для кристаллов с р—п-переходами.
Шлифовка пластин. Эта операция необходима для
того, чтобы довести толщину пластины до заданной ве­
личины, одинаковой по всей ее поверхности. Кроме того,
при шлифовке устраняют грубые механические повреж­
дения поверхности пластин, возникающие при резке
слитка.
Получение р—п-перехода. При этой операции пла­
стины полупроводникового материала подвергают спе­
циальной обработке, в результате которой создается
р—п-переход — основа будущего прибора.
Обработка пластин методом фотолитографии. Эта
операция необходима для создания раздельных р—п-переходов на общей пластине, а также многослойных
структур путем вытравливания части полупроводниково­
го материала.
Получение омического контакта. Омические, или не­
выпрямляющие, контакты служат для присоединений
выводов к кристаллу с р—n-переходом. Контакты не
должны иметь вентильных свойств, т. е. должны прово­
дить ток в обоих направлениях. Кроме того, контакты
должны иметь очень малое сопротивление.
Резка пластин на кристаллы. При этой операции из
пластин получают кристаллы заданных форм и разме­
ров. Кристаллы бывают круглой и квадратной формы.
Диаметр круга и сторона квадрата в зависимости от
типа прибора имеют размер от долей миллиметра до
двух десятков миллиметров.
Травление пластин и кристаллов производят для
очистки их поверхностей и боковых граней от примесей
и окислов путем снятия тонкого слоя материала. Кроме
того, назначение этой операции — вытравить часть полу­
проводникового материала после фотолитографии при
производстве некоторых типов приборов. После механи­
ческой и химической обработки в случае необходимости
можно выполнять промывку и сушку пластин и кристал­
лов, а также отбраковку их по внешнему виду.
Защита р—п-перехода кристаллов. Боковые грани
кристаллов с открытым р—n-переходом защищают тон82


Схема 4

Технологическая схема изготовления
планарно-эпитаксиальных светодиодов


Схема 5

Технологическая схема изготовления диффузионно-сплавных
высокочастотных транзисторов


кой пленкой эмали или лака для предохранения их от
воздействия окружающей среды. Эта операция обеспечи­
вает стабильность параметров р—п-перехода во вре­
мени.
Разбраковка кристаллов по электрическим парамет­
рам. При данной операции измеряют основные электри­
ческие параметры кристаллов, определяющие качество
будущих приборов. Негодные кристаллы отбраковыва­
ют. Оценка годности производится по заранее заданным
величинам. Годные кристаллы поступают на следующие
операции.
Сборка приборов состоит из целого комплекса техно­
логических операций, в результате которых осуществля­
ется конструктивное оформление приборов. Сюда входят:
припайка выводов к кристаллам, припайка кристаллов к
кристаллодержателям (изготовление так называемой
сборки или заготовки), защита сборок лаком или вазе­
лином, разбраковка сборок по электрическим парамет­
рам и другие операции в зависимости от конкретной
серии * изготовляемых приборов. Процесс сборки закан­
чивается герметизацией приборов. Герметизацию выпол­
няют в зависимости от серии прибора сваркой (для ме­
таллического корпуса прибора) или запайкой (для стек­
лянного корпуса). Возможны и другие способы гермети­
зации.
Классификация приборов. Определяют принадлеж­
ность приборов к конкретному типу внутри одной серии
измерением их параметров.
Технологические испытания. Испытания включают в
себя целый комплекс операций, проводимых с целью
определения качества изготовленных приборов. Одни
виды испытаний проводят для всей партии ** приборов,
другие — только для части приборов.
Подробно процессы измерений и испытаний рассмат­
риваются в гл. VI и VIII.
Маркировка. На корпус прибора наносят условное
обозначение, соответствующее его типу, месяц и год вы­
пуска, а также товарный знак завода-изготовителя.
* Серией называют группу приборов различных типов, изготавли­
ваемых по единой технологии и имеющих одинаковое конструктивное
исполнение, например транзисторы МП39, МП39А, МП39Б.
** Для того чтобы легче следить за технологическим про­
цессом, приборы разделены на партии; партия сопровождается марш­
рутным листом, в котором делается отметка о каждой проведенной
операции.
85


Проверка приборов в ОТ К. Проверку осуществляют
по специальной программе для определения соответст­
вия изготовленных приборов нормам технических усло­
вий (ТУ). При проверке производят механические и кли­
матические испытания приборов.
Упаковка приборов. Приборы со штампом ОТК
упаковывают в тару, удобную для отправки потребите­
лям.
§ 24. Изготовление пластин и кристаллов

Пластины получают резкой слитка полупроводнико­
вого материала, а кристаллы — резкой пластины. В зави­
симости от принятой технологии кристаллы получают
после образования р—п-перехода на пластине или
р—n-переход создают уже на кристалле. Кристаллы
шлифуют, затем травят, промывают, высушивают и за­
щищают р—n-переход. После этого кристаллы поступа­
ют на операцию сборки приборов.
Существуют следующие способы резки пластин на
кристаллы (теми же способами режут и слитки на пла­
стины) : алмазным диском, полотнами, проволокой,
ультразвуком, алмазным резцом, химическим травле­
нием.
Наиболее распространенными являются способы рез­
ки ультразвуком и алмазным резцом.
Ультразвуковую резку производят на специальных
станках с возвратно-поступательным движением резца в
вертикальной плоскости с ультразвуковой частотой и
очень малой амплитудой. Под резец поступает абразив­
ная суспензия. Частицы абразива под воздействием ко­
лебаний резца (концентратора) как бы выдалбливают
кристалл из пластины. Одновременно вырезается не­
сколько десятков кристаллов по всей поверхности пла­
стины.
Резку алмазным резцом выполняют на высокоточных
координатных станках. Такой способ применяют для по­
лучения кристаллов из пластины после обработки ее
методом фотолитографии. Резку производят с помощью
специального оптического устройства, обеспечивающего
точную ориентацию резца по площади пластины. Это
необходимо потому, что в центре каждого кристалла
должен быть образованный ранее р—п-переход.
Алмазный резец применяется также при разделении
пластин на кристаллы методом скрайбирования, кото­
86


рый заключается в следующем. Резец процарапывает
(скрайбирует) на пластине канавки во взаимно перпен­
дикулярных направлениях. Затем пластину прокатыва­
ют резиновым или металлическим валиком, в результате
чего она раскалывается на отдельные кристаллы по на­
несенным резцом царапинам.
В настоящее время все чаще используется способ раз­
деления пластин на кристаллы проволокой, который от­
личается «мягкостью» воздействия инструмента — прово­
локи на обрабатываемый материал, что способствует
поглощению вибраций оборудования. Кроме того, зна­
чительная длина контакта проволоки с обрабатываемым
материалом обеспечивает малую удельную силу реза­
ния, в результате чего разделение проволокой отличает­
ся высоким качеством реза: величина сколов и другие
нарушения минимальны, ширина реза 60—70 мкм. Раз­
деление производится вольфрамовомолибденовой прово­
локой с помощью водноабразивной суспензии.
После резки слитка полупроводникового материала
на пластины обязательной технологической операцией
является шлифовка пластин. Шлифовка необходима для
создания плоскопараллельных сторон, удаления неров­
ностей, образованных при резке, и получения заданной
толщины пластины.
Шлифовку производят с помощью абразивной суспен­
зии (величина зерна абразивного порошка 5—10 мкм)

Рис. 40. Простейшая схема шли­
фовки пластин:
1 — груз, 2 — специальная форма, 3 —
шлифуемые пластины, 4 — суспензия,
5 — шлифовальный круг

______
о о о

,

/

//у

///,

7

/ ,

ъ

'//

на специальном станке. На стеклянный шлифовальный
круг 5 (рис. 40) наливают суспензию, кладут пластины
3, а поверх них — форму 2 с грузом 1. При вращении
шлифовального круга или формы с пластинами абразив­
ная суспензия взаимодействует и с полупроводником, и
со стеклом. Зерна абразива при этом одним из своих
ребер увязают в стекле как в материале более вязком,
87

4
5


а другим воздействуют на поверхность полупроводнико­
вой пластины, разрушая ее. Таким образом происходит
постепенное выравнивание поверхности пластины.
Защита поверхности р—n-перехода от воздействия
окружающей среды необходима для обеспечения ста­
бильности параметров прибора.
Существует много способов защиты, основные из ко­
торых следующие: покрытие лаком; окисление — созда­
ние на поверхности кремния двуокиси кремния; силанирование — создание кремнийорганической полимерной
пленки, защита легкоплавкими стеклами — «впаивание»
стекла в кристалл; гидрофобизация — обработка в жид­
костях или парах, придающих кристаллу гидрофобные
свойства.
§ 25. Сборка планарно-эпитаксиальных диодов

Процесс сборки входит в общий технологический про­
цесс и объединяет в себе ряд операций. Рассмотрим его
на примере светодиодов из фосфида галлия (рис. 41).
Технологический процесс изготовления приборов этого
типа и порядок технологических операций примерно оди­
наковы для всех светодиодов.
Сборку производят на поточно-механизированной
конвейерной линии. Опе­
рации сборки выполняют
на монтажных столах. Со­
бираемый прибор переме­
щают от одного рабочего
места к другому с помо­
щью непрерывной транс­
портерной ленты, движу­
щейся вдоль столов.
На сборочный конвей­
ер поступает кристалл 5 с
р—n-переходом, изготов­
ленным по эпитаксиаль­
ной технологии, и омиче­
скими контактами, выпол­
ненными планарно-диф­
фузионными
методами.
Рис. 41. Конструкция светодиода
Далее сборку диода про­
из фосфида галлия:
изводят
принципиально
1 — кристаллодержатель,
2 — крышка,
3 — верхний электрод, 4 — вывод. 5 —
по общепринятой схеме
кристалл, 6 — нижний омический кон­
такт, 7 — припойная прокладка
производства диодов.
88


Контроль кристаллов. Кристаллы с р—n-переходом и
омическими контактами поступают на рабочее место, где
с помощью специального стенда выполняют разбраковку
кристаллов по свечению и прямому падению напряжения.
Специальным приспособлением (штекером) с вакуумной
«присоской» вынимают кристалл из кассеты и кладут на
измерительную площадку. При пропускании тока через
кристалл последний начинает светиться. По измеритель­
ным приборам определяют силу света и прямое падение
напряжения.
Сборка кассет для припайки кристалла к кристаллодержателю. Для проведения этой операции на рабочее
место поступают кристаллодержатели 1 (рис. 41), припойные прокладки 7 и специальные кассеты, состоящие
из двух частей: основания и крышки с грузиками.
Припойные прокладки и кристаллы закладывают в
ячейки основания, а сверху устанавливают крышку с
грузиками, которые прижимают кристаллы к припойным
прокладкам и кристаллодержателям. Кристаллодержа­
тели имеют в центре углубления, по которым центриру­
ются кристаллы.
Соединение кристалла с кристаллодержателем. Соб­
ранная кассета поступает в конвейерную водородную
печь. Для этого ее устанавливают в приемной части печи
на металлическую конвейерную ленту, перемещающуюся
в печи со скоростью около 80 мм/мин. Температура в
печи 350° С. Под действием высокой температуры при­
пойные прокладки расплавляются. На выходе из печи
припой застывает и кристалл прочно прикрепляется к
кристаллодержателю (п-стороной).
В настоящее время разработана и внедрена новая
технология посадки кристаллов на кристаллодержатель
с помощью токопроводящего клея. Клей представляет
собой эпоксидную, эпоксидокремнийорганическую или
анаэробную смолу, в которой равномерно распределено
коллоидное порошкообразное серебро. Технические дан­
ные такого клея (удельное сопротивление от 5-10“4 до
1•10~4 Ом-см, рабочие температуры от —60 до +150° С,
стойкость до 350° С в течение нескольких минут и до
500° С в течение 1 с) обеспечивают требования, предъяв­
ляемые к этой операции, а также снижение трудоемко­
сти и исключение из технологии дорогостоящей конвей­
ерной водородной печи.
89


Приварка вывода. Приварку вывода 4 (см. рис. 41)
осуществляют на специальных установках микросварки.
В качестве вывода используют золотую проволоку диа­
метром 50 мкм. С помощью манипулятора она подводит­
ся к верхнему омическому контакту, прижимается к нему
специальным инструментом — иглой, которая, кратко­
временно разогреваясь, припаивает проволоку к кри­
сталлу.
Таким же образом второй конец золотой проволоки
приваривается к внешнему выводу кристаллодержателя.
Полуфабрикат на этой стадии технологического процес­
са сборки называется «арматурой собранной» или заго­
товкой.
Контроль заготовки. Эта операция осуществляется
аналогично операции «контроль кристаллов» на том же
стенде.
Герметизация. Операция герметизации состоит в при­
варке крышки 2 (см. рис. 41) прибора к кристаллодержателю методом точечной электросварки. Для этого
обычно используют типовые сварочные машины. Заго­
товку устанавливают в нижний электрод машины. Затем
на кристаллодержатель кладут крышку прибора, пред­
варительно сцентрировав ее по кристаллодержателю спе­
циальной центрирующей втулкой. При нажатии на пе­
даль сварочной машины верхний электрод опускается,
пропускается импульс электротока и происходит сварка
крышки с кристаллодержателем.
Антикоррозийная защита. Собранный прибор далее
направляют на операцию антикоррозийной защиты кор­
пуса, которая состоит в нанесении гальваническим мето­
дом покрытия сплавом олово — висмут.
§ 26. Сборка диффузионно-сплавных высокочастотных
транзисторов

Процесс сборки рассмотрим на примере германиевых
высокочастотных транзисторов малой мощности. Конст­
рукция транзисторов показана на рис. 42.
Сборку производят на комплекте технологического
оборудования, образующем поточную линию.
На линию сборки из вспомогательных цехов пред
приятия на соответствующие рабочие места поступают,
кристаллы с р—n-переходами, базовые и эмиттерные
выводы, кристаллодержатели, основания и крышки кор­
пусов.
90


Припайка кристалла к кристаллодержателю. В ска­
фандр пайки поступают предварительно проверенный по
вольт-амперной характеристике кристалл 12 и луженый
кристаллодержатель 1. Кристалл имеет форму прямо­
угольника со сторонами длиной около 1 мм. Сам р—ппереход будущего прибора расположен в середине кри­
сталла (см. рис. 37). На его поверхности имеются два
контакта (в виде точек) —от базы и эмиттера. Кристал­
лодержатель укладывают в металлическую кассету, на
него кладут припойную прокладку 13 и сверху — кри­
сталл 12. Все это закрепляют и устанавливают на транс­
портерную ленту печи, в которой производится пайка.
Пайка эмиттерного и базового выводов. Кристалло­
держатель с кристаллом кладут длинной стороной на
специальный нагреватель. Затем к контактам базы и
эмиттера подводят поочередно отрезки золоченой прово­
локи с оловянным шариком на конце. После расплавле­
ния олова нагреватель от­
ключают. При застывании
олова образуются надеж­
ные контакты (9 и 11) вы­
водов базы и эмиттера.
Приварка вывода к
кристаллодержателю. Ос­
нование 7 транзистора в
сборе с внешними вывода­
ми закрепляют в приспо­
соблении электросвароч­
ной установки. Затем при­
соединяют кристаллодер­
жатель и производят свар­
ку обычным способом.
Приварка внутренних
выводов к внешним. Эту
операцию выполняют ана­
логично предыдущей.
Травление заготовки. Рис. 42. Конструкция высокоча­
Заготовку протравливают стотного транзистора малой мощ­
ности:
в смеси кислот для удале­
1 — кристаллодержатель,
2 и 8 — ме­
ния всех загрязнений, по­ ста
сварки, 3 — вывод эмиттера, 4 —
явившихся при сварочных сварной шов, 5 — внешние выводы, 6 —
7 — основание, 9 — контакт
операциях. После травле­ изолятор,
эмиттера, 10 — вывод базы, 11 — кон­
такт
базы,
12 — кристалл,
13 — приния заготовки промывают пойная прокладка,
14 — крышка кор­
и сушат.
пуса
91


Первая защита. Кристалл защищают от внешних
воздействий специальным лаком. Места сварки покрыва­
ют клеем БФ-4.
После защиты заготовку сушат в специальной камере
при температуре 80—100° С в течение 2 ч.
Вторая защита. Вторая защита заключается в покры­
тии всей заготовки вазелинообразной массой.
Измерение максимальной частоты генерации. Эта
операция позволяет подвести предварительный итог ка­
честву сборки транзистора. Заготовки транзисторов под­
ключают к измерительному устройству, и те из них, у
которых граничная частота генерации меньше заданной,
отбраковывают. Годные заготовки поступают на следую­
щую операцию.
Герметизация. Этой операцией завершается процесс
сборки транзисторов. Приварку крышки корпуса к осно­
ванию выполняют на электросварочном станке аналогич­
но той же операции для светодиодов.
Антикоррозийная защита. Эта операция состоит в
нанесении гальваническим методом покрытия сплавом
олово — висмут или окрашивании корпуса прибора.
Контрольные вопросы

1. Какие основные технологические операции по изготовлению
полупроводниковых приборов вы знаете?
2. Назовите и опишите методы создания р — п-переходов.
3. Каковы назначение и сущность метода фотолитографии?
4. Расскажите о передовых технологических приемах изготов­
ления полупроводниковых структур.
5. Каково назначение омических контактов и как их изготов­
ляют?
6. Какое оборудование применяют при изготовлении пластин
и кристаллов?
7. Назовите основные операции сборки полупроводниковых
приборов.


Глава IV
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ИХ МОНТАЖ

§ 27. Основные понятия о Единой Системе
Конструкторской Документации (ЕСКД)

В этом параграфе рассмотрены основные положения
единой системы конструкторской документации ЕСКД
применительно к составлению электрических схем.
ЕСКД позволяет в общесоюзном масштабе состав­
лять техническую документацию на изделия по единым
правилам. Эти единые правила составлены с таким рас­
четом, чтобы объем технической документации был до­
статочным для понимания принципов работы схем, мето­
дов изготовления, монтажа и наладки изделия.
В ЕСКД используют единые условные обозначения
элементов схем (табл. 2). Единые условные обозначения
и единые правила составления технической документации
позволяют тратить минимальное время на понимание
принципов работы методов наладки и эксплуатации из­
делия.
В комплект технической документации на изделие
согласно требованиям ЕСКД входят:
технические условия (ТУ) ;
техническое описание (ТО);
инструкция по эксплуатации (ИЭ);
формуляр (ФО);
паспорт (ПС);
ведомость ЗИП;
схемы структурные (Э1)
;
*
схемы функциональные (Э2);
схемы принципиальные (ЭЗ);
схемы соединений (монтажные) (Э4);
схемы подключений (Э5);
схемы общие (Э6);
схемы расположения (Э7).
В ТУ, ТО, ИЭ, ФО, ПС приводятся основные техниче­
ские данные, техническое описание работы механизмов
и принципиальной схемы, технические условия на прием­
ку и эксплуатацию изделия.
* В скобках указаны условные обозначения различных схем,
принятые в ЕСКД. Буква «Э» означает, что схема электрическая.
93


Таблица 2

Основные условные обозначения для электрических
принципиальных схем
Наименование

Обозначение

Контакт выключателя, переключа­
теля и электрического реле:
замыкающий
размыкающий
переключающий
Контакт
неэлектрического
реле
(датчика,
путевого
выключателя,
концевого выключателя)

Резистор, потенциометр

Конденсаторы
(неэлектролитиче­
ский, электролитический)

Источники постоянного тока и на­
пряжения

Катушка индуктивности, трансфор­
матор

Электронная

лампа (триод)

Транзистор (р—п—р-типа)

Диод полупроводниковый
94


Продолжение табл. 2
Обозначение

Наименование

-и-

Стабилитрон
Варикап

-й-

Туннельный диод

Фотодиод

Светодиод

В структурных схемах приводят основные функцио­
нальные части изделия, их назначение и взаимосвязи.
Структурные схемы (см. рис. 47) используются при про­
ектировании изделий и их эксплуатации.
Функциональная схема является документом, пол­
ностью или частично определяющим принципы работы
изделия (или его функциональных частей — для слож­
ного изделия), характер и последовательность любых
происходящих в нем процессов, а также роль отдельных
элементов и групп элементов в осуществлении этих про­
цессов. На схеме изображают электрические, механиче­
ские и другие элементы и показывают их функциональ­
ные связи. Схема используется при регулировке, контро­
ле и эксплуатации изделия. Для разъяснения процессов,
происходящих в функциональных узлах или блоках
изделия, может быть составлено несколько функциональ­
ных схем. На функциональных схемах элементы и груп­
пы элементов показывают в виде треугольников, квадра­
тов и прямоугольников. Иногда отдельные элементы
изображают в виде условных графических обозначений,
принятых для всех видов схем. Возле каждого элемента,
показанного на схеме, а также внутри квадрата или пря­
моугольника проставляют наименование или позицион­
95


ное обозначение элемента в соответствии с его принципи­
альной схемой. При необходимости на схеме помещают
диаграммы и таблицы, определяющие последователь­
ность процессов во времени, а также указывают в харак­
терных точках величины и формы напряжений и токов,
математические зависимости и т. д.
Принципиальная схема определяет полный состав
элементов и связей между ними и, как правило, дает
детальное представление о принципе работы изделия.
Принципиальная схема служит для разработки конст­
рукции и эксплуатации изделия. На ней изображают в

Рис. 43. Пример принципиальной электрической схемы

виде условных графических обозначений все электриче­
ские элементы и электрические связи между ними, а так­
же разъемы, зажимы и другие элементы, которыми
заканчиваются входные и выходные линии схемы. Услов­
ные графические обозначения элементов на схеме распо­
лагают с учетом удобства ее чтения, а также с учетом
необходимости изображения электрических связей меж­
ду элементами (кратчайшими линиями при минимальном
числе пересечений). Каждому электрическому элементу,
изображенному на схеме, присваиваются буквенно-циф­
ровое позиционное обозначение и порядковый номер. По­
рядковые номера элементам присваивают, начиная с
единицы, в пределах группы элементов, которые имеют
одинаковое буквенное позиционное обозначение, напри­
мер: для ламп — Л1, Л2, ЛЗ и т. д.; для конденсаторов —
Cl, С2, СЗ и т. д. Последовательность присвоения поряд­
ковых номеров должна соответствовать последователь­
ности расположения элементов на схеме. Считают, как
правило, сверху вниз и слева направо.
96


На принципиальной электрической схеме выпрями­
теля, изображенной на рис. 43, указаны входные и вы­
ходные зажимы, а также условные и буквенные обозна­
чения всех элементов. Форма и значение питающего
напряжения, размеры условных обозначений даны по
ЕСКД.

\V------------ \L

Рис. 44. Пример схемы соединений

Схема соединений (монтажная) показывает соедине­
ние составных частей изделия, определяет провода, жгу­
ты, кабели, которыми осуществляется соединение, а так­
же места их присоединения. Составляется схема соедине­
97


ний на базе уже разработанной конструкции блока
(узла). Обозначение элементов на ней должно соответ­
ствовать принципиальной схеме. Все соединительные
провода, расшивочные панели, разъемы, зажимы соеди­
нительных плат нумеруют и соединяют друг с другом
согласно принципиальной схеме.
На схеме соединений указывают данные о монтируе­
мых проводах и кабелях, направление их прокладки, а

1

Поз. обоз­

начение

R1
С1,С2

Наименование
Резистор МЛТ-2 150Ом ± 10% ГОСТ 7115-66

1

Конденсатор ЭГЦ-а $м 0Ж0.464.001TU

2

Д1-Д4 Диод полупроводниковый 0Ж0.521.041

4

Тр/

Трансформатор ТБС3-0,1220/36 ГОСТ5.130-12 1

П1

Плата соединительная
НБТЗ. 656. ОООСп

КП1

1

х20

Без радиатора
220/36В

600В ; 6А

Приспособление контактное

МКМЗ. 605.015

8t

Кол. Примечание

1

НО
185

Рис. 45. Пример перечня элементов

также все особенности монтажа блока (узла). Пример
схемы соединений приведен на рис. 44.
Схема подключения показывает подключения внеш­
них связей. Схемами подключения пользуются для осу­
ществления подключений изделий при их эксплуатации.
Общая схема определяет составные части комплекса
и соединения их между собой на месте эксплуатации.
Общими схемами пользуются при ознакомлении с комп­
лексами, а также при их контроле и эксплуатации.
Схемы расположения определяют относительное рас­
положение составных частей изделий, проводов, жгутов,
кабелей и пр.
Все элементы, которым на принципиальной схеме
присвоены позиционные обозначения, записываются в
перечень элементов. Его оформляют в виде таблицы, за­
полняемой сверху вниз. Обычно перечень элементов
приводится на принципиальной схеме в правом верхнем
углу. При большом количестве электрических элементов
98


в изделии его выполняют в виде самостоятельного доку­
мента. Пример перечня элементов приведен на рис. 45.
В графе «Поз. обозначение» перечня указывают позици­
онное обозначение элемента на принципиальной электри­
ческой схеме, в графе «Наименование» — наименование
элемента в соответствии с документом, на основании ко­
торого этот элемент применен (ГОСТ, нормаль, ТУ, чер­
теж) . При необходимости указания технических данных
элемента, не содержащихся в его наименовании, эти дан­
ные приводятся в графе «Примечание». Графа «Зона»
заполняется в тех случаях, когда схема разделена на зо­
ны с целью облегчения отыскания элемента.
§ 28. Структурные схемы измерительных устройств

Измерительные устройства по назначению разделяют
на межоперационные и классификационн ы е. Межоперационные измерительные устройства
обеспечивают контроль электрических параметров эле­
ментов и качества сборки полупроводникового прибора
в процессе его изготовления. Классификационные изме­
рительные устройства обеспечивают контроль электри­
ческих параметров готовых, герметизированных полупро­
водниковых приборов с отнесением их к соответствующе­
му типу. Как правило, классификационные измеритель­
ные устройства производят контроль электрических
параметров в трех тепловых режимах: при нормальной,
повышенной и пониженной температурах, а также раз­
личном атмосферном давлении и механических воздей­
ствиях.
При современном уровне технологии в ряде случаев
удается проводить классификационные измерения еще
на пластине после получения структуры по планарной
технологии, до разделения ее на кристаллы.
Различают неавтоматизированные, автоматизирован­
ные, или полуавтоматические и автоматические измери­
тельные устройства. Неавтоматизированные измеритель­
ные устройства используются в лабораторных условиях
при разработке и исследовании полупроводниковых при­
боров, когда исследователю необходимо знать конкрет­
ные значения измеряемых параметров. Структурная схе­
ма неавтоматизированного измерительного устройства
приведена на рис. 46. Неавтоматизированное измеритель­
ное устройство состоит из блоков БК, БЗР, БИП, БП.
99


В блоке БК (блок коммутации) происходит механическое
фиксирование измеряемого прибора и подсоединение
к нему электрических контактов. Блок задания режима
измерения БЗР обеспечивает режим измерения, напри­
мер: при измерении значений тока и напряжения управ­
ления тиристора подачу на анод измеряемого прибора
импульсов напряжения с заданными значениями перед­
него и заднего фронтов и амплитуды, заданного значения
тока через открытый прибор, а также плавно изменяюще­
гося в заданных пределах значения тока через управля­
ющий электрод тиристора. Блок измерения параметров
БИП фиксирует факт
включения измеряемо­
го тиристора, отключа­
ет анодное напряжение
и измеряет значения
тока и напряжения уп­
равления.
Рис. 46. Структурная схема измери­
тельного устройства
При необходимости
для питания вспомога­
тельных цепей элементов и узлов управления измери­
тельным устройством в его состав может входить блок
питания БП.
При измерении ряда полупроводниковых приборов
(транзисторов, тиристоров, интегральных схем) прихо­
дится последовательно контролировать до 10 и более
электрических параметров. Поэтому в настоящее время
в полупроводниковой отрасли начали внедрять универ­
сальные контрольно-измерительные комплексы с приме­
нением специализированных ЭВМ. Такой комплекс поз­
воляет, например, измерять статические параметры лю­
бых типов биполярных транзисторов или в несколько
другой модификации — статические параметры любых
дискретных интегральных схем. Возможность измерять
статические параметры тех или иных видов полупровод­
никовых приборов обеспечивается не изменением элек­
трических схем и конструкций измерителей, а всего лишь
вводом в ЭВМ соответствующей программы. Структур­
ная схема такого измерительного комплекса приведена
на рис. 47.
В состав измерительного комплекса входят специали­
зированная ЭВМ, универсальный тестер УТ, рабочие
места контроля электрических параметров полупровод­
никовых приборов РМ. ЭВМ комплекса по введенным в
100


нее программам управляет универсальными тестерами.
К одной ЭВМ может быть подключено несколько тесте­
ров, а к каждому тестеру до 5—10 рабочих мест — постов
контроля электрических параметров полупроводниковых
приборов. Каждое рабочее место измерительного комп­
лекса имеет свой шифр и соответствующим образом за­
программировано в ЭВМ. Рассмотрим работу измери­
тельного комплекса при ручной загрузке и сортировке
измеренных приборов по знаковым табло рабочего места.
Рабочие места
контроля при­
бора типа А

Рабочие места
контроля при­
бора типа Б

Рабочие места
контроля при­
бора типа В

Рис. 47. Структурная схема универсального измерительного комп­
лекса

После подключения измеряемого полупроводникового
прибора к контактному устройству рабочего места опера­
тор нажимает кнопку «Готов к измерению». Этот сигнал
по каналам связи поступает в ЭВМ, где определяется, с
какого рабочего места послан сигнал и какой тип прибо­
ра на этом рабочем месте должен измеряться. В зависи­
мости от типа прибора по команде ЭВМ универсальный
тестер устанавливает режим измерения первого парамет­
ра и производит измерение значения параметра, резуль­
тат измерения по каналам связи вводится в ЭВМ. Затем
аналогично производят измерение всех остальных пара­
метров полупроводникового прибора. Информация, по­
лученная от УТ о результатах измерения за очень корот­
кое время (300—500 мкс), обрабатывается ЭВМ, затем
выдаются управляющие команды на знаковые табло ра­
бочего места. После этого ЭВМ и УТ начинают обслу­
живать следующее рабочее место. Оператор-измеритель
по показаниям знаковых табло соответствующим обра­
зом сортирует измеряемые полупроводниковые приборы.
101


Рис. 48. Схема однофазных выпрямителей:

а — однополупериодная, б — двухполупериодная, в — двухполупериодная-мостовая,
г —с удвоением напряжения, д — с умно­
жением напряжения; С/—С4 — конденсаторы, R н —нагрузочный резистор, Со — конденсатор сглаживающего фильтра


Вышеописанный измерительный комплекс может ра­
ботать и в комплекте с автоматическими сортировщика­
ми и устройствами контроля параметров полупроводни­
ковых приборов и их элементов на пластинах.
§ 29. Источники питания

Источники питания обеспечивают электропитанием
блоки измерительных устройств, а также необходимый
режим измерения прибора. Как правило, питание изме­
рительных устройств осуществляется от сети переменно­
го тока через силовой трансформатор с соответствую­
щими стабилизирующими и выпрямительными элемен­
тами. Только в особых случаях применяют сухие батареи
и нормальные элементы.
Далее будет рассмотрен сетевой источник питания,
который состоит из трансформатора, выпрямителя, сгла­
живающего фильтра и стабилизатора напряжения.
Многие измерительные устройства требуют, чтобы при
изменении сетевого напряжения и нагрузки питающие
их напряжение или ток оставались неизменными, поэто­
му возникает необходимость стабилизации последних.
В качестве стабилизирующих элементов могут быть ис­
пользованы газонаполненные или кремниевые стабили­
троны, а также электронные стабилизаторы.
Выпрямители. В качестве выпрямительных элементов
обычно служат электронные лампы, германиевые и крем­
ниевые полупроводниковые диоды. На рис. 48 приведе­
ны основные схемы выпрямителей, используемых в из­
мерительной аппаратуре.
Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 48, а)
наиболее проста и применяется в устройствах, где до­
пускается повышенная пульсация.
На рис. 48, б, в показаны схемы двухполупериодного
выпрямителя, в которых через нагрузку протекает вы­
прямленный ток в оба полупериода переменного напря­
жения.
Выпрямители, построенные по схемам удвоения и ум­
ножения напряжения (рис. 48,г, д), имеют низковольт­
ные детали (диоды, конденсаторы) и большие напряже­
ния на выходе. Такие выпрямители применяют при зна­
чениях выпрямленного тока не более 3—50 мА.
При больших токах нагрузки используют многофаз­
ные выпрямители (рис. 49). Схемы многофазных выпря­
103


мителей обеспечивают минимальный коэффициент пуль­
сации. Конденсатор Со устанавливается на выходе
выпрямителя для уменьшения пульсаций выходного на­
пряжения.
Рассмотрим работу однофазного мостового выпря­
мителя, наиболее часто применяемого в измерительной
аппаратуре (см. рис. 48, в). Схема состоит из диодов Д1,
Д2, ДЗ, Д4 и конденсатора Со.
Рис. 49. Схемы трехфазных вы­
прямителей:
а — однополупериодная,
вая

б — мосто­

Л/|

1

1
11

Д2.

ДЗ
С

1 1

'

--------- ПП—
б)
В первый полупериод синусоидального напряжения
(рис. 50, а—д) ток проходит через вторичную обмотку
трансформатора Тр, диод Д1, через нагрузку /?н и кон­
денсатор Со и далее через диод Д4.
Во второй полупериод /2 ток проходит по вторичной
обмотке трансформатора, диоду ДЗ, сопротивлению на­
грузки Rn, конденсатору Со и диоду Д2. За оба полупе­
риода ток через нагрузку не меняет своего направления.
В начальный момент /0 напряжение на конденсаторе
Со равно еМ11Н. После момента tQ напряжение
стано­
вится больше, чем е0, вентили Д1 и Д4 начинают прово­
дить, конденсатор Со заряжается. В момент t3 напряже104


ние ei станет равным напряжению еМакс, диоды Д1 и Д4
не проводят и конденсатор Со начнет разряжаться. В мо­
мент Ц, когда напряжение на конденсаторе Со равно
£мин, конденсатор опять
будет заряжаться через
диоды Д2 и Д4 до момен­
та /5, когда напряжение
\ a)t
второй фазы станет рав­
ным еМакс. Из сказанного
видно, что ток через вен­
тили Д1 и Д4 протекает
только в течение части
обоих полупериодов сину­
соидального напряжения.
/ емин\ [
Эта часть полупериодов
называется углом отсечки
1
t? v
*>t
<
и обозначается через 20.
На рис. 50,5 приведена
форма выпрямленного на­
(
пряжения при отсутствии
л
конденсатора Со. Из срав­
O)t
нения рис. 50, б и д вид­
но, что наличие конденса­
тора значительно снижает
пульсацию выпрямленно­
го напряжения, при этом
возрастает и среднее зна­
Рис. 50. Формы выпрямленного
чение напряжения.

1Же'

/

1 Jф n
kvw,

Сглаживающие фильт­ тока и напряжения для мостовой
схемы выпрямителя:

Напряжение на выхо­ а — напряжение на обмотке транс­
де выпрямителя не явля­ форматора, б — напряжение на выхо­
выпрямителя, в, г — ток, протека­
ется строго постоянным, де
ющий через диоды, д — напряжение па
нагрузке без конденсатора Со
его
принято называть
пульсирующим.
Такое
пульсирующее напряжение можно представить как сум­
му двух напряжений: постоянного и переменного. Отно­
шение амплитуды переменной составляющей к величине
постоянной составляющей называют коэффициентом
пульсации:
ры.

Р=~т~ 100%,
£о
где U~— амплитуда переменной составляющей напря­
жения; Ео — постоянная составляющая напряжения.
105


Наличие переменной составляющей нарушает работу
измерительной и логической частей аппаратуры.
Для уменьшения коэффициента пульсации между вы­
прямителем и питаемым устройством включают сглажи­
вающий фильтр. Сглаживающий фильтр состоит из реак­
тивных элементов, сопротивление которых постоянному
и переменному току различно. В качестве таких элемен­
тов могут быть использованы дроссели низкой частоты,
конденсаторы большой емкости, а также электровакуум­
ные лампы и транзисто­
ры, включенные по специ­
альной схеме.
Принцип
действия
фильтра разберем на при­
мере Г-образного фильт­
ра, показанного на рис.
51, а. Фильтр состоит из
Рис. 51. Схемы сглаживающих
резистора R и конденсато­
фильтров:
а — резисторно-емкостного,
б — ин­ ра С.
дуктивно-емкостного
Г-образный фильтр яв­
ляется делителем напря­
жения для переменной составляющей входного напряже­
ния и состоит из последовательно соединенных сопротив­
лений: активного R и реактивного:

где f — частота пульсации выпрямленного напряжения;
С — емкость конденсатора в схеме рис. 51, а.
Величины переменных составляющих тока через де­
литель и выходного напряжения соответственно равны:

I -

и~

■ и

-

и~х<

у R2 + X*

V № + Х%

Согласно выражениям (2) при увеличении сопротив­
ления резистора R напряжение переменной составляю­
щей на выходе фильтра уменьшается. То же происходит
при уменьшении сопротивления Хс, т. е. при увеличении
емкости конденсатора С.
Сглаживающий фильтр характеризуется коэффициен­
том сглаживания kc, показывающим, во сколько раз ко­
эффициент пульсации на входе фильтра больше, чем на
106


его выходе:

где р0 — коэффициент пульсации на входе фильтра; р —
коэффициент пульсации на выходе фильтра.
Часто сопротивление в фильтрах заменяют дроссе­
лем. Это вызвано тем, что обмотка дросселя обладает
низким сопротивлением (несколько ом) для тока посто­
янной составляющей и сравнительно высоким (десятки
и сотни ом) для тока переменной составляющей. Схема
фильтра с дросселем показана на рис. 51,6.

Рис. 52. Схема параметрического стабилизатора напряжения
Стабилизаторы напряжения. В настоящее время в ос­
новном применяются полупроводниковые стабилизаторы
напряжения.
На рис. 52 приведена схема стабилизатора напряже­
ния на стабилитроне. Схема состоит из трансформатора
Тр, мостового двухполупериодного выпрямителя, двух
Г-образных фильтров и кремниевого стабилитрона Д5.
Схема работает следующим образом. Напряжение, при­
ложенное к стабилитрону, выводит его на рабочий учас­
ток вольт-амперной характеристики с малым дифферен­
циальным сопротивлением

где Д(7ст — приращение напряжения на стабилитроне;
А/ст — изменение значения тока через стабилитрон.
Таким образом, при малом значении Rd довольно зна­
чительные изменения тока через стабилитрон вызывают
небольшие изменения напряжения на нем. Это свойство
стабилитронов использовано в схеме стабилизатора.
При увеличении сетевого напряжения напряжение на
стабилитроне Д5 (т. е. на выходе стабилизатора) возра­
107


стает незначительно из-за сравнительно большого увели­
чения тока через стабилитрон. Значительный прирост
тока через стабилитрон вызывает увеличение падения
напряжения на резисторах R1 и 7?2, обеспечивая малое
изменение напряжения на стабилитроне. Обратная карти­
на наблюдается при уменьшении сетевого напряжения.
С увеличением нагрузки ток через стабилитрон воз­
растает, с уменьшением — уменьшается, а напряжение на
выходе стабилизатора изменяется незначительно.
Таким образом, напряжение на выходе изменяется
незначительно при больших изменениях сетевого напря­
жения и сопротивления нагрузки.
В случаях, когда необходимы большие токи нагрузки
и большая стабильность выходного напряжения, приме­
няют сложные схемы электронных стабилизаторов на
транзисторах, в которых в качестве элементов опорного
напряжения используют кремниевые стабилитроны.
§ 30. Усилители
Усилители переменного тока. Они могут быть лампо­
выми или транзисторными. Принцип их работы рассмот­
рим на примере однокаскадного транзисторного усили­
теля, схема которого приведена на рис. 53, а. Схема кас­
када состоит из транзистора Т, входного и выходного
конденсаторов С1 и С2, резисторов Rl, R2, R3, обеспечи­
вающих температурную стабилизацию положения рабо­
чей точки транзистора, сопротивления коллекторной на­
грузки /?к и конденсатора СЗ, закорачивающего пере­
менную составляющую тока в эмиттерной цепи. Входной
управляющий сигнал * подается через конденсатор С1 в
базовую цепь усилительного каскада.
На рис. 53,6 приведены входная характеристика —
зависимость тока базы /б от напряжения на базе t/б.э и
выходная характеристика — зависимость тока коллекто­
ра /к от напряжения на коллекторе UK. Зная эти зависи­
мости, можно по величине входного сигнала определить
величину выходного сигнала. Для этого необходимо пост­
роить нагрузочную прямую и выбрать на ней рабочую
точку. Рабочая точка транзистора определяет ток тран-

* Входной сигнал — это напряжение между зажимом «Вх.» и
«Землей», выходной сигнал — напряжение между зажимом «Вых.»
и «Землей».
108


Рис. 53. Усилитель переменного тока:

5)

а — принципиальная схема, б — входные и выходные характеристики транзистора и графическое построение напряжений

а)


зистора и напряжение на нем (при отсутствии управля­
ющего сигнала Евх). Зная напряжение питания усили­
тельного каскада Ек и величину сопротивления нагрузки
можно построить нагрузочную прямую АБ, отложив
по оси напряжений значение Ею а по оси токов — значе­
ние
/ к.макс = Лк +
£к^э •
Допустим, что нагрузочная прямая пересекает в ра­
бочей точке выходную характеристику транзистора с то­
ком базы 300 мкА, т. е. для вывода транзистора в эту
рабочую точку необходимо подать в базу ток 0,3 мА. На
входной характеристике это будет соответствовать точ­
ке с значением тока базы 0,3 мА и напряжением Еб.э=
= 0,6 В. Предположим, что на вход транзистора будет
подаваться синусоидальный сигнал с амплитудой напря­
жения Евх.а=15 В. Это вызовет изменение базового тока
от 0,3 до 0,6 мА, в результате чего ток коллектора уве­
личится с 8 до 13,5 мА и напряжение уменьшится с 15
до 6 В. Следовательно, приращение входного напряжения
на 0,15 В дает увеличение выходного напряжения на 9 В,
т. е. каскад усиливает входной сигнал. Коэффициент уси­
ления — 60.
Современные многокаскадные усилители переменно­
го тока способны усиливать сигналы от долей микроволь­
та и имеют большие коэффициенты усиления (106—
1012).
Усилители постоянного тока. Их разделяют на усили­
тели с непосредственными связями и усилители с преоб­
разованием напряжения постоянного тока в напряжение
переменного тока. Усилители с непосредственными свя­
зями отличаются значительной нестабильностью «нуля»
(дрейфом «нуля»), вследствие чего их применяют в ос­
новном в устройствах, которые допускают частую калиб­
ровку нуля и работают в узком диапазоне рабочих тем­
ператур.
Усилители с преобразованием имеют весьма малый
дрейф «нуля» и могут значительное время работать без
калибровки. В автоматических измерительных устройст­
вах, как правило, применяют усилители с преобразова­
нием.
Преобразование сигнала постоянного тока в сигнал
переменного тока осуществляется механическими (кон­
110


тактными) и бесконтактными преобразователями. Струк­
турная схема усилителя постоянного тока с преобразова­
нием показана на рис. 54. Входной сигнал постоянного
тока преобразуется входным преобразователем ППТ1 в
сигнал переменного тока и усиливается усилителем пе­
ременного тока УПТ. С выхода усилителя УПТ сигнал
поступает на выходной преобразователь ППТ2, который

Рис. 54. Структурная схема усилителя постоянного тока с преобра­
зованием

преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоян­
ного тока. Преобразователями ППТ1 и ППТ2 управляет
генератор преобразующего напряжения ГПН.
§ 31. Импульсные схемы измерительных устройств

Электронные импульсные схемы широко применяют в
современных измерительных устройствах. К таким им­
пульсным схемам относят мультивибраторы, триггеры,
формирователи импульсов, задержки, генераторы им­
пульсов тока, различные синхронизаторы и др.
В настоящее время подавляющее большинство им­
пульсных схем измерительного оборудования выполняют
полностью на полупроводниковых приборах. Ниже при­
ведены принципиальные схемы и описание ряда импуль­
сных устройств широкого и специального применения,
используемых в измерительной аппаратуре.
Мультивибратор. Для генерирования напряжения
прямоугольной формы в измерительной аппаратуре ши­
роко используют генераторы релаксационных колебаний
(мультивибраторы, блокинг-генераторы).
Схема мультивибратора представляет собой двухкас­
кадный усилитель на резисторах, выход которого связан
с его входом.
В симметричном мультивибраторе (рис. 55) 2?6i =
^?К1=-/?К2 И Сб1 = Сб2«
111


При подаче на схему напряжения питания Ек через
транзисторы Т1 и Т2 начнут протекать коллекторные то­
ки /к.
Напряжение на коллекторах транзисторов равно:
^к1 = ^к2 = ^’к““Л^к-

Однако равенство коллекторных токов не может быть
продолжительным. В результате флуктуаций * сразу же
ток одного транзистора, например Т2, увеличится. При
увеличении тока /к2 увеличится и падение напряжения
на резисторе У?к2,
а
следовательно,
уменьшится напря­
жение UK2 на коллек­
торе транзистора Т2.
Тогда конденсатор
Сб1 начнет разря­
жаться по цепи
*б1
С

—► /?б1 ~

Т2 -Сб1.
В результате этого
на
базе транзистора
Рис. 55. Мультивибратор:
/р — ток разряда, /3 — ток заряда, Т1 и Т2 — Т1 появится положи­
транзисторы
тельный потенциал
относительно
его
эмиттера, что вызовет уменьшение коллекторного тока
транзистора. Уменьшение же тока приведет к уменьше­
нию падения напряжения на резисторе
и увеличению
напряжения на коллекторе транзистора Т1. Возрастание
напряжения на коллекторе транзистора Т1 вызовет до­
полнительный заряд конденсатора Cq2 по цепи
*б2
С

Сб2-

—» /?к1

Ток заряда будет создавать положительное падение на­
пряжения на переходе эмиттер — база транзистора Т2,
что приведет к возрастанию тока коллектора этого тран­
зистора. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока
ток транзистора Т1 не упадет до нуля, а ток транзистора
Т2 не достигнет наибольшего значения.
* Флуктуация — временное, случайное отклонение от равномер­
ного распределения электронов в газе, жидкости или твердом теле,
возникающее в результате теплового движения.
112


Запирание транзистора Т1 и отпирание транзистора
Т2 происходят лавинообразно, т. е. происходит опроки­
дывание схемы скачком.
В запертом состоянии транзистор Т1 будет находить­
ся до тех пор, пока на его базе поддерживается отрица­
тельный потенциал выше напряжения запирания тран­
зистора, вызванный током разряда конденсатора Сб1 по
цепи
Сбх —> /?б1
> Т2—> Cgp

В таком состоянии схемы напряжение на Вых.1 почти
равно напряжению питания £ю а на Вых.2— почти равно
нулю (падению напряжения на транзисторе Т2).
По мере разряда конденсатора Сб1 падение напряже­
ния на резисторе /?б1 из-за уменьшения разрядного тока
по абсолютному значению будет уменьшаться. Когда
оно достигнет значения напряжения отпирания, транзис­
тор Т1 начнет открываться. К этому времени конденса­
тор Сб2 успеет полностью зарядиться до напряжения Ек.
Как только через транзистор Т1 потечет коллекторный
ток, он будет создавать на резисторе
некоторое паде­
ние напряжения. Поэтому конденсатор Сб2 начнет раз­
ряжаться через транзистор Т1 и резистор /?б2- Ток разря­
да будет создавать на резисторе /?б2 некоторое падение
напряжения, положительное по отношению к базе тран­
зистора Т2. В результате начнется закрывание транзис­
тора Т2.
Процесс будет продолжаться до полного открывания
транзистора Т1 и закрывания транзистора Т2. При этом
напряжение на Вых.1 станет почти равным нулю, а на
Вых.2 — равным напряжению питания £к- Затем цикл
заряда и разряда повторяется в описанной последова­
тельности. На схеме показаны формы напряжений на
выходах мультивибратора. Время, за которое мульти­
вибратор переходит из одного состояния в другое, изме­
ряется долями микросекунды. Аналогично работают и
ламповые мультивибраторы.
Амплитуда импульсов на коллекторах транзисторов
близка к напряжению питания £к. Длительность импуль­
са определяется из выражения
/1=/2=0,7^бСб,

где t\ и t2 — длительность импульсов.
113

(3)


Как видно из формулы, частоту колебаний мульти­
вибратора можно регулировать, изменяя значения сопро­
тивлений /?б1 и У?б2 и емкостей конденсаторов Сб1 иСбгТриггер. Триггером называют электронную схему,
имеющую два устойчивых состояния равновесия. Триг­
гер характеризуется тем, что при воздействии на его вход
внешнего напряжения он переходит из одного устойчиво­
го состояния равновесия в другое, а затем при следую­
щем воздействии возвращается в исходное состояние.

Переход из одного состояния в другое происходит скач­
кообразно, благодаря чему форма выходного напряже­
ния близка к прямоугольной.
На рис. 56 приведена схема симметричного триггера
на транзисторах. Симметричный триггер может работать
в режиме раздельных входов и в режиме со счетным (од­
ним) входом. В первом случае запуск триггера осущест­
вляется положительными импульсами
подаваемы­
ми на базы транзисторов через входные конденсаторы С1
и С2. Во втором случае необходимо оба входа соединить,
как показано на рис. 56 пунктиром, а импульсы положи­
тельной полярности подавать в одну общую точку.
В симметричном триггере /?к1=/?к2;
С^ =
= Сб2, Rl = R2; R3=R4; С1 = С2.
114


В первый момент после подачи питающего напряже­
ния в триггере может установиться симметричный ре­
жим, который сам по себе неустойчив. Вследствие асим­
метрии токов, вызванной случайными отклонениями, на­
пряжение на коллекторе одного транзистора (например,
Т2) уменьшится и снизит потенциал базы транзистора Т1
по отношению к его эмиттеру, что вызовет увеличение
напряжения на коллекторе транзистора Т1. Это в свою
очередь приведет к еще большему увеличению потенци­
ала базы транзистора Т2 и уменьшению напряжения на
его коллекторе. Такой процесс будет развиваться лави­
нообразно до тех пор, пока транзистор Т1 не закроется,
а транзистор Т2 не откроется, т. е. пока триггер не при­
дет к одному из устойчивых состояний. Устойчивое со­
стояние может продолжаться неограниченно долго, так
как потенциал базы закрытого транзистора определяет­
ся соотношением плеч делителя R1—7?6i и не изменяется
с течением времени. Для перевода триггера в другое ус­
тойчивое состояние равновесия необходимо подать на ба­
зу транзистора Т2 запирающий импульс. Запирающий
положительный импульс закрывает транзистор Т2, по­
тенциал коллектора которого начинает уменьшаться. Воз­
никает ток базы транзистора Т1. Транзистор Т1 начина­
ет открываться, потенциал его коллектора повышается,
ускоряя закрывание транзистора Т2. Этот процесс про­
должается до момента полного закрывания транзистора
Т2 и открывания транзистора Т1. Положительное напря­
жение смещения UCM служит для надежного закрывания
транзисторов.
Триггеры широко применяют в схемах счетчиков им­
пульсов, в различных коммутационных устройствах, в
качестве элемента «памяти» и пр.
Принцип работы триггера на лампах по существу не
отличается от принципа работы транзисторного триггера
и потому здесь не рассматривается.
Формирователь импульсов. Существуют различные
схемы формирователей импульсов в зависимости от их
назначения, условий работы и т. д. Одна из возможных
схем приведена на рис. 57, а. Эта схема выполняет функ­
цию ограничения длительности выходного сигнала. На
рис. 57,6 приведены эпюры напряжений, поясняющие его
работу.
В исходном состоянии схемы транзистор Т1 элемента
Э1 закрыт положительным смещением + £См> подавае­
115


мым на его базу. Транзистор Т2 элемента Э2 открыт от­
рицательным напряжением на базе через резистор /?б2.
Выходной сигнал ивых близок к нулю (см. рис. 57,6);
величина его равна только падению напряжения на от­
крытом транзисторе Т2. Конденсатор С заряжается почти
до напряжения питания по цепи: левая обкладка конден­
сатора С—/?к1 — минус источника питания — плюс источ­
ника— базовый переход транзистора Т2 — правая об­
кладка конденсатора. Левая обкладка становится заря­
женной отрицательно, правая — положительно.

Рис. 57. Формирователь импульсов:
а — принципиальная схема, б — эпюры напряжений

При подаче на любой из входов элемента Э1 отрица­
тельного сигнала транзистор Т1 резко открывается. Ле­
вая обкладка конденсатора С соединяется с отрицатель­
ным полюсом источника (через открытый транзистор
Т1). Все напряжение заряженного конденсатора скач­
ком прикладывается к базе транзистора Т2. Транзистор
Т2 резко открывается. На выходе элемента Э2 появля­
ется большой отрицательный сигнал (t/вых на рис. 57,6).
Начинается разряд конденсатора С по цепи

C-+R^EK-*
T1^C.
При снижении напряжения конденсатора до некото­
рой величины транзистор Т2 вновь открывается и выход­
ной сигнал опять снижается почти до нуля. Таким обра­
зом, независимо от длительности входного сигнала дли116


тельность выходного сигнала ограничена. Она зависит
от времени разряда конденсатора С и приблизительно
определяется по формуле
вых~0>7С^?62.

(4)

§ 32. Сравнивающие устройства

Сравнивающие устройства являются основным узлом
любого автоматического измерительного прибора и слу­
жат для сравнения измеряемой величины (например,
напряжения Ux) с эталонной (например, опорным напря­
жением U
). Опорное напряжение подается от эталонt/on
On).
ного источника. Иногда
эталонное напряжение
соответствующей фор­
мы
вырабатывается
специальным генерато­
ром и подается на вход
чувствительного
эле­
мента для сравнения с
измеряемым напряже­
нием.
Сравнивающее
устройство характери­
зуется следующими ос­
новными показателями:
чувствительностью, бы­
стродействием,
вход­
ным сопротивлением,
стабильностью работы
во времени и при изме­
нении окружающих ус­
ловий
(температуры,
Рис. 58. Сравнивающее устройство:
питающих напряжений а — структурная схема, б — принципиаль­
ная схема
и пр.), надежностью,
помехозащищенностью.
Структурная схема сравнивающего устройства приведена
на рис. 58, а. Блок сравнения БС производит сравнение
измеряемого и опорного напряжений. Сигнал результата
сравнения усиливается усилителем У и подается на уп­
равляющий элемент УЭ, предназначенный для управле­
ния узлами измерительной схемы. В некоторых сравни­
вающих устройствах для увеличения чувствительности и
линейности применяют обратную связь ОС.
117


Простейшее сравнивающее устройство — стрелочный
прибор. В таком приборе сравниваются момент враще­
ния, развиваемый рамкой прибора при прохождении по
ней измеряемого тока, и тормозной момент от возврат­
ной пружины.
На рис. 58,6 приведена принципиальная схема срав­
нивающего устройства для контроля величины напря­
жения. Если контролируемое напряжение Ux значительно
меньше опорного напряжения UQn эталонного источника
ЭИ, то транзистор Т открыт отрицательным напряжени­
ем на его базе. При этом якорь реле Р притянут, так как
через катушку реле протекает ток открытого транзисто­
ра. Нормально закрытый контакт реле в цепи сигналь­
ной лампы Л разомкнут, лампа погашена. При опреде­
ленном значении напряжения Пх отрицательный потен­
циал базы снижается настолько, что коллекторный ток
падает до значения, меньшего, чем ток удержания якоря
реле Р. Якорь отпадает, и включается сигнальная лам­
па Л.
Такую схему можно применить для проверки прямого
падения напряжения диодов. При значении прямого па­
дения (в данном случае Их) больше заданной величины
будет срабатывать сигнал «Брак» (лампа Л). По потен­
циометру эталонного источника можно настраивать схе­
му на заданное значение прямого падения напряжения.
§ 33. Понятие о логических элементах

Электрические схемы измерительных устройств обе­
спечивают работу исполнительных механизмов, процесс
сравнения измеряемого параметра с эталонным значени­
ем, а также логическое взаимодействие отдельных бло­
ков и механизмов. Электрические схемы блоков в свою
очередь состоят из отдельных элементов, выполняющих
простые логические операции. Логические операции в
простых устройствах производятся контактными элемен­
тами— электромагнитными реле. В более сложных кон­
струкциях логические операции обеспечиваются бескон­
тактными элементами — транзисторными и магнитными
или сочетанием бесконтактных и контактных элементов,
как, например, в схеме сравнивающего устройства на
рис. 58.
Использование в измерительных устройствах бескон­
тактных переключающих элементов вместо контактных
118


позволяет повысить надежность работы устройств, по­
скольку отсутствуют подвижные части, срок службы не
зависит от числа произведенных операций и возрастает
устойчивость против влияния окружающей среды. Бес­
контактные элементы, используемые в устройствах авто­
матики и измерения, принято называть логическими эле­
,.И”

„ИЛИ"

б)
Рис. 59. Условные обозначения основных логических элементов и их
релейные аналоги:
а—«И», б — «ИЛИ», в—«НЕ»

ментами, так как каждый из них выполняет определен­
ную логическую функцию (операцию): «ИЛИ», «И»,
«НЕ», «Память», «Задержка» и др.
Действие любой электрической цепи может быть све­
дено к двум состояниям, если каждый из составляющих
ее элементов имеет релейное действие. Эти состояния
условно принято обозначать нулем (0) и единицей (1).
Для контактного аналога логических элементов сигнал
«1» есть замкнутое состояние цепи питания реле у
(рис. 59), а сигнал «0» — разомкнутое состояние цепи
питания реле у.
Для бесконтактных элементов единичными принято
считать сигналы, значение которых по абсолютной вели­
чине отлично от нуля (например, + 10 В или —10 В), а
нулевым — сигналы, значение которых по абсолютной
величине значительно меньше соответствующего единич­
ного сигнала. Для каждой серии бесконтактных логиче­
ских элементов в паспорте указывается уровень сигна­
лов, соответствующих их единичному и нулевому состоя­
ниям.
119


На рис. 59 и 60 даны условные обозначения элемен­
тов, выполняющих различные логические функции. Для
схем «И», «ИЛИ», «НЕ» на рис. 59 приведены контакт­
ные аналоги.
Для составления и анализа схем на логических эле­
ментах, как правило, используют три основные логиче­
ские схемы — «И», «ИЛИ», «НЕ», соответственно выполняющие
логические
операции
умноже­
ния, сложения и
отрицания.
Операция умноже­
ния («И») реализуется
схемой, приведенной на
рис. 59, а. Схема имеет
п входов (на рис. пока­
зана схема с тремя вхо­
Рис. 60. Условные обозначения вспо­ дами) и один выход.
могательных логических элементов:
Алгебраически опе­
а — усилитель, б — задержка, в—мульти­
вибратор,
г — триггер,
д — триггер
со рация умножения вы­
счетным входом
ражается так:
Х1-Х2-Х3 = //,

где у — выходной сигнал;
х2, х3 — сигналы на входах.
Приняв значения входных сигналов равными «1» или
«0», будем иметь, например, 1 X 1 X 1 = 1; 1 X 1 Х0 = 0, т. е.
для схемы «И» выходной сигнал «1» возможен только
при всех входных сигналах, равных «1».
Операция сложения («ИЛИ») реализуется схемой,
приведенной на рис. 59, б. Схема имеет п входов и один
выход. Алгебраически операция сложения выражается
формулой
*
*1+
2-|3
*

=^

Давая входным сигналам значения «1» или «0», бу­
дем иметь: 1 + 14-1 = 1, 1 +0 + 0= 1, 0 + 0 + 0 = 0 и т. д., т. е.
для схемы «ИЛИ» выходной сигнал «1» возможен при
наличии хотя бы одного входного сигнала «1».
Операция отрицания «НЕ» реализуется схемой, при­
веденной на рис. 59, в. Схема имеет вход и один выход.
При наличии на входе сигнала «1» выходной сигнал
есть «0». И наоборот, при входном сигнале «0», выходной
сигнал «1».
120


Алгебраически операция «НЕ» записывается как

х = у.
Перейдя к принятой системе, получим

1 =0 и 0=1.

На рис. 60 приведены условные обозначения логиче­
ских элементов, выполняющих функции:
«Усиление»;
«Задержка»;
мультивибратор;
триггер;
триггер со счетным входом.
Логическая операция «Усиление» обеспечивает полу­
чение на выходе сигнала большей мощности, чем на
входе.
Операции «Задержка» при подаче на вход сигнала
«1» обеспечивают появление (пропадание) сигнала «1»
на выходе схемы с задержкой на время t. Величина за­
держки зависит от элементов схемы и может изменяться
при регулировке.
Примером схемы на транзисторных логических эле­
ментах может служить схема формирователя импульсов
(см. рис. 57). Элемент Э1 выполняет логическую опера­
цию «ИЛИ—НЕ». При подаче на любой из трех его вхо­
дов сигнала «1» (—10В) получим на его выходе сигнал
«0» (—t7Ki на рис. 57, б). Напомним, что для схемы с
общим эмиттером сигнал на коллекторе транзистора на­
ходится в противофазе с сигналом на базе. Элемент Э2
выполняет логическую операцию «НЕ» (инвертор).
Аппаратура, выполненная на бесконтактных элемен­
тах, обладает высоким быстродействием и долговечно­
стью. Бесконтактные логические элементы могут выпол­
няться в виде небольших блоков, в которых используют
дискретные корпусные детали: транзисторы, диоды, рези­
сторы, конденсаторы и пр. Логический элемент серии
«Мир» приведен на рис. 61.
Очень широкое применение в настоящее время нахо­
дят бесконтактные логические элементы, выполненные
в виде микромодулей.
Микромодулем называют миниатюрный логический
(или другой функциональный) элемент, включающий од121


г)
Рис. 61. Бесконтактные логические элементы:
а, б, в — микромодули с интегральными микросхемами серий соответственно
155, 140, 217, г — модуль серии «Мир»

ну или несколько интегральных микросхем. Микромоду­
ли некоторых серий показаны также на рис. 61.
§ 34. Конструкции измерительных устройств
и виды электромонтажа

Ко всем измерительным устройствам предъявляются
следующие требования: точность и стабильность прово­
димых измерений; простота настройки и обслуживания;
высокая помехоустойчивость, надежность в эксплуата­
ции; технологичность в изготовлении; возможность при­
менения в цеховых условиях при массовом изготовлении
полупроводниковых приборов.
Выполнение этих требований во многом зависит от
электрической схемы и конструкции устройства. По кон­
структивному оформлению измерительную аппаратуру
подразделяют на одноблочную, блочно-модульную и мно­
гоблочную.
Одноблочные конструкции часто применяют при из­
мерении одного-двух параметров полупроводниковых
приборов, когда электрическая схема сравнительно не­
сложна и объем ее невелик. В одноблочной конструкции
122


Рис. 62. Плата блочно-модульной конструкции:
/ — конденсатор, 2 — микромодули, 3 — транзистор средней мощности, 4 —
контакты соединительного разъема, 5 — транзистор малой мощности, 6 — ста­
билитрон, 7 — резистор

все элементы электрической схемы расположены на об­
щем шасси.
Блочно-модульная и многоблочная конструкции при­
меняются в случаях, когда измерительная схема устрой­
ства имеет большой объем. Эта конструкция оформляет­
ся в виде отдельных блоков, выполняющих функции сог­
ласно принципиальной схеме. Блоки соединены друг с
другом жгутами из гибкого провода. Многоблочная кон­
струкция позволяет быстро обнаружить неисправный
блок и заменить его.
В зависимости от требований блоки измерительной
аппаратуры конструктивно могут быть выполнены,
обычным жгутовым монтажом и распайкой навесных
деталей на панелях и лепестках; с применением печатно­
го монтажа.
Обычно жгутовым монтажом с распайкой навесных
деталей на панелях и лепестках пользуются, когда аппа­
ратура изготовляется всего в нескольких экземплярах.
При крупносерийном производстве применяют печатный
монтаж как более прогрессивный. При печатном монтаже
электрические выводы радиодеталей и других элементов
123


схемы вставляют в заготовленные для них отверстия в
плате из изоляционного материала. Эти отверстия имеют
вокруг себя кольцо из медной фольги диаметром 2—Змм,
к которому припаивают концы вставленных выводов. Ме­
ста паек всех деталей предварительно соединены между
собой в соответствии с принципиальной электрической схе­
мой. Кроме того, за счет пайки детали удерживаются на
плате. Все соединения на плате сделаны с помощью по­
лосок медной фольги. Делается это следующим образом.
Сначала на бумаге разрабатывают (вычерчивают) схему
соединений. Затем этот чертеж переснимают на фотопла­
стинку в натуральную величину. После этого берут гетинаксовую или стеклотекстолитовую плату, одна или обе
стороны которой покрыты медной фольгой толщиной
0,05—0,15 мм, и на фольгу наносят тонкий слой фоторе­
зиста. Далее выполняют те же операции, что и при фото­
литографии. В результате на поверхности платы остают­
ся в виде полосок, колечек, секторов только те части
фольги, которые точно повторяют схему соединений. На
рис. 62 показана плата блочно-модульной конструкции,
выполненная печатным монтажом и соединяемая с ос­
тальной частью блока с помощью разъема.
При использовании печатного монтажа увеличивает­
ся надежность и уменьшаются габариты аппаратуры.
Контрольные вопросы

1. Какими документами руководствуются при составлении тех­
нической документации?
2. Что входит в комплект технической документации на из­
делие?
3. Как составляется перечень элементов схемы?
4. Каково назначение выпрямителей?
5. Начертите основные схемы выпрямителей.
6. С какой целью применяют фильтры в измерительной аппа­
ратуре?
7. Опишите работу стабилизатора напряжения.
8. Нарисуйте схему однокаскадного усилителя переменного
тока.
9. С какой целью в усилителях постоянного тока применяется
преобразование входного сигнала?
10. Как работает мультивибратор?
11. Что такое триггер?
12. Что такое логический элемент?
13. Какие виды электромонтажа вы знаете?
14. Как определяется длительность импульса мультивибратора?


Глава V
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

§ 35. Назначение и способы измерений

По назначению измерения электрических параметров
полупроводниковых приборов можно разделить на три
группы:
межоперационные;
классификационные;
при испытаниях.
Измерения, отнесенные к третьей группе, будут рас­
смотрены подробно в гл. VI.
Межоперационные измерения проводятся с целью
поддержания стабильного выхода годных приборов и
приборов определенного типа.
Межоперационные измерения следует выполнять пос­
ле тех технологических операций, в результате которых
может быть изменено значение того или иного параметра
прибора. Например, измерения проводят после механи­
ческой обработки р—п-перехода (резки, травления), пос­
ле температурного воздействия на р—п-переход (при­
пайки кристалла к держателю — см. гл. III).
Если в результате очередного межоперационного из­
мерения выявляется заготовка прибора, параметр кото­
рой по нормам технических условий не соответствует ни
одному типу приборов данной серии, такой прибор от­
браковывают. Тем самым исключаются бесполезные за­
траты времени и материалов на изготовление заведомо
негодного прибора. Кроме того, контролируя процент
выхода годных заготовок после очередного межопераци­
онного измерения, можно делать заключение о правиль­
ности технологического процесса.
Классификационным измерениям подвергаются гото­
вые приборы. При этом измеряют только основные —
классификационные — параметры. Значения параметров,
полученные при классификационных измерениях, срав­
нивают с контрольными значениями этих параметров для
каждого типа приборов данной серии (конструкции).
Контрольные значения, как правило, имеют запас против
125


значений, указанных в паспорте прибора. В зависимо­
сти от типа приборов и категории заказчика запас может
быть различным. Это делается для повышения эксплуа­
тационной надежности выпускаемых приборов.
По результатам сравнений устанавливают, какому
типу приборов соответствуют значения измеренных пара­
метров, и, следовательно, определяют тип прибора.
При современном производстве полупроводниковых
приборов применяют ручной и автоматический способы
измерений, а также сочетание обоих способов.
В настоящей главе рассматривается методика изме­
рений основных параметров современных полупроводни­
ковых приборов. Параметры, измеряемые при промыш­
ленном производстве приборов, даны в табл. 3. Методи­
ка измерений некоторых параметров ряда полупроводни­
ковых приборов излагается кратко, так как эти измере­
ния сложны и проводятся техническим персоналом.
Кроме того, не рассматриваются измерения, выпол­
няемые в соответствии с технологией до начала изготов­
ления непосредственно полупроводникового прибора (на­
пример, измерения поверхностного сопротивления пла­
стин), поскольку они не входят в содержание данной
книги. Методика этих измерений освещена в соответст­
вующей литературе.
Большая зависимость параметров приборов от тем­
пературы предъявляет определенные требования к спо­
собам измерений.
Отсчет измеряемых параметров во избежание нагре­
ва прибора следует производить сразу же после успоко­
ения стрелки измерительного прибора. Причем сначала
надо измерять обратные токи, а затем остальные пара­
метры.
При измерительных операциях, режим которых мо­
жет вызвать нагрев измеряемого прибора, обеспечива­
ется отвод тепла от корпуса прибора.
Обычно используют следующие способы отвода
тепла:
поглощение тепла массивным основанием, на котором
производятся измерения;
теплообмен с окружающим воздухом при помощи
специальных радиаторов;
охлаждение с помощью специальных жидких или га­
зообразных теплоносителей (масел, жидкого азота
и т. д.).
126


Таблица 3
Параметры полупроводниковых приборов,
измеряемые при промышленном производстве
Класс
приборов

Группа приборов

Измеряемые параметры

Выпрямительные
Высокочастотные и
сверхвысокочастот­
ные

Urf U#nux’

Импульсные

Urтах>

*^f
^-£

max’ ^тт

Стабилитроны
Диоды
Варикапы

Ctoti UCM; Q

Туннельные

Iп» Uu*f С

Светодиоды

В; UF

Лазерные

PvLi ^9 Р1Л. ~ f (^)

Фотодиоды

1т,

Динисторы

1е

^Лпах’

Яшах’ ^вКл» ^вкл! ^уд
*>

Uоткр! Iзкр

Незапираемые тринисторы

^^тах’

Яmax’ ^вкл, ^вкл>

^уд! ^откР; ^зкр! ^вкл> ^выкл!

у,от! ^у,от

Тиристоры

Запираемые
нисторы

три-

^Лпах’ ^^тах’ ^вКл» ^вкл!
^уд> ^Лугкр! ^зкр! ^у,з> ^у,з!

^у,нз! ^у,нз; ^вкл! ^выкл

Симметричные тринисторы

^тах’ ^тах’ ^вКл! ^вкл!
^откр! ^зкр! /у,неот>
^у.неот

Фототиристоры

^у, ^вкл; ^ВКл! ^уд! ^откр

127


Продолжение табл. 3
Класс
приборов

Группа приборов

Измеряемые параметры

Биполярные

Лебо! ^эбо, ^22, f а’ 1 & 1> Лп,

Всл; SCT; UK3\ и§э\

Полевые

£к> Сэ

^22> ^вх> б'прох» б'вых»
С^пор; Ф

СТ>

Транзисторы

Однопереходные

/ут! UОсТ>

^6162» ^ВК.1>

I выкл> I mod.

Фототранзисторы

Резисторные
Оптроны

I?',

1е
R(!f ^вх! ^вкл! ^ВЬ1КЛ

Тиристорные

^вх1 ^вх; ^зкр1 ^обр!

^OTKpJ ^Bbioi Л10М

§ 36. Измерение выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды классифицируются по сле­
дующим параметрам:
максимальному обратному напряжению
при
заданном значении обратного тока Ir max/
максимальному среднему значению выпрямленного
ТОКа /о max
*
Важным параметром является диапазон рабочих ча­
стот диода (иногда дается максимальная частота fmax).
Если частота переменного напряжения, приложенного к
диоду, превышает
потери в диоде резко возрастают
и температура его превышает установленную норму.
Диоды по результатам классификационных измере­
ний параметров подразделяют по типам внутри одной
серии.
По современной технологии производства выпрями­
тельных диодов производят как межоперационные изме128


рения, так и классификационные. Причем в обоих случа­
ях могут контролироваться одни и те же параметры. В
первом случае измеряют кристалл с р—n-переходом и
заготовку, во втором — готовый диод.
Проверка формы ВАХ р—п-перехода по осциллографу. Кристалл с р—ппереходом при помощи специального
измерительного штекера включают в
цепь переменного тока и по осцилло­
графу наблюдают его вольт-амперную
характеристику. Штекер для измере­
ния плоскостных высоковольтных р—ппереходов показан на рис. 63. Таким
штекером пользуются при некоторых
измерительных операциях, когда кри­
сталл еще не закреплен на арматуре.
В пластмассовом корпусе 1 поме­
щен металлический шток 2, свободно
перемещающийся вдоль продольной
оси. Шток жестко связан с кнопкой 5,
через верхнее отверстие которой вво­
дится гибкий проводник 4, припаянный
к штоку. Другой конец проводника
присоединен к измерительной схеме. На
корпус навернута пластмассовая крыш­
ка 6, в которой имеется канал. Крыш­
ка наворачивается на корпус 1 так, что­
бы воздушный канал крышки совпал
с каналом корпуса. В верхней части
крышки в торец с каналом укреплен
штуцер 5. В нормальном состоянии
Рис. 63.
/ — корпус,
5 — штуцер,

Штекер
вольтных

для

измерения

высоко­

р— п-переходов:
2— шток, 3 — кнопка,
4—проводник,
6 — крышка, 7 — канал, 8 — пружина,
9 — наконечник

шток 2 удерживается пружиной 8 в верхнем положении.
Внутренняя полость корпуса через канал 7 и продольные
пазы в нижней части штока связана с отверстием нако­
нечника 9. Штуцер 5 посредством гибкого резинового
шланга соединяется с откачной станцией, поэтому в кор­
пусе создается разрежение воздуха.
129


Для проведения измерений прикасаются наконечни­
ком 9 к верхней плоскости измеряемого кристалла. При
этом кристалл под действием разности давлений снизу
и сверху плотно прижимается к наконечнику. В таком
положении кристалл переносят на измерительную пло­
щадку и прижимают к ее поверхности, в результате чего
создается контакт нижней поверхности кристалла с пло­
щадкой, к которой присоединен проводник от измери­
тельной схемы. Для образования замкнутой измеритель-

Рис.

64.

Примеры

искажений вольт-амперных
диодов:

характеристик

а, б, в — искажения обратной ветви, г — искажение прямой ветви

ной цепи через р—n-переход нажимают кнопку 3. При
этом шток опускается вниз и создается надежный кон­
такт между его нижним концом и верхней поверхностью
кристалла.
Проверка ВАХ р—n-перехода по осциллографу по­
зволяет быстро отбраковать кристаллы, имеющие значе­
ние обратного тока больше определенной величины (как
иногда говорят, короткое замыкание по обратной ветви),
и кристаллы с искаженной формой ВАХ.
На рис. 64 показаны вольт-амперные характеристики,
имеющие искажения обратной и прямой ветвей. Искаже­
ния, приведенные на рис. 64, а, вызваны наличием влаги
в кристалле. Кристаллы, форма ВАХ которых показана
на рис. 64, б, имеют короткое замыкание (к.з.) по обрат­
130


ной ветви. На рис. 64, г показана форма прямой ветви
ВАХ р—n-перехода, который в результате нарушения
технологии приобрел свойство переключения. Могут быть
и другие виды искажений ВАХ р—п-переходов.
Схема для проверки вольт-амперной характеристики
р—n-переходов приведена на рис. 65. Испытуемый кри­
сталл ИК включен в цепь вторичной обмотки понижаю­
щего трансформатора Тр и работает в качестве однополупериодного выпрямителя. Во избежание поверхност­
ного пробоя незащищенного кристалла и разрушений
его поверхности в местах контактов измерения проводят­
ся соответственно при низком напряжении и малом токе.

ох
“I
30

У
■0

Рис. 65. Схема для проверки ВАХ р — и-перехода:
Тр — понижающий трансформатор, И К — измеряемый кристалл, ЭО — элект­
ронный осциллограф, R. — резистор, у, х - зажимы

Это условие остается в силе и при других измерениях
р—п-перехода.
Ток, протекающий через р—n-переход, образует на
резисторе R падение напряжения, величина которого в
каждый момент времени по закону Ома пропорциональна
силе тока. Это напряжение через зажим у подается на
вертикально отклоняющие пластины осциллографа ЭО,
Напряжение, приложенное к р—n-переходу, через зажим
х подается на горизонтально отклоняющие пластины. По­
ступающие на входы осциллографа напряжения вызыва­
ют отклонение электронного луча по закону зависимости
тока через р—n-переход от напряжения, приложенного
к переходу.
Измерение классификационных параметров. Класси­
фикационные параметры выпрямительных диодов изме­
ряются как на постоянном, так и на переменном токе. В
первом случае режим измерений называется статиче­
131


ским, во втором — динамическим. Выбор режима изме­
рения определяется в каждом отдельном случае конкрет­
ными условиями производства и наличием технических
средств. Необходимость применения того или иного ре­
жима в основном диктуется следующими соображе­
ниями:
в статическом режиме можно мерить параметры об­
ратной ветви ВАХ р—n-перехода без измерения парамет­
ров прямой ветви, что важно в том случае, когда на
р—n-переходе недопустимо рассеивать большую мощ­
ность (подробно об этом будет сказано ниже);
статический режим является
более жестким по обратному току,
так как последний не меняется по
величине и действует непрерывно
во все время измерения, что поз­
воляет выявить дефекты в защите
р
Рис. 66. Схема для из­ —и-перехода;
в динамическом режиме мож­
мерения параметров об­
ратной ветви ВАХ дио­ но измерить среднее значение вы­
дов:
прямленного тока, что позволяет
И — стабилизированный ис­
качество диода как вы­
точник
постоянного тока, оценить
V — вольтметр
постоянного прямителя;
тока, mA — миллиамперметр
в динамическом режиме диод
постоянного тока, ИД — из­
меряемый диод
подвергается совместному воздей­
ствию прямого и обратного на­
пряжения, что позволяет наиболее объективно измерить
параметры диода.
Статический режим. Измерениям могут подвергаться
и кристалл с р—n-переходом, и готовый диод.
Схема для измерения параметров обратной ветви
ВАХ диодов показана на рис. 66. От стабилизированного
источника постоянного тока И на измеряемый диод
(р—n-переход) ИД подается напряжение в непроводя­
щем направлении. При измерениях задаются значением
обратного тока по миллиамперметру mA, а обратное на­
пряжение на приборе измеряют вольтметром V. Так как
источник тока И стабилизированный, то независимо от
величины обратного сопротивления измеряемого диода
значение обратного тока одинаково для всех диодов.
При межоперационных измерениях р—n-переход, у
которого значение UR ниже установленной нормы, бра­
куется. При классификационных измерениях по значе­
нию обратного напряжения измеряемый диод относят к
132


тому или иному типу в соответствии с техническими усло­
виями.
Измерение прямой ветви ВАХ в статическом режиме
будет рассмотрено дальше.
Динамический режим. Измеряемый диод работает в
качестве однополупериодного выпрямителя переменного
тока. При измерениях в динамическом режиме значение
прямого тока задается по среднему значению выпрямлен­
ного тока, а величина обратного напряжения — по амп­
литудному значению переменного напряжения, подводи­
мого к диоду. Значение максимального среднего выпрям­
ленного тока задается по амперметру магнитоэлектриче­
ской системы, по которому непосредственно производится
отсчет. При этом контролируется ток, протекающий через
измеряемый диод в те полупериоды, когда напряжение
приложено к диоду в прямом направлении.
Амплитудное значение обратного напряжения, под­
водимого к диоду, можно контролировать измерением
этого напряжения обычным вольтметром электромагнит­
ной системы, показывающим эффективное значение на­
пряжения. Амплитудное значение напряжения опреде­
ляют по формуле

иА = У2изф,
где Uа — амплитудное значение напряжения; {7Эф — эф­
фективное значение напряжения.
Следует отметить, что формула справедлива для на­
пряжения строго синусоидальной формы.
Таким образом, имея источник переменного синусо­
идального напряжения, можно контролировать ампли­
тудное значение обратного напряжения непосредственно
по вольтметру, если шкала последнего будет отградуи­
рована в амплитудных значениях.
Схема установки для измерения динамических пара­
метров диодов показана на рис. 67. Питание схемы осу­
ществляется через разделительный трансформатор Тр.
Трансформатор нужен, во-первых, для получения на схе­
ме заданной величины напряжения, а во-вторых, он
защищает схему от помех, поступающих из сети. В зави­
симости от конкретных условий трансформатор может
быть как понижающим, так и повышающим. Диод Д2
включен в цепь так, что пропускает прямой ток измеряе­
мого диода и не пропускает его обратного тока, а диод
ДЗ, наоборот, пропускает обратный ток измеряемого дио­
133


да. Соответственно прямой ток контролируется ампер­
метром А, а обратный измеряется миллиампермет­
ром mA.
Амплитудное значение обратного напряжения конт­
ролируется вольтметром VI. При обратной полуволне
напряжения фактически все напряжение прикладывает­
ся к измеряемому диоду, так как сопротивление осталь­
ных элементов схемы ничтожно мало по сравнению с об­
ратным сопротивлением р—п-перехода.
Прямое падение напряжения на диоде измеряется
вольтметром V2. Обратное напряжение на измеряемом
диоде не вызывает отклонения стрелки вольтметра, так

Рис. 67. Схема установки для измерения динамических параметров
диодов

как через диод Д4 проходит ток только в положитель­
ные полупериоды напряжения. Диод Д4 необходимо вы­
бирать с минимальным обратным током, поскольку его
обратный ток, суммируясь с обратным током диода ИД,
вносит погрешность в измеряемую величину IR. Кали­
бровку вольтметра V2 следует производить совместно с
подобранным диодом Д4. Реостат R1 вместе с диодом
Д1 служит для создания симметричной нагрузки на
трансформатор, что необходимо для сохранения пра­
вильной формы синусоидального напряжения. Эта це­
почка проводит ток в обратный полупериод напряжения,
т. е. тогда, когда через измеряемый диод проходит об­
ратный ток (значение которого очень мало).
Для измерения прямого напряжения с помощью рео­
стата R2 устанавливают требуемую величину прямого
тока, а вольтметром V2 измеряют падение напряжения.
Назначение диода Д5 — защита вольтметра V2 от
перегрузки, так как при обратной полуволне напряже­
ния источника питания величина напряжения, прило­
женного к испытуемому диоду в точках А и Б, во много
раз больше предела измерения вольтметра (напомним,
134


что им измеряется прямое падение напряжения). Из кур­
са средней школы известно, что в последовательной цепи
напряжение распределяется пропорционально сопротив­
лениям участков цепи. Если диод Д5 отсутствует, вели­
чину напряжения между точками А и Б можно выразить
формулой
^обр = ^изм^?д”Т“ ^изм^?И>

(5)

где /изм — измерительный ток, протекающий через диод
Д4 в обратном направлении и вольтметр V2; 7?д— обрат­
ное сопротивление диода; Rv— внутреннее сопротивле­
ние вольтметра.
В формуле (5) /изм^?д=^д есть падение напряжения
(по закону Ома) на диоде Д4, a Ih3mRv=Uv есть падение
напряжения на вольтметре V2. Поскольку /?д и Rv — ве­
личины одного порядка, то напряжение Uv достаточно
велико и вольтметр выйдет из строя.
Диод Д5 для обратной полуволны напряжения вклю­
чен в прямом направлении. Своим малым сопротивле­
нием диод шунтирует вольтметр и величина Uv стано­
вится очень незначительной, так как почти все напряже­
ние /70бр прикладывается к диоду Д4.
Маркированные диоды обычно проходят окончатель­
ную проверку по форме обратной ветви вольт-амперной
характеристики. Необходимость данной операции вызва­
на тем, что в результате тренировки и испытаний диодов
(подробно об этом будет сказано ниже) в кристалле мо­
гут появиться микротрещины. Кроме того, по тем же
причинам диод может быть разгерметизирован, вследст­
вие чего может произойти конденсация влаги на кристал­
ле. Появление микротрещин в кристалле вызывает иска­
жения формы обратной ветви ВАХ, подобные показан­
ным на рис. 64, в.
Проверка обратной ветви ВАХ готовых диодов про­
изводится по схеме, аналогичной схеме для наблюдения
обратной ветви ВАХ кристалла (см. рис. 65). Разница
лишь в том, что на измеряемый диод подается обратное
напряжение не 36 В, а соответствующее типу измеряе­
мого диода.
Следует отметить, что просмотр ВАХ р—п-перехода
и готового диода осуществляется в случае необходимо­
сти при производстве и других диодов (высокочастотных,
опорных и т. п.).
135


§ 37. Измерение высокочастотных
и сверхвысокочастотных диодов

При производстве высокочастотных (ВЧ) и сверхвы­
сокочастотных (СВЧ) диодов, так же как и выпрями­
тельных, измеряется величина максимального обратного
напряжения при заданном значении обратного тока. Кро­
ме того, измеряется величина прямого падения напряже­
ния при заданном прямом токе. Эти параметры явля­
ются классификационными.

Рис. 68. Схема для измерения
параметров прямой ветви вольтамперной характеристики дио­
дов:
И — источник
постоянного
тока,
П — переключатель, R1—R3 — рези­
сторы, ИД — измеряемый диод

Рис. 69. Схема для провер­
ки диодов в диапазоне час­
тот:
ГСН — генератор
синусоидаль­
ного напряжения, 7? — согласую­
щий
резистор,
V — пиковый
вольтметр,
Сф — конденсатор
фильтра, Rн — нагрузочный ре­
зистор

Другими параметрами, характеризующими качество
ВЧ и СВЧ диодов, являются:
диапазон рабочих частот Д/;
емкость Ctot;
добротность Q.
В соответствии с табл. 3 эти параметры также конт­
ролируются при производстве диодов.
Прямое падение напряжения можно измерять как в
динамическом, так и в статическом режимах. Измерения
в динамическом режиме производятся так же, как и для
выпрямительных диодов. В статическом режиме измеряе­
мый диод ИД (рис. 68) подключают к источнику постоян­
ного тока И. Значение тока задается резисторами JR1—
R3 с помощью переключателя П в соответствии с техни­
ческими условиями на приборы данной серии. Прямое
падение напряжения измеряют вольтметром V. Для иск­
лючения влияния подводящих проводов на показания
вольтметра (сопротивление проводов соизмеримо с пря­
136


мым сопротивлением диода) последний подключают не­
посредственно к выводам диода.
Межоперационные измерения UF на р—п-переходе
можно осуществлять только после припайки к нему вы­
водов, в противном случае неизбежно повреждение р—пперехода в местах контакта его со штекером из-за до­
статочно большого значения прямого тока.
Если значение прямого падения напряжения ока­
зывается в заданных пределах, прибор считается год­
ным.
При классификационных измерениях поочередно с
помощью переключателя П задаются различными зна­
чениями прямого тока (согласно ТУ) и измеряют соот­
ветствующие им значения прямого падения напряжения.
По максимальному значению прямого тока, при кото­
ром величина прямого падения напряжения не превы­
сила нормы, измеряемый диод относят к определенному
типу.
Проверку работы диодов в диапазоне
частот проводят методом снятия частотных характе­
ристик по схеме, приведенной на рис. 69. Измеряемый
диод (р—n-переход) ИД подключают по схеме однополупериодного выпрямителя к выходу генератора сину­
соидального напряжения ГСН. Параметры схемы выби­
рают из условия, что диод должен работать на участке
вольт-амперной характеристики с явно выраженной кри­
визной (см. рис. 10), так как в этой части ВАХ можно
измерять значения тока с достаточной точностью. Для
выполнения данного условия амплитуда сигнала на вы­
ходе генератора ГСН должна быть не более 2 В, а сум­
марное сопротивление, состоящее из сопротивления на­
грузочного резистора
и внутреннего сопротивления
миллиамперметра mA,— не более 1 кОм.
Измерения проводятся следующим образом. На ге­
нераторе ГСН устанавливают частоту нижнего предела
заданного частотного диапазона. Величину подводимого
к диоду напряжения контролируют по пиковому вольт­
метру V и поддерживают неизменной при всех измере­
ниях.
Значение выпрямленного тока, отсчитываемое по
миллиамперметру mA, принимают за 100%. Затем не
менее чем в 10 точках заданного диапазона частот изме­
ряют выпрямленный ток при различных частотах вход­
ного сигнала, перекрывая весь диапазон. Значения вы­
137


прямленного тока пересчитывают в процентном отноше­
нии к его первичному значению.
Диод считается годным, если величина выпрямлен­
ного тока, измеренного в разных точках диапазона, со­
ставляет не менее 70% величины тока, измеренного на
частоте нижнего предела частотного диапазона.
Резистор 7? в схеме служит для создания нагрузки на
генератор ГСН в непроводящий полупериод измеряемо­
го диода для исключения искажений формы напряжения
на выходе генератора. Назначение конденсатора фильт­
ра Сф — уменьшение пульсаций выпрямленного диодом
напряжения.
ид

0—ч R fl

а)

с

1 0

Ъх

ибыл

0-----------*—0

Рис. 70. Измерение емкости полупроводниковых приборов:
а — принципиальная схема, б — емкостно-омический делитель; Cl, С2 — раз­
делительные конденсаторы, ЛСУ — линейный селективный усилитель, ИП —
измерительный прибор, ИС — источник постоянного смещения, Сэ — эталон­
ная емкость, ИД — измеряемый диод

Измерение емкости диодов производят по
схеме, приведенной на рис. 70, а. Для измерения приме­
няют метод емкостно-омического делителя (рис. 70, б).
Делитель состоит из конденсатора С и резистора
Из курса электротехники известно, что емкостное со­
противление выражается формулой

>
где f — частота подводимого напряжения.
138


Сила тока через делитель
/=

tum

(6)

У х2
с+№
где UBX— входное напряжение.
Из выражения (6) следует, что напряжение на рези­
сторе

где Uвых — выходное напряжение делителя.
При XC^>R можно принять из выражения (7), что

</»»= -^-=2nRfCUm.

(8)

2л/С

Из формулы (8) видно, что величина напряжения
t/вых пропорциональна величине емкости С, т. е. зависи­
мость UBbix=f(C) линейна.
На рис. 70, а емкостно-омический делитель образован
измеряемым диодом ИД и резистором R3 при нахожде­
нии переключателя П в положении 2 (измерение). Со­
противление резистора R3 намного меньше величины
емкостного сопротивления диода. Синусоидальное напря­
жение генератора ГСН через разделительный конденса­
тор С1 и ограничительный резистор R1 поступает на
делитель ИД — R3.
С помощью источника постоянного смещения ИС за­
дают положение рабочей точки обратной ветви вольт-ам­
перной характеристики измеряемого прибора. С резисто­
ра R3 снимается выходное напряжение и через раздели­
тельный
конденсатор С2 подается
на линейный
селективный усилитель ЛСУ. Последний представляет
собой многокаскадный усилитель с узкой полосой пропу­
скания и линейной характеристикой «вход — выход» (эти
два обстоятельства и определяют его название). Селек­
тивность (избирательность) усилителя позволяет изба­
виться от помех на других частотах. Напряжение высо­
кой частоты на выходе усилителя выпрямляется и пода­
ется на стрелочный измерительный прибор ИП — вольт­
метр, шкала которого равномерна и отградуирована в
единицах емкости.
139


Перед измерением емкости диода производят калиб­
ровку шкалы измерительного прибора, для чего пере­
ключатель П ставят в положение 1 (калибровка), под­
ключая эталонную емкость Сэ. От генератора ГСН пода­
ют переменное напряжение, величина и частота которого
должны быть такими же, что и при измерении емкости
диода. Затем регулировкой усилителя Л СУ стрелку при­
бора ИП устанавливают на делении, соответствующем
величине эталонной емкости Сэ.
Следует отметить, что при измерении и калибровке
необходимо учитывать собственную емкость схемы и со-

Рис. 71. Схема для

измерения добротности
приборов:

полупроводниковых

Lp — резонансная катушка, С — разделительный конденсатор,
сатор переменной емкости

ответственно

Сп — конден­

корректировать показания измерительно­

го прибора.

Измерение добротности диодов произво­
дят методом последовательного резонансного контура.
Для измерения используют схему, показанную на
рис. 71. Контур образован резонансной катушкой £р,
конденсатором переменной емкости Сп и измеряемым
диодом ИД. Как известно из курса радиотехники, при
резонансе в последовательном контуре напряжение на
емкости

uc=uL=u.Q,
где Uc — переменное напряжение на конденсаторе Сп и
диоде ИД; UL — переменное напряжение на катушке Lp;
U — переменное напряжение, подаваемое на контур;
Q — добротность контура.
Если задать добротность катушки значительно выше
ожидаемой эквивалентной добротности параллельно
включенных конденсаторов Сп и диода ИД, то напряже­
ние на емкости Uc будет определяться в основном экви­
валентной добротностью Q3KB. Тогда можно считать, что
140


Приведенное выражение есть линейная функция. На­
пряжение, пропорциональное добротности, снимается с
диода ИД и конденсатора Сп и подается через раздели­
тельный конденсатор С на линейный селективный усили­
тель Л СУ. Выходное напряжение выпрямляется и посту­
пает на измерительный прибор ИП. Шкала прибора от­
градуирована в единицах эквивалентной добротности.
При измерении резонансный контур настраивают с по­
мощью конденсатора Сп в резонанс по максимальному
отклонению стрелки измерительного прибора ИП. Кон­
денсатор Сп имеет лимб, по которому отсчитывают зна­
чение емкости диода Сд. В паспорте измерительного стен­
да указываются значения собственной добротности QCO6
и собственной емкости Ссоб, зная которые можно опреде­
лить величину добротности диода:
<2соб<2экв
Qco6 — Фэкв

(9)

Величину Q можно определить также с помощью спе­
циальных номограмм, зная значения величин, входящих
в выражение (9).
§ 38. Измерение импульсных диодов

При производстве импульсных диодов измеряют пара­
метры:
таХл
Для диодов одной серии параметр
Сд max является классификационным. Кроме того, гото­
вые диоды проверяют по значениям следующих парамет­
ров:
максимального импульсного сопротивления 7?вмшах.
времени восстановления обратного сопротивления tn
*.
Измерение максимального импульсно­
го сопротивления производят по схеме, приве­
денной на рис. 72. На измеряемый диод ИД в прямом
направлении подаются прямоугольные импульсы от ге­
нератора импульсов тока ГИТ. Генератор представляет
собой источник импульсного напряжения с очень боль­
шим внутренним сопротивлением. Поэтому, несмотря на
малое прямое сопротивление диода, ток через диод не
превышает допустимого значения. Ограничение тока
обычным путем — с помощью добавочного сопротивле­
ния — привело бы к увеличению постоянной времени
внешней цепи и искажению формы импульса. Величина
импульса тока через диод задается генератором и по­
141


стоянна для любого измеряемого диода, так как

Rr
где Rr — внутреннее сопротивление генератора; Rm — им­
пульсное сопротивление диода.
Прямое падение напряжения на диоде измеряется
импульсным вольтметром V.

Рис. 72. Схема для изме­
рения максимального им­
пульсного
сопротивле­
ния диодов:
ГИТ — генератор
прямо­
угольных импульсов тока,
V — импульсный вольтметр,
ИД — измеряемый диод

Рис. 73. Схема для измерения време­
ни восстановления обратного сопро­
тивления импульсных диодов:
И — источник постоянного тока, ГИН —
генератор
прямоугольных импульсов на­
пряжения,
R1 — ограничительный
рези­
стор, R2 — измерительный резистор, ИО —
импульсный осциллограф

Максимальное импульсное сопротивление

1М

(Ю)

где
— максимальное импульсное напряжение;
1м — импульс тока.
Диод считается годным, если величина сопротивления
окажется в пределах норм ТУ.
Измерение
времени
восстановления
обратного сопротивления производят по схеме,
показанной на рис. 73. На измеряемый диод ИД подает­
ся прямой ток от источника постоянного тока И через
ограничительный резистор R1. Кроме того, на диод пода­
ется импульс обратного напряжения от генератора пря­
моугольных импульсов ГИН. С помощью импульсного
осциллографа ИО измеряется время восстановления trr,
прошедшее с момента, когда ток через диод равен нулю,
до момента, когда обратный ток диода уменьшится до
заданного значения (см. рис. 14). На вход осциллографа
с резистора R2 подается напряжение, пропорциональное
току через диод.
142


Разделительный конденсатор С исключает влияние
генератора ГИН на величину постоянного тока от источ­
ника И. Он представляет собой для постоянного тока
бесконечно большое сопротивление и преграждает току
путь к генератору ГИН.
Источник тока И должен иметь достаточно большое
сопротивление, чтобы по возможности меньше влиять на
величину и форму импульса от генератора ГИН (иначе
говоря, не шунтировать диод ИД по переменному току).
§ 39. Измерение стабилитронов

Как видно из табл. 3, при производстве стабилитронов
измеряют параметры UF, Ur™
*Кроме того, измеряют
классификационные параметры:
напряжение стабилизации Uz; rz\
дифференциальное сопротивление при заданных зна­
чениях тока стабилизации.
Измерения первых двух параметров производятся
так же, как и в случае выпрямительных диодов. Однако
в отличие от выпрямительных диодов, где классифика­
ция по типам осуществляется только по окончании изго­
товления диодов, стабилитроны предварительно класси­
фицируют уже в начале технологического процесса. Соб­
ственно, классифицируют пластины с р—п-переходом.
Задавая определенную марку кремния и выдерживая
определенный режим термодиффузии, получают р—n-пе­
реход, который должен иметь значения основных пара­
метров, соответствующие конкретному типу приборов
(например, Д815, Д815А и т. д.). Таким образом, полу­
чив р—n-переход, предполагают, что он соответствует
тому или иному типу стабилитрона. Кристаллы, образо­
ванные из этого р—n-перехода, на всех технологических
операциях сопровождаются маршрутным листом, в кото­
ром указан ожидаемый тип прибора.
Поэтому межоперационные измерения прямого паде­
ния напряжения выполняют при значении прямого тока,
соответствующем ожидаемому типу стабилитрона. Ана­
логично измерения обратного напряжения производят
при соответствующем значении обратного тока.
При измерении классификационных параметров Uz
и rz задаются значением классификационного тока также
в соответствии с ожидаемым типом прибора.
143


По современной технологии классификационные па­
раметры опорных диодов измеряют как на кристаллах с
р—n-переходом (межоперационные измерения), так и на
готовых приборах. Готовые приборы классифицируются
по напряжению стабилизации.
Измерение напряжения стабилизации
производят по схеме, приведенной на рис. 74. От регу­
лируемого с помощью автотрансформатора Тр источни­
ка постоянного тока И через измеряемый диод ИД про­
пускают классификационный ток. Ток контролируется
миллиамперметром mA. С помощью магазина нагрузоч-

Рис. 74. Схема для измерения напряжения стабилизации стабили­
тронов:
и — источник постоянного тока, ИД — измеряемый диод, П — переключатель,
Л?н—магазин нагрузочных резисторов

ных резисторов /?н устанавливают классификационный
ток, соответствующий ожидаемому типу прибора. Вольт­
метром V измеряют напряжение стабилизации.
Дифференциальное сопротивление оп­
ределяется как отношение величины изменения напряже­
ния стабилизации к бесконечно малой величине измене­
ния тока стабилизации. Определить величину дифферен­
циального сопротивления измерением величины измене­
ния напряжения стабилизации на постоянном токе очень
сложно, так как величина изменения напряжения стаби­
лизации ничтожно мала по сравнению с абсолютной ве­
личиной напряжения стабилизации.
Для измерения дифференциального сопротивления
используется способ наложения переменной составляю­
щей тока на постоянный ток стабилизации. При этом в
напряжении стабилизации также появится переменная
составляющая, величина которой определяется по зако­
ну Ома:
kUz=Ы zrz,
где A/z — переменная составляющая тока стабилизации;
/z — дифференциальное сопротивление стабилитрона.
144


Переменную составляющую напряжения стабилиза­
ции легко измерить милливольтметром переменного то­
ка. Милливольтметр не реагирует на величину постоян­
ного напряжения, а измеряет только абсолютное значе­
ние приращения напряжения. Таким образом, задавшись
переменной составляющей тока стабилизации и измерив
переменную составляющую напряжения стабилизации,
можно вычислить дифференциальное сопротивление
диода.
дифференциального сопротивСхема для измер
ления стабилитронов
приведена на рис. 75.
Измеряемый
диод
(стабилитрон)
ИД
подключают к регу­
лируемому источни­
ку постоянного тока
И1. Классификаци­
онный ток через диод
контролируется мил­
лиамперметром mA.
Переменная со­
ставляющая тока че­ Рис. 75. Схема для измерения диффе­
стабили­
рез диод задается от ренциального сопротивления
тронов:
источника перемен­ И1 — источник постоянного
тока, И2 — источ­
ного тока И2. Пере­ ник переменного тока, mA — миллиамперметр
постоянного тока,
mV — ламповый милли­
менный ток протека­ вольтметр переменного тока,
эталон­
ный резистор
ет по цепи источник
И2 — конденсатор
С — резистор 7?э — диод ИД — источник И2. Разделитель­
ный конденсатор С не пропускает постоянный ток через
источник И2, исключая его влияние на схему. Внутрен­
нее сопротивление источника И1 должно быть по воз­
можности большим, чтобы он не шунтировал измеряемый
диод по переменному току.
Измерения производят следующим образом. Пере­
ключатель П устанавливают в положение 1 (калибров­
ка). При этом по милливольтметру mV замеряют пере­
менную составляющую напряжения UR на эталонном
резисторе 7?э- По напряжению UR и сопротивлению рези­
стора /?э определяют величину переменной составляющей
тока через измеряемый диод:

145


Далее переключатель П переводят в положение 2
(измерение) и по милливольтметру mV измеряют вели­
чину переменной составляющей напряжения на измеряе­
мом диоде Д(7д.
Зная значения Д(7д и Д/д, по формуле

определяют величину дифференциального сопротивления
диода. Если при измерениях задаваться одинаковым зна­
чением переменной составляющей тока для всех измеря­
емых диодов, т. е. сделать источник тока И2 стабилизи­
рованным, то шкала милливольтметра mV может быть
отградуирована непосредственно в омах.
§ 40. Измерение тиристоров

При производстве тиристоров как управляемых, так
и неуправляемых измеряют следующие параметры (см.
табл. 3):
напряжения включения {7ВКЛ;
ток включения /вкл;
удерживающий ток /уд;
напряжение в открытом состоянии (70ткр;
ТОК В ЗакрЫТОМ СОСТОЯНИИ /3Kp7
максимальное обратное напряжение £Л?тахКроме того, при производстве управляемых тиристо­
ров измеряют параметры:
ток управления отпирания /у,от;
напряжение управления отпирания {7У>ОТ;
ток и напряжение управления неотпирания /у>Неот,
^у,неот^

ток и напряжение управления запирания /у,3, t/y,3;
ток и напряжение управления незапирания /у>Нз, ^у,нз.
Для тиристоров, как и для диодов, производится про­
смотр ВАХ кристалла и при необходимости — готового
прибора.
Выборочно проверяют время включения /вкл и время
выключения /ВЫкл управляемых тиристоров и симисторов.
Классификационные параметры тиристоров /Зкр,
t/я max измеряют так же, как параметры для выпрями­
тельных диодов.
146


Просмотр вольт-амперных характери­
стик производят на осциллографе с помощью специ­
альной приставки (рис. 76).

Рис. 76. Схема приставки для просмотра ВАХ тиристоров

Источник питания, состоящий из автотрансформато­
ра Тр1, развязывающего трансформатора Тр2 и вспомо­
гательных диодов Д1 и Д2, формирует однополупериодное напряжение. Величина напряжения регулируется ав­
тотрансформатором Тр1 и контролируется вольтмет­
ром V.
В первом положении переключателя П обеспечивает­
ся просмотр прямой, во втором—обратной, в третьем —
прямой и обратной ветвей ВАХ тиристоров.
Напряжение на зажим х осциллографа подается с
измеряемого диода. На зажим у напряжение поступает
с резистора R2. Это напряжение пропорционально току
через тиристор.
Для проверки ВАХ тиристоров на управляющий элек­
трод подают напряжение от стабилизированного регули­
руемого источника постоянного тока И. Силу тока управ­
ления контролируют миллиамперметром mA. Замкнув
контакт выключателя В, устанавливают заданное значе­
ние тока управления. Увеличивая напряжение на выходе
трансформатора Тр1, наблюдают за вольт-амперной ха­
рактеристикой. Тиристор считается годным, если он
включается в пределах заданных значений тока управле­
ния. При этом на экране осциллографа наблюдается так
называемая спрямленная ВАХ (см. рис. 26, в).
В схеме для наблюдения ВАХ динисторов источник И
отсутствует.
По схеме, приведенной на рис. 76, можно просматри­
вать вольт-амперную характеристику не только готового
прибора, но и кристалла, без арматуры и на арматуре.
Напряжение и ток включения можно из­
мерить по схеме, показанной на рис. 77. С выпрямителя
147


В однополупериодное напряжение, регулируемое авто­
трансформатором Тр, через ограничительный резистор
R1 подается на измеряемый тиристор ИТ. Величина на-

Рис. 77. Схема для измерения напряжения и тока включения тири­
сторов

пряжения контролируется вольтметром VI. Тиристор
включается, если амплитуда подводимого напряжения
не меньше напряжения переключения. Момент включе­
ния фиксируется ампер­
метром а:
при увеличении напря­
жения ВЫШе (7Вкл ток в
цепи тиристора начинает
резко
возрастать. При
этом регистрируют значе­
ния /вкл И {7вклНа рис. 78 дана упро­
щенная форма кривой на­
пряжения на тиристоре
при подаче на него однополупериодного напряже­
ния. Как видно из рисун­
ка, на диоде формируются
импульсы
напряжения,
амплитуда которых равна
^вкл«
Импульсы напряжения
измеряются диодным амп­
литудным вольтметром,
образованным диодом Д
Рис. 78. Упрощенная форма им­
(см. рис. 77), резистором
пульса, формируемого тиристо­
R2. конденсатором С и
ром при подаче на него однополувольтметром V2. Измере­
периодного напряжения:
ния производят на гото­
/—ВАХ тиристора, 2 — форма напря­
жения, выделяемого на тиристоре, 3 —
вом приборе.
напряжение на выходе выпрямителя
148


Удерживающий ток измеряется по схеме, при­
веденной на рис. 79. На этом рисунке дан вариант схемы
измерения для тринисторов.
От источника постоянного тока И1 на управляющий
электрод измеряемого тринистора ИД подают ток управ­
ления, значение которого контролируется миллиампер­
метром тА1. Тринистор включают в цепь стабилизиро­
ванного источника постоянного тока И2. Параллельно
тринистору включен миллиамперметр тАЗ со стабили­
троном Д.

Рис. 80. Схема для из­
мерения напряжений в
открытом состоянии ти­
ристоров:

Рис. 79. Схема для из­
мерения удерживающе­
го тока тринисторов:
И1, И2 — источники посто­
янного тока, Д — стабили­
трон, ИТ — измеряемый три­
нистор

И — источник
постоянного
тока, ИТ — измеряемый ти­
ристор

Измерения проводят в следующем порядке. Замыка­
нием кнопки Кн включают тринистор, после чего кнопку
размыкают. Уменьшая ток источника И2, следят за пока­
заниями миллиамперметра тАЗ. При скачкообразном
увеличении его показаний прекращают уменьшение то­
ка. По миллиамперметру тА2 определяют значение тока /уД.
Схема при измерениях работает таким образом. При
включении тринистора напряжение на нем резко возра­
стает, что приводит к открыванию стабилитрона Д. Ток
через стабилитрон также резко возрастает. Ток от источ­
ника И2 теперь в основном протекает через стабилитрон.
Так как сопротивления открытого тринистора и стаби­
литрона величины примерно одного порядка, а источник
И2 стабилизирован по току, то в момент выключения из­
меряемого диода ток в цепи практически не изменится.
149


Вместо миллиамперметра тАЗ может быть применен
любой другой индикатор включения, ток срабатывания
которого не меньше тока в измеряемой цепи.
Удерживающий ток динисторов также можно изме­
рять по вышеописанной методике. При этом прибор
включают, подавая на него напряжение, величина кото­
рого равна t/вклПараметр /уд в зависимости от условий производства
можно измерять и межоперационно, и на готовом при­
боре.
Напряжение в открытом состоянии из­
меряется по схеме, приведенной на рис. 80. На измеряе­
мый тиристор (управляемый или неуправляемый) пода­
ют напряжение от регулируемого стабилизированного
источника постоянного тока И. При измерениях тиристор
переводят во включенное состояние (для упрощения чер­
тежа схема включения не приводится). После включе­
ния тиристора, уменьшая или увеличивая напряжение,
доводят значение тока через тиристор до заданной ве­
личины. Ток контролируют по амперметру А. Затем за­
мыкают кнопку Кн и по вольтметру V производят отсчет
значения напряжения (70ткрНажимать кнопку Кн при закрытом тиристоре недо­
пустимо, так как на тиристоре падает большое напряже­
ние, которое может вывести вольтметр из строя.
Величину напряжения (70ткр> как правило, проверяют
на готовом диоде.
Ток утечки в закрытом состоянии, максимальный пря­
мой ток, обратный ток, обратное напряжение и макси­
мальное прямое напряжение измеряют способами, опи­
санными в § 37.
Измерение тока и напряжения управле­
ния отпирания /у,Отл {/у,от тринисторов выполняют
по схеме, приведенной на рис. 81. Напряжение на изме­
ряемый тринистор ИТ подают от источника постоянного
напряжения И1, а управляющее напряжение — от источ­
ника постоянного тока И2. Увеличением тока управления
добиваются включения тринистора. Момент включения
фиксируется по амперметру А. Миллиамперметром mA
и вольтметром V измеряют значения тока /у и напряже­
ния управления [7У в момент включения тринистора.
Прибор считается годным, если эти значения находятся
в пределах норм, указанных в технических условиях. Из­
мерения напряжения управления тока 67У и /у про­
150


изводят как межоперационно, так и на готовом при­
боре.
Временем включения /вкл тринисторов счита­
ется время, прошедшее с момента подачи управляющего
импульса до момента, когда напряжение на открытом
приборе станет равным 10% от заданного значения мак­
симального напряжения t/max на закрытом приборе.
Время включения — параметр, характерный для всех
видов тринисторов. Для примера рассмотрим схему из­
мерения /Вкл для симметричных тринисторов, показанную
на рис. 82.

Рис. 81. Схема для измере­
ния тока и напряжения уп­
равления тринисторов:

Рис. 82. Схема для измерения вре­
мени включения
симметричных
тринисторов:

И1—источник постоянного на­
пряжения, И2 — источник посто­
янного тока

И — источник
постоянного напряже­
ния, ГИТ — генератор импульсов тока,
ЭО — электронный осциллограф

С помощью переключателя П задают полярность на­
пряжения на измеряемом тринисторе ИТ, подаваемого
от источника постоянного напряжения И. Предваритель­
но задают значение напряжения, равное t/max для данно­
го типа приборов. Переводят измеряемый тринистор в
открытое состояние подачей двуполярных импульсов то­
ка от генератора импульсов тока ГИТ. Процесс открыва­
ния наблюдают по электронному осциллографу ЭО.
Осциллограф должен иметь большое время послесвече­
ния экрана.
Время включения /вкл, прошедшее с момента подачи
управляющего импульса до того момента, когда напря­
жение на тринисторе станет равным 0,1 L/max, легко ви­
деть на рис. 83. Момент начала управляющего импульса
строго фиксирован по времени, и на экране осциллогра­
фа он взят за начало отсчета, что позволяет непосредст­
венно измерять /Вкл151


Для симметричного тринистора измерения произво­
дят поочередно при подаче на прибор прямого и обрат­
ного напряжения (полярность изменяют с помощью пе­
реключателя П на рис. 82). Измерениям подвергается
готовый прибор. Прибор считается годным, если боль­
шее из значений времени включения при прямом и об­
ратном напряжениях не превышает допустимого значе­
ния.

Общим для всех тринисторов параметром является
также время вык­
лючения /выкл- Пос­
ле выключения трини­
стора на нем сохраня­
ется электрический за­
ряд, который постепен­
но исчезает вследствие
рекомбинации носите­
лей. Если на тринистор
вновь подать прямое
напряжение, то при до­
статочной величине это­
го напряжения трини­
стор вновь включится
при значении [/пр, мень­
шем t/пер. Время между
Рис. 83. К измерению времени вклю­
моментом, когда пря­
чения симметричных тринисторов:
мой
ток через прибор
а—импульс тока управления, б — напря­
жение на приборе в процессе открывания
станет равным нулю, и
моментом, когда на
прибор можно подавать прямое напряжение с заданными
амплитудой и крутизной фронта, которое еще не пере­
ключает его в открытое состояние, есть время выклю­
чения. Измерения производят по схеме, показанной
на рис. 84. Схема дана для симметричных тринисто­
ров. Назначение переключателя П то же, что и на
рис. 82.

Прибор ИТ включают способом, описанным ранее.
Затем прибор выключают подачей обратного напряжения
от генератора выключающих импульсов ГВИ. Далее на
прибор подают с регулируемым временем задержки на­
пряжение прямой полярности от генератора Г с задан­
ными амплитудой и крутизной фронта. Время задержки
контролируется. По осциллографу следят за поведением
прибора. Минимальное время задержки, при котором при­
152


бор не переходит в открытое состояние, есть время вы­
ключения для данного прибора.
Для симметричного тринистора измерения проводят

Рис. 84. Схема для измерения времени выключения симметричных
тринисторов:
И —источник постоянного напряжения, ГВИ — генератор выключающих им­
пульсов, Г — генератор

поочередно при подаче на прибор прямого и обратного
напряжения. Прибор считается годным, если большее из
значений времени выключения при прямом и обратном
напряжении не превышает
допустимого значения. Из­
мерения /Выкл проводят на
готовом приборе.
К числу параметров, из­
меряемых при производстве
тринисторов, относят также
ток и напряжение уп­
равления неотпираН И Я /у,неотJ
*
^у,неот
Это
максимальное значение тока Рис. 85. Схема для измерения
тока и напряжения управления
и соответствующее ему зна­ неотпирания
симметричных
чение напряжения управле­
тринисторов:
ния, при которых еще не
ИТ — измеряемый тринистор,
—генератор
разнополярных
происходит включение три­ ГИТ
импульсов,
Яизм — измерительный
нистора. На рис. 85 показа­
резистор
на схема для измерения
Iу, неот, Uy, неот на примере симметричного тринистора.
На измеряемый тринистор ИТ подается синусоидаль­
ное напряжение с амплитудой, максимальной для данного
типа приборов. От генератора разнополярных импуль­
сов тока ГИТ в цепи управляющего электрода увеличи­
вают ток до момента включения прибора. Момент вклю­
чения фиксируется с помощью вольтметра V/. По пико­
вому вольтметру V3 определяют напряжение помехи, а
153


по пиковому вольтметру V2 измеряют падение напряже­
ния на измерительном резисторе
Переведя пока­
зания вольтметра V3 в миллиамперы, определяют ток
помехи управления. Прибор считается годным, если значе­
ние тока помехи оказывается выше допустимого. Измере­
ния проводят на готовом приборе.
Запираемые тринисторы измеряют по тем же пара­
метрам, что и другие тринисторы. Кроме того, для запи­
раемых тринисторов измеряют еще ток и напряже­
ние управления запирания (/у>3; иУ}3), а так­
же и напряжение
управления незапираН И Я

(/у,нз/ ^у,нз)«

Измерение первых двух параметров выполняется ана­
логично измерению тока и напряжения управления от­
пирания. Измерение же /у,нз и [7у>Нз производят аналогич­
но измерению /у,Неот. Разница в измерениях заключается
в том, что тринистор переводят не из закрытого состоя­
ния в открытое, а наоборот.
Следует отметить, что измерение токов /у,Неот и /у>Нз,
напряжения {7у,неОт и (7у>Нз, а также времени включения
и выключения, как правило, проводят не на всех изго­
товленных приборах, а лишь на определенной партии
приборов 1 раз в 6 или 12 мес. Такой порядок контроля
существует тогда, когда завод-изготовитель гарантирует
контролируемые параметры.
§ 41. Измерение биполярных транзисторов

Транзисторы, так же как и диоды, делят по классифи­
кационным параметрам. Эти параметры особо выделяют
в технических условиях на транзисторы. Например, ма­
ломощные низкочастотные и среднечастотные транзи­
сторы классифицируют по коэффициенту передачи тока
и максимальной частоте усиления или генерации. Мало­
мощные высокочастотные транзисторы классифицируют
по статическому коэффициенту усиления тока в схеме с
общим эмиттером и модулю коэффициента усиления тока
на частоте 10—20 мГц. Мощные низкочастотные транзи­
сторы классифицируют по максимально допустимому
обратному напряжению между коллектором и базой и
статическому коэффициенту усиления тока в схеме с
общим эмиттером.
В отдельных случаях в качестве классификационных
указывают и другие параметры.
154


При производстве транзисторов после ряда операций
выполняют межоперационные измерения. Применение
тех или иных межоперационных измерений диктуется
соображениями, указанными в § 37. Межоперационные и
классификационные измерения выполняют, как правило,
по единой методике. Ниже описываются методы измере­
ния следующих основных параметров транзисторов:
обратных токов коллектора и эмиттера /Кбо, /эбо/
выходной проводимости Л22;
предельной частоты коэффициента передачи тока fa;
модуля коэффициента
усиления тока в схеме с
ОЭ|В|;
коэффициента
шума
транзисторов Гш;
статического коэффи­
циента усиления тока ВСт*, Рис. 86. Схема для измерения об­
крутизны статической ратного тока коллектора транзи­
сторов
характеристики SCT;
напряжения
между
коллектором и эмиттером t7K3, базой и эмиттером £7бэ в
режиме насыщения;
постоянной времени цепи коллектора
Ск;
емкости коллекторного и эмиттерного переходов
Ск/ Сэ.
Для транзисторов, как и для диодов, производится
просмотр вольт-амперных характеристик методами, опи­
санными ранее.
Следует отметить, что параметры h22, fa, |5|л
Гб'Ск и емкости переходов, называемые параметрами ма­
лого сигнала, измеряют на переменном токе при значе­
ниях амплитуд, много меньших значений постоянных со­
ставляющих. Это объясняется тем, что при малых сиг­
налах с достаточной точностью зависимость между
токами и напряжениями можно считать линейной.
Параметры, измеряемые при производстве транзи­
сторов, приведены в табл. 3.
Обратный ток коллектора измеряют по схеме,
показанной на рис. 86. От источника постоянного напря­
жения И на переход коллектор — база транзистора ИТ
подается обратное напряжение *. Величина напряжения
* В схемах измерения параметров транзисторов здесь и далее
указывается полярность включения источников питания и электро­
измерительных приборов для транзисторов типа р— п — р. При из­
155


контролируется вольтметром V. Величина обратного то­
ка измеряется миллиамперметром mA при значении на­
пряжения источника И, указанном в технических усло­
виях на измеряемый транзистор.
По такой же методике может быть измерен обратный
ток эмиттера. При этом напряжение подается на переход
эмиттер — база. Транзистор считается годным, если зна­
чение обратного тока коллектора (эмиттера) находится
в пределах нормы.
Выходная проводимость измеряется в ре­
жиме холостого хода по входной цепи на переменном

Рис. 87. Схема для измерения выходной проводимости транзисторов:
И1, И2 — источники постоянного напряжения, ИТ — измеряемый транзистор,
ГСН — генератор синусоидального напряжения, П — переключатель

токе синусоидальной формы с частотой 50—100 Гц. Схе­
ма для измерения выходной проводимости приведена на
рис. 87. Измеряемый транзистор ИТ включен по схеме с
общей базой. С помощью источников постоянного на­
пряжения И1 и И2 устанавливают режим транзистора
по постоянному току (по приборам тА1, тА2 и V2).
Выходную проводимость определяют по формуле

h22=-^,

(1П

Ь'к.б

где /к — переменный ток коллектора;
— переменное
напряжение перехода коллектор — база.
Напряжение (7к.б вырабатывается генератором сину­
соидального напряжения ГСН. Величина этого напряже­
ния измеряется ламповым вольтметром VI с помощью
делителя /?б—R1 при установке переключателя П в по­
ложение 1 (калибровка). Вольтметром VI измеряют на­
мерениях параметров транзисторов типа п — р— п полярность вклю­
чения источников и электроизмерительных приборов должна быть
обратной.

156


пряжение U\ на резисторе Re, выражаемое зависимостью

(12)

где Ur — переменное напряжение на выходе генератора
после разделительного конденсатора С2.
Затем переключатель П устанавливают в положение
2 и фиксируют напряжение U2 на резисторе Re- Через
значение U2 можно выразить ток коллектора:
(13)

Аб

При переводе переключателя П из положения 1 в
положение 2 напряжение Ur сохраняют неизменным. Ес­
ли резисторы выбраны из условия
/?б<——
100 h22

И /?1 »/?б,

ТО {7K.6~t7r.

Тогда из выражения (12) получим

(14)
Учитывая, что Rl^>Re, из формулы (14) получим
Uк.б

UiRl
Яб

(15)

Подставив выражения (13) и (15) в выражение (11),
получим формулу для определения выходной проводи­
мости:
(16)

Из выражения (16) видно, что при Ui = const зависи­
мость h22 = f(U2) линейна. Следовательно, шкала вольт­
метра VI может быть отградуирована непосредственно в
единицах выходной проводимости. При этом величину
{71 можно не измерять.
Конденсатор С1 шунтирует резистор Re, исключая
высокочастотную генерацию.
Предельная
частота
коэффициента
передачи тока измеряется по схеме, приведенной
157


на рис. 88. Измеряемый транзистор ИТ включен по схе­
ме с общей базой. Ток эмиттера задается источником
постоянного тока И1 через резисторы R1 и
и контро­
лируется миллиамперметром тА1.
Напряжение на коллектор подается от источника И2
через резистор R2.

Рис. 88. Схема для измерения предельной частоты коэффициента
передачи тока:
И1 — источник постоянного тока, И2 — источник постоянного
ГСН — генератор синусоидального напряжения

напряжения,

Для нахождения предельной частоты усиления изме­
ряется модуль а, определяемый как отношение перемен­
ного тока коллектора /к к переменному току эмиттера /э.
Максимальная частота тока, на которой выдержива­
ется неравенство |а| >О,7ао, является предельной. Учи­
тывая, что ао—1, предельной частотой можно считать ту,
на которой | а| >0,7.
При установке переключателя П в положение 1 (ка­
либровка) сигнал от генератора синусоидального напря­
жения ГСН через разделительный конденсатор С2 и ре­
зистор 7?э подается на токосъемный резистор R2. Пере­
менное напряжение U\ на резисторе R2 измеряется
ламповым вольтметром VI (сопротивлением емкости СЗ
переменному току можно пренебречь). При этом

Затем переключатель П переводят в положение 2, и
ток от генератора начинает поступать в цепь эмиттера.
Сила тока остается неизменной, так как

/?г»/?2 и /?г»йп,

где /?г—внутреннее сопротивление генератора; hn—со­
противление перехода эмиттер — база (входное сопро­
тивление транзистора).
158


Падение напряжения
создаваемое током коллек­
тора на резисторе R2, регистрируется вольтметром VI.
При этом
к

R2 ’

Исходя из определения модуля коэффициента пере­
дачи тока | а|, имеем
|а|=-^=-^.
(17)
*э

Из выражения (17) видно, что при неизменном на­
пряжении С71 шкала вольтметра VI может быть програ-

Рис. 89. Схема для измерения модуля коэффициента передачи тока
транзисторов:
ГВЧ — генератор высокой частоты, ИТ — измеряемый транзистор

дуирована в значениях модуля |а|. При этом напряже­
ние (71 может не измеряться.
На практике поступают следующим образом. В нача­
ле работы калибруют измерительную установку путем
перевода переключателя П в положение 1 (калибровка)
и подгонки выходного напряжения генератора ГСН rq
значения U\ на вольтметре VI. Затем устанавливают
частоту генератора ГСН равной заданной для измеряе­
мого типа приборов и проводят измерения. Если полу­
ченное значение коэффициента передачи удовлетворяет
неравенству
|а|>0,7,
то прибор считается годным.
Измерение модуля коэффициента уси­
ления тока производится на высокой частоте по
схеме, показанной на рис. 89. Измеряемый транзистор
ИТ включают по схеме с общим эмиттером по переменно­
му току и общей базой по постоянному току. Источники
159


И1 и И2 обеспечивают режим работы измеряемого тран­
зистора по постоянному току. Напряжение высокой ча­
стоты от генератора высокой частоты ГВЧ через разде­
лительный конденсатор СЗ и резистор
подается меж­
ду базой и эмиттером измеряемого транзистора ИТ.
Блокировочные конденсаторы С1 и С2 шунтируют со­
ответственно источники И1 и И2 по переменному току.
Когда переключатель П находится в положении 1,
ламповый вольтметр VI измеряет напряжение t/i на ре­
зисторе R2\

где /к — переменный ток коллектора.
При переводе переключателя И в положение 2 вольт­
метр VI измеряет падение напряжения U2 на рези­
сторе /?б
где /б — переменный ток базы.
Элементы схемы подобраны таким образом, что ре­
жим работы транзистора в обоих положениях переклю­
чателя И одинаков.
Величина модуля коэффициента усиления тока
1

|— /б ~ U2 ' R2 ‘

При неизменной величине U2 шкалу лампового вольт­
метра VI можно отградуировать в единицах коэффици­
ента | В |.
Коэффициент шума измеряется на фиксиро­
ванной частоте в диапазоне 400 кГц — 400 мГц по спосо­
бу удвоения мощности шумов на выходе транзистора.
Схема измерения показана на рис. 90.
Источники постоянного напряжения И1 и И2 обеспе­
чивают режим измеряемого транзистора ИТ по постоян­
ному току в соответствии с техническими условиями. Ре­
жим работы транзистора по постоянному току контроли­
руется приборами mA и V.
В начале измерения переключатель И устанавливают
в положение 1 и по показанию индикатора мощности
шума ИШ через селективный усилитель СУ фиксируют
мощность шумов на нагрузке RH транзистора. После это­
го на входе транзистора подключают генератор шума
ГШ (переключатель П в положении 2).
160


Электродвижущую силу (э.д.с.) шума генератора ГШ
увеличивают до такого значения, при котором показания
индикатора мощности ИШ в два раза превышают пока-

Рис. 90. Схема для измерения коэффициента шума транзисторов:
ГШ — генератор шума, СУ—селективный усилитель, ИШ — индикатор мощ­
ности шума, П — переключатель

зания, зафиксированные в положении 1 переключателя
П. По калибровочному регулятору выходной э.д.с. гене­
ратора шума производят отсчет коэффициента шума.
Транзистор считается
годным, если коэффици­
ент шума находится в
пределах нормы, указан­
ной в технических услови­
ях.
Конденсаторы С1 и
С2 шунтируют источники
И1 и И2 соответственно
по переменной составляю­
щей токов эмиттера и кол­
лектора.
Следует отметить, что Рис. 91. Схема измерения статикроме рассмотренного ме­ ческого коэффициента усиления
тока транзисторов:
тода применяют метод, ГОИ — генератор
однополярных им­
основанный на сравнении пульсов, И — источник постоянного
напряжения,
VI
—
пиковый
вольтметр
уровней выходного сигна­
ла, снимаемого с измеряе­
мого транзистора, с уровнем шума от вспомогательного
генератора шума, служащего для компенсации внутрен­
них шумов измерительного устройства. При этом оба
сигнала модулируются по амплитуде прямоугольными
импульсами низкой частоты.
Статический
коэффициент
усиления
тока измеряется по схеме, приведенной на рис. 91. От
161


источника постоянного напряжения И с помощью вольт­
метра V2 задается коллекторное напряжение измеряемо­
го транзистора ИТ.
Переключатель //устанавливают в положение /.Регу­
лировкой выходного напряжения генератора однополяр­
ных импульсов ГОИ задают ток коллектора измеряемого
транзистора. Ток контролируют по пиковому вольтметру
VI как падение напряжения на резисторе R2\
иR2
R2 ’

г

к

Устанавливают переключатель П в положение 2. При
этом по вольтметру VI измеряют падение напряжения на
резисторе R1 в результате прохождения через него базо­
вого тока /б. Тогда ток базы
т _ UR1
R1

/ б—----------- •

Статический коэффициент усиления тока

с

/б

URt

(18)
k

’

Из выражения (18) видно, что при постоянных значени­
ях R1 и R2 можно задавать с помощью выходного напря­
жения генератора ГОИ постоянное значение
При
этом значение ВСт будет определяться только значением
Uri. Шкала вольтметра VI может быть отградуирована
непосредственно в значениях ВСтИзмерение крутизны статической ха­
рактеристики производится по схеме с общим
эмиттером, приведенной на рис. 92. Режим измеряемого
транзистора ИТ обеспечивается источниками постоянно­
го напряжения И1 и И2 и контролируется вольтметрами
VI и V2 и миллиамперметром mA.
Выходное напряжение источника И1 увеличивают до
тех пор, пока ток коллектора /к не достигнет уровня,
указанного в технических условиях на прибор.
Крутизна характеристики

где /Уб — напряжение на базе.
162


Напряжение насыщения измеряется по схеме
с общим эмиттером (рис. 93). На базу измеряемого тран­
зистора ИТ от регулируемого источника постоянного на­
пряжения И1 через резистор R1 подают ток базы /б, зна­
чение которого устанавливают по миллиамперметру

Рис. 92. Схема для измерения крутизны статической характеристи­
ки транзисторов:
И1, И2 — источники постоянного напряжения, ИТ — измеряемый транзистор

Рис. 93. Схема для измерения напряжения насыщения транзисторов

тА1. Напряжение на коллектор транзистора поступает
от источника постоянного напряжения И2. Ток коллекто­
ра задается по миллиамперметру тА2. Токи базы и кол­
лектора стабилизируются резисторами соответственно R1
и R2 независимо от параметров измеряемого прибора.
Насыщенный ток базы задается из условия

где Вст—максимальное значение статического коэффи­
циента усиления тока для транзисторов данного типа.
В режиме насыщения измеряют два параметра: на­
пряжение на базе £7б.н и напряжение на коллекторе
Эти параметры контролируют соответственно вольтмет­
рами VI и V2. Транзистор считается годным, если пара­
163


метры t/б.н и t7K.n имеют значения не выше норм, указан­
ных в технических условиях.
Постоянная времени цепи коллектора
измеряется для высокочастотных транзисторов. Этот
параметр, определяемый как произведение емкости кол­
лекторного р—n-перехода Ск на сопротивление базы Гб',
характеризует влияние выходной цепи на величину вход­
ного сопротивления транзистора.
Измерения проводят на частоте 5 МГц. Схема измере­
ния приведена на рис. 94. Режим работы измеряемого

Рис. 94. Схема для измерения постоянной времени цепи коллектора
транзисторов:
ГСН — генератор

синусоидального напряжения,
пряжения

HI,

И2 — источники

на­

транзистора ИТ по постоянному току устанавливается
источниками напряжения И1 и И2. Резистор /?э стабили­
зирует ток в цепи эмиттера. От высокочастотного гене­
ратора синусоидального напряжения ГСН через разде­
лительный конденсатор С1 на коллектор подается напря­
жение с частотой f. Напряжение между эмиттером и ба­
зой, измеряемое ламповым вольтметром VI, пропорцио­
нально величине внутренней обратной связи с постоян­
ной времени Гб'Ск.
Величину гб'Ск измеряют методом сравнения пока­
заний вольтметра VI при включенном транзисторе ИТ с
показаниями, когда вместо транзистора включена эта­
лонная цепочка ЯЭтСэт. Подключая эталонные цепочки с
разной величиной произведения ^этСэт, можно отградуи­
ровать шкалу вольтметра VI в единицах времени. Кон­
тур С2—L настроен на частоту измерений и разделяет
цепи генератора ГСН и источника напряжения И2. Вы­
ходное напряжение генератора должно оставаться неиз­
164


менным при измерениях эталонной цепочки и транзисто­
ра. Транзистор считается годным, если значение постоян­
ной времени цепи обратной связи находится в пределах
норм, указанных в технических условиях.
Для некоторых типов высокочастотных транзисторов
(например, МП416) параметр гъ'Ск является классифи­
кационным.
Измерение емкости коллекторного и эмиттерного переходов производится методом, описанным в § 37.
§ 42. Измерение полевых транзисторов

Параметры, измеряемые при производстве полевых
транзисторов, перечислены в табл. 3. Кроме того, для
полевых транзисторов, так же как и для других прибо­
ров, могут просматриваться вольт-амперные характери­
стики р—n-переходов. Для простоты изложения все изме­
рения будут рассмотрены на примере транзисторов с
р—п-переходом.
Выходная проводимость ft22 аналогична тому
же параметру для биполярных транзисторов и измеряет­
ся по той же методике.
Межэлектродные емкости измеряют методом емкост­
но-омического делителя, описанным ранее. Делитель об­
разуют из сопротивления измерительного (эталонного)
резистора и измеряемой межэлектродной емкости тран­
зистора.
Входная емкость Свх — это емкость между за­
твором и истоком при коротком замыкании сток — исток
по переменному току.
Проходная емкость СПрох есть емкость между
затвором и стоком при коротком замыкании затвор —
исток по переменному току.
Выходная емкость С вых — это емкость между
стоком и истоком при коротком замыкании затвор —
исток.
Для иллюстрации метода измерения межэлектрод­
ных емкостей на рис. 95 показана схема для измерения
входной емкости *. С помощью источников постоянного
напряжения И1 и И2 по показаниям вольтметров VI и
V3 и миллиамперметра mA задается режим питания из* Здесь и далее полярность питающего напряжения указывается
для транзисторов с затвором д-типа проводимости.

165


меряемого транзистора ИТ. От генератора синусоидаль­
ного напряжения ГСН подается переменное напряжение
на емкостно-омический делитель аналогично тому, как
это происходило в схеме измерения емкости диодов.

Рис. 95. Схема для измерения входной емкости полевых транзисто­
ров:
И1, И2 — источники постоянного напряжения, Др1 и Др2 — дроссели, ГСН —
генератор синусоидального напряжения

Эталонный емкостно-омический делитель образован
емкостью конденсатора Сэт и сопротивлением резистора
/?эт. При измерениях емкость конденсатора Сэт замеща­
ется емкостью затвор —
исток (при переводе пе­
реключателя П в поло­
жение 2).
Короткое замыкание
между стоком и исто­
ком по переменному то­
ку создается конденса­
Рис. 96. Схема для измерения на­
тором С1 большой ем­
пряжения отсечки и порогового на­
кости. Дроссель Др1
пряжения полевых транзисторов
предотвращает корот­
кое замыкание истока
на общую шину по переменному току. Дроссель Др2 за­
щищает источник И2 от переменного тока генератора
ГСН.
Напряжение отсечки /70 измеряют по схеме,
приведенной на рис. 96. Измеряемый транзистор ИТ
включают в схему и с помощью источника постоянного
напряжения И2 устанавливают заданное значение на­
пряжения между стоком и истоком. От источника И1 по­
дают напряжение на затвор. Увеличивая от нуля напря­
166


жение на затворе, следят за показаниями миллиампер­
метра mA. Ток стока начинает падать. Затем доводят его
до заданного минимального значения и по вольтметру
VI измеряют напряжение отсечки.
Параметры h, Свх, Спрох> СВых и UQ измеряют на гото­
вых приборах. По результатам измерения каждого из
этих параметров производится отбраковка негодных при­
боров. Приборы признаются годными, если каждый из
перечисленных параметров находится в заданных пре­
делах.
Пороговое напряжение С7ПОр — это напряже­
ние на затворе, при котором начинается проводимость
канала, т. е. ток стока становится управляемым. Этот
параметр характерен только для транзисторов с изоли­
рованным затвором. Измерение проводят по схеме
рис. 96. При заданном напряжении на стоке начинают от
нуля плавно увеличивать напряжение на затворе. Мо­
мент начала увеличения тока стока определяют по мил­
лиамперметру mA. При этом по вольтметру VI фиксиру­
ют значение порогового напряжения.
Для некоторых групп приборов параметр С7ПоР явля­
ется классификационным, т. е. по результатам измерений
производят классификацию приборов по группам внутри
приборов общего типа (серии). Измерения проводят на
готовых приборах.
Крутизна характеристики S есть отношение
изменения выходного тока к изменению входного напря­
жения при коротком замыкании по переменному току на
выходе транзистора. Схема измерения приведена на
рис. 97. Измерение производят в следующем порядке.
С помощью источников постоянного напряжения И1 и
И2 устанавливают заданный режим питания измеряемо­
го транзистора ИТ по постоянному току: напряжение на
затворе (по вольтметру V2) и напряжение и ток в цепи
стока (по вольтметру V3 и миллиамперметру mA).
Переключатель П ставят в положение 1 и, установив
заданную величину напряжения генератора синусоидаль­
ного напряжения ГСН частотой 50— 1500 Гц, фиксиру­
ют показания U\ лампового вольтметра VI. Затем пере­
водят переключатель П в положение 2 и фиксируют
новые показания U% вольтметра VI. Крутизну характери­
стики определяют по известным законам электротехники:
$_R1+R2
—
R2
167

1
U2
RK ’ Ur *


Для удобства измерений при постоянном режиме вольт­
метр VI может быть отградуирован непосредственно в
значениях крутизны.
Ток стока /Ст при нулевом напряжении на затворе
измеряют по схеме, изображенной на рис. 98. С помощью

Рис. 97. Схема для измерения крутизны характеристики полевых
транзисторов

источника постоянного напряжения И устанавливают
заданное значение напряжения между стоком и истоком
измеряемого транзистора ИТ. По миллиамперметру mA
определяют значение /ст.

Рис. 98. Схема для измерения
тока стока

Рис. 99. Схема для измере­
ния напряжения затвора

Параметры /ст и S являются классификационными.
Измерения проводят на готовом приборе.
Коэффициент шума
измеряют по методи­
ке, аналогичной методике измерения этого параметра
для биполярных транзисторов. Коэффициент шума явля­
ется классификационным параметром.
Током затвора /3 называют ток утечки между
затвором и замкнутыми между собой стоком и истоком
168


(рис. 99). Для измерения на затвор транзистора ИТ по­
дают заданное напряжение от источника И, а ток затво­
ра /3 определяют по миллиамперметру mA.
Измерение тока затвора производят в процессе изго­
товления прибора на заготовке. По результатам измере­
ний приборы разделяют на годные и бракованные.
§ 43. Измерение однопереходных транзисторов

В соответствии с табл. 3 при производстве однопере­
ходных транзисторов измеряют следующие параметры:
ток утечки /ут;
остаточное напряжение /70Ст;
ток включения /вкл;
ТОК ВЫКЛЮЧеНИЯ /Выкл‘,

коэффициент передачи tj;
межбазовое сопротивление /?б!б2.
Классификационными параметрами являются коэф­
фициент передачи и межбазовое сопротивление. Кроме
того, может контролироваться вольт-амперная характе­
ристика однопереходного транзистора.
Током утечки называют ток эмиттерного перехо­
да, смещенного в обратном направлении относительно
базы б2 (см. рис. 25).
Схема измерения тока утечки аналогична схеме изме­
рения обратного тока коллектора транзисторов, приве­
денной на рис. 86.
Измеряемый однопереходной транзистор подключа­
ется базой б2 (см. рис. 25) к положительному полюсу
источника И (см. рис. 86), а эмиттером — к отрицатель­
ному полюсу. База б\ остается свободной. Задавая зна­
чения напряжения на выходе источника, по миллиампер­
метру mA (или микроамперметру) измеряют ток утечки.
Прибор считается годным, если ток утечки не превыша­
ет нормы.
Остаточным напряжением называют прямое
напряжение на эмиттере при определенных заданных
значениях тока эмиттера и межбазовом напряжении.
Схема для измерения U0CT приведена на рис. 100.
От источника постоянного тока И1 задают значение
тока эмиттера измеряемого транзистора ИТ по милли­
амперметру mA. От источника постоянного напряжения
И2 с помощью вольтметра VI устанавливают межбазовое
169


напряжение. По вольтметру VI определяют t/ост. Прибор
считается годным, если значение /70ст находится в пре­
делах нормы.
Током включения называют значение тока
эмиттера, при котором происходит включение транзисто­
ра (точка Б на рис. 25, в). Измерение /Вкл производят
по схеме, приведенной на рис. 101. От источника И пода-

Рис. 100. Схема для измерения остаточного напряжения однопере­
ходных транзисторов:
И1 — источник постоянного тока, И2 — источник постоянного
ИТ — измеряемый транзистор

напряжения,

ют заданное межбазовое напряжение. С помощью потен­
циометра R1 плавно увеличивают напряжение на эмит­
тере. Момент включения фиксируют по микроамперметру
цЛ, определяя при этом
ток включения. Прибор
считается годным, если
/вкл находится в заданных
пределах.
Ток выключения —
это наименьшее значение
Рис. 101. Схема для измерения
эмиттерного тока, при ко­
тока включения однопереходных
транзисторов
тором сохраняется вклю­
ченное состояние транзи­
стора.
Сложность измерения тока выключения заключает­
ся в том, что точка входной характеристики, соответству­
ющая току выключения транзистора (точка В на рис. 25,
в), выражена не явно. Задача решается следующим об­
разом. От источника постоянного напряжения И
(рис. 102) задают межбазовое напряжение. С помощью
потенциометра R1 задают ток эмиттера измеряемого
транзистора ИТ до значения, при котором он заведомо
открыт. После этого тем же потенциометром плавно сни­
жают ток эмиттера до момента возникновения релакса­
170


ционного колебательного процесса *, обусловленного на­
личием зарядной цепочки R1—С и активного элемента —
измеряемого транзистора, имеющего ВАХ с участком от­
рицательного сопротивления. Момент возникновения
генерации фиксируется блоком регистрации БР. Послед­
ний представляет собой устройство, на входе которого
включен колебательный контур, настроенный на основ­
ную частоту возникших колебаний. При срабатывании
блока БР замыкается ключ К, чем обеспечивается вклю­
ченное состояние транзистора ИТ через резистор R2 то­
ком, превышающим ток включения (участок ВГ характе­

рно. 102. Схема для измерения тока выключения однопереходных
транзисторов:
БР — блок регистрации, К — ключ, R1 — потенциометр,
R2 — резистор

ристики на рис. 25, в). Значение тока выключения в
момент возникновения колебательного процесса регист­
рируют по миллиамперметру mA.
В качестве блока БР может быть использован элект­
ронный осциллограф (ключ К, естественно, при этом от­
сутствует) .
Транзистор считается годным, если ток выключения
оказывается в заданных пределах.
Коэффициент
передачи
однопереходного
транзистора определяется как отношение разности эмиттерного напряжения и падения напряжения на р—п-переходе к приложенному межбазовому напряжению. Из­
мерения производят по схеме, приведенной на рис. 103.
От источника постоянного напряжения И на схему пода­
ется напряжение заданной величины. Через зарядный
* Релаксационными
формы.

называют
171

колебания

несинусоидальной


резистор /?3 происходит заряд емкости С3. При некотором
значении напряжения на емкости С3 (и, следовательно,
на эмиттере измеряемого транзистора ИТ) происходит
включение транзистора. Емкость С3 быстро разряжается
через эмиттерный р—n-переход и базу 62 транзистора
ИТ. Транзистор переходит в режим релаксационного ге­
нератора. Микроамперметр цА, переменный резистор R,
конденсатор С и диод Д образуют так называемый пико­
вый вольтметр. Его назначение — измерить напряжение
на эмиттере в момент включения транзистора ИТ. Рабо­
тает пиковый вольтметр следующим образом. При росте
напряжения на конденсаторе С3 увеличивается также

Рис. 103. Схема для измерения коэффициента передачи однопере­
ходных транзисторов:
/?3—зарядный резистор, С3 — зарядная емкость, Д — диод

напряжение на конденсаторе С через диод Д. При отк­
рывании транзистора ИТ напряжение на конденсаторе
С3 быстро снижается до нуля. Диод Д оказывается за­
пертым обратным напряжением (на его катоде присутст­
вует «плюс» заряженного ранее конденсатора С). Кон­
денсатор С очень медленно разряжается через очень
большое сопротивление резистора R и микроамперметр
цА. При некотором значении напряжения на конденса­
торе С3 транзистор ИТ вновь открывается и происходит
процесс генерации релаксационных колебаний, как при
измерении тока выключения. При этом напряжение на
конденсаторе С3 периодически достигает своего пикового
значения. Напряжение на конденсаторе С практически
не изменяется, поскольку время его разряда через ре­
зистор R и микроамперметр цА значительно больше пе­
риода релаксационных колебаний. Через микроампер­
метр протекает постоянный ток, пропорциональный
напряжению на конденсаторе С и определяемый следую172


щим выражением:
R+r

(19)

где Uc3 — напряжение на конденсаторе С3; t/д — падение
напряжения на диоде Д; г — внутреннее сопротивление
микроамперметра цА.
Падение напряжения на диоде Д равно падению на­
пряжения на внутреннем р—n-переходе измеряемого
транзистора, а напряжение Uc3 есть напряжение включе­
ния транзистора {7Вкл- Тогда выражение для коэффици­
ента передачи можно записать так:
(20)
где U бхб2 —межбазовое напряжение.
Сравнивая выражения (20) и (19), видим, что чис­
лители у них одинаковы. Тогда значение тока через мик­
роамперметр можно представить как
R+r

Из этой формулы следует, что шкалу микроамперметра
можно отградуировать непосредственно в значениях ко­
эффициента передачи.
Межбазовое
сопротивление — это сопро­
тивление между базами б\ и б% однопереходного транзи­
стора. Измерение производят обычным методом вольт­
метра-амперметра. От источника постоянного тока пода­
ется напряжение на базы: плюсом к базе б2, минусом к
базе бь Вывод эмиттера остается свободным. Ток в цепи
измеряют с помощью миллиамперметра, включенного в
разрыв плюсового провода. Межбазовое сопротивление
определяют по формуле

где t/б ,б2 — напряжение, приложенное к базам; I — ток в
измерительной цепи.
Если напряжение U
поддерживать постоянным от
измерения к измерению, то шкалу миллиамперметра
можно отградуировать непосредственно в килоомах.
173


По совокупности результатов измерений коэффициен­
та передачи и межбазового сопротивления производят
классификацию приборов в пределах одной серии.
§ 44. Измерение варикапов и туннельных диодов

Варикапы. При производстве варикапов измеряют
следующие классификационные параметры: номиналь­
ную емкость Сном при заданных значениях напряжения
смещения; максимальное напряжение смещения [7СМ;
добротность Q при заданных значениях частоты и напря­
жения смещения.
Кроме того, выполняют межоперационные измерения
обратного тока /Обр- Так как параметры варикапов силь­
но зависят от температуры, то в технических условиях
строго оговаривается температура, при которой произво­
дят измерения.
Емкость и добротность варикапа измеряют способа­
ми, описанными в § 37.
В справочниках приводится значение коэффициента
перекрытия по емкости
If_ Смакс
С
^мин

где Смаке — максимальная емкость варикапа; СМИн — ми­
нимальная емкость варикапа.
Для измерения максимального напряжения смещения
варикап включают по схеме для измерения обратной вет­
ви ВАХ выпрямительных диодов (см. рис. 66).
Туннельные диоды. Они классифицируются по следу­
ющим параметрам: пиковый ток 1Р, емкость диода Ctot.
Кроме того, при измерениях тока 1Р контролируется
напряжение пика UP.
Некоторые группы туннельных диодов классифициру­
ют не только по значению 1Р, но и по отношению-^-.
Iv
Последний параметр удобно оценивать при просмотре
вольт-амперной характеристики на характериографе.
При этом одновременно измеряют и абсолютное значение
тока /Р.
Для измерения пикового тока используют схе­
му для снятия вольт-амперной характеристики (см.
рис. 68). Ток через диод медленно увеличивают с помо­
щью резистора R1 до тех пор, пока напряжение на диоде
174


ИД не изменится скачком от значения UP до значения
[7Н. Регистрируемый амперметром А ток в момент скачка
равен /р.
Емкость туннельного диода измеряют так же, как
и емкость высокочастотного диода. Изменяя величину
постоянного напряжения на диоде ИД (см. рис. 70, а),
можно получить значение емкости диода в различных
точках его вольт-амперной характеристики. Обычно ем­
кость измеряют в точке характеристики, соответствую­
щей напряжению UP. При положении рабочей точки в
точке Uv изменение напряжения как в сторону увеличе­
ния, так и в сторону уменьшения приводит к увеличению
тока через туннельный диод.
Одним из параметров, характеризующих качество
туннельных диодов, является величина времени пере­
ключения /пер из состояния с меньшим напряжением на
диоде UP в состояние с большим напряжением на диоде
UV- Время переключения зависит не только от свойств
самого диода, но и от параметров схемы, в которую диод
включен. Величина /Пер тем меньше, чем меньше отноCtot
шение ; ' •
Время переключения современных туннельных диодов
порядка 10~9 с. Измерение /Пер представляет определен­
ные трудности, поэтому при массовом производстве не
выполняется.
§ 45. Измерение фоточувствительных
полупроводниковых приборов
Фотодиоды. Они могут работать и измеряться в двух
режимах:
в вентильном, или режиме без внешнего источника
напряжения (рис. 104, а);
в фотодиодном, или режиме с внешним источником
напряжения (рис. 104, б).
Вентильный режим характеризуется отсутствием тем­
нового тока и низким уровнем собственных шумов, но
диоды при этом имеют слишком малую фото-э.д.с.
В фотодиодном режиме фототок в 2—3 раза больше,
чем в вентильном, но имеется темновой ток и внутренние
шумы значительно больше, чем в вентильном режиме.
По схеме, показанной на рис. 104, а, измеряют один
параметр фотодиода — световой ток /с- По схеме, изо­

175


браженной на рис. 104, б, снимают две вольт-амперные
характеристики, при отсутствии освещенности (темновая
ВАХ) и при определенной внешней освещенности (све­
товая ВАХ).
Кроме того, для фотодиодов могут измеряться те же
параметры, что и для обычных диодов.
Фототранзисторы. Измеряют их по тем же парамет­
рам, что и фотодиоды (/т и /с). Схемы измерения анало­
гичны схемам, приведенным на рис. 104. Питающее
напряжение прикладывается между эмиттером и коллек­
тором, на базу напряжение не подается. Обычно снима­

Рис. 104. Схемы для измерения параметров фотодиодов:
а —в режиме без внешнего источника напряжения, б —в режиме с внешним
источником напряжения,
— микроамперметр, R н — нагрузочный резистор,
Б — батарея питания

ют, как и для фотодиода, две характеристики — темно­
вую и световую. При необходимости для фототранзисто­
ров могут измеряться и другие параметры, те же, что и
для обычных транзисторов: /ко; Лю’, Рш\ SCT и другие в
зависимости от назначения приборов.
Фототиристоры. Они характеризуются параметром,
называемым световой мощностью управле­
ния Р. Параметр определяет мощность, приходящуюся
на единицу площади освещаемой поверхности, которую
нужно затратить при освещении фототиристора, чтобы
перевести его в открытое состояние.
При измерении освещают фототиристор точечным
источником света, для которого известна зависимость
мощности излучения от потребляемого тока. В качестве
такого источника может быть использован светодиод.
Увеличивая ток в цепи источника, обычным способом
фиксируют момент открывания тиристора. По показа­
ниям миллиамперметра в цепи источника в момент от­
176


крывания тиристора определяют световую мощность
источника. Затем определяют световую мощность управ­
ления

где Р—световая мощность источника; S — площадь
освещенной поверхности тиристора.
Современные фототиристоры имеют световую мощ­
ность управления в пределах от 15 до 100 мВт/см2.
Для фототиристоров, так же как и для обычных ти­
ристоров, могут измеряться и другие параметры, харак­
терные для этих приборов.
Фоторезисторы. Их включают в схему для измере­
ний так же, как фотодиоды. Темновая и световая харак­
теристики снимаются аналогично.
§ 46. Измерение светодиодов

При производстве светодиодов измеряются два пара­
метра: яркость излучения В и прямое напряжение на
светодиоде UF.
Измерение
обоих
параметров производят
по схеме, показанной
на рис. 105. С помощью
регулируемого источни­
ка тока И устанавлива­
ют по миллиампермет­ Рис. 105. Схема для измерения пряру заданный прямой мого напряжения и яркости излуче­
ния светодиодов:
ток через измеряемый
яркости,
И — источник
диод ИД. По вольтмет­ ия — измеритель
постоянного тока
ру V определяют пря­
мое напряжение на све­
тодиоде. Для выпускаемых в настоящее время светодио­
дов задаваемый прямой ток равен 5 и 10 мА, а прямое
напряжение должно быть в пределах 1,5—2,5 В в зависи­
мости от типа прибора.
По измерителю яркости ИЯ определяют яркость излу­
чения прибора. За единицу яркости принята 1 кд/м2
(кандела на квадратный метр). Яркость отечественных
светодиодов лежит в пределах 250—400 кд/м2.
В качестве измерителя яркости применяют фотометр,
серийно выпускаемый отечественной промышленностью.
Измерения светодиодов являются классификационными.
177


Для знаковых и цифровых индикаторов, образован­
ных на базе светодиодов, кроме измерения указанных
выше параметров производят сравнение максимальной и
минимальной Яркости ИЛИ СИЛЫ света (/max И /min) ДЛЯ
каждого светодиода в пределах одного знака (цифры).
Если при этом оказывается, что соблюдается неравен­
ство
/max

Anin

^max 4“ ^min

то прибор считается годным. Кроме того, определяется
суммарная (интегральная) сила света знака путем сло­
жения значений силы света отдельных светодиодов, вхо­
дящих в знак. Знаки, имеющие интегральную силу света
в определенных границах, относят к одной группе. Это
делается для того, чтобы, будучи скомпонованы в циф­
ровое табло, знаки воспринимались зрительно как равно­
яркие.
В настоящее время получил распространение так
называемый зондовый метод измерения параметров зна­
ковых индикаторов. Измерения производят непосредст­
венно на пластине полупроводникового материала после
того, как на ней уже образованы структуры отдельных
знаковых индикаторов (до разрезания на кристаллы).
При этом пластину нижним омическим контактом кладут
на металлический столик, а к верхним контактным пло­
щадкам светодиодов прикасаются тонкими иглами —
зондами. Число зондов равно числу светодиодов в одном
знаковом индикаторе.
§ 47. Измерение лазерных диодов

Оптические полупроводниковые квантовые генерато­
ры— лазерные диоды — характеризуются, как было ска­
зано ранее, мощностью (интенсивностью) излучения Ри,
плотностью тока возбуждения (накачки) /Нак и спектром
излучения (зависимостью мощности излучения от длины
световой волны) Pn=f(h).
Измерение мощности излучения произ­
водят по схеме, показанной на рис. 106. Генератор им­
пульсов ГИ вырабатывает прямоугольные импульсы
очень малой длительности (порядка 10~6с). Эти импульсы
поступают на генератор тока накачки ГТН, назначение
которого — получение неискаженного импульса очень
178


большой мощности. Измеряемый лазерный диод ИД под­
ключен к генератору ГТН в прямом направлении. При
этом импульс тока, проходящего через диод, достигает
нескольких десятков и даже сотен ампер. Прохожде­
ние импульса тока такой величины вызывает возбуж­
дение лазерного диода, т. е. излучение светового им­
пульса.
Напряжение, пропорциональное импульсу тока, вы­
деляется на резисторе R1 и измеряется импульсным
вольтметром VI.
Импульсы света, излучаемые лазерным диодом, вос­
принимаются фотодиодом ФД. Напряжение батареи

Рис. 106. Схема

для

измерения мощности
диодов:

излучения

лазерных

ГИ — генератор импульсов, ГТН — генератор тока накачки, ФД — фотодиод,
Бсм-батарея смещения, С — блокировочный конденсатор, VI, V2 — им­
пульсные вольтметры

смещения 5СМ запирает фотодиод. Поскольку сопротив­
ление фотодиода обратно пропорционально его освещен­
ности, импульс тока в цепи фотодиода прямо пропорцио­
нален освещенности. Следовательно, напряжение, выде­
ляемое импульсом тока на резисторе R2, пропорционально
освещенности фотодиода, которая в свою очередь про­
порциональна мощности излучения лазерного диода.
Измеряя напряжение на резисторе R2 импульсным вольт­
метром V2, шкала которого отградуирована в единицах
мощности, получают непосредственно значение мощно­
сти излучения лазерного диода.
Конденсатор С шунтирует батарею 5СМ по перемен­
ному току, так как он представляет собой очень малое
сопротивление для короткого импульса.
179


Зная ток накачки и площадь р—n-перехода, можно
определить плотность тока р—n-перехода лазера

где /Нак — ток накачки; S — площадь р—п-перехода.
Спектр излучения лазерного диода измеряют на стен­
де, структурная схема которого показана на рис. 107.
Измеряемый диод ИД помещают перед входной оптиче­
ской системой спектрографа СП. Спектрограф — это

Рис. 107. Структурная схема для измерения спектра излучения ла­
зерных диодов:
ЭП — электропривод, СП — спектрограф, ФЭУ — фотоэлектронный умножи­
тель, СД — синхронный детектор, РП — регистрирующий прибор, СУ — селек­
тивный усилитель

прибор, позволяющий выделить из общего светового
потока световые потоки, соответствующие определенной
длине волны. Генератор импульсов Г И через генератор
тока накачки ГТН возбуждает лазерный диод. Световые
импульсы, излучаемые диодом, проходят через спектро­
граф и поступают на вход фотоэлектронного умножите­
ля ФЭУ, преобразующего световые сигналы в электри­
ческие. С выхода ФЭУ сигналы поступают на селек­
тивный
усилитель СУ,
усиливаются и попадают
на вход синхронного детектора СД. Детектор открыва­
ется только на время генерации светового импульса, что
позволяет повысить точность измерения. Это объясня­
ется тем, что в момент отсутствия светового импульса
уменьшается уровень мешающего сигнала на выходе
180


схемы. Мешающий сигнал в основном вызван внутрен­
ними шумами ФЭУ и СУ, а также внешними помехами.
Напряжение, пропорциональное интенсивности излу­
чения лазерного диода, с детектора СД поступает на ре­
гистрирующий прибор РП — электронный самопишущий
потенциометр. С помощью последнего получают спект­
ральную зависимость мощности излучения

p«=fwНастройка спектрографа на определенную длину све­
товой волны производится поворотной оптической приз­
мой, которая приводится во вращение электроприводом
ЭП. При точной настройке призмы на определенную све­
товую волну, излучаемую лазерным диодом, на выходе
спектрографа появляется световой поток соответствую­
щей мощности. Запись величины мощности излучения
производится на равномерно перемещающейся бумаж­
ной ленте. Вращение ленты осуществляется также при­
водом ЭП синхронно с вращением призмы. По направ­
лению движения ленты расположена ось абсцисс, на
которую откладывают длину волн, поскольку бумажная
лента движется синхронно с разверткой спектра. На оси
ординат, перпендикулярно направлению перемещения
ленты, прибор записывает значение интенсивности излу­
чения света для каждой длины волны.
§ 48. Измерение оптронов
Резисторные оптроны. Измеряются они по следующим
параметрам: темновое сопротивление RT; световое со­
противление /?с; входное напряжение UBX; время выклю­
чения ^выклНа рис. 108 показана схема для измерения RT, Rc и
UBX. Сначала при разомкнутом ключе В1 по омметру Q
определяется темновое сопротивление прибора ИП, т. е.
сопротивление неосвещенного резистора.
Далее замыкают ключ В1 и с помощью регулируемо­
го источника постоянного тока И устанавливают по
миллиамперметру mA заданное значение тока через из­
меряемый прибор ИП. По омметру Q определяют све­
товое сопротивление. Входное напряжение определяют с
помощью вольтметра V при нажатии кнопки Rh.
Прибор признается годным, если темновое сопротив­
ление его не менее, а световое — не более граничных зна­

181


чений. Параметр [7ВХ также не должен превышать опре­
деленного значения. Кроме того, по значениям Rc и С/вх
производят классификацию приборов по группам.
Время выключения приборов измеряют по
схеме, показанной на рис. 109. Временем выключения
считается промежуток времени, прошедший с момента
снятия входного тока,
в течение которого вы­
ходной ток снизится до
50% от своего нормаль­
ного значения.
На вход прибора
ИП подаются периоди­
ческие импульсы тока
Рис. 108. Схема для измерения рези­ амплитудой 10 мА и
сторных оптронов:
длительностью 50 мкс
ИП — измеряемый
прибор, й — омметр
от генератора прямо­
угольных
импульсов
ГПИ. Частота следова­
ния импульсов 1 Гц. На
выход прибора через
емкость С подается си­
нусоидальное напряже­
ние звуковой частоты от
генератора ЗГ. В качес­
тве измерителя приме­
нен электронный осцил­
Рис. 109. Схема для измерения
лограф ЭО с большим
времени выключения резисторных
временем послесвече­
оптронов:
ния экрана. Измеряе­
ГПИ — генератор прямоугольных им­
пульсов тока, ЗГ — генератор звуко­
мое напряжение сни­
вой частоты, R — измерительный рези­
стор, ЭО — электронный осциллограф
мается с резистора R.
Время выключения
прибора определяют по осциллограмме переходного про­
цесса, приведенной на рис. 110. Время ^выкл ВЫЧИСЛЯЮТ
как разность (рис. 110,6):
^выкл

^2

Л»

где /1—длительность импульса входного тока (рис. ПО,
a); t2 — время, прошедшее от начала входного импульса
до момента, когда входное напряжение t/2 = 0,5t7i.
Момент окончания входного импульса строго фикси­
рован во времени и на экране осциллографа взят за
182


начало отсчета, что позволяет непосредственно измерить
^выкл-

Время выключения измеряют на готовом приборе.
Этот параметр является классификационным и отбрако­
вочным.
!вх 1
Тиристорные оптроны. Из­
мерения проводят для следую­
щих параметров: номинальный
входной ток /вх и номинальное
t
входное напряжение [7ВХ; ток
1
1 а)
1
помехи /пом; прямой ток закры­
1
' 1
1
того тиристора в закрытом со­
стоянии прибора /закр; обрат­
ный ток /ОбР; напряжение на
выходе прибора в открытом со­
tybiw
стоянии [7откР; ток выключения
/выкл«
5 .
Номинальный вход­
б)
ной ток измеряют по схеме, Рис. ПО. К способу изме­
приведенной на рис. 111. С по­ рения времени выключения
резисторных оптронов:
мощью регулируемого источни­
а — импульс входного тока, б —
ка постоянного напряжения И2 напряжение
на измерительном
задают значение прямого нап­
резисторе
ряжения на тиристоре, равное

7

Рис. 111. Схема для измерения номинального тока и тока помехи
тиристорных оптронов

минимальному прямому напряжению (Г/пр.мин), при кото­
ром гарантируется включение прибора при заданных па­
раметрах на его входе. Затем с помощью источника по­
стоянного тока И1 плавно, начиная от нуля, увеличивают
ток через светодиод до момента открывания тиристора,
который фиксируется по вольтметру V2 (показания его
резко падают). Значение тока /вх определяют по милли­
183


амперметру тА2. Напряжение [7ВХ измеряют по вольт­
метру VI. Резистор R в схеме служит для ограничения
тока в выходной цепи при открытом состоянии тиристора.
Параметры /вх и UBX являются классификационными.
Измерения их проводят дважды: вначале — как межопе­
рационные на заготовке (операция позволяет отбрако­
вать негодные кристаллы и произвести предварительную
классификацию годных кристаллов по трем группам),
далее — на готовом приборе после испытаний.
Током помехи считают максимальное значение
постоянного тока или амплитуды прямого тока на входе
прибора, не вызывающее переключения прибора из за­
крытого состояния в открытое.
Измерения /ПОм производят по схеме, показанной на
рис. 111. Вольтметры VI и V2 в данном случае не ис­
пользуют.
На тиристор измеряемого прибора ИП от источника
И2 подают напряжение, максимально установленное для
данного типа приборов (классификационное), при кото­
ром он не должен переключаться при отсутствии входно­
го сигнала. Величина его 200—400 В. Через светодиод
измеряемого прибора пропускают ток от источника И1,
плавно увеличивая его значение. Момент переключения
прибора фиксируют по резкому увеличению показаний
миллиамперметра тА2. Соответствующее этому моменту
значение тока, показанное миллиамперметром тА1, яв­
ляется величинойдока помехи.
Пр ямой ток закрытого прибора /зкр из­
меряют при максимально допустимом прямом напряже­
нии на тиристоре.
Обратный ток /обр измеряют при максимально
допустимом обратном напряжении на тиристоре.
Измерение производят по схеме, показанной на
рис. 112. Входная цепь измеряемого прибора ИП разомк­
нута. Переключатель В устанавливают в положение 1.
От регулируемого источника И на тиристор подают на­
пряжение, равное максимально допустимому значению
для данного типа измеряемого прибора ИП. Величину
напряжения контролируют вольтметром V. Ток измеря­
ют миллиамперметром mA. Обычно ток /зкр лежит в пре­
делах долей миллиампера.
Для измерения обратного тока переключатель В
устанавливают в положение 2. Порядок измерения
тот же.
184


Резистор 7? в схеме служит для ограничения тока в
измеряемой цепи в случае переключения тиристора или
пробоя его (при измерении /Обр).
Напряжение на выходе прибора в откры­
том состоянии f/откр измеряют при протекании через ти­
ристор максимально допустимого прямого тока.

Рис. 112. Схема для измерения обратного и прямого тока закрыто­
го оптрона

Схема для измерения [70ТКр аналогична схеме для
измерения /вх и [7ВХ (см. рис. 111). По миллиамперметру
тА1 с помощью источника тока И1 устанавливают за-

Рис. 113. Схема для измерения тока выключения тиристорных оп­
тронов

данное значение входного тока для данного типа прибо­
ра. С помощью источника И2 (при включенном ключе В)
по миллиамперметру тА2 устанавливают максимальное
для данного типа приборов значение прямого тока через
тиристор. Остаточное напряжение измеряют по вольт­
метру V2 при нажатии кнопки Кн.
Током выключения оптрона считается минимальный
прямой ток, при котором сохраняется открытое состоя­
ние прибора. Для измерений /ВЫкл используют схему,
приведенную на рис. 113. При заданном значении вход­
185


ного тока плавно уменьшают ток в выходной цепи с по­
мощью регулируемого источника тока И2 и следят за
показаниями миллиамперметра тАЗ. При скачкообраз­
ном увеличении его показаний прекращают уменьшение
тока. По миллиамперметру тА2 определяют значение
тока выключения.
Эта часть схемы работает аналогично схеме для из­
мерения тока выключения тиристоров, рассмотренной в
§ 40. В момент выключения тиристора измеряемого при­
бора напряжение на нем резко возрастает, что приводит
к открыванию стабилитрона Д и резкому возрастанию
обратного тока через него, фиксируемого миллиампер­
метром тАЗ.
Параметры 1ВХ, /ЗКр, /откр и /Выкл являются классифи­
кационными и измеряются на готовом приборе после се­
рии испытаний приборов.
§ 49. Автоматизация измерений

Развитие различных областей науки и техники тре­
бует постоянного роста производства полупроводнико­
вых приборов. Увеличение выпуска приборов может быть
обеспечено как расширением производственных мощно­
стей (строительство новых цехов и предприятий), так и
ростом выпуска продукции с единицы производственной
площади.
Резкое увеличение выпуска полупроводниковых при­
боров без расширения производственных площадей и
числа рабочих возможно только при комплексной меха­
низации и автоматизации производственного процесса.
При этом необходимой составной частью производствен­
ного процесса являются автоматические измерения.
При автоматизации измерений резко сокращается
время, затрачиваемое на измерительную операцию, и,
следовательно, возрастает производительность труда.
Автоматические измерения исключают или уменьша­
ют субъективные ошибки ручного измерения, связанные
с психикой человека, инерционностью мышления, по­
грешностью зрения, в результате чего исключается или
снижается вероятность ошибки при классификации при­
боров.
Кроме того, учитывая, что при автоматизации изме­
рений число работников, занятых измерениями, сокра­
щается, можно, не нарушая санитарно-технических норм,
186


размещать дополнительное оборудование на существую­
щих производственных площадях.
По способу ведения измерительного процесса разли­
чают измерения однопозиционные и многопозиционные.
В первом случае все параметры полупроводниковых при­
боров измеряют на одной единице оборудования. При
многопозиционных измерениях на одной единице обору­
дования измеряют один или несколько параметров при­
боров.
Процесс измерения на одной измерительной позиции
включает в себя следующие операции:
подачу измеряемого прибора на измерительное уст­
ройство;
задание режима измерения (силы тока, напряжения,
температуры, влажности и т. д.);
измерение;
сортировку измеренных приборов по параметрам и
отбраковку негодных приборов.
Измерение считается автоматическим, если каждая из
перечисленных операций полностью автоматизирована.
Если же одна или несколько операций производятся
вручную или автоматизированы частично, измерение счи­
тается полуавтоматическим.
В предыдущих параграфах этой главы мы уже встре­
чались с некоторыми элементами автоматизации изме­
рений. Так, во многих описанных схемах требуется со­
хранение одного и того же значения тока независимо от
конкретного экземпляра измеряемого прибора (внутрен­
него сопротивления измеряемого р—n-перехода). Эта
задача выполняется с помощью стабилизированных источ­
ников тока, автоматически поддерживающих заданное
значение тока независимо от нагрузки.
При измерении спектра излучения лазерного диода
применялся синхронный детектор, работающий синхрон­
но с генератором импульсов. В той же схеме синхрони­
зировалось вращение спектрографа и самопишущего
прибора.
Механизм подачи измеряемого прибора может
представлять собой транспортер с лентой, движущейся
непрерывно или периодически, с которого специальное
устройство снимает измеряемый прибор (или кассету с
группой приборов) и подает на измерительное устройст­
во. В другом случае механизм подачи — это так называе­
мый вибробункер. Вибробункер представляет собой ци­
187


линдр, открытый сверху, на внутренней поверхности
стенок которого укреплена восходящая винтовая направ­
ляющая. На дно бункера загружают партию измеряемых
приборов (несколько десятков штук), а самому бункеру
с помощью электромагнитов придают колебательное дви­
жение в определенном направлении с частотой 50 Гц.
Под воздействием колебаний приборы перемещаются
вверх по направляющей. Направляющая устроена так,
что приборы на ней ориентируются в определенном поло­
жении. С верхнего конца направляющей ориентирован­
ный прибор поступает на измерительное устройство.
Кроме описанных конструкций механизмов подачи
существуют и другие конструкции, выбор которых опре­
деляется конкретными условиями.
Режим измерений задают с помощью специ­
альных приборов и устройств. Необходимые значения
тока и напряжения обеспечиваются трансформаторами,
выпрямителями, стабилизаторами и др. Длительность
измерения устанавливается с помощью специальных эле­
ментов задержки или реле времени. Программа изме­
рений задается программными устройствами. Требуемая
температура корпуса измеряемого прибора обеспечива­
ется и поддерживается так называемыми изотермически­
ми установками тепла и холода. Кроме того, при необхо­
димости могут задаваться влажность, вибрация и дру­
гие параметры.
Измерение производят специальным измеритель­
ным устройством с помощью измерительной схемы. Зна­
чение измеренного параметра определенным образом
фиксируется или преобразуется. Кроме того, при необхо­
димости значение параметра можно контролировать по
приборам. После одного измерения прибор поступает
или на сортировку, или на следующее измерительное
устройство для измерения другого параметра. Во втором
случае результат каждого измерения «запоминается», а
после измерения всех параметров прибор поступает на
сортирующее устройство.
В обоих случаях результаты измерений анализируют­
ся и схема выдает соответствующий сигнал на схему
сортирующего устройства.
Сортирующее устройство обеспечивает сор­
тировку приборов по значениям измеренных параметров
и отбраковку негодных. Приборы, значения параметров
которых находятся в одних заданных пределах, направ­
188


ляют в общий бункер. Количество бункеров равно числу
классификационных групп измеряемого прибора.
На рис. 114 приведена функциональная схема авто­
мата для сортировки кристаллов с р—n-переходом по
обратному напряжению, на которой показаны основные

Рис. 114. Функциональная схема автомата для сортировки кристал­
лов с р — n-переходом по обратному напряжению:
// — стабилизированный источник тока, УПТ — усилитель постоянного тока,
СУ — сравнивающее устройство, КВ1, КВ2 — концевые выключатели, ЭМ —
электромагнит, ЛЭ1—ЛЭ4 — бесконтактные логические элементы, ИК — из­
меряемый кристалл, Р — реле

элементы измерительных схем, описанные в гл. IV. Схе­
ма составлена на бесконтактных транзисторных логиче­
ских элементах.
Механизмом подачи кристаллов на измерительную по­
зицию является вибробункер (на схеме не показан).
Измерительный механизм состоит из измерительного
штекера и толкателя. Штекер подходит в измеряемому
кристаллу ИК, касается его омических контактов и под­
ключает измерительную схему. После измерения ште­
кер отходит от кристалла, а толкатель сталкивает изме­
ренный кристалл в соответствующий бункер.
Режим измерения задается стабилизированным источ­
ником постоянного тока и коммутирующими элементами.
Синхронизация работы электрической схемы и меха­
низмов измерения и сортировки производится кулачко­
189


вым механизмом. Последний приводится в действие
электродвигателем (на схеме не показан). Привод само­
го измерительного механизма осуществляется от того
же двигателя.
Схема автомата работает следующим образом. В на­
чале цикла измеряемый кристалл находится на измери­
тельной позиции. Контакты концевых выключателей
КВ1 и КВ2 замкнуты, реле Р включено, контакты его
шунтируют выход стабилизированного источника тока и
измеряемый кристалл И К.
Специальный механизм опускает измерительный
штекер на кристалл. При соприкосновении штекера с
кристаллом первый кулачок привода синхронизирующего
механизма нажимает на выключатель КВ1. Реле Р от­
ключается, размыкая свой контакт, и через измеряемый
кристалл ИК начинает протекать обратный ток от источ­
ника И.
Одновременно с первым кулачком привода второй
кулачок нажимает на концевой выключатель КВ2. При
этом включается логический элемент задержки ЛЭ1
*.
Напряжение, пропорциональное обратному напряже­
нию измеряемого перехода, снимается с резистора R2
делителя напряжения R1—R2 и подается на вход усили­
теля постоянного тока У ПТ, который предназначен для
согласования величины сопротивления резистора R2 с
величиной входного сопротивления сравнивающего уст­
ройства СУ. Сравнивающее устройство срабатывает, если
падение напряжения на р—n-переходе оказалось не ни­
же заданной величины. При срабатывании СУ сигнал
«1» выдается на первый вход логического элемента ЛЭ2
(схема «И—НЕ»). Элемент задержки ЛЭ1 через время
t, необходимое для окончания переходных процессов в
измерительных цепях автомата (время установления на­
пряжения на выходе УПТ и время срабатывания СУ),
выдает на второй вход элемента ЛЭ2 сигнал «1». При
этом на выходе элемента ЛЭ2 появляется сигнал «О», ко­
торый переключает триггер («Память») —элемент ЛЭЗ.
Сигнал «1», поданный с элемента ЛЭЗ, включает усили­
тель ЛЭ4 и электромагнит ЭМ. При срабатывании элект­
ромагнита открывается бункер с годными кристаллами,
затем первый кулачок привода механизма возвращает в
* Схемы транзисторных логических элементов таковы, что для
них сигнал «1» на входе есть отсутствие замыкания входа на общую
шину («землю»).

190


исходное положение концевой выключатель КВ1, кото­
рый включает реле Р. Контакт реле закорачивает выход
источника И. После этого привод механизма автомата
отводит от измеряемого перехода штекер, а толкатель
сбрасывает измеренный кристалл в бункер годных кри­
сталлов. При поступлении кристалла в бункер замыкает­
ся концевой выключатель КВ2. Входным сигналом «О» че­
рез выключатель КВ2 триггер ЛЭЗ возвращается в ис­
ходное положение и выключается элемент задержки
ЛЭ1. Под действием вибрации вибробункера на измери­
тельную позицию поступает следующий кристалл.
Если падение напряжения на р—n-переходе окажется
ниже заданного значения, то сравнивающее устройство
не срабатывает и электромагнит не включится. При этом
измеряемый кристалл поступит в бункер бракованных
кристаллов.
Элемент памяти ЛЭЗ необходим в схеме для того,
чтобы запомнить результат измерения и отсортировать
р~n-переход после отсоединения от него штекера.
Контрольные вопросы

1. Дайте определение измерениям: межоперационным, класси­
фикационным и при испытаниях.
2. Какие параметры измеряют у выпрямительных диодов?
3. Перечислите параметры, характеризующие ВЧ и СВЧ диоды.
4. Какими параметрами характеризуются импульсные диоды?
5. Какими параметрами характеризуются тиристоры: динисторы и тринисторы?
6. Какими основными параметрами характеризуются биполяр­
ные транзисторы?
7. Какими параметрами характеризуются полевые транзисторы?
8. Какие параметры измеряются для однопереходных транзи­
сторов?
9. Какими электрическими параметрами характеризуются тун­
нельные диоды и как они измеряются?
10. Нарисуйте схемы измерения фотодиодов, фототранзисторов.
11. Какими параметрами характеризуются светодиоды?
12. Какими параметрами характеризуются оптроны?


Глава VI

ИСПЫТАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
§ 50. Воздействие окружающей среды
на полупроводниковые приборы

Полупроводниковые приборы применяют в разнооб­
разной аппаратуре, работающей в самых различных ус­
ловиях. Одна аппаратура используется в условиях низ­
ких температур, другая — в тропическом климате, а из­
мерительная аппаратура должна надежно работать как
при низких, так и при высоких температурах. Иногда
необходимо, чтобы полупроводниковые приборы нор­
мально работали при резких изменениях температуры в
широких пределах.
Приборы, применяемые в авиации, станкостроении,
на транспорте и в некоторых других отраслях промыш­
ленности, должны выдерживать большие ускорения, виб­
рацию. Полупроводниковые приборы должны быть
устойчивы против воздействия случайных ударов.
Параметры полупроводниковых приборов в значи­
тельной степени зависят от условий окружающей среды.
Очень велика зависимость параметров от температуры,
что является принципиальной особенностью полупровод­
никовых приборов, обусловленной физическими свойст­
вами полупроводников (см. гл.II).
В процессе хранения и эксплуатации приборов воз­
можно изменение (дрейф) их параметров. Наиболее су­
щественным является дрейф обратных токов переходов
и коэффициента усиления транзисторов.
В зависимости от типа приборов и способа их изго­
товления обратные токи переходов могут увеличиваться
или уменьшаться в несколько раз; коэффициент усиле­
ния транзисторов может увеличиваться или уменьшать­
ся обычно не более чем на 50%.
Качество изготовления также оказывает значительное
влияние на параметры приборов. Если герметичность
корпуса прибора нарушена при изготовлении или при
воздействии на прибор механических нагрузок в процес­
се эксплуатации, это приводит к попаданию влаги и
других загрязнений внутрь прибора. Такие приборы бу­
дут иметь значительный дрейф параметров. При произ­
водстве приборов могут быть плохо закреплены отдель­
ные их детали, некачественно изготовлены омические
192


контакты, ненадежно образован р—n-переход и другие
дефекты.
Для проверки параметров прибора в различных усло­
виях окружающей среды, а также для проверки качества
изготовления приборы проходят комплекс испытаний.
§ 51. Классификация испытаний

Испытания полупроводниковых приборов проводят в
соответствии с техническими требованиями на эти при­
боры.
Технические требования к полупроводниковым при­
борам указываются в технических условиях. Существу­
ют общие технические условия на большую часть полу­
проводниковых приборов (ОТУ) и частные технические
условия на приборы одной серии (ЧТУ), выпускаемые
предприятиями-разработчиками этих приборов.
Общие технические условия кроме требо­
ваний к приборам содержат правила приемки и контро­
ля качества приборов. В соответствии с ОТУ завод-изго­
товитель должен проводить испытания полупроводнико­
вых приборов следующих категорий:
приемо-сдаточные;
периодические;
испытания на гарантийную наработку (на срок
службы).
Приемо-сдаточные испытания проводит отдел техни­
ческого контроля (ОТК) завода. Для испытаний предъ­
являют приборы партиями, скомплектованными из при­
боров одного типа, изготовленных в течение последних
3 мес. в количестве до 22 000 шт. Проверяют каждую
партию.
Проводят два вида контроля:
контроль внешнего вида—покраски, маркировки,
расположения выводов, размеров, состояния резьбы и
других параметров, определяемых внешним осмотром;
контроль электрических параметров, которые ЧТУ
или другой документацией отнесены к приемо-сдаточным
испытаниям.
Порядок проведения приемо-сдаточных испытаний
установлен общими техническими условиями. В резуль­
тате испытаний определяют долю негодных приборов по
отношению к общему числу приборов в партии. Эта доля
не должна быть больше установленной ЧТУ для каждого
193


типа приборов и в любом случае не превышать 2,5%.
Если процент негодных приборов окажется больше уста­
новленного значения, то партия считается не выдержав­
шей приемо-сдаточных испытаний. Такая партия прием­
ке не подлежит. Приборы непринятых партий возвра­
щают цеху-изготовителю для стопроцентной перепроверки
и удаления всех забракованных приборов.
После перепроверки годные приборы вновь комплек­
туют к приемо-сдаточным испытаниям.
Периодические испытания проводит ОТК завода-из­
готовителя раз в 3 мес., а также в случае изменения кон­
струкции приборов, технологии их изготовления, замены
применяемых материалов и других изменений, если эти
изменения могут повлиять на качество и параметры при­
боров.
Периодическим испытаниям подвергают приборы,
прошедшие приемо-сдаточные испытания. Для испыта­
ний отбирают приборы любого типа, производимые по
одной технологии.
Отобранные приборы подвергают испытаниям по
трем группам в следующем объеме и последовательности.
1- я группа:
проверка смачиваемости выводов припоем и отсутст­
вия повреждений приборов при пайке;
испытания на механическую прочность выводов.
2- я группа:
проверка электрических параметров, которые в со­
ответствии с ЧТУ отнесены к категории периодических
испытаний;
проверка на отсутствие коротких замыканий и обры­
вов;
испытание на теплоустойчивость;
испытание на холодоустойчивость;
испытание на устойчивость к циклическим измене­
ниям температуры:
испытание на ударную прочность;
испытание на вибропрочность;
испытание на устойчивость к постоянному ускорению;
испытание на влагоустойчивость и герметичность.
3- я группа:
испытание на стабильность работы.
Периодическим испытаниям подвергают 20 шт. при­
боров по каждой группе. Приборы считаются прошед­
шими испытания, если по каждой группе оказалось не
194


более одного прибора, не удовлетворяющего требовани­
ям ЧТУ. При неудовлетворительных результатах прово­
дят повторные испытания на удвоенном количестве при­
боров по той группе, где были получены неудовлетвори­
тельные результаты.
Испытания на гарантийную наработку (на срок служ­
бы) имеют целью проверку работы полупроводниковых
приборов в режимах и условиях, допускаемых ОТУ и
ЧТУ в течение 5000 ч. В некоторых случаях продолжи­
тельность гарантийной наработки может быть иной и
оговаривается в ЧТУ на конкретные типы приборов. Ис­
пытаниям подвергают 100 приборов 1 раз в 12 мес.
В ОТУ указываются основные режимы испытаний по
каждому их виду. Кроме того, в ОТУ содержатся требо­
вания, предъявляемые к испытательным и измеритель­
ным установкам.
Частные технические условия разраба­
тывают для каждой серии (типа) полупроводниковых
приборов как дополнение к общим техническим услови­
ям. В ЧТУ подробно указываются методика и режимы
проведения испытаний с учетом параметров, конструкции
и других особенностей приборов данной серии, в частно­
сти следующее: способ установки приборов, число одно­
временно испытуемых приборов, размеры радиаторов,
способ отвода тепла, величина усилия, а также способ и
направления его приложения к прибору при механиче­
ских испытаниях, длительность испытаний, допустимые
отклонения значений испытательных параметров, элект­
рический режим.
Перед предъявлением приборов в ОТК для приемо­
сдаточных испытаний цех-изготовитель проводит так на­
зываемые технологические испытания. Это означает, что
все приборы, изготовленные цехом, проходят комплекс
испытаний, установленный общими техническими усло­
виями. Нормы на параметры приборов, проверяемые при
технологических испытаниях, жестче, чем нормы на те
же параметры, проверяемые отделом технического конт­
роля. Например, если после цикла технологических испы­
таний диода серии Д231—Д234 оказалось, что его пас­
портное значение обратного тока (не более 3 мА) выдер­
живается при обратном напряжении до 300 В, то диод
классифицируют и маркируют как диод Д232 (с обрат­
ным напряжением 200 В). По нормам ОТУ прибор испы­
тывают в соответствии с присвоенным ему классифика­
195


ционным типом (группой). В приведенном примере диод
будут испытывать как двухсотвольтовый.
Требования, предъявляемые к приборам, можно раз­
делить на пять основных групп: к конструкции; по устой­
чивости к климатическим воздействиям; по устойчиво­
сти к механическим воздействиям; к электрическим
параметрам; к надежности и гарантийной наработке.
Гарантийная наработка — это минимальная продол­
жительность времени работы прибора, в течение которой
завод-изготовитель гарантирует и обеспечивает выполне­
ние определенных требований к изделию при условии со­
блюдения потребителем правил эксплуатации.
В соответствии с перечисленными требованиями име­
ется программа испытаний, по которой они проводятся.
Иначе говоря, при испытаниях проверяется соответствие
приборов предъявленным к ним требованиям.
§ 52. Испытания на соответствие требованиям
к конструкции

Испытания включают в себя проверку общего вида
приборов, правильности присоединения выводов, разме­
ров, механической прочности выводов, качества антикор­
розийных покрытий, герметичности, светонепроницаемо­
сти, качества сварки и лужения выводов, качества стекла,
а также проверку массы приборов. Внешний вид при­
боров, их размеры, защитные покрытия, качество свар­
ных соединений проверяют, осматривая невооруженным
глазом и при помощи мерительных инструментов и спе­
циальных калибров.
Массу прибора проверяют взвешиванием его на ве­
сах с погрешностью ±5% от номинальной массы при­
бора.
Смачиваемость выводов приборов припоем и отсутст­
вие повреждения приборов при пайке проверяют сле­
дующим образом. Вывод, предварительно смоченный
флюсом, погружают на 2—3 с луженой частью в рас­
плавленный припой с температурой 250+10° С. Прибор
считается годным, если припой свободно растекается по
поверхности вывода.
Механическую прочность выводов приборов проверя­
ют следующим образом. При испытании выводов на на­
тяжение прибор закрепляют, а к выводам поочередно
прикладывают усилие вдоль их оси, величина которого
196


и время действия указываются в ЧТУ. Усилие прикла­
дывается постепенно, время действия — не более 2 мин.
При испытаниях гибких выводов на изгиб каждый вы­
вод натягивают относительно корпуса с усилием, указан­
ным в ЧТУ, и изгибают на расстоянии 3 мм от основания
прибора или от начала гибкой части составных выводов.
Радиус изгиба 1,5—2,0 мм, угол изгиба 90°. После этого
вывод возвращают в исходное положение. Указанную
операцию повторяют трижды.
При испытании выводов на воздействие скручивающе­
го момента усилие прикладывается так, чтобы скручи­
ванию подвергались места у основания прибора. Усилие
прикладывается плавно, без толчков. Величина усилия,
продолжительность его воздействия, место и способ при­
ложения указываются в ЧТУ.
Для проверки герметичности полупроводниковых при­
боров применяют несколько методов.
Метод радиоактивного анализа наиболее
сложен и дорог. Он состоит в том, что испытуемые при­
боры помещают в герметичную камеру, которую напол­
няют радиоактивным газом. После удаления газа прибо­
ры извлекают из камеры и проверяют на способность
радиоактивного излучения. Если у испытуемого прибора
нарушена герметизация, то радиоактивный газ проника­
ет внутрь баллона и после извлечения из камеры прибор
будет обладать способностью радиоактивного излуче­
ния. Такой метод испытаний позволяет определить вели­
чину «течи» в достаточно большом диапазоне.
Гелиевый метод испытания заключается в воз­
действии на приборы гелием и дальнейшем обнаружении
гелиевым течеискателем потока газа сквозь негерметич­
ные узлы и элементы прибора. Этот метод проще, чем
первый.
Метод испытаний горячим маслом —
самый простой и дешевый, ибо он не требует сложных
приборов и оборудования. Готовые приборы погружают
в сосуд с прозрачным маслом, нагретым до температуры
120° С. Под воздействием высокой температуры давление
воздуха внутри корпусов приборов повышается и воздух
в виде пузырьков начинает выходить через негерметич­
ные участки в приборах.
Герметичность приборов проверяют при испытании на
влагоустойчивость (кратковременное воздействие) по
методике, описанной в следующем параграфе.
197


Светонепроницаемость приборов проверяют по изме­
нению их обратного тока в режиме, указанном в ЧТУ.
Обратный ток замеряют сначала при затемненном при­
боре, а затем при освещении его электролампой мощно­
стью 200 Вт, расположенной на расстоянии 200—300 мм
от прибора. При испытании между прибором и лампой
устанавливают плоский прозрачный сосуд с водой для
защиты прибора от нагрева световыми лучами.
§ 53. Испытания на соответствие требованиям
по устойчивости к климатическим воздействиям

Комплекс испытаний включает в себя следующие ис­
пытания:
на теплоустойчивость;
на холодоустойчивость;
на устойчивость к термоциклированию;
на влагоустойчивость (кратковременные и длитель­
ные испытания);
на устойчивость к пониженному атмосферному давле­
нию;
на устойчивость к повышенному атмосферному дав­
лению;
на устойчивость к воздействию морского тумана.
Испытаниям на соответствие требованиям по устойчи­
вости к климатическим воздействиям подвергают все из­
готовленные приборы. Для некоторых типов приборов
испытания проводят не в полном объеме.
После каждого вида испытаний производят внешний
осмотр приборов и измеряют электрические параметры
методами, описанными в гл. V. Режим измерения элект­
рических параметров задается ЧТУ.
Теплоустойчивость приборов проверяют в ка­
мере тепла при температуре, указанной в ЧТУ (от 100
до 130° С).
Камера тепла представляет собой герметично закры­
ваемый шкаф с хорошей теплоизоляцией стенок, в кото­
ром установлены нагреватели. Для равномерного распре­
деления температуры в камере предусмотрено принуди­
тельное перемещение воздуха с помощью вентилятора.
Температура в камере поддерживается автоматически с
помощью терморегулирующего прибора.
Установленные на кассеты приборы помещают в ка­
меру так, чтобы каждый прибор соединялся с внешней
198


электрической схемой, с помощью которой задается элек­
трический режим работы приборов. Параметры электри­
ческого режима указываются в ЧТУ. После 30-минутной
выдержки без извлечения приборов из камеры измеряют
их электрические параметры, указанные в ЧТУ для дан­
ного вида испытаний.
По окончании испытаний приборы извлекают из ка­
меры и выдерживают в нормальных климатических усло­
виях не менее 2 ч. Затем измеряют электрические пара­
метры по программе приемо-сдаточных испытаний.

Рис. 115. Камера тепла

Рис. 116. Камера холода

На рис. 115 показана камера тепла (с открытой двер­
цей), предназначенная для испытания диодов серии
Д242—Д246, Д231—Д234. Испытуемые диоды укрепле­
ны на кассете, установленной в нижней части камеры та­
ким образом, что нижние выводы диодов плотно входят
в специальные разъемы, соединенные с измерительной
схемой.
На стенках камеры укреплены кассеты, не включен­
ные в электрическую схему. Здесь диоды предварительно
прогреваются до заданной температуры испытаний.
Холодоустойчивость приборов проверяют в
камере холода при температуре, заданной ЧТУ (от —40
до —60° С).
Принципиально камера холода аналогична камере
тепла. Основное отличие состоит в том, что вместо нагре­
199


вателей установлен испаритель, в котором испаряется
жидкий азот, поступающий из сосуда Дьюара. В сосуде
Дьюара азот находится под большим давлением в жидком
состоянии. Поступая в испаритель, азот увеличивается в
объеме и, следовательно, превращается в газ (испаряет­
ся). При этом с поверхности испарителя поглощается
большое количество тепла. Поверхность испарителя, в
свою очередь, поглощает тепло из объема камеры, что
приводит к понижению температуры в последней.
В камере установлен вентилятор для равномерного
перемешивания воздуха. Заданная температура поддер­
живается автоматически. Испытания проводятся так же,
как и в камере тепла.
На рис. 116 показан общий вид камеры холода для
испытания диодов (дверца камеры открыта). Испы­
туемые диоды расположены так же, как и в камере
тепла.
Устойчивость
к
термоцикл и р о в а н и ю
проверяют в следующем порядке. Приборы помещают в
камеру тепла, температуру в которой заранее доводят
до заданного в ЧТУ значения, и выдерживают 30 мин.
Затем приборы переносят в камеру холода. Время пере­
носа не должно превышать 1 мин. Температура в камере
холода так же заранее доводится до заданного значения.
Приборы выдерживают в камере холода в течение
30 мин, а затем вновь переносят в камеру тепла. Цикл
повторяют 3 раза. Отклонение температуры в камерах
от заданного значения в результате перегрузки прибо­
ров не должно превышать ± 10° С.
После испытаний приборы выдерживают в нормаль­
ных условиях не менее 2 ч. Затем измеряют основные
электрические параметры по программе приемо-сдаточ­
ных испытаний.
Влагоустойчивость приборов проверяют в ка­
мере влажности без подачи напряжения на электроды в
течение нескольких суток (в зависимости от типа при­
боров).
Камера влажности представляет собой довольно
сложное устройство, обеспечивающее в испытательном
объеме заданное значение температуры и влажности
воздуха. Заданная температура обеспечивается нагре­
вателями, а заданная влажность — испарением воды из
специального увлажнителя. Равномерная температура
достигается циркуляцией воздуха в испытательном объ­
200


еме, создаваемой вентилятором, а равномерная влаж­
ность— циркуляцией воздуха через слой воды увлажни­
теля, создаваемой другим вентилятором. Температура
контролируется и поддерживается электронным мостом,
а влажность — электронным психрометром.
Электронный психрометр представляет собой измери­
тельный показывающий самопишущий прибор, на входе
которого включен мост сопротивлений. В одно из плеч
моста включен датчик, сопротивление которого изменя­
ется в зависимости от относительной влажности контро­
лируемой среды.
В конце испытания на длительное воздействие влаги
перед извлечением приборов из камеры на них в течение
5 мин подается напряжение, указываемое в ЧТУ.
После испытаний приборы выдерживают в нормаль­
ных климатических условиях не менее 2 ч, а затем изме­
ряют их основные электрические параметры по програм­
ме приемо-сдаточных испытаний.
Устойчивость к
пониженному
атмо­
сферному давлению проверяют в барокамере при
давлении 5 мм рт. ст. При этом давлении приборы испы­
тывают в течение 15 мин в электрическом режиме, ука­
зываемом в ЧТУ, и затем измеряют параметры в соот­
ветствии с ЧТУ. По окончании испытаний приборы изв­
лекают из камеры и измеряют электрические параметры,
отнесенные в категории приемо-сдаточных испытаний к
важнейшим.
Устойчивость к повышенному
атмо­
сферному давлению проверяют в барокамере
при давлении 30 Па (3 ати). Испытание проводят без
подачи напряжения на электроды приборов в течение
15 мин. По окончании испытаний поступают так же, как
и в предыдущем случае.
Устойчивость к воздействию морского
тумана проверяют следующим образом. Приборы
помещают в камеру с температурой 26° С, в которой со­
здают условия морского тумана распылением раствора
поваренной соли. Общее время испытания — несколько
суток. По окончании испытания измеряют электрические
параметры, отнесенные в категории приемо-сдаточных
испытаний к важнейшим.
Некоторые типы приборов проверяют на грибоустойчивость. Этот вид испытаний проводится по специальной
инструкции и здесь не рассматривается.
201


После каждого вида испытаний перед измерением
электрических параметров необходимо произвести внеш­
ний осмотр приборов.
Выдержавшими испытания считаются приборы, у ко­
торых отсутствуют дефекты, вызывающие потерю их ра­
ботоспособности, внешний вид соответствует требовани­
ям ОТУ и ЧТУ, а значения электрических параметров
или их изменения сохранились в пределах норм, установ­
ленных в ЧТУ для соответствующего вида испытаний.
Кроме того, при испытаниях на влагоустойчивость отбра­
ковывают приборы, у которых наблюдались пробои (иск­
рения) внутри или по поверхности.
§ 54. Испытания на соответствие требованиям
по устойчивости к механическим воздействиям

Проверка приборов на соответствие требованиям по
устойчивости к механическим воздействиям включает в
себя следующие виды испытаний:
на устойчивость к длительной вибрации в диапазоне
частот;
на вибропрочность в диапазоне частот;
на устойчивость к длительной вибрации на фиксиро­
ванной частоте;
на устойчивость к многократным ударам;
на устойчивость к одиночным ударам;
на устойчивость к воздействию постоянного ускоре­
ния.
Испытания проводят при жестком креплении прибо­
ров к платформам испытательных стендов, чтобы воз­
действие нагрузки передавалось приборам с минималь­
ными потерями (без амортизации). Воздействие на при­
боры производится в двух наиболее опасных для них
положениях, указываемых в ЧТУ.
Приборы испытывают в электрическом режиме (за
исключением испытаний на длительную вибрацию в диа­
пазоне частот). После каждого вида испытаний произ­
водят внешний осмотр приборов и измеряют электриче­
ские параметры методами, описанными в гл. V. Режим
измерения электрических параметров задается ЧТУ.
Устойчивость приборов к длительной
вибрации в диапазоне частот проверяют на
вибрационном стенде, обеспечивающем гармонические
колебания, без подачи напряжения на электроды прибо­
ра. Испытание проводят в диапазоне частот от несколь­
202


ких герц до нескольких килогерц с заданным ускорени­
ем. Диапазон частот разбит на 14 поддиапазонов. При
испытании плавно изменяют частоту в каждом поддиа­
пазоне. Время прохождения поддиапазона — порядка
1 мин. На высшей частоте каждого диапазона приборы
выдерживают в течение времени, указанного в ОТУ (не­
сколько часов).
Для испытаний на вибростенде приборы устанавлива­
ют в заданном положении на общую кассету по несколь­
ку десятков штук. Несколько кассет (в зависимости от
размеров приборов) размещают на специальной гори­
зонтальной площадке вибростенда, которая получает ко­
лебательные движения с заданной частотой в вертикаль­
ной плоскости.
Вибростенды бывают двух типов: электромеханиче­
ские и электродинамические. В электромеханических
стендах вибрация площадки создается благодаря враще­
нию разбалансированных дисков, приводимых во враще­
ние электродвигателем. Эти стенды не позволяют полу­
чить большой диапазон частот и ускорений. В электроди­
намических стендах вибрация создается при взаимодей­
ствии магнитных полей неподвижного постоянного
магнита и подвижной катушки, в обмотку которой пода­
ется переменный ток нужной частоты и напряжения.
Стенды позволяют получить вибрационные воздействия
на испытуемые диоды в широком диапазоне частот и
ускорений.
В и бропрочность приборов в диапазоне
частот проверяют в электрическом режиме. Прибо­
ры, укрепленные на кассетах и установленные на вибро­
стенде, с помощью специальных разъемов включают на
все время испытаний в индикаторную схему. На сигналь­
ном щите каждому испытуемому прибору соответствует
группа сигналов, оповещающих об обрыве или о корот­
ких замыканиях соответствующих р—n-переходов внутри
прибора. Даже при кратковременных обрывах или к. з.
срабатывает запоминающее устройство и соответствую­
щий сигнал сохраняется до конца испытаний. Испытания
проводят на частотах нескольких поддиапазонов. При
обнаружении частот, на которых наблюдается выход при­
боров из строя, дополнительно испытывают всю группу
приборов на вибрацию на этих частотах.
Устойчивость приборов к длительной
вибрации на фиксированной частоте про­
203


веряют на вибрационном стенде, обеспечивающем про­
стые гармонические колебания. Испытание проводится
на заданной частоте с заданным ускорением по несколь­
ку десятков часов в каждом положении прибора.
Устойчивость приборов к многократ­
ным ударам проверяют на ударном стенде. В каж­
дом положении прибор подвергают заданному числу
ударов с заданной частотой, с очень большим ускоре­
нием.
Для испытаний на ударном стенде приборы устанав­
ливают на кассеты, укрепляемые на горизонтальной мас­
сивной стальной плите, которая может свободно переме­
щаться по вертикальным направляющим. Плита подни­
мается в верхнее положение под действием кулачка,
насаженного на вал, приводимый во вращательное дви­
жение от двигателя постоянного тока. Кулачок имеет
такую форму, что после того как плита будет поднята в
верхнюю «мертвую» точку, она резко падает вниз под
действием сильной пружины. Падая, плита ударяется об
опоры. Высоту подъема плиты можно регулировать, из­
меняя высоту кулачка. Частоту ударов регулируют изме­
нением числа оборотов приводного двигателя.
Устойчивость приборов к одиночным
ударам проверяют на ударном стенде с ускорением,
во много раз превышающим ускорение свободного паде­
ния, и очень короткой длительностью удара.
При испытании приборы помещают в металлическую
гильзу (сборку) и заливают парафином или другим ве­
ществом с температурой плавления, меньшей, чем пре­
дельно допустимая рабочая температура прибора.
Производится десять ударов, по пять ударов в двух
взаимно перпендикулярных направлениях. Разрешается
проведение испытаний без изменения положения прибо­
ров, если половина приборов испытывает ускоряющее
воздействие в одном направлении, а другая половина —
в перпендикулярном. В этом случае производится десять
ударов.
Перед проверкой электрических параметров приборы
выплавляют из сборки, промывают и просушивают.
Устойчивость приборов к воздействию
постоянного ускорения проверяют на центри­
фуге.
Испытания проводят при заданном ускорении в тече­
ние заданного времени в каждом положении прибора.
204


Ускорение прикладывается примерно в геометрическом
центре прибора и должно поддерживаться постоянным во
все время испытаний.
Выдержавшими испытания на устойчивость к меха­
ническим воздействиям считаются приборы, у которых
в процессе испытаний или после них (в зависимости от
вида испытаний) не обнаружено нарушений контактов
или коротких замыканий и после испытаний отсутствуют
дефекты, вызывающие потерю их работоспособности.
Кроме того, внешний вид приборов должен соответство­
вать требованиям ОТУ и ЧТУ, а электрические парамет­
ры или их изменения должны находиться в пределах
норм, установленных ЧТУ.
При механических испытаниях контроль ускорения
осуществляют следующим образом. При испытаниях на
центрифуге ускорение рассчитывают по обычной форму­
ле механики, зная частоту вращения центрифуги.
Для контроля ускорения при других видах испыта­
ний используют пьезокерамический датчик ускорения,
действие которого основано на свойстве пьезокерамики
вырабатывать электродвижущую силу в результате уп­
ругих механических деформаций.
Датчик размещают непосредственно на основании, к
которому прикреплены испытуемые приборы. Он устро­
ен таким образом, что на помещенный внутри него пьезо­
элемент воздействует грузик из материала с большой
плотностью. Сила, с которой грузик давит на пьезоэле­
мент, тем больше, чем больше величина ускорения,
воздействующего на него. При этом э. д. с., вырабатывае­
мая пьезоэлементом, также возрастет с увеличением де­
формации.
Электродвижущую силу измеряют ламповым вольт­
метром, шкала которого отградуирована непосредственно
в единицах ускорения.
§ 55. Испытания на соответствие требованиям
к электрическим параметрам

К электрическим параметрам приборов предъявляют
следующие требования:
электрические параметры и характеристики приборов
должны соответствовать требованиям и сохраняться в
пределах норм, установленных ЧТУ, как в процессе экс­
плуатации и хранения в условиях и в течение времени,
205


установленных ОТУ и ЧТУ, так и после транспортировки
в условиях, установленных ОТУ;
в приборах не должно быть коротких замыканий и
обрывов в цепях электродов как кратковременных, так
и постоянных;
электрические параметры должны быть стабильными
в пределах норм, установленных ЧТУ.
Электрические параметры и характеристики приборов
измеряют методами и способами, описанными в гл. V.
Последовательность измерений указывается в ЧТУ. Там
же указываются режи­
мы и точность измере­
ния каждого парамет­
ра для конкретного ти­
па приборов.
Проверку электриче­
ских параметров прибо­
ров, отнесенных к при­
емо-сдаточным испыта­
Рис. 117. Схема для проверки вы­
ниям, производят после
прямительных диодов на обрыв и
короткое замыкание:
испытаний на климати­
ИД — испытуемый диод, РУ — регист­
рирующее устройство, СЛ — сигналь­ ческие и механические
ная лампа
воздействия. Тогда же
осуществляют испыта­
ние на отсутствие коротких замыканий и обрывов. Схе­
мы для проведения этих испытаний для разных видов
приборов не имеют принципиальных отличий. Для при­
мера рассмотрим схему проверки на отсутствие коротко­
го замыкания и обрывов для выпрямительных диодов,
показанную на рис. 117.
На испытуемый диод ИД подается постоянное напря­
жение от источника И. Если в диоде есть короткое за­
мыкание, то падение напряжения на нем становится рав­
ным нулю. При этом срабатывает регистрирующее уст­
ройство РУ и включает сигнальную лампу СЛ. При
обрыве в испытуемом диоде все напряжение источника
И прикладывается к выводам диода, а падение напряже­
ния на резисторе отсутствует. В этом случае также сра­
батывают регистрирующее устройство РУ и лампа СЛ.
Стабильность параметров приборов контролиру­
ется:
проверкой характера и степени изменения (дрейфа)
параметров проверяемого прибора;
испытанием при включении на длительную нагрузку.
206


Контроль дрейфа параметров производят, как прави­
ло, одновременно с измерением самих параметров после
испытаний на климатические и механические воздейст­
вия, при приемо-сдаточных испытаниях, при испытании
на надежность и гарантийную наработку. Перечень па­
раметров, для которых контролируется дрейф, указыва­
ется в ЧТУ. В ЧТУ указываются критерии оценки дрейфа
каждого из контролируемых параметров, максимально
допустимое время, в течение которого значение парамет­
ра может изменяться до допустимой величины, скорость
изменения этого параметра за последнюю минуту.
Стабильность параметров путем испытания приборов
на длительную нагрузку проверяют при специальном
виде технологических испытаний, называемом трениров­
кой. Различают два вида тренировки: электрическую и
термоэлектрическую.
При электрической тренировке приборы включают в
электрическую схему, с помощью которой создают ре­
жим работы приборов со средними значениями их основ­
ных параметров. В таких условиях прибор выдерживают
несколько часов или несколько десятков часов (в соот­
ветствии с ЧТУ). При работе схемы специальные устрой­
ства фиксируют выход из строя любого из испытуемых
приборов. По окончании тренировки измеряют основные
электрические параметры.
При термоэлектрической тренировке прибор помеща­
ют в камеру, в которой создается высокая температура,
максимально допустимая для данного типа прибора, т. е.
имитируется токовая нагрузка прибора. Температура в
камере во время испытаний автоматически поддержи­
вается постоянной. Прибор включают в электрическую
цепь и задают средние для него значения обратного на­
пряжения, напряжения переключения или другого пара­
метра в зависимости от вида прибора. Прибор выдержи­
вается в этих условиях в течение нескольких часов или
нескольких десятков часов. По окончании тренировки
измеряют электрические параметры прибора. Иногда
параметры измеряют в процессе тренировки периодиче­
ски или непрерывно. В последнем случае измерения мож­
но производить самопишущим прибором.
Методы тренировки различных полупроводниковых
приборов не имеют принципиальных различий по спосо­
бу включения тренируемого прибора в электрическую
схему и способу измерения параметров. Поэтому доста­
207


точно рассмотреть схему тренировки одного из приборов.
Для примера рассмотрим схему стенда для термоэлект­
рической
тренировки
диодов
средней
мощности
(рис. 118). Схема включает нагреватель Н с терморегу­
лирующим устройством ТРУ и схему включения и изме­
рения испытуемых диодов 1ИД и 2ИД. Диоды работают
в статическом режиме и включены в обратном направ­
лении. Питание диодов осуществляется от источника
постоянного напряжения И, на вход которого подается
напряжение, стабилизированное стабилизатором Ст.

Рис. 118. Схема стенда для термоэлектрической тренировки диодов:
Н — нагреватель, ТРУ — терморегулирующее устройство, 1Л и 2Л— неоновые
сигнальные лампы, 1ИД и 2ИД — испытуемые диоды, 1П и 2П — переключа­
тели, Ст — стабилизатор напряжения

Величину напряжения можно регулировать автотранс­
форматором Тр. На диоды подается обратное напряже­
ние, соответствующее их типу. Резисторы IR1 и 2R1
служат для ограничения тока в цепи в случае пробоя
испытуемых диодов (короткое замыкание электродов).
О пробое диода сигнализирует неоновая лампа 1Л (2Л).
Нормально лампа не светится, так как к ней приложено
очень малое напряжение. Большая часть питающего на­
пряжения падает на обратном сопротивлении испытуе­
мого диода 1ИД (2ИД).
Схема позволяет периодически измерять значение об­
ратного тока любого из тренируемых диодов. Для этого
переключатель 1П (2П) переводят в правое (по схеме)
положение. При этом последовательно с диодом включа­
ется миллиамперметр mA.
Практически на стенде одновременно испытывают не
два, а несколько десятков или сотен приборов.
208


На рис. 119 показан общий вид стенда для термоэлек­
трической тренировки диодов. Испытуемые диоды уста­
навливают на специальные радиаторы и помещают в
большую прямоугольную камеру так, что выводы прибо­
ров входят в разъемы, через которые они включаются в
электрическую цепь. В средней части стенда установле­
ны лицевые панели, на которых расположены переключа-

Рис. 119. Общий вид стенда для термоэлектрической тренировки
диодов

тели (/77 и 2П на рис. 118) по числу тренируемых дио­
дов. На средней панели находятся вольтметр V, по ко­
торому устанавливают величину обратного напряжения,
и миллиамперметр mA для контроля обратного тока
диодов.
Следует отметить, что при этом виде испытаний, а
также при климатических испытаниях, где применяют
радиаторы, необходимо следить, чтобы поверхность ра­
диатора была гладкой и приборы плотно прилегали к
нему. Из-за несоблюдения этих требований может ухуд­
209


шиться отвод тепла от прибора, что вызовет его перегрев
и может привести к выходу прибора из строя или ухуд­
шению его параметров.
Перед началом испытаний приборов измеряют их
электрические параметры. По окончании испытаний при­
боры выдерживают заданное ЧТУ время в нормальных
условиях, осматривают их и измеряют электрические
параметры, указанные в ЧТУ. Кроме того, проверяют
дрейф параметров.
Некоторые виды приборов проверяют на перегрузку
по прямому току. Нормы на кратность тока перегрузки и
длительность его воздей­
ствия
устанавливаются
ЧТУ. Например, диоды
Д231 и Д234 должны вы­
держивать трехкратную
перегрузку в течение 1,5 с
и
десятикратную пере­
V?
грузку в течение 50 мс.
лг
На рис. 120 показана
схема для испытания дио­
Рис. 120. Схема для испытания дов на перегрузку по пря­
диодов на перегрузку по прямому мому току. Схема для ис­
току:
пытания коллекторного и
ДВ — дозатор времени, И — источник эмиттерного
переходов
тока, Кн — кнопка, ИД — испытуемый
диод, 3 — замкнутый замыкатель
транзисторов
выглядит
аналогично. Через испы­
туемый диод ИД пропускают импульс переменного тока
заданной величины от источника тока И. Длительность
импульса задается дозатором времени ДВ. При нажатии
кнопки Кн сигнал с выхода дозатора открывает управ­
ляемый диод Д2, через который пропускается ток пере­
грузки на испытуемый диод. По окончании импульса с
дозатора времени, в момент когда значение испытатель­
ного тока (полусинусоиды) равно нулю, управляемый
диод закрывается. Значение испытательного тока задают
перед испытанием при отключенном от зажимов испытуе­
мом диоде и замкнутом замыкателе 3 с помощью пере­
менного резистора R2. В качестве дозатора времени ДВ
может быть применен формирователь импульсов, описан­
ный в гл. IV.
Приборы считаются выдержавшими испытания на со­
ответствие требованиям к электрическим параметрам, ес­
ли в процессе испытаний и после них внешний вид, элек­
210


трические параметры и их изменения сохранились в пре­
делах норм, установленных ЧТУ для этих видов испы­
таний.
§ 56. Испытания на надежность и гарантийную
наработку

Завод-изготовитель гарантирует работу приборов ши­
рокого применения в течение 5000 ч. Надежность прибо­
ров проверяется в процессе испытаний на гарантийную
наработку за 500 ч их работы. По ЧТУ задается крите­
рий надежности (интенсивность отказов), показывающий
максимально допустимое число отказавших приборов в
единицу времени.
В ЧТУ также указывается минимальное значение ве­
роятности безотказной работы приборов как доля прибо­
ров, выдержавших испытания, от общего количества ис­
пытуемых приборов (обычно не менее 0,95).
Испытания проводят 1 раз в 12 мес. Количество испы­
туемых приборов— 100.
Испытания проводят при температуре окружающей
среды +25±10°С. Приборы крепят на индивидуальные
радиаторы, помещают в специальную камеру, где они
через разъемы соединяются с электрической схемой. Ис­
пытания, как правило, проводят в следующих режимах:
диоды — в динамическом с однополупериодным вы­
прямлением при максимальном значении обратного на­
пряжения и максимальном значении прямого тока для
температуры проведения испытаний;
транзисторы — в статическом при максимальной мощ­
ности рассеяния на коллекторе и максимальном значе­
нии напряжения коллектор — эмиттер или коллектор —
база для температуры проведения испытаний.
Для отдельных видов приборов режим испытаний
указывается в ЧТУ в соответствии с особенностями ис­
пользования этих приборов.
В процессе испытаний производят замеры электриче­
ских параметров — критериев годности с заданной перио­
дичностью (100, 500, 1000 ч). Измерения выполняют, не
извлекая приборы из испытательной установки.
Приборы, имеющие к. з. или обрывы, или параметры
которых отличаются от заданных норм, из схемы исклю­
чаются.
Выдержавшими испытания считаются приборы, у ко­
торых внешний вид и электрические параметры — кри­
211


терии годности сохранились в пределах норм, установ­
ленных ЧТУ на приборы конкретных типов.
По окончании испытаний определяют интенсивность
отказов и вероятность безотказной работы приборов.
Если результаты испытаний оказались неудовлетвори­
тельными, то на основании характера отказа каждого
прибора находят причины отказов. Затем проводятся
мероприятия, направленные на устранение выявленных
дефектов и приведение качества приборов в соответствие
с требованиями ЧТУ.
§ 57. Меры защиты полупроводниковых приборов
от повреждений

Современные полупроводниковые приборы в силу
действия физических процессов, которые лежат в основе
их работы, весьма чувствительны к перегрузкам по току
и напряжению. В первую очередь это относится к при­
борам малой мощности. Поэтому при измерениях и
испытаниях полупроводниковых приборов необходимо
принимать меры для их защиты от повреждений. В част­
ности, по этой причине не следует применять пайку при­
боров при включенном напряжении питания измеритель­
ной установки. Надо избегать такого включения транзи­
сторов, когда базовый вывод остается свободным, что
приводит к резкому увеличению тока коллектора и мо­
жет вывести прибор из строя. Нельзя допускать сопри­
касания базового вывода транзистора с коллекторным
(при включенном питании), особенно если в цепи кол­
лектора нет ограничительного резистора. По этим при­
чинам при измерениях и испытаниях необходимо снача­
ла вставить прибор (приборы, кассету с приборами) в
контактное устройство, а затем включать питание.
Особого внимания требует защита приборов от воз­
действия статического электричества. В современных
производственных помещениях в условиях низкой влаж­
ности и использования синтетических покрытий полов,
материалов для рабочих поверхностей и одежды на теле
человека накапливается заряд статического электриче­
ства, достигающий нескольких сотен и даже тысяч вольт
относительно заземленных частей оборудования. При
касании рукой полупроводникового прибора, располо­
женного на заземленном основании или включенного в
измерительную схему, происходит разряд статического
212


электричества через прибор на «землю» и, как следст­
вие, выход его из строя в результате пробоя р—п-перехода.
Для защиты от статического электричества применя­
ют следующие меры. При транспортировке внутри про­
изводственных помещений гибкие выводы маломощных
приборов слегка скручивают между собой или объеди­
няют общим металлическим хомутиком. Металлические
части паяльников, используемых при работе с прибора­
ми, соединяют гибким плетеным проводником с зазем­
ленным кожухом измерительного оборудования или сто­
лом. Оператор, занятый измерениями и испытаниями
полупроводниковых приборов (особенно туннельных
диодов и полевых транзисторов), должен одевать на
руку специальный заземляющий браслет. Он представ­
ляет собой кожаный ремешок, на котором расположена
металлическая пластинка, плотно прилегающая к руке
при затягивании ремешка. Пластинка соединяется гиб­
ким плетеным проводником с заземленной частью обору­
дования. Брать полупроводниковый прибор и устанавли­
вать его в контактное приспособление надо рукой, на ко­
торой имеется браслет.
Контрольные вопросы

1. Каково назначение испытаний полупроводниковых приборов?
2. Что такое ОТУ и ЧТУ?
3. Какие категории испытаний приняты для полупроводнико­
вых приборов?
4. Какие испытания проводят при проверке на соответствие тре­
бованиям к конструкции?
5. Какие испытания проводят при проверке на соответствие
требованиям по устойчивости к климатическим воздействиям?
6. Какие испытания проводят для проверки соответствия тре­
бованиям к электрическим параметрам?
7. Расскажите о порядке испытаний в камерах тепла, холода
и влаги.
8. Как проводят испытания на удар, вибрацию и ускорение?
9. Что такое тренировка и как она проводится?
10. Как проводят испытания на надежность и гарантийную на­
работку?
11. Каковы меры защиты полупроводниковых приборов от ста­
тического электричества?


ЛИТЕРАТУРА
Брук В. А. и др. Производство полупроводниковых приборов.
М., «Высшая школа», 1968.
Гольденберг Л. М. Основы импульсной техники. М.»
Связьиздат, 1963.
Городецкий А. Ф., Кравченко А. Ф. Полупроводни­
ковые приборы. М., «Высшая школа», 1967.
Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства
полупроводниковых приборов. Л., «Судостроение», 1965.
Лендоел Б. Лазеры. Перев. с англ. О. Н. Крохина и
Ю. М. Попова. М., «Мир», 1964.
Назаров Г. В., Гревцов Н. В. Сварка и пайка в микро­
электронике. М., «Советское радио», 1969.
Севин Л. Полевые транзисторы. М., «Советское радио», 1968.
Свечников С. В. Элементы оптоэлектроники. М., «Совет­
ское радио», 1971.
Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзи­
сторных схем. М. — Л., Госэнергоиздат, 1963.
Терешин Г. М., П ы ш к и н а Т. Г. Электрорадиоизмере­
ния. М., «Энергия», 1975.
Тиристоры. Технический справочник. Перев. с англ. Под ред.
В. А. Лабунцов а и А. Ф. Свиридова. М. — Л., «Энергия»,
1971.
Федотов Я. А. Основы физики полупроводниковых прибо­
ров. М. «Советское радио», 1970.


Scan, processing, OCR- waleriy* 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...............................................................................................

3

Глава I. Измерения и измерительные приборы.......................

5

§
1. Методы измерений.................................................................
5
§
2. Погрешности измерений......................................................
6
§ 3. Классификация электроизмерительных приборов по спо­
собу получения отсчета..........................................................
8
§
4. Приборы для измерения электрических величин .... 9
§ 5. Приборы для измерения температуры неэлектрическими
методами........................................................................................12
§ 6. Приборы для измерения температуры электрическими
методами................... .................. ..................
15

Глава II. Полупроводниковые приборы и их назначение . .
§ 7.
§ 8.
§ 9.
§10.
§ 11.
§ 12.
§13.
§ 14.
§ 15.
§ 16.
§ 17.

22

Общие сведения.......................................................................... 22
Полупроводниковые диоды....................................................... 29
Транзисторы................................................................................. 37
Полевые транзисторы................................................................ 43
Однопереходные транзисторы...................................................46
Тиристоры..................................................................................... 48
Фоточувствительные полупроводниковые приборы .... 52
Излучающие диоды..................................................................... 55
Оптоэлектронные приборы....................................................... 57
Интегральные микросхемы........................................................ 59
Конструкции полупроводниковых приборов......................... 61

Глава III. Технологический процесс производства полупро­
водниковых приборов.................................................... 63

§ 18.
§ 19.
§ 20.
§21.

§ 22.
§ 23.
§ 24.
§ 25.
§ 26.

Требования к технологическому процессу............................. 63
Методы получения р — n-переходов........................................ 64
Получение омических контактов...............................................74
Прогрессивные технологические приемы изготовления
полупроводниковых структур.................................................... 75
Методы присоединения выводов............................................... 80
Технологическая схема полупроводникового производ­
ства ................................................................................................. 81
Изготовление пластин и кристаллов....................................... 86
Сборка планарно-эпитаксиальных диодов.............................. 88
Сборка диффузионно-сплавных высокочастотных тран­
зисторов .......................................................................................... 90

215


Глава IV. Измерительные схемы и их монтаж.......................... 93

§ 27. Основные понятия о Единой Системе Конструкторской
Документации (ЕСКД).............................................................. 93
§ 28. Структурные схемы измерительныхустройств...................... 99
§ 29. Источники питания.................................................................... 103
§ 30. Усилители.................................................................................... 108
§31. Импульсные схемы измерительныхустройств....................... 111
§ 32. Сравнивающие устройства....................................................... 117
§ 33. Понятие о логических элементах.......................................... 118
§ 34. Конструкции измерительных устройств и виды электро­
монтажа ........................................................................................122
Глава V. Измерение электрических параметров полупровод­
никовых приборов........................................................... 125

§ 35. Назначение и способы измерений..........................................125
§ 36. Измерение выпрямительных диодов..................................... 128
§ 37. Измерение высокочастотных исверхвысокочастотных
диодов........................................................................................... 136
§ 38. Измерение импульсных диодов............................................. 141
§ 39. Измерение стабилитронов...................................................... 143
§ 40. Измерение тиристоров.............................................................. 146
§41. Измерение биполярных транзисторов.................................. 154
§ 42. Измерение полевых транзисторов......................................... 165
§ 43. Измерение однопереходных транзисторов........................... 169
§ 44. Измерение варикапов и туннельных диодов.........................174
§ 45. Измерение
фоточувствительныхполупроводниковых
приборов....................................................................................... 175
§ 46. Измерение светодиодов............................................................ 177
§ 47. Измерение лазерных диодов................................................... 178
§ 48. Измерение оптронов.................................................................. 181
§ 49. Автоматизация измерений...................................................... 186

Глава VI. Испытания полупроводниковых приборов .... 192
§ 50. Воздействие окружающей среды на полупроводниковые
приборы........................................................................................ 192
§ 51. Классификация испытаний....................................................... 193
§ 52. Испытания на соответствие требованиям к конструк­
ции ................................................................................................. 196
§ 53. Испытания на соответствие требованиям по устойчиво­
сти к климатическим воздействиям....................................... 198
§ 54. Испытания на соответствие требованиям по устойчиво­
сти к механическим воздействиям........................................ 202
§ 55. Испытания на соответствие требованиям к электриче­
ским параметрам....................................................................... 205
§ 56. Испытания на надежность и гарантийную наработку . . 211
§ 57. Меры защиты полупроводниковых приборов от повреж­
дений ............................................................................................. 212
Литература.............................................................................................214