ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2007, № 5, с. 108-113
_ ЭЛЕКТРОНИКА _
- И РАДИОТЕХНИКА -
УДК 621.382.323
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ К ИМПУЛЬСНЫМ ПЕРЕГРУЗКАМ
© 2007 г. А. М. Бобрешов, А. В. Дыбой, Ю. И. Китаев, Ю. Н. Нестеренко
Воронежский государственный университет Россия, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1 Поступила в редакцию 07.12.2006 г.
Описана установка для экспериментального определения восприимчивости полевых транзисторов с затвором Шотки (п.т.Ш.) к обратимым отказам под действием мощных импульсных помех. В отличие от имеющихся методов испытаний п.т.Ш. на основе техники с.в.ч., предлагаемая установка основана на тестировании п.т.Ш. видеоимпульсами. При этом упрощаются конструкция установки и методика испытаний. Общность механизмов обратимых отказов п.т.Ш. в случаях перегрузок импульсами с.в.ч. и видеоимпульсами позволяет распространить результаты испытаний на оба случая. Представленный метод позволяет сравнительно просто и с использованием минимальных средств проводить отбор транзисторов по критериям надежности функционирования в условиях действия импульсных перегрузок.
PACS: 85.30.De, 85.30.Tv
Надежность функционирования радиоаппаратуры в условиях действия мощных импульсных помех определяется, в основном, стойкостью уязвимых элементов аппаратуры к импульсным перегрузкам [1, 2]. К числу таких уязвимых элементов относятся малошумящие арсенидгаллиевые полевые транзисторы с затвором Шотки (п.т.Ш.). Эти транзисторы нашли широкое применение в современных малошумящих усилителях радиочастоты (м.ш.у.) для радиоприемников с.в.ч.
Мощные импульсные помехи, действуя на п.т.Ш., могут привести к его катастрофическому отказу или вызвать временные (обратимые) отказы, выражающиеся в снижении коэффициента усиления и повышении коэффициента шума м.ш.у. с постепенным восстановлением этих параметров через некоторое время после прекращения действия помехи. Обратимые отказы на практике более вероятны, поскольку они возникают при меньших мощностях помех.
Деградация п.т.Ш. при воздействии периодической последовательности импульсов усиливается за счет кумулятивного эффекта. В связи с этим проблема обратимых отказов п.т.Ш. исключительно важна для радиолокационной станции, где определенная доля мощности от собственного передатчика просачивается через защитное устройство на вход приемника и, воздействуя на п.т.Ш., вызывает снижение чувствительности приемника в межимпульсных промежутках [1-4].
Таким образом, для обеспечения нормальной работы радиоприемников в условиях действия импульсных помех необходимо принимать меры по снижению восприимчивости п.т.Ш. к таким по-
мехам. Опыт показывает, что восприимчивость п.т.Ш. к импульсным помехам весьма сильно зависит от типа транзисторов и имеет значительный разброс между партиями п.т.Ш. одного типа. В этих условиях эффективны меры по отбору типов, партий и экземпляров п.т.Ш., отвечающих требованиям надежности.
Для решения данной задачи, в принципе, могут быть использованы методы и установки, применяемые при исследовании воздействия с.в.ч.-им-пульсов на п.т.Ш. [3, 4]. Эти установки основаны на максимальном приближении к условиям реальных воздействий на п.т.Ш. в структуре радиолокационной станции, но они сложны из-за применения с.в.ч.-техники. Между тем физические механизмы обратимых отказов п.т.Ш. [1, 2, 4, 5] таковы, что они вполне могут быть воспроизведены при использовании видеоимпульсов в качестве тестовых сигналов вместо с.в.ч.-импульсов.
Суть этих механизмов заключается в том, что при перегрузках п.т.Ш. создаются условия для перезарядки глубоких уровней подложки, приводящей к образованию объемного заряда на границе канал-подложка и соответственной модуляции проводимости канала п.т.Ш. При воздействиях по входной цепи затвор-исток условия для перезарядки глубоких уровней создаются за счет конфигурации внутреннего поля п.т.Ш. вблизи отсечки [4] или в состоянии отсечки [5]. Ясно, что такие условия могут быть в равной степени созданы как при воздействии на вход отрицательной полуволны с.в.ч.-сигнала, так и при воздействии видеоимпульса отрицательной полярности.
Общность механизмов обратимой деградации п.т.Ш. под действием с.в.ч.- и видеоимпульсов позволяет применить метод и установку для испытаний п.т.Ш. на основе техники видеоимпульсов, которая значительно проще, чем с.в.ч.-техника. П.т.Ш., показавшие наименьшую подверженность деградации при испытаниях видеоимпульсами, будут, очевидно, более устойчивыми к перегрузкам с.в.ч.-импульсами.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТАНОВКИ
Испытательная установка, функциональная схема которой приведена на рис. 1, предусматривает возможность воздействия на п.т.Ш. периодическими видеоимпульсами различной полярности, амплитуды, длительности и частоты повторения. Импульсные последовательности формируются путем переключения источников опорных напряжений с помощью программно-управляемых аналоговых коммутаторов. Предусмотрено формирование импульсных последовательностей как во входной цепи затвор-исток, так и в выходной цепи сток-исток. Последняя из этих возможностей введена с целью исследования надежности транзисторов при импульсных воздействиях по выходной цепи, поскольку на практике транзисторы могут подвергаться перегрузкам импульсными помехами не только по входной цепи, но и по выходной. Источником таких помех, как правило, являются переходные процессы внутри радиоаппаратуры [2], вследствие чего они имеют форму видеоимпульсов. Не исключено также воздействие преднамеренных помех в виде электромагнитных видеоимпульсов, наводки от которых могут появляться как во входной, так и в выходной цепи.
В то время как в с.в.ч.-методиках измеряемыми величинами являются коэффициент усиления и коэффициент шума в межимпульсных промежутках и деградация п.т.Ш. характеризуется ухудшением этих параметров, при использовании видеоимпульсов контролируемой величиной является ток стока транзистора, однозначно связанный с проводимостью канала, и деградация п.т.Ш. оценивается по изменению этой величины относительно первоначального значения после импульсного воздействия. При использовании периодических испытательных импульсов наиболее удобной контролируемой величиной является средний по времени ток стока в межимпульсных промежутках.
Измерение тока стока п.т.Ш. осуществляется по напряжению на резисторе Яс в цепи стока. Поскольку из соображений точности измерений этот резистор имеет малое сопротивление, сигнал, снимаемый с него, должен быть усилен и только после этого подан на индикатор, в качестве которого используется осциллограф. Для получения максимально полной картины эффектов импульсного воздействия на п.т.Ш., наряду с измерением то-
к усилителю
их
к усилителю ' ]
Логическое устройство управления
\
Rr
R,
и.
-о о-
+ 9 9+ из0
и
с имп +6 6 + ис0
и-
Рис. 1. Функциональная схема испытательной установки.
ка стока введена возможность контроля тока в цепи затвора, где так же, как и в выходной цепи, установлен резистор Лз, сигнал с которого через усилитель с дифференциальным входом может быть подан на осциллограф.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Структурная схема испытательной установки, состоящей из аналогового и цифрового модулей и источника питания, приведена на рис. 2.
Аналоговый модуль содержит коммутаторы для переключения между рабочими и импульсными значениями опорных напряжений, линейные стабилизаторы для формирования опорных напряжений, датчики токов затвора и стока испытуемого образца, усилители сигналов датчиков тока с независимой регулировкой нуля и коэффициента усиления. Кроме того, аналоговый модуль содержит площадку для размещения испытуемого образца с согласующими элементами. В конструкции аналогового модуля приняты меры по предотвращению самовозбуждения схемы включения п.т.Ш., заключающиеся в обеспечении согласования в цепях питания во всем диапазоне частот вплоть до частоты единичного усиления транзистора, а также в применении дополнительных реактивных элементов, размещаемых как можно ближе к исследуемому образцу.
На рис. 3 приведена принципиальная схема коммутации напряжений на затворе (входе) и стоке (выходе) исследуемого п.т.Ш. В качестве аналоговых коммутаторов используются схемы DG419, обладающие низким внутренним сопротивлением. Достоинством указанной схемы является также способность переключать как положительные, так и отрицательные напряжения. Коммутируемые напряжения подаются на входы и 52, а переключение осуществляется управлением логическим
110
БОБРЕШОВ и др.
Синхронизация
Аналоговый модуль
Усилитель датчика тока стока Усилитель датчика тока затвора
Коммутатор стока Коммутатор затвора
Источники опорных напряжений
Образец
Цифровой модуль
Контроллер
Источники
опорных напряжений
ПЗУ
RS-232
+5 + 12 -12
+5
Рис. 2. Структурная схема установки. ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.
состоянием сигнала на входе Ж При подаче на вход Ш сигнала логического нуля выход В соединяется со входом 51, а сигнал логической единицы коммутирует вход 52.
Время переключения не превышает 100 нс и обычно составляет около 60 нс. Это позволяет получать на выходе импульс, форма которого близка к прямоугольной при длительности >500 нс. Номиналы резисторов в цепях стока и затвора, выполняющих функции датчиков тока, выбираются такими, чтобы падение напряжения на них не оказывало заметного влияния на режим работы испытуемого образца по постоянному току, например 0.1, 0.5 или 1 Ом.
Для усиления сигналов с датчиков тока используются инструментальные усилители с независимой регулировкой смещения и коэффициента усиления, принципиальная схема которых приведена на рис. 4. Схема содержит входной каскад на трех операционных усилителях (Мъ М2-1), который имеет дифференциальный вход и высокое входное сопротивление. Синфазный коэффициент усиления схемы близок к нулю, а его реальная величина определяется в основном отклонениями сопротивлений резисторов схемы от их номиналов. Поэтому следует использовать
резисторы с отклонением от номинала не более 0.5%. Коэффициент усиления каскада задается настройкой переменного резисто
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.