专利名称：半导体元件直流耐压自动测试器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种用于测定半导体元件直流耐压的新型自动测试装置。
一般公知的半导体元件耐压测试设备，如晶体管特性图示仪，作元件耐压测试一般只能达到一千伏以下;以人工调控测试电压，用图形曲线间接比较得出被测元件的击穿电压，测试速度慢、精度低、操作复杂;图示仪属于大型仪器，较笨重，且价格昂贵。其它一些半导体直流耐压专用测试设备也多为人工调控测试电压，给使用者带来极大不便。
本发明的目的在于设计一种新型半体元件直流耐压测试设备，使之自动调控测试电压，测试精度较高，小巧轻便，操作简单，安全可靠，以便弥补一般公知的半导体元件直流耐压测试设备在功能上的不足。
本发明的特点是由自动恒流测量电路与自动步进调压电路，以单方向迭加方法组成了耐压测试系统，自动调控测试电压，低自0.1伏，高达2000伏，耐压测量电流多档可选;
以普通数字式或指针式直流电压表作耐压示值，采取偏移电补偿表头的分流，提高了测试读数精度;
由于采用了单方向迭加技术，整机电路均以中低压元件构成，造价较低。
以下将结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的逻辑框图。
图2是本发明的自动恒流测压系统电子线路原理图。
图3是本发明自动步进调压系统电子线路原理图。
参照图1-3，本发明包括自动恒流测压系统SA和自动步进调压系统SB两部分。自动恒流测压系统SA由测量与取样单元1、恒流控制单元2组成。测量与取样单元1由开关SW1、SW2、K，电阻R1-R10、R37-R40，稳压二极管D1、D9，外供电源E3和接线端子P1-P4构成。其中SW1为测试电流选择开关，SW2为被测元件极性转换开关，K为测量读数开关，R1-R7为测试电流选择取样电阻，R40为假负载电阻，由R8-R10、D1提供了基准参比电压VR1，由R37-R39、D9提供分流补偿偏移电压VR2。P1、P2接被测元件，P3、P4外接读数电压表;Vi为由取样电阻上得到的恒流控制信号。
恒流控制单元2由运算放大器A1，三极管T01、T02，二极管D2、D3，电阻R11-R14和外接主电源E1，电路工作电源1V+、1V-组成。其中，A1、D3、T01、R11-R14组成了比较放大器。T02为恒流调整管，IN为恒定测试电流。
自动恒流测压系统SA的功能是当被测耐压元件选定了测试电流(耐压测试条件电流)的情况下，以足够高的清度自动地恒定流过被测元件回路的测试电流IN，在被测元件两端建立起稳定电压，即被测元件的耐压。同时，提供了耐压数值显示仪表分流补偿电路，以保证测量读数精度。
自动步进调压系统SB由区间电压比较单元3、步进电压控制单元4、步进电压驱动单元5、辅助步进电压插入单元6组成。
区间电压比较单元3由运算放大器A2、A3，二极管D5-D8，电阻R15-R26构成。其中A2、D5、D6、R21、R22、R25组成上升控制电压比较器，其输出电压为V02;由R15-R20组成区间电压取样电路，在R16上端取得的分压MV与T02输出电压成比例，在R18上端取得的分压LV和在R20上端取得的分压HV与T02输入电压成比例，LV约为E1的5%，HV约为E1的95%，2V+、2V-为电路工作电源。
步进电压控制单元4由时基集成电路IC1、数字集成电路IC2-IC4、电阻R61、R62、电容器C、二极管D20、D21组成。其中IC1、R61、R62、D20、D21、C组成超低频(约2Hz)脉冲发生器，CP为输出的脉冲电压，3V+为工作电压。由IC2的M1-M4构成CP脉冲控制电路，控制信号来自区间电压比较单元3的V01、V02和IC4的相应输出。由IC3、IC4组成十进可逆计数分配器;加计数脉冲CP+来自M1的输出，减计数脉冲CP-来自M2的输出，Y0-Y9为十进制分配输出端。
步进电压驱动单元5由电阻R41-R60，三极管T1-T10，二极管D10-D19，发光二极管L1-L10，超小型继电器J0-J9组成。E4为电路工作电源，其输入控制来自IC4的Y0-Y9。Y0-Y9在变换过程中，同时只能有一个为高电平输出，使相连的三极管导通，继电器吸合，发光二极管显示。
辅助步进电压插入单元6由超小型继电器触点J0-J9、限流电阻R27-R36、二极管D4组成。外接辅助电压E2由数值相同、每段约为0.8E1的梯阶电压V1-V9串联而成。作为E2的V1-V9可由电源变压器九个单独绕阻经半波整流、滤波后串联方法获得，也可用其它方法获得。V1-V9在电路内以同相串入E1的负载回路中，因此在图2中以-V1～-V9表示了串入方向。
自动步进调压系统的功能如下当被测元件的实际耐压超过了主电源E1所能提供的数值时，自动地由低向高以步进方式将辅助电压等梯度提升，单方向迭加到测试系统中，调整管T02输出电流相加成为IN流过被测元件，使被测元件的耐压由辅助步进电压E2与主电源E1共同作用形成。
本发明整机工作过程原理是
将外出线端子P1、P2接上被测元件，P3、P4接直流电压表。在测量开关没按下的情况下，P1与P2之间并接了较低阻值的假负载电阻R40，步进调压继电器J0吸合。主电源E1正极经调整管T02串接由SW1选择的一个取样电阻后，经SW2一侧、R40、K和限流电阻R27到E1的负极，形成一个电流串联回路。比较放大器的A1“+”输入端经R11取得参比电压VR1，“一”输入端经R12取得由电流取样电阻产生的电压降-恒流控制信号Vi。
按下测试开关K，比较放大器在T01发射极输出的控制电压，使调整管T02工作，改变了流过取样电阻、被测元件系统测量电流IN。当Vi＝VR1时，系统处于平衡状态并保持IN恒定。被测元件两端电压便是对应IN的耐压。如用电压表直接并于元件两端测量，由于电压表总是要吸收一些电流，对被测元件形成分流使测量结果产生较大误差，所以将电压表的正极接在取样电阻之前。但这样接法将使是电压表的读数比实际耐压大了一个Vi，故又在电压表正极回路中反相串联一个偏移电压VR2。因预先已整定VR2＝VR1，在系统平衡时Vi＝VR1，故VR2＝Vi，电压表的读数便与元件实际耐压相同，却无分流作用。
R40、K的作用是在被测元件未接入电路之前，使值较低的电阻R40接于系统内，以免系统开路，防止在按下开关K时高电压对被测元件产生冲击。R27及R28-R36的限流电阻，可保护被测元件不被过大的瞬态电流损坏。
当被测元件的耐压超出E1所能供给电压数值时，调整管T02的压降Vce降至较低程度，使MV＜LV，上升控制电压比较器的运算放大器A2输出V01为高电平，与非门M1被开通。脉冲发生器的时基集成电路IC1输出CP脉冲由与非门M1送到时基集成电路IC3的加法计数脉冲输入端CP+，时基集成电路IC4的高电平输出线由Y0变为Y1，使二极管T2导通，继电器J0释放，J1吸合。辅助步进电压E2的第一梯阶电压V1负极经R28串入被测元件下端的回路中，V1的正极接在二极管D4的正极上。由于二极管D4的单向迭加作用，使自动恒流系统处于V1+E1电源电压条件下，调控着测量电流IN。此时，如被测元件耐压在V1+E1的范围内，调压取样信号MV＞LV，V01变低电平，M1被封锁，CP+无脉冲输入，Y1保持高电平，J1继续吸合，恒流测压系统处于稳定的平衡状态，测出被测元件的耐压。
如果V1+E1仍不能满足测试所需电压，还会是MV＜LV，V01仍为高电平，M1开通，IC3的CP+再次进入脉冲，IC4输出高电平线由Y1升为Y2、Y3、Y4……，对应的步进电压驱动继电器由J1吸合变为J2、J3、J4……依次吸合，直到新的E2+E1足了测试的电源电压条件为止。
当被测元件的耐压低于现有E2+E1时，T02的Vce接近E1，MV＞HV，下降控制电压比较器的运算放大器A3输出V02变高电平，M2开通，CP脉冲经M2送至IC3的减法计数脉冲输入端CP-，IC4的高电平输出由高变低，使E2的步进电压下降，当降到MV＜HV时，V02变为低电平，系统处于稳定平衡。
为了防止可逆计数器在系统动态过程中出现0和9超越，造成系统失调，在IC4输出线Y0和Y9分别经M4和M3控制着M2和M1。当IC4高电平输出线为Y0时，M2被封锁防止由Y0突变成Y9;当IC4高电平输出线为Y9时，M1被封锁，将不会出现由Y9突变为Y0，起到了终端限位作用。
若不希望把耐压测试中的上限电压定的很高，可把M3门输入端适当选接IC4的输出线，取得必要的步进电压梯阶级数。
本发明由于自动调控测试电压，且测量电流多档可选，给测定半导体元件耐压值、正向结压降、稳压值等参数带来很大方便。整机工作安全可靠，测试精度高，造价较低，小巧轻便，弥补了一般公知的半导体元器件测试设备的不足。
权利要求
1.一种用于测定半导体元件直流耐压的新型自动测试器，其特征是该测试器包括自动恒流测压系统SA和自动步进调压系统SB两部分，自动恒流测压系统SA由测量与取样单元1、恒流控制单元2组成，自动步进调压系统SB由区间电压比较单元3、步进电压控制单元4、步进电压驱动单元5、辅助步进电压插入单元6组成；测量与取样单元1由开关SW1、SW2、K，电阻R1-R10、R37-R40，稳压二极管D1、D9，外供电源E3和接线端子P1-P4构成，恒流控制单元2由运算放大器A1，三极管T01、T02，二极管D2、D3，电阻R11-R14和外接主电源E1，电路工作电源1V+、1V-组成，区间电压比较单元3由运算放大器A2、A3，二极管D5-D8，电阻R15-R26构成，步进电压控制单元4由时基集成电路IC1、数字集成电路IC2-IC4、电阻R61、R62、电容器C、二极管D20、D21组成，步进电压驱动单元5由电阻R41-R60，三极管T1-T10，二极管D10-D19，发光二极管L1-L10，超小型继电器J0-J9组成，辅助步进电压插入单元6由超小型继电器触点J0-J9、限流电阻R27-R36、二极管D4组成。
全文摘要
半导体元件直流耐压自动测试器属于一种用于测定半导体元件直流耐压的新型测试装置。测试装置包括自动恒流测压系统和自动步进调压系统两部分。本发明特点是，自动调控测试电压，测量电流多挡可选；测试精度高，整机工作安全可靠，小巧轻便，弥补了一般公知的半导体元器件测试设备的不足。
文档编号G01R31/26GK1055242SQ9010507
公开日1991年10月9日 申请日期1990年3月31日 优先权日1990年3月31日
发明者范传明 申请人:大连发电总厂