DE2201335C3

DE2201335C3 - Prüfanordnung für elektronische Bauelemente, vorzugsweise für Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE2201335C3
Application number: DE2201335A
Authority: DE
Inventors: James Harry Santa Clara Calif. Mc Phail (V.St.A.)
Original assignee: American Microsystems Holding Corp
Current assignee: American Microsystems Holding Corp
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-01-12
Publication date: 1976-01-02
Also published as: DE2201335A1; CA944021A; US3702967A; DE2201335B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung für elektronische Bauelemente, vorzugsweise für Halbleiterbauelemente zum Erzeugen eines bestimmten von der Belastung durch das jeweilige Bauelement unabhängigen konstanten Stromes oder zum Erzeugen einer bestimmten, von der Belastung durch das jeweilige Bauelement unabhängigen konstanten Spannung.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es wünschenswert, bestimmte elektrische Parameter dieser Bauelemente zu testen, um feststellen zu können, ob sie funktionsfähig oder defekt sind. Bei Halbleiterbauelementen mit einer Vielzahl von Abschlüssen ist es beispielsweise nötig, jeden Anschluß mit einer stufenförmig erhöhten Spannung zu prüfen. Ferner wird häufig geprüft, ob an dem Halblciterbauelement Leckströme auftreten, die vorgeschriebene Grenzen überschreiten. Mit den bisher bekannten Geräten (Zeitschrift »messen + prüfen«, Febr. 1970. Seiten 93 bis 97; Zeitschrift »radio und fernsehen«. Heft 5, 1962, Seiten 159 bis 160; Patentschrift Nr. 71 814 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin) konnte entweder nur ein eingeprägter Strom oder nur eine eingeprägte Spannung erzeugt werden. Es war jedoch bisher nicht möglich, beides mit einem Gerät zu erreichen.

fi5 Ein anderes Problem bestand bisher darin, eine Prüfanordnung zu schaffen, mittels welcher die Prüfung von Funktionen von Halbleiterbauelementen schnell und möglichst unverfälscht ist. Die zuletzt er-

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/ahnte Anforderung war insbesondere deshalb chwierig zu verwirklichen, weil Fremdströme und inerwiinschte Vorspanneffekte eliminiert werden nußten. um an den Priifanschlüssen unverfälschte Veite zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine »rufanordnung zu schaffen, :uit der in einem Beriebsfall sowohl ein konstanter Strom als auch in dem inderen Betriebsfall eine konstante Spannung erzeugt verden kann, wobei die betreffender! Werte des Prufings möglichst unverfälscht gemessen werden sollen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die kombination folgender Merkmale:

a) die Prüfanordnung enthält einen Regelverstärker mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang,

b) im Rückkopplungszweig des Regelverstärkers befindet sich ein geregelter Verstärker mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang,

c) der Ausgang des geregelten Verstärkers ist über einen einstellbaren Widerstand im Betriebsfall des konstanten Stromes mit dem nicht-invertierenden Eingang des Regelverstärkers verbunden und im Betriebsfall der konstanten Spannung mit dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers verbunden,

d) im Betriebsfall des eingeprägten Stromes ist der invertierende Eingang des Regelverstärkers mit dem Verbindungspunkt von in Reihe geschalteten Zenerdiodcn verbunden, die einerseits an dem Ausgang des geregelten Verstärkers und andererseits an einer ersten Konstantstromquelle liegen, während im Betriebsfall der eingeprägten Spannung die Reihenschaltung der Zenerdioden mit ihrem einen Ende nicht mit dem Ausgang des geregelten Verstärkers, sondern mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers verbunden ist, dessen invertierender Eingang mit dem nicht-invertierenden Eingang des Regelverstärkers verbunden ist und dessen nicht-invertierendem Eingang eine Festspannung zugeführt wird,

e) in beiden Betriebsfällen ist der invertierende Eingang des geregelten Verstärkers einerseits direkt mit dessen Ausgang und andererseits über eine weitere Zenerdiode mit einer zweiten Konstantstromquelle verbunden, während der nicht-invertierende Eingang des geregelten Verstärkers mit dem Verbindungspunkt von in Reihe liegenden Widerständen verbunden ist, die einerseits an der zweiten Konstantstromquelle und andererseits an dem Ausgang c'es Regelverstärkers liegen,

f) in beiden Betriebsfällen liegt der Bezugspotentialanschluß des geregelten Verstärkers an dem Bezugspotential und derjenige des Regelverstärkers an dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Zenerdioden,

g) der Prüfling liegt im Betriebsfall des konstanten Stromes zwischen dem nicht-invertierenden Eingang des Regelverstärkers und einem Bezugspotential und im Betriebsfalle der konstanten Spannung zwischen dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers und dem Bezugspotential,

h) im Betriebsfall des konstanten Stromes wird die über dem Prüfling abfallende Spannung zwischen dem Bczugspmential und dem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Zenerdioden abgenommen, während im Betriebsfall der konstanten Spannung eine dem Strom durch den

Prüfling entsprechende Spannung zwischen dem

Ausgang des geregelten Verstärkers und dem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten

Zenerdioden abgenommen werden wird.

Es soll in diesem Zusammenhang bemerkt werden,

ίο daß es bekannt war (Zeitschrift »Funkschau« 1971, Heft 5, Seite 130), Verstärker mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang in derartigen Prüfanordnungen zu verwenden.

Auch war es bekannt (Zeitschrift »Nachrichtentechnik« 1966, Heft 1, Seiten 31 bis 34 sowie USA.-Patentschrift 2932 783), zur Erhöhung des Verstär kungsfaktors eines Regelverstärkers eine Stromquelle als Arbeitswiderstand zu verwenden.

Mit dem Potentiometer 16 ist der Strom an einem

zn Ausgangsanschluß 18 einstellbar. Ein zweiter Ausgangsanschluß 20 liegt an Masse. An die Ausgangsanschlüsse 18 und 20 ist das zu prüfende Element oder Bauteil anzuschließen.

Der geregelte Verstärker 12 ist über eine Leitung

*5 22 an eine negative Spannung und über eine Leitung 24 an eine positive Spannung angeschlossen. Ferner ist der geregelte Verstärker 12 über eine Leitung 26 mit Masse verbunden. Mit der negativen Spannung ist auch eine Stromquelle 28 verbunden. Die Strom-

quelle 28 ist außerdem noch mit einer Regelschleife für den geregelten Verstärker 12 verbunden. Zu dieser Regelschleife gehört ein Leitungszweig 30, welcher einen Widerstand 32 enthält. Der Leitungszweig 30 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang ( + ) des geregeltem Verstärkers 12 verbunden. Mit dem invertierenden Eingang (-) des geregelten Verstärkers 12 ist ein Leitungszweig 34 verbunden, der eine Zenerdiode 36 enthält. Von der Ausgangsleitung des geregelten Verstärkers 12 führt eine Rückkopplungslei-

tung 38 zu einem Verbindungspunkt in dem Leitungszweig 34, an dem die Zenerdiode und der invertierende Eingang zusammenstoßen.

Die Schaltung enthält ferner einen zweiten Operationsverstärker^, welcher nachfolgend als Regelverstärker bezeichnet wird. Dem Regelverstärker wird die Betriebsleistung über zwei Zenerdioden 42 und 44 zugeführt, welche in einer Leitung 46 in Serie liegen. Die zuletzt erwähnte Leitung geht von einer zweiter, Stromquelle 48 aus, die an der positiven

Spannung liegt. Das andere Ende der Leitung 46 ist mit der Ausgangsleitung 14 des geregelten Verstärkers 12 verbunden. Zu dem Regeivcrstärker 44) führt eine erste Betriebsenergie übertragende Leitung 50 welche von einem Verbindungspunkt in der Leitung 46 ausgeht, an dem die Zenerdiode 44 und die Stromquelle 48 zusammenstoßen, Eine zweite Betriebsenergie übertragende Leitung 57 führt von dem Regelverstärker 40 zu einem Verbindungspunkt 54 ir der Leitung 46, der zwischen der Zenerdiode 42 unc

dem Verbindungspunkt der Leitung 46 mit der Ausgangsleitimg 14 des geregelten Verstärkers 12 liegt Weiterhin ist der Regelverstärker 40 über eine Leitung 55 mit einem Verbindungspunkt in der Leitung 46 verbunden, an dem die beiden Zenerdioden 42 um 44 zusammenstoßen. Durch diese Verbindung erhäl der Regelverstärker 40 ein Bezugspotential. Diese! Bezugspotential variiert in Abhängigkeit von dem Po tential an dem Ausgangsanschluß 18. Der invcrtie

rcnde Eingang ( —) des Regelversturkcrs 40 ist über trine Leitung 56 mit dem Verbindungspunkt 58 in dei Leitung 46 verbunden, an dem die beiden Zencrdioden 42 und 44 zusammenstoßen. Der nieht-invertierende Kingang ( + ) des Regelverstärkers 40 ist über eine Leitung 60 mit der Leitung 14 an einer Stelle /.wischen dem Widerstand 16 und dem Ausgangsanschluß 18 verbunden. Hin erster Meßanschluß 62 ist über eine Leitung 64 zwischen den Zenerdioden 42 und 44 mit dem Leiter 46 verbunden. Das Gerät weist ferner einen Masseanschluß 20« auf, der mit dem Anschluß 20 verbunden ist. Das Ausgangsprodukt des Regelverstärkers 40 wird über eine Leitung 66 einem Verbindungspunkt 70 zugeführt, an dem die Leitung 30 und ein Widerstand 68 zusammenstoßen.

Die Schaltung 10 erzeugt an den Ausgangsanschlüssen 18 und 20 einen konstanten Strom. Das /u prüfende Element ist an die Ausgangsanschlüsse 18 und 20 anzuschließen. Das zu prüfende Element ist mit DUT bezeichnet. An den Anschlüssen 18 und 20 entsteht dann ein entsprechender Spannungsabfall Will man beispielsweise die Durchbruchspannung ( V₁ ) eines P-N-Überganges eines MOS-Halbleiters prüfen, so wird man den Ausgangsanschluß 18 mit der gate-Elcktrodc und der drain-Elektrode und den Ausgangsanschluß 20 mit der source-Elektrode verbinden. Der gewünschte eingeprägte Strom, beispielsweise ein Mikroampere, wird an dem Widerstand 16 eingestellt. Der geregelte Verstärker 12 liefert an den Ausgangsanschluß 18dabei über den Widei stand eine Spannung, die sich in Abhängigkeit der Belastung durch das zu prüfende Element so ändert, daß der Strom konstant bleibt. Das wird nachfolgend erläutert. Wenn die Schaltung eingeschaltet wird, so kann so lange noch kein Strom von dem Widerstand 16 über den Ausgangsanschluß 18 zu dem Masseanschluß 20 fließen, wie die Durchbruchspannung V₇ des Halbleiters noch nicht erreicht ist. Der Strom kann auch nicht durch den Leiter 60 über den nicht-invertierenden Eingang (+) des Regelverstärkers 40 fließen, da dieser Eingangeine hohe Eingangsimpedanz hat. Das hat zur Folge, daß sich die Ausgangsspannung des geregelten Verstärkers 12 entsprechend ändert. Die Folge davon wiederum ist, daß der über den Widerstand 32 in die Regelschleife für den geregelten Verstärker 12 fließende Steuerstrom nicht ausreicht, um den Regelzustand stabil zu halten. Die dadurch bedingte Ungleichheit der Eingangsspannungen an dem invertrerenden und dem nicht-invertierenden Eingang des geregelten Verstärkers 12 führt dazu, daß die Spannung der Ausgangsleitung 14 des geregelten Verstärkers 12 ein noch negativeres Potential erhält. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 16 ist im wesentlichen der gleiche wie die Spannung, die über der Zenerdiode 42 abfällt. Es sei nun beispielsweise vorausgesetzt, daß die !^-Spannung 6 Volt betrage. Wenn diese Spannung am Anschluß 18 erreicht ist. dann fließt durch den Halbleiter der eingestellte Strom (beispielsweise ein Mikroampere). Wenn die Schaltung 10 in Betrieb ist, so erhält der Regelverstärker 40 seinen Betriebsstrom von der Stromquelle 48 über die Leitung 50. Der Strom fließt weiter über die Leitung 52. Der überschüssige Strom, der nicht von dem Regelverstärker 40 aufgenommen wird, fließt durch die Leitung 46 in die Zenerdioden 44 und 42. Der oesamte von der Stromquelle 48 erzeugte Strom fließt durch den Verbindungspunkt 54 und den Leiter 14 /u dem Ausgang des geregelten Verstärkers 12. Es soll nun noch einmal in Erinnerung gerufen werden, daß der Regelverstärkcr 40 mit dem Verbindungspunkt in der Leitung 46 verbunden ist, an dem die Zenerdioden 42 und 44 zusammenstoßen. Von hier erhält der Regelverstärkcr 40 eine Bezugsspanniing. Die Zenerdioden steuern die Plus- und Minus-Spannungen für den Regelverstärker 40 innerhalb der Betriebsgrenzen. Wenn das Gerät in Betrieb ist, aber kein zu prüfendes Element an das Gerät angcschlossen ist, so werden die Ausgangsanschlüssc 18 und 20 kurzgeschlossen. In diesem Fall befindet sich das Gerät in Bereitschaftszustand. Das Kurzschließen kann durch einen geeigneten Schalter 72 erfolgen. Wenn die Anschlüsse 18 und 20 kurzgeschlossen sind, so befindet sieh die Schaltung 10 im Gleichgewichtszustand. Das bedeutet, daß die Spannungsdifferenz zwischen dem invertierenden und dem nicht-invertierenden Eingang des Regelverstärkers 40 im wesentlichen null ist. Dieser Zustand ist stabil und hat zur Folge,

^J0 daß am Ausgang des Regelverstärkers 40 ein konstan ■ ter Strom (beispielsweise ein Milliampere) fließt. Diesen Strom benötigen der Widerstand 32 und die Zenerdiode 36, um an dem geregelten Verstärker 12 einen stabilen Zustand herzustellen. Da die Zencr-

^a5 diode 36 scheinbar parallel ?x: dem Widerstand 32 liegt, ist die Spannungsdifferenz zwischen dem invertierenden und dem nicht-invertierenden Eingang des geregelten Verstärkers 12 im wesentlichen null. Dieser Zustand ist stabil. An dem Ausgangspunkt 39 des geregelten Verstärkers 12 wird daher die Spannung aufrechterhalten, die dem Spannungsabfall über der Zenerdiode 42 entspricht, jedoch nur deshalb, weil die Ausgangsanschlüsse 18 und 20 kurzgeschlossen sind. Die gleiche Ausgangsspannung des geregelten

Verstärkers 12 erscheint auch als Spannungsabfall über dem Widerstand 16. Auf diese Weise wird der gewünschte eingestellte Stromfluß zwischen den Ausgangsklemmen 18 und 20 aufrechterhalten. Nun werde das zu testende Bauelement parallel zu dem Kurzschluß an die Ausgangsklemmen 18 und 20 angeschlossen. Wenn danach der Kurzschluß durch öffnen des Schalters 72 aufgehoben wird, so wird die Spannung an dem Ausgangsanschluß 18 infolge des endlichen Widerstandes des zu prüfenden Bauelementes negativer. Das führt zu einer Spannungs-Ungleichheit zwischen dem nicht-invertierenden und dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers 40. Die Folge davon ist, daß der Regelverstärker 40 an seinem Ausgang keinen Strom mehr abgibt. Die

Gleiehgewiehtsverhältnisse bleiben so lange gestört, bis die Durchbruchspannung V_T des zu prüfenden Bauelementes erreicht ist. Wenn dieser Punkt erreicht ist, so fließt durch das zu prüfende Bauelement der eingestellte Strom, und der Regelverstärker 40 liefen wieder einen Steuerstrom für den Widerstand 32. Dai System kehrt dadurch wieder in seinen stabilen Zustand zurück. Der geregelte Verstärker 12 muß danr eine Spannung abgeben, die gleich der Summe dei Zenerspannung am Verbindungspunkt 39 und dei

Durchbruchsspannung V_T ist, welch letztere notwen dig ist, um in das zu prüfende Bauelement den einge stellten Strom einzuspeisen. An den Anschlüssen 6i und 20a kann nun eine Spannung gemessen werden die gleich der zuletzt erwähnten Spannung ist. Diesi

Spannung ist die Durchbruchspannung V_T des geprüf ten Bauelementes.

Wenn das Gerät eine eingeprägte Spannung erzeu gen soll, so wird die Schaltung 10 gemäß Fig. 2 zi

Λ

der Schallung 1On modifiziert. Zunächst werden die Hingangsanschlüssc des Rcgelverstärkers 40 umgekehrt, so daß der nicht-inverticrende Eingang über eine Leitung 60« nunmehr mit einem Verbindungspunkt 74 in der Leitung 46 sowie mit einem Anschluß 76 verbunden ist. Der invertierende Eingang ist nunmehr über eine Leitung 56« direkt mit dem Ausgangsanschluß 18 verbunden. Außerdem ist die zu dem Ausgang des geregelten Verstärkers 12 führende Leitung 46 jetzt durch einen Schalter unterbrochen. Ferner ist ein dritter Operationsverstärker 78 vorgesehen, der mit Masse verbunden ist. Sein invertierender Eingang (—) ist über eine Leitung 79 mit einem Vcrbinduiigspunkt 80 in der Ixitung 46 verbunden, an welchem die Zcnerdioden 42 und 44 zusammenstoßen. Die Ausgangsleitung 81 des dritten Operationsverstärkers 78 ist mit der Leitung 52 verbunden, die zu dem Rcgelverstarkcr 40 führt und in der der von der Stromquelle 48 kommende Strom fließt. Wenn die Leitung 82. welche zu dem nicht-inverticrcnden Eingang (+) des dritten Operationsverstärkers 78 führt, mit einer negativen Spannung (beispielsweise — 15 Volt) beaufschlagt wird, so erscheint die gleiche Spannung an dem Ausgangsanschluß 18. Das hat seine Ursache darin, daß der invertierende und der nicht-inverticrcnde Eingang des dritten Operationsverstärkers 78 virtuell kurzgeschlossen sind und demnach am Vcrhindungspunkt 80 die gleiche Spannung existiert wie diejenige, mit der die Leitung 82 beaufschlagt wird. Da der Verbindungspunkt 80 mit dem Verbindungspunkt 74 verbunden ist, an dem der nicht-invcrtierende Eingang des Regelverstärkers 40 liegt, muß auch an diesem Punkt die gleiche Spannung auftreten, und da auch die Eingangsanschlüsse des Regelverstärkers 40 virtuell kurzgeschlossen sind, ist die Spannung am Ausgangsanschluß 18 die gleiche wie diejenige, mit welcher die Leitung 82 beaufschlagt wird. Bevor das zu prüfende Bauelement an die Ausgangsanschlüssc 18 und 20 angeschaltet wird, fließt kein Strom durch den Widerstand 16. Wenn der Leitung 82 konstant die erwähnte Spannung zugeführt wird, so ist der Spannungsunterschied zwischen dem invertierenden Eingang ( + ) und dem nicht-invertierenden Eingang (—) des Regelverstärkers 40 null, und der Regelverstärker 40 speist daher den Widerstand 32 mit einem konstanten Strom von beispielsweise einem Milliampere. Dieser Strom dient als Steuerstrom für den geregelten Verstärker 12. Dadurch ist auch der Spannungsunterschied zwischen dem nicht-inverticrenden Eingang (4-) und dem invertierenden Eingang (—) des geregelten Verstärkers 12 virtuell null, so daß der Ausgang des geregelten Verstärkers 12 eine Spannung liefert, die gleich der Spannung ist, mit welcher die Eingangsleitung 82 des dritten Operationsverstärkers 78 beaufschlagt wird. Die Voraussetzung ist dabei, daß kein Strom durch den Widerstand 16 fließt. Nun werde das zu prüfende Bauelement an die Ausgangsanschlüsse 18 und 20 angeschlossen. Die Folge davon ist, daß durch den Widerstand 16 plötzlich ein Strom fließt, dessen Ursache in dem Leckwiderstand des zu prüfenden Bauelementes liegt. Infolge dieses Stromes wird das Potential an dem Ausgangsanschluß 18 in bezug auf das Massepotential an dem Ausgangsanschluß 20 zunehmend positiver. Dadurch tritt an dem nicht-invertierenden Eingang ( + ) und dem invertierenden Eingang ( —) des Regelverstärkers 40 eine Spannungsungleichheit auf, die dazu führt, daß der Ausgangsstrom des Regelverstärkers 40 reduziert wird. Der reduzierte Ausgangsstrom führt wiederum zu einem geringeren Spannungsabfall an dem Widerstand 32, wodurch eine Spannungsungleichheit an dem nicht-invertierenden Eingang ( + ) und dem invertierenden Eingang ( —) des geregelten Verstärkers 12 auftritt. Die Folge davon ist, daß die Spannung am Ausgang des geregelten Verstärkers 12 negativer wird. Insofern liegt also der gleiche Mechanismus vor wie bei dem Betriebsmodus nach Fig. 1.

Die größer werdende negative Spannung am Ausgang des geregelten Verstärkers 12 führt zu einer Verstärkung des Leckstromes in dem zu prüfenden Bauelement. Dieser Leckstrom fließt durch den Widerstand 16. Das Ungleichgewicht in der Regelschleife des gc-

'5 regelten Verstärkers 12 bleibt so lange bestehen, bis die an dem Widerstand 16 eingestellte Spannung erreicht ist. Danach tritt an der Schaltung 10a wieder der stabile Zustand ein. Nun kann zwischen dem Anschluß 76 und einem mit dem Ausgang des geregelten

»ο Verstärkers 12 verbundenen Anschluß 84 eine Spannung gemessen werden, welche ein direktes Maß für den Leckstrom des zu prüfenden Bauelementes ist. Fig. 3 zeigt eine spezielle Ausführungsform der elektrischen Schaltung, welche nach dem oben dar-

»5 gestellten Prinzip arbeitet. Diese Schaltung kann als Festkörperschaltung oder in gedruckter Schaltungstcchnik auf einer einzigen Karte ausgeführt werden.

Die Stromquelle 28 ist hier von zwei Transistoren Ql und Ql gebildet, die dem geregelten Verstärker 12 einen stabilisierten Strom zuführt. Der Emitter des Transistors Ql ist mit einer Zencrdiode 90 verbunden. Seine Basis ist m\\ dem einen Ende eines Widerstandes 92 verbunden, dessen anderes Ende mit der Zenerdiodc verbunden ist. Außerdem ist die Basis des Transistors Ql mit dem Emitter eines Transistors Q2 verbunden. Die aus der Zenerspannungder Diode 90 und der Emitter-Basis-Spannung des Transistors Ql gebildete Summenspannung liegt über dem Widerstand 92 und treibt den Emitterstrom des Transistors Q2. Der Kollektorstrom des Transistors Q2, der gleich dem Emitterstrom ist, fließt über die Leitung 34 zu dem geregelten Verstärker 12.

Die Stromquelle 48 ist gleich aufgebaut wie die Stromquelle 28. Sie besteht aus zwei Transistoren QIl und Q12, deren Dotierungen im Vergleich zu den Transistoren Ql und Q2 jedoch gerade umgekehrt sind, da die Stromquelle 48 mit einer positiven Spannung verbunden ist. Das Ausgangsprodukt des Transistors Q12 wird über die Zcnerdioden 44 und 42 dem Regelverstärker 40 zugeführt, und zwar in der Weise, wie es bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Der geregelte Verstärker 12 enthält zwei Transistören Q9 und QlO, deren Basisanschlüsse den nicht-invertierenden und den invertierenden Eingang bilden. Den Ausgang des geregelten Verstärkers 12 repräsentiert der Verbindungspunkt 39. Dieser steht mit einem Transistor Q3 in Verbindung, dessen Basis mit dem Emitter eines Transistors Q4 verbunden ist. Die Basis des Transistors Q4 ist mit dem Kollektor eines anderen Transistors Q6 verbunden.

Der von der Stromquelle 28 gelieferte Strom teilt sich in Teilströme auf, die durch den Arbeitswiderstand 94, die Zenerdiode 36, einen Emitterwiderstand 96 für die Transistoren Q9 und QlO und den Strombegrenzungswiderstand 32 fließen.

Der Transistor Q6, der in dem geregelten Vcrstär-

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ker 12 eine Treiberstufe bildet, ist so geschaltet, daß seine Basis mit dem Ausgang des Transistors QlO und sein Emitter mit dem Ausgang des Transistors Q9 verbunden ist. Es ist erforderlich, daß der geregelte Verstärker 12 bei Belastung des Systems in den Gleichgewichtszustand (Spannungsunterschied an den Eingängen gleich null) gelangt. Um das zu erreichen, sind zwei Transistoren Q8 und Ql vorgesehen, welche in Kombination mit einer Diode 98 dem Ausgangs-Verbindungspunkt 39 des geregelten Verstärkers 12 einen Strom zuführen. Ein zur Strombegrenzung dienender Transistor QS reagiert auf die Stromstärke in der Ausgangslcitung 14 des Transistors Q3, die an einem Widerstand 100 einen Spannungsabfall erzeugt. In der Leitung 24, die von der positiven Spannung ausgeht, befindet sich ein Widerstand 102, an dem eine Spannung abfällt, die eine Vorspannung für die aus den Transistoren Q6, QH, Ql der Diode 98 und dem Widerstand 104 gebildeten Kombination bildet. Durch den Widerstand 102 fließt auch ein von der Stromquelle 28 ausgehender und über den Transistor Q6 und den Widerstand 94 fließender Strom. Wenn die Stromstärke hoch genug ist, so wird der Transistor QS leitend und entnimmt Strom von dem Ausgang des Transistors Q6. Dadurch wird der in die Transistoren Q3und Q4eingespeiste Strom begrenzt. Die Folge davon ist, daß die Stärke des durch den Widerstand 100 fließenden Stromes konstant bleibt. Es fließt dabei auch Strom durch die Zenerdiode und den Transistor Q8. Es fließt ferner Strom durch den Widerstand 96 und die in Differentialschaltung gP¹ schalteten Transistoren Q9 und QlO. Schließlich fließt auch noch ein Steuerstrom durch den Widerstand 32 in den Regelverstärker 40. Die Funktion der anderen Elemente der Schaltung kann kurz wie folgt beschrieben werden.

Ein Widerstand 106 dient zur Arbeitspunkteinstellung für den Transistor Q2. Ein Widerstand 108 dient zur Arbeitspunkteinstellung für den Transistor Q12. Ein Widerstand 110 und ein Kondensator 112 liegen zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors Q6 in Serie und dienen zur Frequenzkompensation. Ein Widerstand 114 ist mit dem Emitter des Transistors QS verbunden und dient zur Strombegrenzung. Zwei Widerstände 116 und 118, die mit den Basisanschlüssen der Transistoren Q9 und QlO verbunden sind, dienen zur Arbeitspunkteinstellung und Strombegrenzung. Ein weiterer Widerstand 120, der zwischen die Emitter der beiden Transistoren Q9 und QlO geschaltet ist, dient zur Einstellung des Gleichgewichtzustandes. Ein Widerstand 32 dient zur Einstellung des Steuerstromes (beispielsweise ein Milliampere). Ein zu der Zenerdiode 36 parallelgeschalteter Kondensator 124 dient zum Frequenzausgleich. Ein zu dem Widerstand 68 parallelgeschaltcter Kondensator 126 dient ebenfalls zum Frequenzausgleich.

In einigen Leitungen, die zu den Ausgangsanschlüssen der Schaltung gemäß Fig. 3 führen, sind Schalter vorgesehen, so daß die Schaltung zwischen dem Betriebsmodus gemäß Fig. 1 (eingeprägter Strom) oder dem Betriebmodus gemäß F i g. 2 (eingeorägte Spannung) umgeschaltet werden kann. In F i g. 3 sind diese Schalter so geschaltet, daß das Gerät einen eingeprägten Strom erzeugt. Das soll nun nachfolgend kurz erläutert werden. Es sei vorausgesetzt, daß die Stromquellen 28 und 48 in Betrieb sind und daß zwischen die Ausgangsanschlüsse 18 und 20 ein zu testendes Bauelement geschaltet ist. In diesem Fall wird dem Transistor QlO des in Differentialschaltung geschalteten Transistorpaares des geregelten Verstärkers 12 über den Schaltungspunkt 70 ein Strom zugcführt. Wenn der Regelverstärker 40 einen Ausgangsstrom erzeugt, so wird dieser über die Leitung 66 und den Widerstand 68 dem Schaltungspunkt 70 zugeführt. Der geregelte Verstärker 12 arbeitet so, daß er sich stets dann im stabilen Zustand befindet, wenn

ίο der Spaniumgsuntersehied zwischen den Basisspannungen der Transistoren QlO und Q9null ist. Wenn das zu prüfende Bauelement /wischen die Ausgangsanschlüsse 18 und 20 geschaltet wird, so wird ein Spannungsunterschied an den beiden Hingängen des

'S Regel Verstärkers 40 erzeugt. Das hat zur Folge, daß der in die Leitung 66 eingespeiste Strom reduziert wird. Dadurch wiederum entsteht an den Basisanschlüssen der Transistoren Q9 und QlO des geregelten Verstärkers 12 ein Spannungsunterschied. Dieser

»o Spannungsunterschied bewirkt, daß die Spannung am Schaltungspunkt 70 negativer wird. Dadurch wird auch die Spannung am Schaltungspunkt 39 negativer. Das hat folgende I Irsmche. Wenn die Spannung an dem Schaltungspunkt 70 negativer wird, so wird der

as Transistor QlO weniger leitend. Das hat zur Folge, daß auch der Transistor Q6 weniger leitend wird. Dadurch fließt mehr Strom in die Basis des Transistors Q4. Das hat zur Folge, daß der Transistor Q3 stärker leitend wird, wodurch der Schaltungspunkt 39 sich der

negativen Versorgungsspannung (-V) nähert. Dadurch, daß die Spannung an dem Schaltungspunkt 39 negativer wird, wird auch die Spannung an dem Anschluß 58 negativer. Da die Schaltung versucht, das Potential der beiden Eingänge des Regclverstärkers

40 gleich zu machen, wird die Spannung am Anschluß 18 negativer. Dies setzt sich so lange fort, bis der gewünschte Strom in dem Widerstand 16 fließt. Bis das der Fall ist, besteht zwischen dem invertierenden und dem nicht-invertiercnden Eingang der beiden Diffe-

renzverstärker 12 und 40 ein Spannungsunterschied, wodurch die Spannung an den Anschlüssen 39 und 18 in der zuvor beschriebenen Weise negativer wird. Wenn durch den Widerstand 16 der gewünschte Strom fließt, so besteht auch wieder Spannungsgleichheit an

dem invertierenden und dem nicht-inverlierenden Eingang des Regelverstärkers 40, so daß dessen Ausgangssignal den geregelten Verstärker 12 stabilisiert. Damit steht nunmehr die Spannung zur Verfügung, die den gewünschten eingeprägten Strom zu treiben

vermag. Es kann nun wünschenswert sein, daß die Spannungsanpassungsfähigkeit des Prüfgerätes begrenzt ist. Wenn beispielsweise zu erwarten ist, daß die Durchbruchspannung eines funktionstüchtigen Bauelementes bei 30 Volt liegt, so sollte die Span-

nung, die maximal von dem Prüfgerät an das Bauelement geliefert wird, 50 Volt nicht übersteigen. Diese Begrenzung des Variationsbereiches der Spannung auf einen Sicherheitspegel kann dadurch erreicht werden, daß von einer äußeren Stromquelle ein Steuer-

strom von einem Milliampere direkt dem Anschluß 70 zugeführt wird, wenn an dem Anschluß 18 eine Prüfspannung von 50 Volt erreicht ist. In Fig. 1 ist beispielsweise mit dem Anschluß 70 eine Leitung 130 verbunden, in die eine Zenerdiode 132 eingeschaltet ist. Die Leitung 130 führt nach Masse. Die Zenerdiode spricht bei einer Spannung an, die sich aus der Grenzspannung (beispielsweise 50 Volt) und der Zenerspannung der Zenerdiode 42 zusammensetzt. Wenn

die Durchbruchsspaniiungandem Anschluß 70 innerhalb der gewünschten Sicherheitsgrenzen nicht erreicht wird, so kommt der über den Widerstand 32 fließende Strom von der Zcnerdiode 132 anstatt von dem RepL!verstärker 40. Die zulet/t erwähnte F.igen-

schall ermöglicht es, das vorliegende Gerat für ein große Anzahl von verschiedenartigen Halbleiterele ii)ciileii /u verwenden, wobei bestimmte Sicherheit? grenzen gewahrt bleiben und ein vielseitiger Einsat gewährleistet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

1983

Claims

Patentansprüche:

1. Prüfanordnung für elektronische Bauelemente, vorzugsweise für Halbleiterbauelemente zum Erzeugen eines bestimmten von der Belastung durch das jeweilige Bauelement unabhängigen konstanten Stromes oder zum Erzeugen einer bestimmten, von der Belastung durch das jeweilige Bauelement unabhängigen konstanten Spannung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

a) die Prüfanordnung enthält einen Regelverstärker (40) mit einem invertierenden (—) und einem nicht-invertierenden ( + ) Eingang,

b) im Rückkopplungszweig des Regelverstärkers (40) befindet sich ein geregelter Verstärker (12) mit einem invertierenden (-) und einem nicht-invertierenden (+) Eingang,

c) der Ausgang des geregelten Verstärkers (12) ist über einen einstellbaren Widerstand (16) im Betriebsfall des konstanten Stromes mit dem nicht-invertierenden (+) Eingang des Regelverstärkers (40) verbunden und im Betriebsfall der konstanten Spannung mit dem invertierenden (—) Eingang des Regelverstärkers (40) verbunden,

d) im Betriebsfall des eingeprägten Stromes ist der invertierende ( —) Eingang des Regelverstärkers (40) mit dem Verbindungsprodukt von in Reihe geschalteten Zenerdioden (42, 44) verbunden, die einerseits an dem Ausgang des geregelten Verstärkers (12) und andererseits an einer ersten Konstantstromquelle (48) liegen, während im Bctriebsfall der eingeprägten Spannung die Reihenschaltung der Zenerdioden (42, 44) nut ihrem einen Ende nicht mit dem Ausgang des geregelten Verstärkers, sondern mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (78) verbunden ist, dessen invertierender ( —) Eingang mit dem nicht-invertierenden ( + ) Eingang des Regelvcrstärkers (40) verbunden ist und dessen nicht-invertierenden ( + ) Eingang eine Festspannung zugeführt wird,

c) in beiden Betriebsfällen ist der invertierende (—) Eingang des geregelten Verstärkers (12) einerseits direkt mit dessen Ausgang und andererseits über eine weitere Zenerdiode (36) mit einer zweiten Konstantstromquelle (28) verbunden, während der nicht-invertierende ( + ) Eingang des geregelten Verstärkers (12) mit dem Verbindungspunkt von in Reihe liegenden Widerständen verbunden ist, die einerseits an der zweiten Konstantstromquelle (28) und andererseits cn dem Ausgang des Regelverstärkers (40) liegen,

f) in beiden Betriebsfällen liegt der Bezugspotentialanschluß des geregelten Verstärkers (12) an dem Bezugspotential und derjenige des Regelverstärkers (40) an dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Zenerdioden (42, 44),

g) der Prüfling (DUT) liegt im Betriebsfall des konstanten Stromes zwischen dem nicht-invertierenden ( + ) Eingang des Regelverstär-

kers (40) und einem Bezugspotenlial und im Betriebsfall dci konstanten Spannung zwischen dem invertierenden ( - ) Eingang ties Regelverstärkers (40) und dem Bezugspolential.

h) im Betriebsfall des konstanten Stromes wird die über dem Prüfling abfallende Spannung /wischen dem Bezugspotential und dem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Zenerdioden (42, 44) abgenommen, während im Betrkbsfall der konstanten Spannung eine dem Strom durch den Prüfling entsprechende Spannung zwischen dem Ausgang des geregelten Verstärkers und dem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Zenerdioden (42, 44) abgenommen werden wird.

2. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzerschaltungsteil zur Begrenzung der Ausgangsspannung des geregelten Verstärkers (12) auf einen bestimmten Maximalwert vorgesehen ist.

Pi. Prüfanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung eine Zenerdiode (132) enthält, welche zwischen dem Bezugspotential und dem nicht-invertierenden ( +) Eingang des geregelten Verstärkers (12) gescnaltet ist.

4. Prüfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betriebsfall des konstanten Stromes ein Kurzschlußschalter (72) parallel zum Prüfling (DUT) vorgesehen ist.