ГОСТ 18986.14-85
Диоды полупроводниковые. Методы измерения дифференциального и динамического сопротивлений

ГОСТ 18986.14-85
Группа Э29

     
     
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ДИОДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ

Методы измерения дифференциального и динамического сопротивлений

Semiconductor diodes. Methods for measuring differential and slope resistances

MКC 31.080.10
ОКП 62 1000

Дата введения 1986-07-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23 мая 1985 г. N 1448 дата введения установлена 01.07.86

Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

ВЗАМЕН ГОСТ 18986.14-75, ГОСТ 19656.8-74

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Май 2004 г.


Настоящий стандарт распространяется на полупроводниковые диоды и устанавливает следующие методы измерения дифференциального и динамического сопротивлений:

- метод замещения (метод I);

- резонансный метод с параллельным контуром (метод II);

- резонансный метод с последовательным контуром (метод III);

- мостовой метод (метод IV).

Метод I применяют для измерения дифференциального сопротивления на низкой частоте.

Методы II, III, IV применяют для измерения дифференциального сопротивления на высокой частоте, а также для измерения динамического сопротивления, если значение амплитуды измерительного сигнала равно или меньше значения постоянного напряжения.

Стандарт не распространяется на стабилитроны.

Общие условия при измерении и требования безопасности - по ГОСТ 18986.0-74 и ГОСТ 19656.0-74.

Стандарт соответствует СТ СЭВ 2769-80 в части методов измерения динамического сопротивления (см. приложение 1).

1. МЕТОД ЗАМЕЩЕНИЯ

1. МЕТОД ЗАМЕЩЕНИЯ

1.1. Принцип, условия и режим измерения

1.1.1. Метод основан на сравнении дифференциального сопротивления диода с сопротивлением калибровочного резистора.

1.1.2. Измерения проводят в нормальных климатических условиях по ГОСТ 20.57.406-81.

1.1.3. Значения постоянного тока, частоты измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях (далее - ТУ) на диоды конкретных типов.

1.2. Аппаратура

1.2.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.1.

- генератор переменного тока; - генератор постоянного тока; - разделительный конденсатор;
- калибровочный резистор; - диод; , - контакты для подключения диода (допускается
четырехзажимная схема включения); - усилитель; , - измерительные приборы

Черт.1

1.2.2. Генератор переменного тока должен удовлетворять следующим требованиям:

- амплитуда переменного тока на диоде не должна превышать 10% значения постоянного тока;

- нестабильность амплитуды не должна выходить за пределы ±1%;

- выходное сопротивление генератора должно не менее чем в 100 раз превышать максимальное значение измеряемого сопротивления диодов;

- частота генератора должна быть фиксированной и выбираться из условий

или

,

где - верхняя допустимая частота генератора (не ниже 1 кГц), Гц;

() - максимальное (минимальное) значение дифференциального сопротивления, указанное в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов, Ом;

- общая емкость диода, Ф;

- индуктивность диода, Гн.

Конкретные значения и указывают в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов.

1.2.3. Генератор постоянного тока должен удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать установление и поддержание постоянного тока через диод с погрешностью в пределах ±3%;

- нестабильность тока не должна выходить за пределы ±1%;

- выходное сопротивление генератора должно не менее чем в 100 раз превышать значение максимального измеряемого сопротивления;

- коэффициент пульсации не должен выходить за пределы ±1%.

1.2.4. Емкость разделительного конденсатора , Ф, следует выбирать из условия

,

где - значение дифференциального сопротивления, указанное в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов, Ом;

- частота измерения, Гц.

1.2.5. Значение сопротивления калибровочного резистора должно удовлетворять условию .

Погрешность определения значения сопротивления калибровочного резистора не должна выходить за пределы ±0,5%.

Температурный коэффициент сопротивления калибровочного резистора не должен превышать 10.

1.2.6. Измерительный прибор должен обеспечивать измерение постоянного тока через диод с погрешностью в пределах ±2%.

В электрической схеме допускается отсутствие прибора .

1.2.7. Усилитель должен удовлетворять следующим требованиям:

- полное входное сопротивление усилителя должно не менее чем в 100 раз превышать дифференциальное сопротивление диода;

- амплитудная характеристика должна быть линейной с погрешностью в пределах ±3%;

- усилитель должен иметь ступенчатое или плавное регулирование коэффициента усиления.

1.2.8. Погрешность измерительного прибора не должна выходить за пределы ±2%.

1.3. Подготовка и проведение измерений

1.3.1. Рекомендуемая частота измерения 1000 Гц.

1.3.2. Подключают калибровочный резистор к контактам и . Подают переменный ток от генератора . По известному значению сопротивления резистора калибруют в омах шкалу измерительного прибора путем изменения коэффициента усиления усилителя или изменения амплитуды генератора переменного тока , при этом должны быть выполнены требования к значению амплитуды, изложенные в п.1.2.2.

1.3.3. Подключают диод к контактам и . Устанавливают заданное значение постоянного тока от генератора .

1.3.4. По измерительному прибору отсчитывают значение дифференциального сопротивления диода.

1.4. Показатели точности измерения

1.4.1. Погрешность измерения дифференциального сопротивления не должна выходить за пределы ±7% с доверительной вероятностью 0,997.

1.4.2. Расчет погрешности измерения приведен в приложении 2.

2. РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ

2.1. Принцип, условия и режим измерения

2.1.1. Метод основан на измерении дополнительных потерь, вносимых в параллельный резонансный контур с известной добротностью при подключении к нему диода, через который пропускают прямой постоянный ток заданного значения.

2.1.2. Условия и режим измерения должны соответствовать требованиям, изложенным в пп.1.1.2 и 1.1.3.

2.2. Аппаратура

2.2.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.2.

- генератор тока высокой частоты; - элемент связи контура с генератором; - параллельный
резонансный контур; - конденсатор связи; - короткозамыкающий проводник; - диод;
, - контакты подключения диода или короткозамыкающего проводника; - элемент развязки
по переменному току; - генератор постоянного тока; - элемент связи контура с усилителем;
- усилитель; - измерительный прибор

Черт.2

2.2.2. Генератор тока высокой частоты должен удовлетворять следующим требованиям:

- амплитуда не должна превышать 10% значения постоянного тока;

- нестабильность амплитуды не должна выходить за пределы ±1%.

2.2.3. Элементы связи и могут быть выполнены по любому типу связи, принятому в куметрах. Связь с генератором и усилителем должна быть такой, чтобы при настройке контура в резонанс в режимах калибровки и измерения изменения измерительного сигнала и потерь, вносимых в контур, не привели бы к увеличению погрешности измерений более чем на 1%.

2.2.4. Значение индуктивности , Гн, контура выбирают из условия

,

где - значение дифференциального (или динамического) сопротивления диода, Ом;

- частота измерения, Гц.

2.2.5. Колебательный контур должен обеспечивать возможность настройки на частоту генератора .

Погрешность определения добротности контура при коротком замыкании контактов и не должна выходить за пределы ±7%.

2.2.6. Если значение емкости конденсатора , Ф, выбирают из условия

,

где - полная емкость контура без диода при настройке его в резонанс на частоту измерения, Ф;

- добротность контура без диода,

то потери, вносимые в контур при подключении диода, составят 0,9-1,1 собственных потерь контура.

Емкость конденсатора должна быть определена с погрешностью в пределах ±2%.

2.2.7. Полная емкость контура должна быть определена с погрешностью в пределах ±3%.

2.2.8. Короткозамыкающий проводник должен иметь такую же геометрическую форму, как и выводы диода.

2.2.9. В качестве развязки по высокой частоте следует применять резистор или дроссель. Значение полного сопротивления элемента развязки , Ом, должно быть выбрано из условия

.

2.2.10. Генератор постоянного тока должен удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать установление и поддержание постоянного прямого тока через диод с погрешностью в пределах ±3%;

- нестабильность тока не должна выходить за пределы ±1%;

- коэффициент пульсации не должен выходить за пределы ±1%.

2.2.11. Усилитель должен удовлетворять следующим требованиям:

- амплитудная характеристика должна быть линейной с погрешностью в пределах ±2%;

- усилитель должен иметь ступенчатую или плавную регулировку коэффициента усиления.

2.2.12. Погрешность измерительного прибора не должна выходить за пределы ±2%.

2.3. Подготовка и проведение измерений

2.3.1. Подключают короткозамыкающий проводник к контактам и .

2.3.2. Подают сигнал от генератора и определяют значение добротности и общую емкость контура в соответствии с методикой измерения параметров контуров на куметре.

2.3.3. Отсчитывают показание прибора в момент резонанса.

2.3.4. Заменяют короткозамыкающий проводник диодом, подают постоянный прямой ток заданного значения от генератора , настраивают контур в резонанс и отсчитывают показания по прибору .

2.3.5. Дифференциальное сопротивление диода , Ом, вычисляют по формуле

.

Если соответствует полному отклонению шкалы прибора , т.е. =1, то расчет выполняют по формуле

.

Допускается градуировку шкалы прибора производить с помощью калибровочных резисторов, так как значения , , и постоянные для каждой конкретной измерительной установки.

2.4. Показатели точности измерений

2.4.1. Погрешность измерения дифференциального и динамического сопротивлений в процентах с доверительной вероятностью 0,997 не должна выходить за пределы , где - значение дифференциального или динамического сопротивления диодов, указанное в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов, Ом.

2.4.2. Расчет погрешности измерения приведен в приложении 2.

3. РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ

3.1. Принцип, условия и режим измерения

3.1.1. Метод основан на измерении общего сопротивления потерь последовательного резонансного контура, состоящего из дифференциального или динамического сопротивления диода и сопротивления собственных потерь контура.

3.1.2. Условия и режим измерения должны соответствовать требованиям, изложенным в пп.1.1.2 и 1.1.3.

3.2. Аппаратура

3.2.1. Измерение следует проводить на установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.3.

- генератор тока высокой частоты; - генератор постоянного тока; - разделительный конденсатор;
- индуктивность развязки по высокой частоте; - индуктивность контура; - переменный конденсатор;
- калибровочный резистор; - диод; , - контакты для подключения диода или калибровочного
резистора; - усилитель; , - измерительные приборы

Черт.3

3.2.2. Генератор тока высокой частоты должен удовлетворять требованиям, изложенным в п.2.2.2.

3.2.3. Генератор постоянного тока должен удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать установление и поддержание постоянного прямого тока через диод с погрешностью в пределах ±3%;

- нестабильность постоянного тока не должна выходить за пределы ±1%;

- коэффициент пульсации не должен выходить за пределы ±1%.

3.2.4. Значение емкости , Ф, выбирают из условия

,

где - значение дифференциального или динамического сопротивления диода, указанное в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов, Ом;

- сопротивление потерь резонансного контура, Ом;

- значение переходного сопротивления контактов подключения, Ом;

- частота измерения, Гц.

3.2.5. Значение индуктивности , Гн, выбирают из условия

.

3.2.6. Измерительный прибор должен обеспечивать измерение постоянного тока через диод с погрешностью в пределах ±2%.

В электрической схеме допускается отсутствие прибора .

3.2.7. Колебательный контур должен обеспечивать возможность настройки на частоту измерения и иметь добротность 400.

3.2.8. Значение сопротивления калибровочного резистора , Ом, выбирают из условия

.

Погрешность определения сопротивления не должна выходить за пределы ±1%.

3.2.9. Если значение переходного сопротивления контактов и меньше или равно 0,015, то его при измерениях не учитывают.

3.2.10. Усилитель должен удовлетворять требованиям, изложенным в п.2.2.11.

3.2.11. Погрешность измерительного прибора не должна выходить за пределы ±2%.

3.3. Подготовка и проведение измерений

3.3.1. Подключают калибровочный резистор к контактам и , подают переменный ток генератора и настраивают контур в резонанс по минимальному показателю измерительного прибора . Показания прибора пропорциональны значению или , т.к. сопротивление потерь резонансного контура и контактов постоянны для каждой конкретной измерительной установки.

По известному значению сопротивления резистора калибруют в омах шкалу прибора путем изменения коэффициента усиления усилителя .

3.3.2. Подключают диод к контактам и , подают от генератора на диод постоянный ток заданного значения, настраивают контур в резонанс и отсчитывают значение дифференциального или динамического сопротивления диода.

3.4. Показатели точности измерения

3.4.1. Погрешность измерения дифференциального и динамического сопротивлений диодов не должна выходить за пределы ±10% с доверительной вероятностью 0,997.

3.4.2. Расчет погрешности измерения приведен в приложении 2.

4. МОСТОВОЙ МЕТОД

4.1. Условия и режим измерения

4.1.1. Условия и режим измерения должны соответствовать требованиям, изложенным в пп.1.1.2 и 1.1.3.

4.2. Аппаратура

4.2.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.4.

- генератор постоянного тока; - разделительная индуктивность; - измерительный прибор;
- конденсатор развязки; , - контакты подключения диода; - диод; - высокочастотный мост

Черт.4

4.2.2. Генератор постоянного тока должен удовлетворять следующим требованиям:

- установление и поддержание постоянного тока через диод с погрешностью в пределах ±3%;

- нестабильность постоянного тока не должна выходить за пределы ±1%;

- коэффициент пульсации не должен выходить за пределы ±1%.

4.2.3. Индуктивность служит для развязки по переменному току. Значения емкости , Ф, и индуктивности , Гн, выбирают из условий

; ,

где - значение дифференциального (или динамического) сопротивления диода, указанное в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов, Ом.

4.2.4. Измерительный прибор должен обеспечивать измерение постоянного тока диода с погрешностью в пределах ±2%.

4.2.5. Высокочастотный мост должен удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать измерение на заданной частоте;

- обеспечивать прохождение постоянного тока между его выходными контактами;

- обеспечивать задание амплитуды переменного тока не более 10% значения постоянного тока, проходящего через диод;

- погрешность измерения не должна выходить за пределы ±5%.

4.2.6. Переходное сопротивление контактов и , емкость между ними и емкость между входными контактами измерительного моста при обработке результатов измерения не учитывают.

4.3. Подготовка и проведение измерений

4.3.1. Уравновешивают высокочастотный измерительный мост согласно технической документации на него.

4.3.2. Подключают диод к контактам и , устанавливают постоянный ток генератора .

Уравновешивают мост и отсчитывают значения параллельного сопротивления и параллельной емкости .

Дифференциальное (или динамическое) сопротивление диода , Ом, вычисляют по формуле

.

4.4. Показатели точности измерения

4.4.1. Погрешность измерения дифференциального и динамического сопротивлений диода не должна выходить за пределы ±10% с доверительной вероятностью 0,997.

4.4.2. Расчет погрешности измерения приведен в приложении 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ О СООТВЕТСТВИИ ГОСТ 18986.14-85 СТ СЭВ 2769-80

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

Разд.3 и 4 ГОСТ 18986.14-85 соответствуют разд.6 СТ СЭВ 2769-80.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (справочное). РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

1. Метод замещения

1.1. Дифференциальное сопротивление диода , Ом, определяют по формуле

.

1.2. Интервал, в котором с доверительной вероятностью находится погрешность измерений , %, определяют по формуле

где , - коэффициенты, зависящие от законов распределения суммарной и частных погрешностей соответственно;

- составляющая погрешности определения сопротивления резистора калибровки;

- составляющая погрешности отсчета по шкале измерительного прибора при подключении резистора калибровки;

- составляющая погрешности отсчета по шкале измерительного прибора при подключении диода;

- составляющая погрешности за счет нестабильности амплитуды переменного тока;

- составляющая погрешности за счет шунтирующего влияния входного сопротивления усилителя;

- составляющая погрешности за счет шунтирующего влияния выходного сопротивления генератора;

- составляющая погрешности за счет неточности показаний измерительного прибора;

- составляющая погрешности за счет нелинейности усиления амплитуды переменного тока;

- составляющая погрешности за счет пульсации постоянного напряжения.

1.3. Так как суммарная погрешность измерения зависит от многих влияющих факторов и складывается из большого числа частных составляющих погрешности, принимаем распределение составляющих погрешности измерения и распределение суммарной погрешности измерения нормальным. Тогда при доверительной вероятности 0,997 коэффициенты и равны 3. Подставляя в формулу (см. п.1.2) значения =0,5%, =1%, =1%, =1%, =3%, =2%, =1%, получаем, что погрешность измерения не должна выходить за пределы ±7% с доверительной вероятностью 0,997.

2. Резонансный метод с параллельным контуром

2.1. Сопротивление диодов , Ом, определяют по формуле

.

2.2. Интервал, в котором с доверительной вероятностью находится погрешность измерений , %, определяют по формуле

при этом и определяют по формулам:

;

,

где , , - коэффициенты, зависящие от законов распределения суммарных и частных погрешностей соответственно;

- составляющая погрешности определения емкости калибровочного конденсатора;

- составляющая погрешности за счет нестабильности частоты генератора;

- составляющая погрешности определения общей емкости контура;

- составляющая погрешности определения добротности контура;

- составляющая погрешности за счет нестабильности амплитуды переменного тока;

- составляющая погрешности отсчета показаний измерительного прибора;

- составляющая погрешности за счет пульсации постоянного напряжения.

2.3. Так как суммарная погрешность измерения зависит от многих влияющих факторов и складывается из большого числа частных составляющих погрешности, принимаем распределение составляющих погрешности измерения и распределение суммарной погрешности измерения нормальным. Тогда при доверительной вероятности =0,997 коэффициенты и равны 3. Подставляя в формулу значения =3%, =2%, =7%, =1%, =2%, =2%, =2%, получаем, что погрешность измерения , %, с доверительной вероятностью =0,997 не должна выходить за пределы, рассчитанные по формуле

.

3. Резонансный метод с последовательным контуром

3.1. Интервал, в котором с доверительной вероятностью находится погрешность измерений, определяют по методике, изложенной в разд.1 настоящего приложения, при условии соблюдения требований пп.3.2.4, 3.2.5.

4. Мостовой метод

4.1. Интервал, в котором с доверительной вероятностью находится погрешность измерений, , %, определяют по формуле

,

где , - коэффициенты, зависящие от законов распределения составляющих погрешностей соответственно;

- составляющая погрешности измерительного моста;

, - составляющие погрешности за счет шунтирующего влияния конденсатора и разделительной индуктивности соответственно;

- составляющая погрешности за счет неточности установления и поддержания постоянного напряжения;

- составляющая погрешности за счет неточности отсчета момента равновесия моста.

4.2. Так как суммарная погрешность измерения зависит от многих влияющих факторов и складывается из большого числа частных составляющих погрешности, принимаем распределение составляющих погрешности измерения и распределение суммарной погрешности измерения нормальным. Тогда при доверительной вероятности 0,997 коэффициенты и равны 3. Подставляя в формулу значения =5%, =1%, =1%, =2%, =2%, получаем, что погрешность измерения не должна выходить за пределы ±10% с доверительной вероятностью 0,997.