(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl6: G01R 31/26 (54) Układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 03/96 (73) Uprawniony z patentu: Wyższa Szkoła Morska, Gdynia, PL (72) Twórcy wynalazku: Janusz Zarębski, Gdańsk, PL Krzysztof Górecki, Klonowo, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/98 (74) Pełnomocnik: Radoman Zofia K., Wyższa Szkoła Morska PL B1 (57) Układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego, znamienny tym, że emiter tranzystora (1) w układzie wspólnej bazy jest połączony z wyjściem źródła małego prądu (4) oraz z wyjściem źródła grzejącego prądu (6) poprzez przełącznik (5), który jest sterowany sygnałem (g(t)), przy czym tranzystor (1) umieszczony jest w termostacie (2), a kolektor tranzystora (1) połączony jest z wyjściem źródła napięciowego (3). Fig 1

2 Układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego Zastrzeżenie patentowe Układ do pom iaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego, znam ienny tym, że emiter tranzystora (1) w układzie wspólnej bazy jest połączony z wyjściem źródła małego prądu (4) oraz z wyjściem źródła grzejącego prądu (6) poprzez przełącznik (5), który jest sterowany sygnałem (g(t)), przy czym tranzystor (1) umieszczony jest w termostacie (2), a kolektor tranzystora (1) połączony jest z wyjściem źródła napięciowego (3). * * * Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego. Znane są z publikacji naukowej (vol.iecl-22,n.2,1975) opublikowanej w IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation, autorów Blackbum D.L., Oettinger F.F., metody wykorzystujące krzywą chłodzenia i krzywą grzania w pomiarach przejściowej impedancji termicznej tranzystorów mocy. Niedogodnością metody pomiaru opartej na krzywej chłodzenia jest mała dokładność uzyskiwanych wyników zależnych od warunków pracy tranzystora. Metoda ta nie pozwala na dokonanie pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora pobudzanego mocą większą od jego mocy dopuszczalnej, dla krótkich odstępów czasowych. Niedogodnością metody pomiaru opartej na krzywej grzania jest czasochłonność procedury pomiarowej związanej z wielokrotnym grzaniem i chłodzeniem tranzystora. Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego nr "Metoda i aparatura do pomiaru rezystancji termicznej elementów takich jak układy scalone wielkiej skali integracji". Znana metoda polega na umieszczeniu badanego elementu między źródłem ciepła i źródłem zimna oraz mierzeniu strumienia ciepła przepływającego przez badany układ. Rezystancja termiczna wyznaczana jest jako iloraz różnicy temperatur źródła ciepła i źródła zimna, do wyznaczonego strumienia ciepła. Niedogodnością znanej metody jest pomiar wartości przejściowej impedancji termicznej tylko dla stanu ustalonego. Znana metoda stosowana jest przy pomiarach nieobudowanych struktur półprzewodnikowych. Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego nr "Metoda pomiaru temperatury pracy przyrządów półprzewodnikowych wraz z monitorowaniem charakterystyk częstotliwościowych". Układ do realizacji tej metody składa się z generatora sygnałowego, detektora, układu polaryzacji, układu próbkująco-pamiętającego i układu ekspozycji. Badany element pracuje w obszarze aktywnym, wymuszonym przez układ polaryzacji. Sygnał zmienny o znanej amplitudzie i częstotliwości jest podawany z generatora sygnałowego na wejście badanego elementu. Do wyjścia badanego elementu podłączony jest detektor dający na wyjściu napięcie proporcjonalne do amplitudy napięcia na wejściu badanego elementu. Sygnał ten mierzony jest po przejściu przez układ próbkująco-pamiętający, a wynik wyświetlany jest przez układ ekspozycji. Znany układ realizuje pomiar impedancji termicznej tylko dla stanu ustalonego. Niedogodnością znanej metody i układu jest skomplikowana struktura i istnienie niebezpieczeństwa wzbudzania się układu przy budowie stanowiska pomiarowego. Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr "Sposób i układ do testowania przyrządów półprzewodnikowych". Znany układ składa się z obwodów zasilających, obwodów przełączających, generatora, obwodów porównujących, obwodów sterujących oraz obwodów rejestrujących. Badany element jest połączony poprzez obwody przełączające z

3 generatorem i obwodami zasilającymi. Wydajność tych obwodów jest determinowana przez obwody sterujące. Wejście badanego elementu pobudzane jest falą prostokątną o małych i dużych wartościach mocy z generatora. Na wyjściu badanego elementu otrzymany jest przebieg temperatury, który w obwodach porównujących jest odnoszony do założonego przedziału wartości dopuszczalnych temperatury. Temperatura jest wyznaczana, w oparciu o pomiar wybranego parametru termoczułego badanego elementu przy małej wartości wydzielanej w nim mocy. Otrzymany wynik porównania jest zapamiętywany w obwodach rejestrujących. Niedogodnością znanego układu jest pomiar tylko obszaru bezpiecznej pracy badanego elementu. Obszar ten ograniczony jest też wartościami impedancji termicznej. Istota wynalazku polega na tym, że emiter tranzystora w układzie wspólnej bazy jest połączony z wyjściem źródła małego prądu oraz z wyjściem źródła grzejącego prądu poprzez przełącznik. Przełącznik sterowany jest sygnałem g(t), przy czym tranzystor umieszczony jest w termostacie, a kolektor tranzystora połączony jest z wyjściem źródła napięciowego. Zaletą rozwiązania według wynalazku jest dokładność i zdecydowane skrócenie czasu wykonania pomiaru. Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu, a fig. 2 przedstawia kształt sygnału sterującego stanem przełącznika. Emiter tranzystora 1 w układzie wspólnej bazy połączony jest z wyjściem źródła małego prądu 4 oraz z wyjściem źródła grzejącego prądu 6 poprzez przełącznik 5. Przełącznik 5 sterowany jest sygnałem g(t). Tranzystor 1 usytuowany jest w termostacie 2 zapewniającym stałą temperaturę otoczenia tranzystora 1. Kolektor tranzystora 1 połączony jest z wyjściem źródła napięciowego 3. Pierwszym etapem pomiaru realizowanego w układzie jest przeprowadzenie kalibracji pierwotnej złącza baza-emiter tranzystora 1 przy małym prądzie ze źródła 4 i przy wyłączonym przełączniku 5. Kalibracja pierwotna polega na uzyskaniu charakterystyki termometrycznej złącza baza-emiter tranzystora 1 będącej zależnością napięcia baza-emiter u BE od zadanej temperatury termostatu 2. W drugim etapie pomiaru po podaniu na przełącznik 5 funkcji sterującej g(t) przeprowadzana jest kalibracja wtórna w warunkach wydzielania mocy grzejnej P w tranzystorze 1. Funkcja sterująca pracą przełącznika g(t) włącza przełącznik 5 na czas th i wyłącza ten przełącznik na czas tm. Wtedy tranzystor 1 pobudzany jest ciągiem prostokątnych impulsów mocy grzejnej o czasie trwania th i czasie przerwy między tymi impulsami równymi tm. Wydzielana moc grzejna P jest równa iloczynowi sumy wydajności źródła napięciowego 3 i napięcia baza-emiter u BE oraz sumy prądów obydwu źródeł prądowych. W czasie tm nie jest wydzielana moc grzejna w tranzystorze 1 i wtedy przez tranzystor 1 płynie prąd ze źródła 4. Podczas kalibracji wtórnej następują pomiary napięcia złącza baza-emiter u BE tranzystora 1 przy różnych warunkach polaryzacji tego złącza na końcach impulsów mocy grzejnej i w początkowym zakresie między impulsami mocy grzejnej. Następnie wykorzystując charakterystykę otrzymaną w etapie pierwszym oraz wyniki pomiarów napięcia baza-emiter u BE otrzymanych w przerwie między impulsami mocy grzejnej, wyznaczana jest temperatura wnętrza tranzystora 1 odpowiadająca chwilom pomiaru napięcia u BE na końcach impulsów mocy grzejnej. W trzecim zasadniczym etapie pomiaru po wyłączeniu przełącznika 5 i ochłodzeniu tranzystora 1 do temperatury wnętrza termostatu 2 i po ponownym włączeniu przełącznika 5 następuje skokowe pobudzenie tranzystora 1 mocą grzejną o wartości P określonej w drugim etapie pomiaru. W wybranych momentach czasu aż do stanu termicznie ustalonego rejestrowane są wartości napięcia baza-emiter u BE, a następnie z wykorzystaniem charakterystyki termometrycznej uzyskanej w wyniku kalibracji wtórnej określana jest temperatura wnętrza tranzystora 1, odpowiadająca chwilom pomiaru napięcia baza-emiter ube otrzymanego w etapie trzecim.

4 Pomiar przejściowej impedancji termicznej tranzystora zdefiniowanej wzorem jest realizowany przy pomocy przedmiotu wynalazku, przy czym T (t) oznacza temperaturę wnętrza tranzystora w chwili czasu t, zaś T0 oznacza temperaturę termostatu, a P wartość mocy grzejnej wydzielonej w tranzystorze.

5 Fig. 2

6 Fig. 1. Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł