動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試問(wèn)題分析

賴忠有

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

0 引言

在現(xiàn)場(chǎng)半導(dǎo)體分立器件測(cè)試技術(shù)問(wèn)題處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，3臺(tái)半導(dǎo)體分立器件測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試動(dòng)態(tài)電阻時(shí)存在較大的差異，于是通過(guò)對(duì)比測(cè)試，分析和討論了差異的成因。通過(guò)動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試問(wèn)題的分析解決，對(duì)動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試精確性的影響因素有了更深入的了解，也為以后動(dòng)態(tài)電阻精確測(cè)試奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 動(dòng)態(tài)電阻的定義

電學(xué)元件的電流隨電壓變化的關(guān)系被稱為伏安特性，與之相對(duì)應(yīng)的伏安特性曲線分為線性和非線性，線性意味著其電壓與電流的比值，即電阻是恒定值，而非線性意味著電壓與電流的比值不成正比，也就是說(shuō)電阻值隨工作點(diǎn)的變化而變化，故而被稱為非線性電阻，非線性電阻有兩種表示方式：1）靜態(tài)電阻，其等于工作點(diǎn)的電壓與電流之比，即R=U/I；

2）動(dòng)態(tài)電阻，其等于工作點(diǎn)附近的電壓微變量與電流微變量之比，即R=△U/△I，反映的是電學(xué)元件兩端的電壓隨電流變化的快慢或趨勢(shì)。本文所要探討的穩(wěn)壓二極管反向擊穿時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻Rz，為反向工作電流變化量△IZ引起的穩(wěn)定電壓變化量△VZ，即RZ=△VZ/△IZ是反映穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓性能好壞的重要參數(shù)，也就是RZ越小，反向擊穿區(qū)曲線越陡，穩(wěn)壓效果就越好。

2 測(cè)試差異分析

2.1 測(cè)試方法簡(jiǎn)介

現(xiàn)有的分立器件測(cè)試系統(tǒng)所采用的測(cè)試方法主要有兩種：

a）某國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體分立器件測(cè)試系統(tǒng)（下面簡(jiǎn)稱為設(shè)備A）所采用的測(cè)試方法的原理為：假定需測(cè)試某穩(wěn)壓二極管反向工作電流IZ下的R2，先給器件施加規(guī)定的工作電流IZ1=IZ×[（1-10）%]，測(cè)試此時(shí)的器件工作電壓VZ1；后給器件施加規(guī)定的工作電流IZ2=IZ×[（1+10 ）%]，測(cè)試此時(shí)的器件工作電壓VZ2，設(shè)備內(nèi)部換算得出該穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻為RZ=|VZ1-VZ2|/|IZ1-IZ2|。

b）美國(guó) LORLIN 7BT和日本 TESEC 3620 TT/B所采用的測(cè)試方法的原理為：假定需測(cè)試某穩(wěn)壓二極管反向工作電流IZ下的RZ，在所施加的反向工作電流的基礎(chǔ)上疊加1 kHz峰峰值為10%×IZ的AC交流信號(hào)（IZ（AC）），即在穩(wěn)壓二極管正負(fù)極之間施加反向工作電流為IZ+IZ（AC），由IZ（AC）產(chǎn)生變化得到VZ（AC），經(jīng)過(guò)測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)部換算，可得到該穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻為RZ=VZ（AC）/IZ（AC）。

2.2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比

用于測(cè)試對(duì)比的3臺(tái)分立器件測(cè)試系統(tǒng)分別為國(guó)產(chǎn)設(shè)備A，美國(guó)LORLIN公司生產(chǎn)的LORLIN 7BT以及日本TESEC公司生產(chǎn)的3620 TT/B。為驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)3臺(tái)設(shè)備測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇了1、10和100 Ω 3種固定阻值的電阻作為樣品，并通過(guò)精密電阻測(cè)試儀對(duì)這3種電阻進(jìn)行標(biāo)定，將標(biāo)定阻值與3臺(tái)分立器件測(cè)試系統(tǒng)在不同電流IZ下的RZ測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，每項(xiàng)測(cè)試的測(cè)試次數(shù)為10遍，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、2和3。

從表1、2和3的數(shù)據(jù)來(lái)看，美國(guó)LORLIN 7BT在樣品電阻與施加電流IZ乘積小于10 mV時(shí)，其動(dòng)態(tài)電阻的測(cè)試結(jié)果與樣品電阻標(biāo)定值的差距較大；而在樣品電阻與施加電流IZ乘積大于10 mV時(shí)，其動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試結(jié)果與樣品電阻標(biāo)定值基本一致。日本TESEC 3620 TT/B在樣品電阻與施加電流IZ乘積小于0.5 mV時(shí)，其動(dòng)態(tài)電阻的測(cè)試結(jié)果與樣品電阻標(biāo)定值之間有較小的差異；而當(dāng)乘積大于0.5 mV時(shí)，其動(dòng)態(tài)電阻測(cè)阻標(biāo)定值基本一致。國(guó)產(chǎn)設(shè)備A在樣品電阻與施加電流IZ乘積小于100 mV時(shí)，其動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試結(jié)果與樣品電阻標(biāo)定值的差距大；即使當(dāng)乘積大于100 mV時(shí)，其動(dòng)態(tài)電阻的測(cè)試結(jié)果與樣品電阻標(biāo)定值也存在一定的差距。因此，日本TESEC 3620 TT/B動(dòng)態(tài)電阻的測(cè)試范圍最廣，測(cè)試精確度也最優(yōu)；美國(guó)LORLIN 7BT居次；國(guó)產(chǎn)設(shè)備A動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試存在較大的問(wèn)題。

表1 1 Ω電阻的標(biāo)定阻值與Rz測(cè)試結(jié)果

表2 10 Ω電阻的標(biāo)定阻值與Rz測(cè)試結(jié)果

表3 100 Ω電阻的標(biāo)定阻值與Rz測(cè)試結(jié)果

2.3 原因分析

2.3.1 曲線斜率取值的影響

如圖1所示，穩(wěn)壓二極管在反向工作電流IZ下的動(dòng)態(tài)電阻RZ理論上應(yīng)為點(diǎn)（IZ，VZ）曲線斜率，表達(dá)式如下：

由于設(shè)備內(nèi)置的源和表精度、分辨率的限制，反向工作電流變化量△IZ和相應(yīng)的穩(wěn)壓值變化量△VZ不可能無(wú)限趨于零，但從動(dòng)態(tài)電阻表達(dá)式和圖中曲線可得知，△IZ越小，曲線斜率取值就越接近于反向工作電流IZ下的動(dòng)態(tài)電阻RZ真實(shí)值。那么，在同樣的反向工作電流IZ下，因美國(guó)LORLIN 7BT和日本TESEC 3620 TT/B采用的測(cè)試方法所產(chǎn)生的△IZ可調(diào)，且其△IZ最大值也要小于國(guó)產(chǎn)設(shè)備A，故美國(guó)LORLIN 7BT和日本TESEC 3620 TT/B的動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試遠(yuǎn)比國(guó)產(chǎn)設(shè)備A精確。尤其是穩(wěn)壓二極管曲線拐點(diǎn)處的動(dòng)態(tài)電阻，因其變化之快，對(duì)△IZ的取值也要求更為苛刻。

2.3.2 設(shè)備源表分辨率的影響

測(cè)試穩(wěn)壓二極管動(dòng)態(tài)電阻所施加的電流變化量△IZ基本上是微安級(jí)以上的電流，比設(shè)備的電流施加分辨率大至少3個(gè)數(shù)量級(jí)，即電流的施加精度的影響較小。分立器件測(cè)試系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)電阻的測(cè)試范圍和精度主要影響因素是施加的電流變化量△IZ所引起的電壓變化量△VZ的測(cè)試分辨率。若電流變化量值△IZ取值過(guò)小，致使產(chǎn)生的電壓變化量△VZ小于設(shè)備本身的電壓測(cè)試最小分辨率，那么設(shè)備便無(wú)法正確地讀值；如電壓變化量△VZ接近電壓測(cè)試的最小分辨率，即使設(shè)備可讀值，誤差也會(huì)很大，加上此時(shí)電壓變化量△VZ已經(jīng)很小，外界干擾的影響嚴(yán)重，動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試值會(huì)出現(xiàn)較大的跳動(dòng)。這里我們假設(shè)設(shè)備的電壓測(cè)試最小分辨率為VB，那么動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試結(jié)果的跳動(dòng)步長(zhǎng)值△Ω的表達(dá)式為：

在現(xiàn)有的3臺(tái)分立器件測(cè)試系統(tǒng)中，日本TESEC 3620 TT/B電壓測(cè)試的最小分辨率為0.01 mV，美國(guó)LORLIN 7BT電壓測(cè)試的最小分辨率為0.1 mV，而國(guó)產(chǎn)設(shè)備A的最小分辨率為2.5 mV。從表1、2和3的測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，國(guó)產(chǎn)設(shè)備A的數(shù)據(jù)規(guī)律與表達(dá)式一致，日本TESEC 3620 TT/B和美國(guó)LORLIN 7BT的數(shù)據(jù)規(guī)律基本符合。從表達(dá)式和測(cè)試數(shù)據(jù)中可看出，電壓測(cè)試分辨率越高，步長(zhǎng)值越小，動(dòng)態(tài)電阻的施加電流范圍就越廣及測(cè)試精度也越高。另外，當(dāng)△IZ變化所產(chǎn)生的△VZ極小時(shí)，不僅要受到設(shè)備電壓測(cè)試分辨率極限的限制，也極易受到外界信號(hào)干擾，以致與表達(dá)式的偏差較大。

3 結(jié)論

本文通過(guò)3種標(biāo)定阻值的電阻樣品在3臺(tái)分立器件測(cè)試系統(tǒng)上的測(cè)試對(duì)比，分析得出，曲線斜率取值方法、設(shè)備最小電壓測(cè)試分辨率及外部環(huán)境因素（如信號(hào)屏蔽效果）共同決定了設(shè)備的動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試準(zhǔn)確性。

[1]常新華，郭群芳.電子元器件參數(shù)計(jì)量測(cè)試大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989.

[2]LORLIN Corporation.LORLIN 7BT分立器件測(cè)試系統(tǒng)用戶手冊(cè)[K].2000.

[3]TESEC Corporation，TESEC 3620分立器件測(cè)試系統(tǒng)用戶手冊(cè)[K].2002.

[4]GB/T 6571-1995，半導(dǎo)體器件 分立器件 第3部分：信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)）和調(diào)整二極管[S].