[1]Изобретение относится к электронной технике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в установках для измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводящих материалов в широком диапазоне напряженностей электрического поля в импульсном режиме.
[2]Известен электронный ключ (RU 2024187 С1, МПК Н03К 17/687, опубл. 30.11.1994), содержащий высоковольтный полевой транзистор со статической индукцией (СИТ), два ключа, три резистора, формирователь запирающего импульса, конденсатор, диод, шину запуска и две шины питания.
[3]Затвор (СИТ) подключен через первый ключ и последовательно с ним соединенный первый резистор к положительной шине питания, а через второй ключ и параллельно подключенный к нему второй резистор к отрицательной шине питания, исток подключен к общей шине питания, сток - к нагрузке. Управляющий вход первого ключа подключен к шине запуска, а управляющий вход второго ключа - к выходу формирователя запирающего импульса, вход которого подключен к шине запуска. Цепь нелинейной отрицательной обратной связи состоит из третьего резистора, конденсатора и диода, причем катод диода подключен к конденсатору, другой вывод которого подключен к затвору СИТ, и к третьему резистору, другой вывод которого подключен к общему проводу.
[4]Недостатком ключа является сложность конструкции и ограниченность применения. Так как для восстановления заряда конденсатора необходимо время, в несколько раз превышающее длительность выходного импульса, а на стоке СИТ в открытом состоянии сохраняется значительное остаточное напряжение, то данную схему стоит применять в устройствах, работающих с высокой скважностью импульсов и высоким напряжением питания нагрузки.
[5]Известен электронный ключ (RU 2764278 С1, МПК Н02К 1/088, опубл. 17.01.2022, бюл. №2), содержащий N последовательно соединенных транзисторов, N управляющих трансформаторов, включенных по схеме трансформатора тока. Коллектор и эмиттер каждого транзистора зашунтирован выравнивающим резистором и защитным диодом. К базе (затвору) каждого транзистора подключен выход схемы управления ключом (ограничительный резистор), второй вывод которого подключен к эмиттеру каждого транзистора, через сглаживающую цепочку и защитный диод. Входы схемы управления ключом соединены с вторичной обмоткой трансформатора, к первичной обмотке управляющих трансформаторов подключена схема формирователя управляющего сигнала.
[6]Недостатком ключа, является сложность исполнения ключа из-за наличия большого количества каскадов, и его большие габариты из-за наличия последовательно соединенных транзисторов, и управляющих трансформаторов.
[7]Известен электронный ключ (RU 165994 U1, МПК Н03К 17/687, опубл. 10.11.2016, бюл. №31), в котором содержится N ограничителей напряжения, подключенных между истоками и стоками соответствующих транзисторов, где входом ключа является сток N-ro транзистора, а выходом ключа является исток первого транзистора, для каждого транзистора, начиная со второго, дополнительно введены резистор и диод, при этом резисторы включены между истоками и затворами соответствующих транзисторов, аноды всех дополнительных диодов соединены с управляющим входом ключа, а катоды диодов соединены с затворами соответствующих транзисторов, затвор первого транзистора соединен с управляющим входом ключа, при этом напряжение на управляющий вход ключа подается относительно истока первого транзистора.
[8]Недостатком ключа, как и предыдущего, является сложность исполнения ключа из-за наличия большого количества каскадов.
[9]Известен электронный ключ (SU 1786653 А1, МПК Н03К 17/687, опубл. 07.01.1993, бюл. №1), содержащий МДП-транзистор, в стоковую цепь которого включена нагрузка и первичная обмотка дифференцирующего трансформатора тока, стабилитрон, диод, резистор.
[10]В стоковую цепь МДП-транзистора через первичную обмотку трансформатора тока включена нагрузка и положительный полюс входного напряжения, к истоку транзистора подключены отрицательный полюс входного напряжения, анод стабилитрона и конец вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через диод соединено с затвором транзистора, с катодом стабилитрона и с источником управляющих импульсов. Параллельно диоду подключен резистор.
[11]Недостатком ключа является сложность конструкции и наличие трансформатора.
[12]Известен электронный ключ (SU 1760629 А1, МПК Н03К 17/687, опубл. 07.09.1992, бюл. №33), содержащий силовой биполярный транзистор, коллектор которого через нагрузку подключен к положительной шине источника питания, а эмиттер - к его отрицательной шине (общему полюсу). Параллельно коллектору и эмиттеру транзистора включен сток и исток демпфирующего первого полевого транзистора соответственно. Источник импульсов управления соединен через первый резистор с базой биполярного транзистора, а через диод и второй резистор с затвором первого полевого транзистора и с коллектором шунтирующего второго биполярного транзистора, эмиттер которого подключен к источнику первого полевого транзистора. Замедляющий конденсатор, подключенный параллельно затвору и истоку первого полевого транзистора. База второго полевого транзистора через третий ограничивающий резистор соединена с коллектором силового биполярного транзистора и через четвертый базовый резистор - с его эмиттером.
[13]Недостатком ключа является сложность конструкции и использование нескольких транзисторов.
[14]Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков, принятым за прототип, является электронный ключ (SU 1750050 А1, МПК Н03К 17/687, опубл. 23.07.1992, бюл. №27), который состоит из МДП-транзистора, шунтирующего (полевого или биполярного) транзистора, двух диодов, двух резисторов и конденсатора.
[15]Ключевой МДП-транзистор, стоком и истоком, включенный между силовым и общим выводами ключа и нагрузкой. Параллельно затвору и истоку транзистора включен шунтирующий транзистор коллектором и эмиттером соответственно. Между базой и эмиттером шунтирующего транзистора катодом и анодом включен первый диод. Между базой шунтирующего транзистора и стоком МДП-транзистора включены последовательно соединенные первый и второй резисторы, а к общей точке соединения подключена первая обкладка конденсатора и катод второго диода, анодом соединенного со стоком МДП-транзистора, вторая обкладка конденсатора подключена к базе шунтирующего транзистора.
[16]Недостатком известного электронного ключа является сложность исполнения и использование двух транзисторов.
[17]Цель изобретения - упрощение конструкции высоковольтного электронного ключа и возможность регистрации вольт-амперных характеристик полупроводящих материалов в широком диапазоне напряженностей электрического поля.
[18]Технический результат заключается в упрощении устройства, исключении работы измерительных приборов под высоким напряжением, возможности исключения нагрева исследуемых образцов в широком диапазоне напряженностей электрического поля благодаря использованию импульсного режима регистрации вольт-амперных характеристик.
[19]Указанный технический результат достигается тем, что в высоковольтном электронном ключе, содержащем один полевой транзистор, в стоковую цепь которого включен исследуемый образец, а в цепь истока включено опорное сопротивление, по напряжению на котором определяют силу тока через образец, причем к выходу источника питания дополнительно включен конденсатор для обеспечения стабильности значений и исключения искажений импульсов тока, а источник управляющего импульсного напряжения через резистор подключен к затвору транзистора, при этом между общей точкой резистор-затвор транзистора и общей шиной подключен дополнительно введенный стабилитрон, ограничивающий амплитуду управляющего напряжения на затворе транзистора, для снижения влияния емкости затвора - сток и искажения задних фронтов прямоугольных импульсов параллельно со стабилитроном подключен второй резистор.
[20]Высоковольтный электронный ключ для измерения вольт-амперных характеристик включает регулируемый источник питания 1, генератор импульсов 2, осциллограф 4, осциллограф 3, образец 4.
[21]Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена схема предлагаемого высоковольтного электронного ключа, содержащем один полевой транзистор VT1, в стоковую цепь которого включен исследуемый образец 4 (нагрузка), а в цепь истока включено опорное сопротивление R3, по напряжению на котором определяют силу тока через образец 4, а источник 2 управляющего импульсного напряжения через резистор R1 подключен к затвору транзистора VT1, для снижения влияния емкости затвор-сток и искажения задних фронтов прямоугольных импульсов, в общую точку резистор-затвор транзистора VT1 включен второй резистор R2 параллельно со стабилитроном VD1, ограничивающим амплитуду управляющего напряжения.
[22]Напряжение на образце 4 определяется как разность приложенного напряжения от источника тока 1 и падения напряжения на опорном сопротивлении R3 и полевом транзисторе VT1 в его открытом состоянии, что учитывается в расчетных формулах для определения напряжения, приложенного к образцу 4.
[23]Основным отличительным признаком, определяющим технический результат от использования предлагаемого высоковольтного электронного ключа, заключается в упрощение схемного решения при наличии одного полевого транзистора VD1, а также включение в стоковую цепь транзистора VD1 исследуемого образца, причем в цепь истока включено опорное сопротивление R3, по напряжению на котором определяют силу тока через образец, а источник импульсного управляющего напряжения подключен к затвору через резистор R1, к выходу источника дополнительно включена емкость С1 для обеспечения стабильности значений, и исключения искажений импульсов тока, в общую точку R1-затвор включен резистор R2 параллельно со стабилитроном VD1, ограничивающим амплитуду управляющего сигнала.
[24]Высоковольтный электронный ключ работает следующим образом: Регулируемое напряжение, прикладываемое к образцу 4, подается от источника питания 1, к выходу которого дополнительно включен конденсатор C1 для обеспечения стабильности значений и исключения искажений импульсов тока. Прямоугольные управляющие импульсы от генератора 2 подаются через R1 на затвор транзистора VD1, в сток которого включен исследуемый образец 4. Сила тока, протекающего через образец 4, определяется по падению напряжения на опорном сопротивлении R3измеряемому с помощью осциллографа 3 и рассчитывается как,
[25]
[26]Напряжение, приложенное к образцу 4 определяется
[27]
[28]где - напряжение задаваемое блоком питания,
[29]UТР - падение напряжения открытого транзистора,
[30]UOП - напряжение на опорном сопротивлении.
[31]Изменяя напряжение UO по значениям Ux и Iх, строится вольт-амперная характеристика.
[32]На фиг. 2 a,b приведены вольт-амперные характеристики, зарегистрированные с помощью применения предлагаемого высоковольтного электронного ключа для двух образцов углеродосодержащих полимерных композитов на основе этиленвинилацетата с содержанием технического углерода 15 и 30 весовых процентов.
[33]В первом из них, механизм проводимости обусловлен туннелированием, во втором имеет омическую природу, обусловленную сеткой непосредственно контактирующих частиц технического углерода.
[34]Использование предлагаемого высоковольтного электронного ключа заключается в упрощение устройства, исключение работы измерительных приборов под высоким напряжением и возможности исключения нагрева исследуемых образцов в широком диапазоне напряженностей электрического поля, благодаря использованию импульсного режима регистрации вольт-амперных характеристик.
