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La présente invention est relative de manière générale à la mesure de caractéristiques de fonctionne- ment électrique de transisteurs et plus particulièrement à la mesure du facteur d'amplification de courant ([alpha]) des transisteurs.
Un objet principal de l'invention est d'aug- menter l'exactitude des mesures du facteur alpha d'am- plification de courant.
Un autre objet plus particulier est de libérer l'exactitude de la mesure du facteur d'amplification de courant d'un transisteur de sa dépendance à l'égard de la précision de détermination de la grandeur d'un courant ou d'une tension par lecture sur un instrument.
Un autre objet est de libérer l'exactitude de la mesure du facteur d'amplification de courant d'un transisteur de sa dépendance à l'égard de la constance du niveau du générateur de signal.
Un autre objet est de permettre une mesure exacte des facteurs d'amplification de courant pour des niveaux de courant d'émetteur extrêmement bas.
Un objet supplémentaire'est de donner un carac- tère automatique à la mesure du facteur d'amplification
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de courant d'un trl:1nsisteur{cJ!.I",.I"..}
Le dispositif usuel de mesure de l'alpha d'un transisteur, particulièrement pour des transisteurs à jonction, nécessite d'abord l'ajustement d'un courant de signal d'émetteur standard, tel que déterminé par l'in- strument indicateur de l'appareil de mesure, et ensuite la lecture du potentiel aux bornes d'une résistance ca- librée. Si l'alpha lui-même est mesuré, cette dernière résistance est dans le circuit du collecteur du transis-
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teur et si c'est la quantité 1 - [alpha] qu'on mesure, la ré- sistance est dans le circuit de base.
La technique né- cessite deux lectures d'appareils séparés et distincts, habituellement à des instants différents pour la raison qu'un appareil de mesure unique est généralement utilisé pour le calibrage ou tarage et la mesure. Une constance extrême du niveau du générateur de signal est par consé- quent une nécessité. En plus, puisque o( et 1 - o( sont déterminés au moyen d'une lecture d'instrument, la préci- sion maxima de la détermination n'est habituellement pas meilleure qu'un demi à un pourcent..
Les limitations ci-dessus dans la mesure du facteur d'amplification de courant d'mn transisteur sont sensiblement éliminées par la présente invention. Sui- vant une particularité principale de l'invention, les bornes fixes d'un potentiomètre sont reliées aux électro- des collecteur et base, respectivement, du transisteur qu'on essaie. Un générateur de signal en courant alter- natif est monté' entre l'électrode émetteur du transis- teur et le contact mobile du potentiomètre, et un dispo- sitif de mesure de tension à lecture de zéro est monté entre les électrodes collecteur et de base du transis- teur, sensiblement en parallèle avec le bras de résis- tance du petentiomètre. Lorsque la position du contact mobile est réglée pour donner une lecture nulle du moyen de mesure de tension, o( et 1 - o( sont des fonctions de cette position.
En général, alpha est donné par le rapport de la résistance entre l'électrode de base du transisteur et le contact mobile, à la résistance totale du potentiomètre et 1 - o( est donné par le rapport de la résistance entre le contact mobile et l'électrode col- lecteur du trabsisteur, à cette même résistance totale.
Comme les moyens de mesure de la tension béat utilisée
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seulement pour donner une lecture de zéro, l'exactitude de la mesure est libérée d'une dépendance de la préci- sion avec laquelle l'instrument peut être lu. Le poten- tiomètre dans le trajet collecteur - base du trarisisteur, qui donne la lecture de l'alpha désiré, est capable d'ê- tre calibré avec une précision beaucoup plus grande qu'un instrument de mesure et en outre reste calibré une fois qu'il l'a été. Les fluctuations du niveau du signal n'affectent pas l'exactitude de la mesure, puis la posi- tion de zéro ou d'équilibre est indépendante du niveau du signal sur un domaine étendu de niveaux.
La présente invention possède aussi d'autres avantages qui ne sont pas rendus possibles par l'usage des techniques de mesure de l'alpha d'un transisteur, qu'on rencontrait dans la technique antérieure. Suivant une autre particularité de l'invention, un amplificateur sélectif en fréquence à gain élevé, accordé à la fré- quence du générateur de signal en courant alternatif et ayant un instrument indicateur convenable à la sortie peut être utilisé comme appareil de mesure de tension à lecture de zéro. Le rapport signal à bruit de l'indica- teur à lecture de zéro est par conséquent amélioré et la détection de signaux de niveaux extrêmement bas est permise. Suivant une autre particularité de l'invention, des servo-techniques peuvent être employées pour équili- brer effectivement, de manière automatique, le détecteur de zéro.
Suivant uette particularité de l'invention, un servo-moteur à courant alternatif biphasé a son arbre couplé au contact mobile du potentiomètre. Le généra- teur de signal fournit de l'énergie à la phase de référen. ce ou de puissance du servo-moteur, et un signal entre l'électrode émetteur du transisteur et le contact mobile du potentiomètre. La phase de contrôle du servo-moteur
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est alimentée par la sortie d'un servo-amplifcateur sélectif de fréquence dont l'entrée est montée aux bor- nes fixes du potentiomètre.
Le signal entre les électro- des de base et d'émetteur, amplifié par le servo-ampli- ficateur, commande le moteur jusqu'à ce que le réglage du potentiomètre soit tel que le signal devienne nul donnant ainsi une 'indication automatique de la valeur de alpha en termes de réglage du potentiomètre.
Une compréhension plus complète de l'inven- tion peut être obtenue de l'étude de la description détaillée suivante de différentes formes de réalisation spécifiques. Sur les dessins : - la figure 1 illustre le circuit de base pour la mesure de o( prévu par l'invention; - la figure 2 illustre une forme de réalisa- tion simplifiée de l'invention, utilisant un potentiomè- tre au lieu des résistances séparées montrées à la figu- re 1; - la figure 3 illustre une forme de réalisa- tion de l'invention dans laquelle on utilise une paire de potentiomètre-,entre les électrodes de base et collec- teur du transisteur en vue de donner une double étendue de lectures; - la figure 4 illustre une forme de réalisa- tion de l'invention agencée pour le fonctionnement auto- matique ;
- la figure 5 montre une forme de réalisation de l'invention propre à un triage automatique de tran- sisteurs suivant leurs valeurs d'[alpha], et - la figure 6 montre une forme de réalisation de l'invention agencée pour tracer un graphique perma- nent de l'[alpha] d'un transisteur en fonction d'un paramètre d'actionnement choisi ou d'une condition ambiante.
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La !orme de réalisation ae l'invention montrée à la figure 1 comprend un transisteur 11 ayant une élec- trode émetteur 12, une électrode collecteur 13 et une électrode de base 14. Dans le symbole de transisteur habituel montré, l'électrode émetteur 12 est indiquée par une tête de flèche et la direction d'écoulement du courant d'émetteur positif est indiquée par la direction de la flèche. Ainsi, un transisteur du type p-n-p est indiqué par une flèche d'émetteur pointant vers la base, et un transisteur du type n-p-n est indiqué par une flè- che d'émetteur pointant en partant de la base. Les transisteurs montrés dans ces figures et celles qui sui- vent sont des transisteurs p-n-p, à titre d'exemple, mais on comprend que l'invention est applicable à la me- sure des alphasde transisteurs du type de conductivité opposé aussi bien.
Pour les transisteurs du type n-p-n, les courants s'écoulent dans des sens opposés à ceux qui sont montrés aux dessins et toutes les polarisations seront à inverser.
Les circuits dans la forme de réalisation de l'invention montrée à la figure 1 n'ont pas de polarisa- tion en courant continu dans un but de simplification.
Le circuit alternatif cependant, comprend une résistance 15 ayant une valeur R1 et une résistance 16 ayant une valeur R2, montées en série entre l'électrode de base 14 et l'électrode collecteur 13. Une source de signal con- tinue 17 est montée entre l'électrode émetteur 12 et la jonction des résistances 15 et 16, et un voltmètre 18 est monté entre l'électrode de base 14 et l'électrode de collecteur 13 en parallèle avec la combinaison série des résistances 15 et 16. La fréquence du générateur de signal en courant alternatif 17 est de préférence dans le domaine audible dans le but à la fois d'éviter des
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effets de réactance et d'être bien en dessous: de la fré- quence de cut off habituelle de l'émetteur du transis- @ teur.
En outre, le cou ent fourni par la source 17 sera suffisamment petit en comparaison du courant continu de polarisation d'émetteur pour le transisteur 11, pour ne pas surcharger le transisteur.
Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 1, si les résistances 15 et 16 sont réglées en sorte que le potentiel du collecteur 13 à l'électrode de base 14 soit zéro tel qu'indiqué par la voltmètre 18 et si R1 + R2 est petit en comparaison de l'impédance in- terne du collecteur du transisteur 11, le courant s'écou- lant dans la résistance 16 est le courant de collecteur o( ie et le potentiel aux bornes de la résistance 16 est R2 [alpha] ie ou [alpha] est le facteur d'amplification de courant du transisteur 11 et i est le courant d'émetteur s'écou- lant dans le transisteur 11 depuis la source de signal 17.
Le courant spéculant dans la résistance 15, au con- traire, est le courant de base i - o( i et le potentiel aux bornes de la résistance 15 est R1 (i - o( i ). Les -Le e résistances 15 et 16 ont une borne en commun. Si leurs autres bornes sont au même potentiel, comme indiqué par la lecture zéro au voltmètre 18, on a :
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Rl ie - RZ o( ie = R2 <* ie (1) ou R R1+ R2 (2) et R 2 1 - q R1+ R2 (3)
Si R1 + R2 est faite égale à la résistance totale, R , d'un potentiomètre à résistance fixée 19 et que le contact mobile du potentiomètre est le point com- mun de R1 et de R2 comme montré à la figure 2, on a :
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Rl d - -g# (4) l-c( 2 1 -c( = --- (5) R
A la figure 2, si la résistance du potentiomètre 19 est linéaire, alors ci et 1 - [alpha] sont des fonctions linéai- res du réglage du potentiomètre. En utilisant des varias teurs de résistance de potentiomètre prédéterminées c( ou (1 - c( peuvent être amenés à avoir un grand nombre de relations fonctionnelles du réglage du potentiomètre.
Ainsi, des valeurs de ci proches de l'unité qui doivent être connues le plus exactement pour avoir assez de pré- cision dans la forme (1 - o( ) pour le calcul de gain d'émetteur, peuvent être étalées sur un domaine plus étendu que les valeurs de c( dans le but de donner plus de précision à la lecture des c( proches de l'unité.
La forme de réalisation de l'invention montrée à la figure 3 est un exemple d'un autre moyen pour don- ner des lectures plus précises de [alpha] près de l'unité, que dans d'autres parties du domaine de mesure. Pour être plus complet, les circuits de polarisation en courant continu sont montrés à la figure 3 aussi bien que les circuits en courant alternatif nécessaires. A la figure
3, la résistance R-, est exécutée par une résistance fixe
20. Au lieu d'un potentiomètre unique 19,cependant, deux potentiomètres 21 et 22 sont utilisés pour diffé- rents domaines de [alpha], avec un commutateur sélecteur 23 pour choisir le contact mobile sur l'un ou l'autre po- tentiomètre pour le retour du courant de signal d'émet- teur.
A titre d'exemple, la résistance 20 peut avoir une valeur de 100 ohms et les potentiomètres 21 et 22 des résistances de 100 et 25 ohms respectivement. Lors- que le potentiomètre 22 de 25 ohms est utilisé, R2 varie
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de zéro à 25 ohms tandis que R1 + R2 (la résistance to- tale de potentiomètre R ) est fixée à la somme de la résistance 20 et des potentiomètres 21 et 22. R1 varie de 200 à 225 ohms, rendant le domaine des mesures d'[alpha] sur le potentiomètre 22 étendu de 200/225 = 0,889 à 225/225 = 1,000. Lorsque le potentiomètre 21 de 100 ohms est uti- lisé, le domaine de mesures de c( va de 0,444 à 0,889.
Ainsi, approximativement la même échelle linéaire est utilisée pour couvrir un domaine 0,111 de c( dans le voisinage de l'unité comme pour couvrir un domaine 0,444 à des valeurs inférieures de [alpha]. Cette particula- rité de l'invention, donne une augmentation de préci- sion de 4 à 1 dans la lecture de c( au voisinage de l'unité. En faisant le potentiomètre 22 même plus fai- ble en résistance ou en faisant la résistance totale dans le circuit de base du transisteur plus grande, la précision de la détermination de [alpha] près de l'unité peut même être augmentée davantage, la seule limitation phy- sique était celle qui est fixée par la sensibilité maxi- mum du détecteur de zéro comme limitée par le bruit.
Le reste de la forme de réalisation de l'inven. tion illustrée à la figure 3 comprend un transformateur 24 à double blindage monté dans le circuit d'entrée de signal pour atténuer les courants de circulation de terre à la fréquence du signal qui pourraient autrement s'écouler en R2 et ajouter une erreur au courant d ie s'écoulant en R2. Un tel transformateur est particuliè- rement efficace en élevant la précision de la mesure à une très grande précision avec un instrument du type considéré. Un condensateur de blocage 25 est monté entre le côté haut de l'enroulement de sortie du trans- formateur 24 et l'électrode émetteur du transisteur 11 pour empêcher le courant de-polarisation d'émetteur de
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s'écouler dans le secondaire du transformateur.
Une résistance en shunt 26 est montée entre l'électrode émetteur du transisteur 11 et l'autre côté du secondaire du transformateur pour procurer un trajet de courant continu pour le courant de polarisation de l'émetteur du transisteur. Un condensateur de couplage 27 est monté entre la résistance 26 et l commutateur 23 sélecteur de domaine pour donner un retour à très faible impédance au courant de signal d'émetteur et pour bloquer le courant continu par le commutateur.
L'électrode émetteur du transisteur 11 à la figure 3 est pourvue d'une polarisation à courant sensi- blement constant par une source de courant continu 28 @ qui est orientée pour polariser l'émetteur dans le sens direct et reliée par une résistance 29 et une bobine d'inductance 30 à la résistance 26. La résistance 29 et la bobine 30 se combine pour procurer un trajet de cou- rant de polarisation d'impédance assez élevée pour éviter un shuntage appréciable de R2,la résistance entre le contact mobile du potentiomètre de travail et la terre.
Le collecteur du transisteur 11 est alimenté d'une pola- risation sensiblement constante par une source à courant continu 32 qui est orientée pour polariser le collecteur en sens inverse et reliée directement à celui-ci. Un condensateur de by pass 33 est ramené à la terre depuis l'électrode collecteur du transisteur 11.
Dans la forme de réalisation de la figure 3, le volt mètre 18 des figures 1 et 2 est remplacé par un amplificateur sélectif en fréquence, à gain élevé, 34 et un instrument indicateur 35. L'amplificateur 34 est ré- glé à la fréquence du générateur de signal 17 (qui peut par exemple être de 1000 cycles), permettant la détection de signaux de niveau extrêmement bas entre l'électrode
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de base du transisteur 11 et la terre. Sous ce rapport, on remarquera que l'électrode collecteur du transisteur est effectivement shuntée à la terre par le condensateur 33 de by pass du collecteur.
Dans le fonctionnement du dispositif de mesure d'alpha illustré à la figure 3, le domaine désiré est choisi par le commutateur 23 sélecteur de domaine, le potentiomètre de travail est réglé jusqu'à ce que la lec- ture de l'instrument de sortie 35 soit zéro, et alpha est lu directement d'après le réglage du contact mobile du potentiomètre, les deux potentiomètres 21 et 22 ayant préalablement été calibrés par rapport à un potentiomè- tre standard.
Un avantage important de la forme de réalisa- tion de l'invention montrée à la figure 3 est que le bruit de contact dans le potentiomèt se de travail est en série avec le signal d'entrée et est par conséquent équilibré à zéro à l'entrée du détecteur de la même ma- nière que le signal de mesure. Ceci est une considéra- tion importante dans la précision et l'exactitude qu'on peut avoir avec un circuit particularisé suivant l'in- vention, particulièrement pour de bas niveaux de signal.
En plus, un détecteur de zéro hautement sélectif peut être utilisé pour réduire la bande de bruit de l'amplifi- cateur de détecteur 34 et permettre encore des équilibres à des niveaux plus bas. A cause de ces avantages, il est possible de faire des mesures précises et exactes d'al- phas de transisteurs à jonction avec des formes de réali- sation de l'invention telles que celle de la figure 3 à des courants de polarisation d'émetteur aussi bas que 10 microampères.
Une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le potentiomètre 19 préalablement calibré est
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réglé automatiquement pour donner une sortie nulle est illustrée à la figure 4. Dans l'agencement montré à la figure 4, le détecteur ou amplificateur pour zéro 34 de la figure 3 est remplacé par un servo-amplificateur 36 sélectif pour la fréquence f1 du générateur de signal.
La sortie du servo-amplificateur 36 alimenté la phase de contrôle C d'un servo-moteur en courant alternatif à deux phases 37. La phase de référence ou de puissance P du servo-moteur 37 est alimentée par le générateur de signal 17 qui fournit le signal d'entrée au transisteur.
Ceci est nécessaire pour lier la fréquence et la phase du servo-moteur. Comme la quantité d'énergie nécessaire pour actionner le servo-moteur 37 est considérablement plus grande que celle utilisée pour fournir un signal à l'électrode d'émetteur du transisteur, un atténuateur 38 est monté entre le générateur de signal 17 et le pri- maire du transformateur 24. L'arbre du servo-moteur 37 est couplé en position angulaire avec l'arbre du poten- tiomètre d'équilibrage 19 du dispositif de mesure. Un signal à l'entrée du servo-amplificateur 36 commande le 'servo-moteur 37 jusqu'à ce que le signal d'entrée de- vienne nul. Ceci équilibre le potentiomètre 19 et donne une indication automatique du facteur d'amplification de courant du transisteur en termes de réglage du potentio- mètre.
En reliant un analogue d'un transformateur "di- gital" au potentiomètre d'équilibrage, les valeurs de [alpha] peuvent être indiquées sous forme de chiffres et im- primées automatiquement. L'information imprimée peut alors être mise en corrélation avec des chiffres impri- més sur les transisteurs individuels pour un enregistre- ment imprimé des valeurs de o( pour un grand nombre de transisteurs essayés.
Le "potentiel d'automation" du dispositif de
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mesure d'alpha des transisteurs, de la figure 4, peut être étendu encore en reliant un commutateur 39 au poten- tiomètre d'équilibrage ou à l'arbre du servo-moteur comme montré à la figure 5. Suivant la position du contact mobile du potentiomètre 19 au point d'équilibre à zéro ou, en d'autres termes, suivant la valeur de c( du po- tentiomètre qui est essayé, un bras de balayage 40 du commutateur 39 est relié électriquement à l'un des di- vers segments de commutateur.
Chacun de ces segments contrôle l'ouverture d'une trémie H au moyen d'un solé- noide 41 comme illustré à la figure 5, en sorte que lors- que le transisteur qui est essayé tombe dans une goulotte allant aux différentes trémies, il tombe dans la trémie choisie par le commutateur 39. Des transisteurs sont ainsi mesurés et triés automatiquement suivant la valeur de c( mesurées en tout point de fonctionnement choisi.
La figure 6 montre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le potentiomètre de mesure 19 est relié mécaniquement à l'un des axes d'un enregis- treur en X - Y 42. Lorsqu'une condition de travail ou condition ambiante pour le transisteur 11 est modi- fiée et que les données définissant cette condition sont portées au second axe de l'enregistreur,alors à cause de l'équilibrage automatique du dispositif de mesure d'alpha, un graphique à lecture directe est fait sur l'enregistreur en X - Y , montrant [alpha] comme une fonction de la variable indépendante portée à l'autre axe. L'a- gencement illustré est plus simple, moins coûteux, et plus souple que les indicateurs d'alpha en fonction du courant d'émetteur, à balayage électronique, de la techni- que antérieure.
En plus, il est plus précis et donne un enregistrement permanent de la caractéristique o( du transisteur essayé, sans utiliser une caméra.
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On comprend que les agencements décrits plus haut ne sont que des exemples de l'application des prin- ' cipes de l'invention. De nombreux autres agencements peuvent être conçus par les spécialistes sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS 1. En combinaison avec un transisteur ayant une électrode émetteur, une électrode collecteur, et une électrode de base, an agencement pour mesurer le facteur de multiplication de courant dudit transisteur, qui comprend des moyens pour fournir des potentiels d'ac- tionnement continus auxdites électrodes, un potentiomè- tre ayant une paire de bornes fixes reliées à une premiè- re et à une seconde desdites électrodes respectivement et un contact mobile, une source de signal d'entrée mon- tée entre la trosième desdites électrodes et le contact mobile, et des moyens de mesure à lecture de zéro montés entre la première et la seconde électrodes.
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