Простой измеритель токов утечки конденсаторов и полупроводниковых ключей

Схема, показанная на Рисунке 1, состоит из повторителя напряжения на микросхеме IC₁ и источника опорного напряжения IC₂. IC₁ – это выпускаемый Analog Devices операционный усилитель (ОУ) AD8661 с гарантированным входным током смещения менее 1 пА при типовом значении 0.3 пА, а в качестве ADR391 используется прецизионный источник опорного напряжения ADR391, также производимый компанией Analog Devices. Входное напряжение смещения ОУ, корректируемое на этапе производства, не превышает 100 мкВ, а типовое значение составляет 30 мкВ. Такие характеристики позволяют использовать этот усилитель для оценки саморазряда конденсаторов практически любых типов. Токи утечки полупроводниковых танталовых конденсаторов и конденсаторов с высококачественными органическими диэлектриками значительно превышают входной ток смещения повторителя напряжения IC₁. Сначала тестируемый конденсатор (capacitor under test – CUT) заряжается до уровня опорного напряжения 2.5 В путем подключения точки А к выходу IC₂. Затем, в какое-то удобное время, точка A отсоединяется от источника опорного напряжения, и цифровой вольтметр измеряет выходное напряжение повторителя. Измеряемый относительно начального значения спад напряжения V_O должен находиться в пределах от 0.1 до 0.5 В. Ток утечки будет равен

(1)

C – емкость CUT,
t_MEAS – время между отключением CUT от источника 2.5 В и моментом считывания при падении напряжения на V_O.

Рисунок 1.	С помощью этого простого устройства сначала подают опорное напряжение на тестируемый конденсатор, а затем измеряют спад напряжения во времени на выходе повторителя напряжения (а). Схема также может измерять ток утечки обратносмещенного активного устройства (б).

Измеритель позволяет также определять токи утечки обратносмещенных диодов и различных коммутирующих приборов в выключенном состоянии, таких как полевые транзисторы с p-n переходом, MOSFET, биполярные транзисторы, тиристоры и IGBT. В этом случае CUT заменяется параллельным соединением тестируемого устройства (device under test – DUT) и дополнительного конденсатора C_ADD (Рисунок 1б). Процедура измерения и формула для оценки величины тока утечки остаются таким же, как для тока утечки конденсатора, но вместо емкости CUT в формулу (1) подставляется емкость C_ADD. При исследовании маломощных устройств в качестве C_ADD хорошо работает конденсатор с полистирольным диэлектриком емкостью 10 нФ. Однако для мощных устройств емкость C_ADD должна как минимум в 10 раз превышать паразитную емкость DUT при напряжении 0 В.

Кроме того, устройство на Рисунке 1б способно измерять сопротивления резисторов от десятков МОм примерно до 2 ТОм. Только теперь ток в формуле (1) – это ток, идущий через резистор R_AGND, обусловленный приблизительно опорным напряжением. Сопротивление R_AGND примерно равно

или, точнее;

При всех измерениях спад напряжения V_O не должен превышать примерно одной пятой опорного напряжения, чтобы экспоненциальный разряд можно было аппроксимировать линейным. Ток утечки кнопочного переключателя S₁ на Рисунке 1а должен быть меньше 1 пА. Переключателем с малой утечкой могут служить скрученные изолированные провода, оканчивающиеся позолоченными контактами из фосфористой бронзы. Позолоченные металлические детали можно найти внутри любого высококачественного разъема. Кроме того, можно зажимать DUT или CUT между двумя позолоченными контактами, сделанными из аналогичных частей разъема. Для минимизации утечек схема была собрана навесным монтажом без использования печатной платы.

Материалы по теме