电子测量实验一.doc

实验一 晶体管特性图示仪应用一、实验目的：1、了解JT-1型晶体管特性图示仪的基本工作原理。2、掌握用晶体管特性图示仪测量三极管的共发射极输入特性曲线、输出特性曲线，击穿特性曲线的方法。二、实验原理：晶体管特性图示仪是用示波管荧光屏直接显示晶体管特性曲线的一种专用仪器。可以通过事先已经校准并刻有标称值旋钮的挡位和荧光屏标尺刻度，直接读测晶体管特性曲线的各项参数。如图2-1所示是三极管的输出特性曲线、输入特性曲线和击穿特性曲线。 (a)输出特性曲线 (b)输入特性曲线 (c)击穿特性曲线图2-1 三极管3DG6特性曲线（一）JT-1型晶体管特性图示仪主要由示波器、集电极扫描信号和基极阶梯信号三部分组成，如图2-2所示。其中：1示波器部分：包括水平（X轴）放大器，垂直（Y轴）放大器和示波管以及有关控制电路。2集电极扫描信号部分：主要是集电极扫描信号发生器。图2-2 JT-1型晶体管特性图示仪原理方框图它直接采用220V、50Hz的交流电经全波整流后产生，如图2-3（a）所示的半波正弦电压。通过转换开关向集电极供给大小与极性可变的扫描电压。图2-3 集电极扫描信号与基极阶梯信号的对应关系3基极阶梯信号部分：包括阶梯波发生器和阶梯波放大器，为被测管基极提供阶梯信号。如图2-3（b）所示，阶梯跳变时间和集电极扫描电压的周期一一对应，其极性和大小可通过转换开关来改变。现以测量NPN型晶体管的输出特性为例说明图示仪的简单原理。图2-4为共发射极连接，其输出特性是在一定的基极电流Ib的条件下，晶体管的Uce与Ic的关系曲线。如果从晶体管的基极b注入电流Ib ，在集电极和发射极之间加入一个脉动直流电压（即集电极扫描电压），将产生集电极电流IC，并且流过取样电阻R1 ,在R1上产生反映IC波形及大小的取样电压U1 。当我们将集电极电压Uce和取样电压U1同时分别送入示波器的X轴放大器和Y轴放大器，就在示波器荧光屏上显示出一条曲线，该曲线就是在某一Ib下的IcUce的关系曲线，即输出特性曲线。图2-4 测量输出特性曲线的原理图 图2-5 晶体管输出特性曲线簇的形成如果基极注入电流Ib不是一个固定值，而是一个阶梯电流，而且每个阶梯的时间间隔和集电极的周期相等。在示波器上对应每个阶梯Ib将显示出一条IcUce的输出特性曲线。有N个阶梯就将同时显示出N条输出特性曲线，成为一组输出特性曲线簇。如图2-5所示。图中每条曲线分开两条来画，是为了表明其走向，实际上它们是重合在一起的。 同样，可以根据晶体管不同特性的要求，取出适当的信号加于示波器的X轴和Y轴，示波器就能显示出所需的特性曲线。例如晶体管共射极连接的输入特性，就是反映当Uce一定时Ib与Ube的关系曲线。只要将阶梯电流Ib注入基极、并同时送入X轴，再把随Ib而变的基极电压Ube送到Y轴，于是示波器显示出IbUbe关系曲线。如图2-1（b）所示。晶体管特性图示仪就是利用上述原理而设计的测量晶体管各种特性的仪器。（二）JT-1型图示仪的使用方法：面板旋钮的作用：1示波器部分：这部分位于面板上半部，左边是示波屏幕，右边是X轴作用和Y轴作用两个单元，与普通示波器一样。它有“辉度”、“聚焦”、“标尺亮度”、“X轴移位”、“Y轴移位”等调节旋钮。为了定量地测量不同管子的特性曲线，X轴和Y轴放大器的增益都用步进式多挡开关来改变。各挡位置旁边都标以校准的标称值。下面具体说明它们的工作情况。（1）X轴作用单元：是一个19挡步进式开关，可供X轴有四种不同的作用信号。“集电极电压”占11挡。由0.0120伏/度(格)“基极电压”占6挡。由0.010.5（伏/度）“基极电流或基极源电压”占1挡。当开关置于该挡时，它的数值应从阶梯选择开关刻度，毫安/级或伏/级读测。“外接”占1挡。当显示外接信号时，将开关置于该挡。外接信号从后箱板的X（+）或X（-）处接入，其灵敏度为0.1伏/度。（2）Y轴作用单元：是一个24挡的步进式开关，可使Y轴有四种不同的作用信号。“集电极电流”占16挡。由0.011000毫安/度(格)“基极电压”占6挡。由0.010.5（伏/度）“基极电流或基极源电压”占1挡。当开关置于该挡时，它的数值应从阶梯选择开关读数，毫安/级或伏/级读测。“外接”占1挡。当显示外接信号时，将开关置于该挡。外接信号从后箱板的Y（+）或Y（-）处接入，此时，Y轴放大器的灵敏度为0.1伏/度。（3）为了保证屏幕标尺刻度能够准确读数，X轴作用单元和Y轴作用单元都配有“放大器校正”开关。在进行定量测量时，应先对放大器进行零位和放大倍数的校正。（4）为了扩大Y轴作用单元的量程，在该单元设有“毫安/度倍率”开关。共有“2”、“1”、“0.1”三挡。例如，开关置于“2”挡，表示将“毫安/度”开关的集电极电流的读数加倍。2集电极扫描部分：这部分位于仪器面板的左下部。它所提供的集电极扫描电压，其大小和极性由四个旋钮控制。（1）“扫描峰值电压范围”旋钮（即粗调）：有020V和0200V二挡。（2）“峰值电压”旋钮（即细调）：集电极扫描电压的峰值在020V或0200V之间连续可调。（3）“极性”开关：转换集电极扫描电压的极性。当测量共发射极特性曲线时，NPN型管用“+”极性，PNP管用“-”极性。（4）“功耗限制电阻”旋钮：共17挡，用来改变串接在被测管集电极的电阻，限制集电极功耗，保护被测三极管。电阻范围为0100K左右相当于集电极负载电阻或限流电阻，一般小功率管可放在1K左右。3基极阶梯信号部分：这部分位于仪器面板的右下部，有八个控制旋钮。（1）“阶梯选择”旋钮：共22挡。其中基极阶梯电流为0.001200毫安/级，占17挡；基极阶梯电压为0.010.2伏/级，占5挡。（2）“极性”开关：改变阶梯信号正负极性，根据被测管的不同类型的接法选择。（3）“串联电阻”旋钮：需要基极电压控制时起限流作用，电阻值122K。（4）“级/簇”旋钮：调节阶梯信号的级数。从412级连续可调。（5）“阶梯作用”开关：分“重复”、“关”、“单簇”三挡。“重复”：阶梯信号重复地加在被测管的基极上（共发射极接法）。“关”：阶梯信号停止输出。“单簇”：阶梯作用开关向下按一次，只输出一级阶梯信号，相应显示一条曲线，便于瞬时测量管的各项极限参数。（6）“级/秒”开关：共分上100、200、下100三挡。用来改变阶梯信号的频率和相位。其中100级/秒，即阶梯信号1秒钟变化100级；200级/秒，即阶梯信号1秒钟变化200级。用200级/秒，可使图像闪烁现象减少，比较稳定。（7）“阶梯调零”旋钮：用来将阶梯信号起始电位调到零电位。（8）“零电流、零电压”按键：共三挡。一般置于中间位置，这时阶梯信号直接加到被测管的基极，当置于“零电流”时，被测管的基极被开路，可测晶体管的Iceo和BVceo；置于“零电压”时，基极与发射极短接，可测Ices和BVces特性。4测试台：（1）晶体管插座：测试台上设有两种晶体管插座。一种是旁边注有E、B、C的三个接线柱，E端固定接地，称为固定插座；另一个是小圆插座，其插座傍边标有E、B、C。（2）接地选择开关：分为“发射极接地”和“基极接地”两种挡。（3）测试选择开关：分为“晶体管A”、“晶体管B”和“关”三挡。测试台的两边都备有固定插座和小圆插座，左边为A，右边为B，可分别测量A、B两个管子。需要测试哪边管子由测试选择开关来选择。置于“关”位置时，集电极扫描信号和阶梯信号未加到管子上。（三）测试三极管：测量前，首先应根据被测管的类型及所需测量的特性曲线调整坐标原点（光点）的位置。例如：PNP型晶体管共发射极的各种特性曲线都在第三象限，这时亮点应调到屏幕的右上角，如图2-6（b）所示，NPN型晶体管发射极的各种特性曲线均在第一象限，这时亮点应调到屏幕的左下角如图2-7（a）所示。图2-6 光点调节现以NPN型高频小功率管3DG6为例：从手册中查出3DG6极限参数：Bvceo = 20VIcm = 20mAPcm = 100mW做为测量时选择开关的参考，而3DG6的管脚由万用表测定或从晶体管手册中查出。1测量3DG6输出特性曲线时，面板各开关位置。测试台：测试台选择旋钮置于关，接地选择开关放在“发射极接地”，并将光点置于荧光屏方格坐标左下角。峰值电压范围：020V选择10V处集电极扫描信号极性：正（+）功耗电阻；1KX轴：集电极电压：1伏/度（格）Y轴：集电极电流：1毫安/度阶梯作用：重复阶梯波信号极性：正（+）级/秒：200级/秒阶梯选择：0.02毫安/级零电压零电流开关：放在中间部位。插入晶体管，将测试选择开关放置A或B后逐渐旋大峰值电压，即可得到如图2-1所示的一簇输出特性曲线。调节基极阶梯信号的“级/簇”旋钮，使曲线簇在屏幕上尽可能显示出11条曲线。如果显示的曲线簇高度不合适，可适当调节“阶梯选择”旋钮和Y轴集电极电流的大小使之合适。测试完毕将“峰值电压”调至“0”，“测试选择”开关放置“关”。2测量输入特性曲线时，面板各开关的位置：晶体管在测试台的接法和测试台的旋钮位置同上。峰值电压范围：020V，选择10V处集电极扫描信号极性：正（+）功耗电阻：1KX轴：基极电压：0.1伏/度（格）Y轴：基极电流或基极源电压：阶梯作用：重复阶梯极性：正（+）阶梯选择：0.1毫安/级各开关位置调节好后，插入晶体管，将“测试选择”旋钮放在A或B。当“峰值电压”为零时屏幕显示的是Uce = 0时的输入特性曲线。如果要测出Uce = 5V时的输出特性曲线，先将测试台上的测试选择开关置于“关”，将X轴集电极电压置于1伏/度。调节峰值电压使扫描基线长为5格。然后再将X轴作用旋钮扳回基极电压0.1伏/格，“测试选择”旋钮放置A或B，此时屏幕上显示出两条曲线，一条是Uce = 0V时输入特性曲线；另一条是Uce = 5V时的输入特性曲线。3测量击穿电压BVceo时，面板各开关位置：晶体管在测试台的接法和测试台的旋钮位置同前：峰值电压范围：0200V集电极扫描信号极性：正（+）Y轴：集电极电流：0.1毫安/度X轴：集决极电压：5伏/度（或10伏/度）其它旋钮位置同前，将“零电流”、“零电压”按键扳到“零电流”位置，调节“峰值电压”旋钮使峰值电压从零逐步增大，直到曲线出现急剧拐弯形状为止。（四）JT-1图示仪使用前的检查：1放大器校准：将光点移到屏幕右上角座标原点，扳动X、Y轴的“放大器校正”扳键，由“零点”扳至“-10度”，屏幕上光点将分别在X方向和Y方向跳动10格，否则要调整机内的电位器。2直流平衡：（1）X、Y轴作用开关放在基极电压伏/度任一位置。（2）X、Y轴“放大器校正”键扳至零点，为便于观察可将光点调至屏幕中心。（3）分别切换X、Y轴开关时，光点几乎不动。3检查阶梯波：在定量测试时，阶梯信号的幅度应该和屏幕上标尺间隔相对应，相位要和标尺垂直坐标对齐。检查有关旋钮并置于如下位置：集电极扫描信号：“峰值电压范围”020V；“峰值电压”调到10伏；极性置于“-”。基极阶梯信号：“级/秒”置于200；“极性”置于“-”；“级/簇”置于“9”；“阶梯作用”置于“重复”；“阶梯选择”置于0.01伏/级。Y轴作用：基极电压0.01伏/度。X轴作用：集电极电压1伏/度。这时屏幕将显示如图2-7所示图形。图2-7 检查阶梯波时显示的图形调节Y轴“移位”旋钮，使图形的零线（上边线）与标尺格子上边线重合，阶梯波的各级扫描线与标尺刻度相重合，图形两边的转角线成直角。调节“级/簇”旋钮，阶梯波的级数应从412级之间连续变化。4、阶梯调零：在上述检查阶梯波的基础上，将“零电流”、“零电压”按键扳向“零电压”，这时零线停留的位置就是阶梯信号真正的零电位。然后让扳键回到中间位置，调节“阶梯调零”电位器，使阶梯波的零线与上述“零电压”时的位置重合，阶梯调零完毕。5、使用注意事项：（1）使用仪器前，应检查仪器有关旋钮位置：“测试选择”开关置于“关”；“峰值电压”旋钮调至零；“阶梯作用”置于“关”，然后才能插上被测晶体管。（2）根据被测管的类型（NPN或PNP）和接法（E接地或B接地）选择“极性”开关位置。（3）根据需要显示的曲线，选择相应的作用开关，并选择合适的量程。（4）测量管子的极限参数时，要预先从晶体管手册中查出被测管或同类型管子的极限参数值。在测试时应注意不超过极限参数值，以免损坏管子。（5）打开“测试选择”开关后，调节“峰值电压”旋钮，由零逐渐加大。每项测试完毕，“峰值电压”旋钮应旋回到零。三、预习内容：1、仔细阅读有关JT-1型图示仪的工作原理和使用方法。2、复习晶体管工作原理。3、依照3DG6的测试步骤，自拟3AX31的测量步骤。4、如何从输出特性中求和；从输入特性中求管子的输入电阻以及从击穿特性中求击穿电压.四、实验仪器设备1、图示仪（JT-1型）一台2、万用表（表头式、数字式）各一块3、晶体管（小功率管3DG6或3AX31）五、实验内容及步骤：1、用万用表判别晶体管的脚管极性。2、用图示仪观察小功率管（3DG6）的输出、输入特性、击穿特性。具体测试步骤见实验原理部分，并用坐标纸画出各特性曲线。3、用自拟方法测试PNP型管的步骤，测试3AX31型管子的输出特性并绘制出特性曲线。六、实验报告：1写出测试3DG6管子