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半导体性能测试实验指导书实验一、表面势垒二极管的伏安特性一、 目的1、测量金属半导体表面势垒二极管的伏安特性2、用伏安特性法测量n因子及金属半导体接触势垒高度二、 原理如果n型半导体同一个功函数比它大的金属接触，由于WBWn（WB是金属的功函数，Wn是n性半导体的功函数），电子在WBn=WB-Wn的作用下，从半导体内跑到金属中去。达到平衡时，金属的费米能级（EF）B同半导体的费米能级(EF)n相等，半导体表面因缺少了电子而带正电，金属表面则因多余电子而带负电，在金属和半导体之间就有接触电势差。当金属同半导体的接触距离等于零时，形成的势垒主要在半导体中靠近表面的一个区域内，因为电子从半导体跑到金属后，金属所带的负电荷和半导体所带的正电荷相等，半导体中的正电荷就是电离的施主杂质，它的浓度比金属中载流子的浓度低好几个量级。在金属中，积累的负电荷集中在表面很薄的一层（大约几埃距离），而半导体中这电荷层要扩展到几千埃，这个区域叫做空间电荷区。金属同半导体的接触电势差主要降在这个区域中。在空间电荷区中电场的方向是半导体指向金属表面，它阻挡电子继续从半导体跑到金属中去。从能量来看，电子在空间电荷取的电势能是随距离变化的，越是接近表面，势能越高。如图9-1所示。我们定义n为势垒高度，它是决定金属半导体接触的一个重要参量。本实验就是用伏安特性法来确定势垒高度。图9-1 金属半导体接触能带图实际的金属-半导体接触还要考虑表面态和界面态的影响，他们的作用可参阅有关的讲义，这里就不再重复。表面势垒二极管的伏安特性公式在外加正向偏压比较大时为：(9-1)这是 理性的伏安特性公式，但实际的伏安特性没有如此理想。这主要是由下面三点原因造成的。1、n因子偏离；2、正向串联电阻大；反向漏电流大。实际测量得到的关系是：(9-2)在指数项中指数的分母上多了一个因子n，n一般比1略大一些，从正向特性实际表达式中可以看出，正向电流随电压的上升比理想的情况来的缓慢些，n因子可以由伏安特性的测量中求得。三、 测量方法测试线路图如图9-2所示。图9-2 测试线路用数字电压表测二极管正向电压V和50K电阻上的电压VR.，由此可以求得通过二极管的电流测的一组I和V后，在半对数纸上作图，可得直线，如图9-3所示。取I-V线上距离比较远的任意两点，设他们的坐标分别是(V1,I1)及(V2,I2)，由于Y轴（电流轴）是对数坐标，因此求斜率时，电流要取对数，即斜率m是： (9-3)(9-2)式两边取对数：lnI=lnI0+qV/nkT，在lnIV曲线中直线的斜就是q/nkT，即m=q/nkT.（9-4）因此，从直线的斜率就可以求得n因子。（9-5）式中A是理查逊常数，A=8.7安/厘米2；S是势垒二极管的结面积，以厘米2为单位；T是测试的温度，用绝对温度表示，即摄氏读数加上273度；k等于8.6310-6电子伏特/度；Bn是势垒高度。图上读得截距是I0。则Bn可表示成：（9-6）必须注意（9-20）及（9-6）式取的是自然对数，常用对数与自然对数的关系是lnA=lgA/lge。图9-3 lnIV曲线四、 实验步骤1、 数字电压表接电源，电源开关接通，并校正待用。2、 按图9-2接好电路。3、 把表面势垒二极管接入电路，注意正负电极。4、 把开关分别打到测量I和测量V上，调节粗调和细调电位器，测的一组I和V值，用图解法求出n及Bn的值所用2EK二极管结面积为51-3cm2。五、 思考题1、 金属和半导体接触时，为什么在半导体表面会产生空间电荷层？2、 表面势垒二接管外加电压后，势垒有何变化？电流是如何 流动的？3、 实际的金半接触伏安特性与理想的有何区别？4、 实际的金半接触势垒高度同简单的模型有什么偏离？5、 本实验为什么要用半对数纸作图？I如何选取比 较合理？6、 为什么正向连接的二极管，在小电流时阻抗很大？而在大电流的时候阻抗很小？实验二、集成“与非”门电路的直流特性测试一、 目的本实验的目的在于使同学们掌握集成门电路CT74H20的基本工作原理，熟悉数字集成“与非”门直流参数测量及参数的意义，以便为今后使用与制造半导体数字集成电路打下一定的基础。二、 原理半导体数字集成电路目前已经广泛地应用到电子工程技术的许多领域。由于它具有体积小、重量轻、功耗低、速度快和可靠性高、寿命长等优点，故而受到人们的重视，使它在二十年来得以飞速的发展。用半导体集成电路构成的数字逻辑系统往往是很复杂的，但是组成这些系统的基本电路却不外乎是简单的门电路组合而成的，因此“与非”门是数字电路中最基本的单元电路。这就是人们称集成“与非”门为万能逻辑部件和我们在数字集成电路实验中首先研究“与非”门特性的重要原因。半导体集成门电路的品种很多，我们选常见的国产TTL中速“与非”门CT74H20做实验。下面介绍它的基本工作原理、参数和直流特性测量。1、CT74H20的基本工作原理与特性图11-1是CT74H20的电原理图。它由一个多发射极晶体管、四个NPN晶体管和五个电阻构成，是国产典型的晶体管-晶体管逻辑电路。这个电路的工作原理是：当输入电压VA、VB、VC、VD、VE全部为零时，门电流通过R1和T1的BE结流向输入端的外电路。T1正向导通，其饱和压降很小，维持T1和T2处于截止状态。此时T2集电极电压上升到接近电源电压Ec的数值。Ec经过R2向T3注入基极电流，使T3导通。T3的发射极电阻R5上建立的压降又使T4导通。因此当输入端电压都为零时，T3、T4是按发射极跟随器方式工作的。输出端L输出接近Ec的高电平，即所谓的“1”电平。图11-1只要五个输入端中有一端接地，即有一端输入为”0”，输出L就是“1”电平。若将五个输入端连接在一起，并使输入电压从零逐渐增高，达到一定数值时，门电流部分转向T2的基极，使T2进入线性放大区，在R2上建立的电压未超过T5的开启电压之前，晶体管T2一方面与R2构成倒向器，在T2的发射极和集电极分别产生正、负脉冲，这两个脉冲的幅度应该受到R2、R3比值的限制。当输入电压继续增高，R2上的压降超过晶体管T5的开启电压时，T5开始导通并且使T2的发射极电位保持在一个BE结正向压降的数值上。此时T2是完全作为一个倒向器工作的，其集电极电流Ic=bIB2随IB2增大而在R2上引起急剧的电压跳变。当输出电压再增高时，T2、T5进入饱和区，此时T2的集电极电压只有V1，E5+VCES2,其值小于VBE3+VCES5+VBE4，此时T2处于小注入状态，其射极电流通过K5流入地，T4截止使T5的动态负载电阻趋于无穷大，输出端的电压仅为T5管的饱和压降，即输出“0”电平。其输出电平数值由T5的串联电阻和外电路输入的负载电流决定。综合上述所知，CT74H20象分离元件“与非”门一样具有两种工作状态，当输入一个或几个、及全部为“0”时，输出为“1”；只有当全部输入为“1”时，输出才是低电平“0”。这就是本电路中的基本逻辑功能，它的布尔表达式为：L= 。逻辑符号为：我们可以用图（11-2）所示的电路图来具体观察CT74H20的输出电压随输入电压变化的情况，并且可以用逐点描绘法测出如图（11-3）所示的关系曲线。该曲线称为“与非”门CT74H20的电压传输特性曲线。图11-2在图（11-3）中的曲线上，通常规定逻辑振幅90%处的输入电压称为关门电平Vgm，19%出的输入电压为开门电平Vkm，从电压传输特性曲线上，我么可以具体看到被测电路的一些基本参数。例如，输出高平电平值，开门电平和关门电平。同时也可以从曲线的陡峭程度比较粗略地观察出转换速度。另外通常还将Vgm与高电平下限的距离称为“0”抗干扰能力。Vkm与低电平上限的距离称为“1”抗干扰能力。显然，减小Vgm与Vkm之间的距离（即使二者之差变小），不但有利于提高转换速度，而且加强了抗干扰能力。图11-32、与非门的主要参数及测试原理(1) 开门电平Vkm：使输出电压刚刚达到低电平时的输入电压称为开门电平。(2) 关门电平Vgm：使输出电压刚刚达到高电平时的输入电压称为关门电压。影响开门电平和关门电平的主要因素是电路中晶体管的开关特性。(3) 输出高电平Vcg：指输入为低电平时，本极的输出电压值。Vcg与T3、T4的VBE、R2、R3及T2的电流放大倍数有关。(4) 输出低电平Vcd：当输入为高电平下限时的输出电压。其值主要同电路中的饱和压降有关。(5) 输入交叉电流Irjl：指的是，当输入发射极中的一个接高电压而其余的几个发射极接地时的输入电流。它同多发射极晶体管中各个发射极之间的漏电流有关。(6) 输入短路电流：是指当一个输入端接地而其余输入端开路时，流过这个输入端的电流Ird。这一电流与电路内的R1值有关，测试Ird可以检测R1做得如何。(7) 扇出系数Nsc：表示能驱动同类型门电路的数目。对于CT74H20，因为它驱动同类型门电路时最大负载电流发生在输出低电平的情况，此时门各负载“灌入”Ird的电流。所以，如果我们测量出低电平时允许“灌入”的最大负载电流IL，则负载个数是：(8) 与非门空载通导功耗Pkt：指的是输入端为高电平或悬空，输出为低电平时的功耗。由于Ec固定，只要测出电源Ec提供的电流Icc，就可以按Pkt=EcIcc求出空导功耗Pkt值。三、 验任务及要求1、 测量CT74H20的直流参数：在熟悉实验测试架接线图（见附图11-5）和弄清各参数意义及测量方法后，对照实验测试架拟出测试方案，经过教师同意以后测试各参数。2、 用逐步描点法测试CT74H20的电压传输特性曲线：用两块万用表分别测出输入电压，记下个点对应的输出电压，然后在坐标纸上描出电压传输特性曲线，从中可以看到电压传输特性也受负载的影响。3、 用扫描法观测CT74H20的电压传输特性曲线。按图11-4连接仪器与被测 门，在示波器上直接观察电压传输特性曲线，并与逐点描绘的曲线对照一下，看是否一致。4、 要求在实验报告中列出测试数据，根据实验数据画出有关的曲线，并结合各参数的测量值说明被测时电流是否合格，对不合格者简单列出原因。图11-4CT74H20典型参数的测试条件及测量原理，可参看表一。图11-5 实验测试架接线图表一、CT74H20典型参数的测试条件及测量原理参数名称符号单位测试条件能数范围开门电压VkmVEc=5VVcd2.7V输出带负载1.8关门电压VgmVEc=5VVcg0.3V输出空载0.8输出高电平VcgVEc=5V输入接地输出空载6.2输出低电平VcdVEc=5V输入=1.8V带8个门0.3输入交叉漏电流IrjmA各输入端依次接5V其余端接地7.0输入短路电流IrdMAEc=5V输入端依次接地1.5扇出系数Nsc个Ec=5V输入1.8VVac0.3V8空载通道功耗PktmmEc=5V输入开路输出空载5U实验三、半导体管特性检测实验一、 实验目的（1） 了解BJ-4814型半导体管图示仪的基本原理方框图及每部分的作用（2） 了解被测管各项参数的定义及读测方法（3） 掌握晶体管特性常见缺陷及其原因二、 测试仪器与样品本实验使用的仪器是BJ-4814型半导体管特性图示仪，该仪器为测量半导体期间直流及低频参数的专用仪器，它通过示波管屏幕及标尺刻度，准确的反映器件的特性曲线，其信息量之大是其它类型直流测试设备所达不到的，亦显示出图示仪的独特优势，因此它是半导体器件生产厂家及整机研制部门进行半导体器件的研制、性能改善、电路设计、器件的合理应用等工作必不可少的理想测试设备。该仪器功能齐全，测试范围宽，绝大部分电路实现了集成化，其中集电极扫描电路实现了电子扫描，大电流测试状态进行了占空比压缩，阶梯部分的大电流测试状态采用了脉冲阶梯输出，在测试过程中，仪器本身还增加了自身及对外保护的能力。从实验对三极管性能的要求和实验成本考虑，本实验采用的三极管型号为：3DG6DI（N-P-N）、3AX31B（P-N-P）。三、 测试原理图四、主要测试参数：1、：BJT在共射极接法时的电流放大系数，根据工作状态的不同，在直流情况下用符号表示。=IC/IB上式表明，BJT集电极的直流电流IC与基极的直流电流IB的比值，就是BJT接成共射极电路时的直流放大系数；2、正向导通电压：在单独连接b-e、b-c时，相当于一个单独的二极管测量导通电压，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V；3、反向击穿电压：晶体管反向击穿电压随发射结的偏置情况而异，作为晶体管参数，比较常用的反向击穿电压参数有：BUCEO：基极开路条件下，加在集电极与发射极之间使得集电结反向击穿的电压，其数值较高，通常为几十伏。BUCBO：发射极开路条件下，加在集电极与基极之间使得集电结反向击穿的电压，其数值为几伏至几十伏。BUEBO：集电极开路条件下，加在发射极与基极之间使得发射结反向击穿的电压，其大小与管子的制造工艺有关，合金管的BUEBO通常为几十伏，平面管的BUEBO通常在四伏左右，漂移型管的BUEBO只有零点几伏。以上定义的三种反向击穿电压有以下关系：BUEBOBUCEOBUCBO在晶体管电路中，由于电源电压往往加在c极和e极之间，而且BUCEOBUCBO当电源电压小于BUCEO时，集电结不会击穿，所以BUCEO常常用来作为选取晶体管电源电压的限制。五、测试步骤与要求：1、开启电源，预热15分钟后使用；2、示波管部分： 1)调辉度，以适中亮度为宜 2)调聚焦和辅助聚焦，使光点清晰。测N-P-N管时光点移至左下角，测P-N-P时光点移至右上角。3、集电极扫描 将集电极扫描的全部旋钮都调到预见需要的范围。一般峰值电压范围先置于020V，峰值电压（旋钮）调至最小。4、y轴作用 将量程调到需读测的范围；5、x轴作用 将量程调到需读测的范围；6、基极阶梯信号 通常先进行阶梯调零，调零后，根据需要，将极性、串联电阻、阶梯选择调好；7、测试台部分 将测试选择置于中间位置，接地开关置于需用的位置，然后插上被测晶体管。在测试时再将测试选择拨到被测管体一侧，调峰值电压，即有曲线显示。再经过y轴、x轴、阶梯信号等部分的适当修正，即能进行测试。六、实验报告要求：1、记录所测量的数据2、绘出相应的特性曲线实验四、晶体管(BJT)直流参数的测量一、试验目的本实验从晶体管结构出发，以晶体管原理为基础，根据其特性曲线及特性参数设计了该试验。通过测量晶体管的直流放大系数、饱和压降VCEO、反向饱和电流IEBO、ICEO及反向击穿电压BVEBO、BVCEO。可绘出晶体管输出特性曲线。由这些参数及特性曲线的分析，既可判断出所测晶体管的性能好坏及其在制作工艺过程中所存在的问题。二、试验原理晶体管通常是指半导体三极管（BJT），它的种类很多。按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有大、中、小功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管等等。BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。这两个PN结按照它们的作用，分别叫做发射结和集电结。这两个结把晶体管分为三个区域：发射区、基区和集电区。由于这三个区域的导电类型不同，又可分为PNP型BJT和NPN型BJT两种，如图2.1所图.2-1 双极型晶体管的结构示意图和电路符号(a)NPN管的结构示意图（b）PNP管的结构示意图(c)NPN管的电路符号 （d）PNP管的电路符号示。三个区域分别引出三个电极，即发射极（用e表示）、基极（用b表示）和集电极（用c表示）。晶体管在电路中的符号如上图所示。符号中箭头的方向表示晶体管工作时电流流动的方向。由于PNP型晶体管与NPN型晶体管在工作时电流流动的方向不一样，所以符号中箭头的方向也不同。2.2 BJT工作原理2.2.1 BJT的放大偏置双极型晶体管用于放大器时，要求晶体管三个电极之间的偏置电压(或称静态工作点)应处于发射结正向偏置，集电结反向偏置的状态，我们称这种偏置状态为晶体管的放大偏置。图2l(c)和(d)中标出了NPN管和PNP管放大偏置时发射结和集电结的外加电压的极性。对于NPN管，要求UCE0，UBE0。对于PNP管，要求UCE0，UEB0。放大偏置时，两种晶体管三个电极的电位关系如下：NPN管：UCUBUE (21)PNP管；UCUBUE (22)利用BJT在放大偏置时电流的方向(如图21(c)和(d)所示)，可以帮助我们很容易记住上述关系。BJT是三端非线性电阻器件，电流应由高电位流向低电位。NPN管的电流是集电极流入，发射极流出，故集电极电位最高，发射极电位最低。PNP管的电流是发射极流入，集电极流出，故发射极电位最高，集电极电位最低。基极由夹在中间的基区引出，故UB总是在UE与UC之间。2.2.2 放大偏置时BJT内部载流子的传输过程(1)发射区多子向基区扩散(又称注入)。如图2.2所示，正偏发射结使发射区自由电子(多子)向基区注入(扩散)，形成电流iEn；基区空穴(多子)向发射区注入，形成电流iEp。两电流之和构成发射极电流iE=iEn+iEp，iE就是正偏发射结的正向电流。由于发射区杂质密度远大于基区杂质密度，发射区自由电子浓度就会远大于基区空穴浓度，使得发射区向基区注入的自由电子流远大于基区向发射区注入的空穴流，因此自由电子由发射区向基区注入构成了iE的主要成分，即iEiEn。(2)基区非平衡少子向集电结方向边扩散边复合。发射区自由电子注入基区后即成为基区的非平衡少子，这些非平衡自由电子会在基区靠近发射结的边界处累积，从而在基区形成非平衡自由电子的浓度差，这使得非平衡自由电子会继续向集电结方向扩散。非平衡自由电子在基区的扩散过程中，由于基区的杂质浓度很低，且基区做得很薄，只有很少部分的自由电子被基区空穴(多子)复合，形成基区复合电流iB1，绝大多数扩散中的自由电子都会到达集电结边界，如图1.2所示。基区复合电流iB1是基极电流的主要成分，表示了从基极引线进入基区的空穴电流。(3)集电区收集基区非平衡少子。集电结反偏，结内电场很强，有利于结外边界处少子的漂移。因此，凡是扩散到达集电结边界的基区非平衡少子(自由电子)，在电场力的作用下均被抽取(漂移)到集电区，形成集电极电流的主要成分iCn1(如图2.2中所示)。因集电结反偏，在反偏电压所产生电场的作用下，基区的少子(电子) (a) (b)图2.2放大偏置时BJT内部载流子传输的示意图（a）结构图（b）示意图通过集电结漂移到集电区形成漂移电流iCn2;同理，集电区中的少子(空穴)通过集电结漂移到基区形成漂移电流iCp。根据PN结原理，反偏的PN结存在反向饱和电流，反偏的集电结也不例外。图2.2中标出的电流iCn2+iCp=ICBO就是集电结的反向饱和电流。如果断开图2.2中的发射极，则ICBO就是图中的惟一在集电结回路里流通的电流。2.3 BJT的静态特性曲线晶体三极管的静态持性曲线是在伏安平面上作出的反映晶体管各极直流电流与电压关系的曲线。之所以要用“直流”一词是因为如果电流和电压信号以高频率变化，三极管内PN结的电容效应必须考虑，这时电流与电压的关系将变得很复杂，随频率变化，没有规律性，不能在伏安平面上画出。所以，晶体管特性曲线是“一种“静态”曲线，它反映了直流和低频场合下晶体管输入和输出端口的伏安特性。另外，晶体管的静态特性曲线是晶体管外特性的直观反映，它可以用专门的仪器(如晶体管图示仪)来测量。利用晶体管的特性曲线可以判断其质量的好坏，还可用来分析晶体管放大电路(负载线法)。2.3.1 共射输人特性曲线共射输入特性曲线是指BJT在共射组态下，输入端口的直流电流与电压的伏安特性曲线族。通常它是以输出端口的电压uCE为参变量，反映了输入端口基极电流iB随发射结电压uBE变化的特性曲线。输入特性曲线对应的函数关系为 iB=f(uBE)|uCE=常数 （23）图2.3 NPN管共射输入特性曲线图2.3画出的是某一NPN管在放大偏置时uCE分别为1V和10v时的两条输入特性曲线。从图中容易看出，共射输入特性曲线有以下两个特点:（1）曲线的形状很像PN结正偏时的伏安特性曲线。这是因为iE与正偏uBE具有PN结正向伏安关系，而iB与iE又近似成比例，所以iB=f(uBE)的曲线形状与正偏PN结的伏安特性曲线相似，而且也存在导通电压Uon。（2）当参变量UCE增大时，输入特性曲线略为右移。这种右移意味着当UBE不变时，UCE增大会使iB减小（见图中虚线所示）。这显然是基区宽调效应引起的。因为UCE增大而UBE不变意味着集电结反偏电压UCB=(UCE-UBE)增大。有上述分析可知，集电极反偏增大时，基极电流会因基区宽调效应而减小。由于在放大区UCE对iB的影响甚小,输入特性曲线族会密集在一起，工程上往往将输入特性曲线族近似为一条曲线。2.3.2 共射输出特性曲线共射输出特性曲线是以输入端口电流iB为参变量，反映了输出端集电极电流iC随输出端口集射电压uCE变化的关系。一条输出特性曲线对应的函数关系为iC=f(uCE)|iB=常数 （24）按式(24)画出的NPN管共射输出特性曲线族如图2.4所示。观察某一条曲线会发现，曲线的形状随uCE的变化而变化为找出输出特性曲线的一般性规律，工程上将iCUCE伏安平面分为四个区域来讨论。(1)放大区在该区域发射结正偏，参变量IB0。且uCE较大(uCEuBE)，使uCB0，也即集电结反偏。所以，在该区域BJT为放大偏置。放大偏置的晶体管iC与iB近似成正比例变化(iCiB),这使得输出特性曲线族近似为等间隔图2.4 NPN共射输出特性曲线曲线。另外，每条曲线向右方略有斜升，意味着iC随着uCE的增加略有增加。这是因为uCE增加使得集电结反偏电压uCB增大，iC会因基区宽调效应而略有增大，造成在放大区每条曲线向右方都有不同程度的斜升。分析和测量都表明，当参变量iB增大时，斜升的斜率也会增大。(2)饱和区在该区域，uCEuBE也即uCB0，BJT处于发射结与集电结均正偏的饱和状态。此时，随着uCE的减小，集电结正偏加大，集电结自身的正向电流(集电区向基区注入自由电子)将抵消由iEn转化而来的iCn1成分(如图2.2所示)，使得总的iC急剧下降。另外从图中可见,在饱和区各条曲线几乎重合在一起，iC与iB的比例关系不再成立(即iCiB)，而iC却随uCE明显变化。在饱和区uCE的值称为饱和压降，记为UCES。UCES会随饱和集电极电流的增大而略有增大变化很小。工程上硅管UCES的典型值可取0.3v。图中画出的uCE=uBE，即uCB0时的那条曲线称为临界饱和线，它是放大区和饱和区的分界线。需要指出：当集电结刚正偏时，iC并未立刻下降，而是当集电结正偏电压达到一定值(对于小功率管，该值约为0.3v左右)时，iC才明显下降。此时，各条输出特性曲线近似重合在一起。工程上的饱和区是指临界饱和线左侧的区域。(3)截止区顾名思义，此时集电结与发射结均处于反偏状态，集电极电流为反向饱和电流(iCICBO)。工程上往往认为参变量IB小到等于零时,BJT就截止了，此时iC等于穿透电流ICEO。另外，图2.4中IB0那条曲线以下的区域作了人为夸大。对硅管而言，当iC轴以毫安为单位时，IB0那条特性曲线几乎与横轴重合，无法画出来。(4)击穿区当uCE增大到一定值时，集电结会发生反向击穿，iC急剧增大。BJT不允许工作在击穿区。观察该区域的曲线形状会发现，击穿电压会随参变量IB的增加而减小，其中基极开路(IB0)时，使集电结击穿的uCE的值记为BUCEO，它是晶体管的一个极限参数。2.4 BJT性能指标BJT的特性除了可以用它的特性曲线表示以外，还可以用它的参数来反映。选管是电子电路设计的重要步骤，利用BJT的有关参数可以合理地选出符合电路技术要求的管子来。2.4.1 电流放大系数(直流和直流)我们已经定义了共基直流电流放大系数和共射直流电流放大系数，它们简称为直流和直流，现将其含义重写如下：=Ic/Ie, =Ic/IB两者满足关系=/(1+) =/(1-)2.4.2 极间反向电流(1)极间反向饱和电流ICBOBJT在共基极应用时，在发射极开路（iE=0）条件下所测得的集电极电流iC就是集电极反向饱和电流ICBO。反向饱和电流是少数载流子在集电结反向电压作用下产生的漂移电流。由于少数载流子是靠本征激发成对地产生的，其浓度与结温有密切关系，随着温度的升高，少数载流子浓度将增加，因此ICBO也相应增加。(2)集电极反向穿透电流ICEOBJT在共发射极应用时，在基极开路(iBo)条件下所测得的集电极发射极之间的电流iC就是集电极穿透电流ICEO。如前所述，ICEO与ICBO的关系为ICEO(1十)ICBO事实上，ICEO与ICBO都是温度的敏感函数，是使晶体管性能变坏的参数，工程上希望其值越小越好。值得注意的是，对于大功率晶体管，尤其是锗管，极间反向电流较大，当工作温度增加时，会引起电路工作点的不稳定，使用时应特别注意。2.4.3 极限参数1)集电极最大允许电流ICmax在一定的电流范围内变化很小，但当iC过大时，下降较大。一般将iC增加到使得下降到它的最大值的23时的值设定为集电极最大允许电流ICmax。一般说来，ICmax并不是一个超过其值就将使BJT损坏的极限参数。大信号状态下的BJT，集电极电流变化很大。如果超过ICmax则会因变化太大而使放大器的非线性失真严重。所以，ICmax是一个限制BJT性能变坏的极限参数。2)反向击穿电压晶体管反向击穿电压随发射结的偏置情况而异，作为晶体管参数，比较常用的反向击穿电压参数有：BUCEO：基极开路条件下，加在集电极与发射极之间使得集电结反向击穿的电压。BUCBO：发射极开路条件下，加在集电极与基极之间使得集电结反向击穿的电压。BUEBO：集电极开路条件下，加在发射极与基极之间使得发射结反向击穿的电压。以上定义的三种反向击穿电压有以下关系：BUEBOBUCEOBUCBO在晶体管电路中，由于电源电压往往加在c极和e极之间，而且BUCEONp，那么d1d2。这表明势垒区主要向杂质浓度低的一边扩展。d=d1+d2d。即势垒厚度只与P区杂质浓度Np有关而与n区的杂质浓度Nn无关。图1-1对突变结，若NnNp，势垒厚度d与杂质浓度Np以及外加电压的关系可以用下式表示：（8-2）式中VD是内建电势差，对于二氧化硅，VD0.8/伏特。V是外加电压，以伏特为单位。把8-2式代入8-1式，就可以得到突变结的势垒电容公式：（8-3）本试验测量的一种样品就是合金结的P-n结，合金结是一种突变结，而且是nP结，满足NnNp的要求，所以（8-1）以及（8-2）式都适用。 图1-2 图1-3 1、 缓变结如果杂质分布由P区过渡到n区是逐渐变化的，即具有一定的浓度梯度aj,这样的P-n结叫做缓变结。如果杂质浓度随距离的变化是线性变化的，叫做线性缓变结。线性缓变结的杂质分布如图8-4所示。图7-4缓变结的势垒是向P-n结的两边扩散的。它的厚度与杂质浓度梯度aj有关。aj越小，就越大，当势垒区为耗尽层近似时，线性缓变结的势垒区厚度与杂质浓度梯度aj以及外加电压的关系如下时所示：（8-4）把（8-4）式代到（8-1）式，就可以得到线性缓变结的势垒电容公式：（8-5）本试验测量的另外一种样品是扩散结的P-n结，与线性缓变结的情况基本相同，所以（8-4）及（8-5）式都适用。三、测量方法：我们利用替代法测量P-n结电容，其线路图如图8-5所示。图中“Ug”为标准高频信号发生器；为视频毫伏表；C为可变电容；Cx为待测的P-n结。测量前首先把可变电容器旋到最大值（此值用C表示），然后调节讯号频率，使LC回路谐振，即“视频毫伏表”指示最大。当接上待测P-n结电容Cx时，由于Cx与可变电容C并联，因此使谐振回路失去谐振状态，减小可变电容C到某一值（此值用C表示）会师谐振回路重新谐振。显然，C-C=Cx，其中C为C调到最大值时的电容值。这里需要指出：1、量时需要满足小讯号条件，由于P-n结电容与外加电压的关系不是线性的，所以要测量某一偏压V下的结电容就应该在这一偏压下加一足够的交流电压。实验中我们家的交流电压为几mV到十几mV。2、 扣除分布电容Cs我们用上述方法测到的Cx实际上包括了两部分，一部分是P-n结电容，另一部分是分布电容Cs。在测得Cx后，必须扣除分布电容Cs才是真正的P-n结电容。为扣除Cs，取一个与待测管同一类型的管壳，测量它的电容就是分布电容Cs，于是P-n结电容CT为：CT=Cx-Cs图7-5四、试验步骤1、 开启标准讯号发生器和视频毫伏表电源，使之预热待用。2、 按图8-5连好电路。3、 旋转可变电容C到最大值C，调节标准高频讯号发生器，使LC网络发生谐振，即视频毫伏表指示最大。4、 接上待测二极管（比如锗合金二极管），并调节电位器W使P-n结直流偏压为0.2伏，旋转可变电容C到C，谐振回路重新谐振。于是Cx=C+C。5、 调节W使P-n结的直流偏压为0.4, 0.6, 1.0, 3.0, 6.0, 10, 15, 20伏，并在每个偏压下测量Cx值。6、 使偏压由大到小，重新测量各偏压下的电容值Cx，每个偏压下的电容值去对应偏压下两次测量的平均值。7、 测量同类管壳的分布电容，求出各偏压下的结电容CT。8、 测量扩散结三极管3DG12发射结的势垒电容。按测量3AX31的方法先测量3DG12发射结在各偏压下的结电容Cx。9、 在双对数纸上做出结电容CT与偏压V的关系曲线。10、 由二极管结面积和-6伏下的结电容CT值，求出势垒厚度d及杂质浓度Np或浓度梯度aj。11、锗P-N结内建电势差VD=0.3伏硅P-N结内建电势差VD=0.8伏3AX31发射结面积A=510-3cm23DG12 Ac=1.510-2cm2注意：V是反向偏压，负值。所以，VD-V=VD+V在实验报告中，请回答下面两个问题：1、 图8-5中各元件的作用。2、 如何用本实验求内建电势差VD。实验六、光电器件性能测试与应用一、实验目的：1了解光敏二极管、三极管的结构及工作原理。2掌握常用光敏器件的性能和极限参数。3体验光敏器件的具体应用。二、光敏器件