5_晶体管特性图示仪测三极管直流参数.doc

理学院应用物理系专业实验指导书实验五 晶体管特性图示仪测量三极管的直流参数晶体管在电子技术方面具有广泛的应用。在制造晶体管和集成电路以及使用晶体管的过程中，都要检测其性能。晶体管输入、输出及传输特性普遍采用直接显示的方法来获得特性曲线，进而可测量各种直流参数。一、实验目的 （1）了解YB4812型晶体管特性图示仪原理，掌握其使用方法； （2）观察三极管的输出特性曲线； （3）测试四种三极管的反向击穿电压和直流电流增益。二、实验原理利用晶体管特性图示仪测试晶体管输出特性曲线的原理如图1所示。图中T代表被测的晶体管，RB、EB构成基极偏流电路。取EBVBE，可使IB=(EBVBE)/RB基本保持恒定。在晶体管C-E之间加入一锯齿波扫描电压，并引入一个小的取样电阻RC，这样加到示波器上X轴和Y轴的电压分别为VX=VCE = V CAIC RC VCA， VY=IC RC ICATRBVXEBBbVBEIBICVYEICCRCRC 图5.1 测试输出特性曲线的原理电路 IB0IB IB1IB2IBN VCET图5.2 基极阶梯电压与集电极扫描电压间关系当IB恒定时，在示波器的屏幕上可以看到一根ICVCE的特性曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。为了显示一组在不同IB的特性曲线簇Ici=(ICi, VCE)应该在X轴的锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使IB也有一个相应的变化，所以应将图1中的EB改为能随X轴的锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。每一个阶梯电压能为被测管的基极提供一定的基极电流，这样不同的阶梯电压VB1、VB2 、VB3 就可对应地提供不同的恒定基极注入电流IB1、 IB2 、 IB3。只要能使每一阶梯电压所维持的时间等于集电极回路的锯齿波扫描电压周期，如图5.2所示，就可以在T0时刻扫描出IC0=(IB0, VCE)曲线，在T1时刻扫描出IC1=(IB1, VCE)曲线。通常阶梯电压有多少级，就可以相应地扫描出有多少根IC=(IB, VCE)输出曲线。YB4812型晶体管特性图示仪是根据上述的基本工作原理而设计的。它由基极正负阶梯信号发生器，集电极正负扫描电压发生器，X轴、Y轴放大器和示波器等部分构成，其组成框图如5.3所示，详细调节情况可参考附录。基极阶梯发生器X轴放大器集电极扫描电压发生器Y轴放大器NPNPNP功耗电阻示波管取样电阻PNPNPN图5.3 图示仪的组成框图三、实验仪器与设备1、实验设备：YB4812晶体管特性图示仪；2、实验样品： 具体型号规格见表2。表5.1 测试样品参数表型号极性最大耐压VCE工作最大电流IC3DK2NPN20V10mA3DG6NPN20V3mA2N2907PNP60V0.8A2N222NPN60V0.8A四、实验内容与步骤描述晶体管的参数很多，双极型晶体管直流参数的测试主要包括：输出特性曲线、反向特性测试、直流电流增益。 1三极管输出特性曲线和值的测量 （1）输出特性曲线基极电流IB一定时，晶体三极管的IC和UCE之间的关系曲线叫做输出特性曲线。如图4、图5所示。曲线以IC（mA）为纵坐标，以UCE（V）为横坐标给出，IB为参变量。图上的点表示了晶体管工作时IB、UCE、IC三者的关系，即决定了晶体三极管的工作状态。从曲线上可以看出，晶体管的工作状态可分成三个区域。饱和区：UCE很小，IC很大。集电极和发射极饱和导通，好像被短路了一样。这时的UCE称作饱和压降。此时晶体管的发射结、集电结都处于正向偏置。放大区：在此区域中IB的很小变化就可引起IC的较大变化，晶体管工作在这一区域才有放大作用。在此区域IC几乎不受UCE控制，曲线也较为平直，此时管子的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。截止区：IB0，IC极小，集电极和发射极好像断路（称截止），管子的发射结、集电结都处于反向偏置。 图5.4 理论输出特性 图5.5 实测输出特性（2）直流电流增益共发射极电路直流电流增益的定义如下：IC/IB|VCE=常数 3DK2：以NPN型3DK2晶体管为例，查表2得知3DK2 的测试条件为VCE =20V、IC=10mA。将光点移至荧光屏的左下角作坐标零点。具体调节方式：峰值电压范围 010V，Y轴集电极电流 1 mA /度，X轴集电极电压 0.5V/度，显示极性“+”，极性“+”，扫描电压“+”，功耗电阻 250，幅度/级10A，管脚： E-B-C（型号正面从左至右）。逐渐加大峰值电压就能在显示屏上看到一簇特性曲线，读出X轴集电极电压VCE =1V时最上面一条曲线（每条曲线为10A，最下面一条IB=0不计在内）IB值和Y轴IC值，可得的值。为了便于读数，可将X轴的“伏/度”开关由原来的“集电极电压UC”改置“基极电流IB”，就得到ICIB曲线，其曲线斜率就是。所得曲线称为电流传输特性曲线。PNP型三极管值的测量方法同上，只需改变扫描电压极性、阶梯信号极性、并把光点移至荧光屏右上角即可。 3DG6具体调节方式：峰值电压范围 010V，Y轴集电极电流 1 mA /度，X轴集电极电压 0.5V/度，显示极性“+”，极性“+”，扫描电压“+”，功耗电阻 250，幅度/级0.2mA，管脚： E-B-C（型号正面从左至右）。2N2907（PNP）具体调节方式：峰值电压范围 010V，Y轴集电极电流 2 mA /度，X轴集电极电压 1V/度，显示极性“+”，极性“”，扫描电压“”，功耗电阻 250，幅度/级10A，管脚：E-B-C（型号正面从左至右）。2N222具体调节方式：峰值电压范围 010V，Y轴集电极电流 2 mA /度，X轴集电极电压 1V/度，显示极性“+”，极性“+”，扫描电压“+”，功耗电阻 250，幅度/级10A，管脚：E-B-C（型号背面从左至右）。2三极管击穿电压的测试 以NPN型3DK2晶体管为例，测试时，仪器部件的置位详见表3。 被测管按图3的接法，逐步调高“峰值电压”， X轴的偏移量为对应的BVCEO值、BVCEO值及BVEBO值。注：扫描电压极性“”。 PNP型晶体管的测试方法与NPN型晶体管的测试方法相似。 将晶体管按规定的引脚插入之后，逐渐加大反向峰值电压，即可观察到晶体管反向伏安特性曲线。当反向电压增加到某一数值之后，反向电流迅速增大，这就是击穿现象。通常规定晶体管两级之间加上反向电压，当反向漏电流达到某一规定值时所对应的电压值即为反响击穿电压。晶体管的反向漏电流和反向击穿电压有三种情况：（1） BVCBO：E极开路时C-B之间的反向击穿电压；（2） BVEBO：C级开路时E-B之间的反向击穿电压；（3） BVCEO：B级开路时C-E之间的反向击穿电压。根据这些参数的定义，测试时分别将晶体管C、B级，E、B级和C、E级插入图示仪上的插孔C、E，然后加上反向电压，就可进行测量。测试V(BR)CEO时，也可将晶体管E、B、C同时和图示仪连接，将基极阶梯信号选用“零电流”，在C、E级同时和图示仪连接，将基极阶梯信号选用“零电流”，在C、E极之间加上反向电压进行测量。接E悬空BCE接C表5.2 三极管反向击穿测试管脚接法悬空接EBCE接CBVCBO集电极基极间电压（发射极开路）接E接C悬空BCEBVEBO发射极与基极间电压（集电极开路）BVCEO集电极与发射间电压（基极开路）3、实验步骤（1）开启电源，预热5分钟，调节仪器“辉度” 、“聚焦” 、“辅助聚焦”等旋纽使荧光屏上的线条明亮清晰，然后调整图示仪（具体调整方法见附录）；（2）根据待测管的类型（NPN或PNP）及参数测试条件，调整好光点坐标，将待测管的C、B、E按规定进行连接插入相应的位置。根据集电极基极的极性将测试选择开关置于NPN（此时集电极电压，基极电压均为正）或（PNP此时集电极电压，基极电压均为负）并将测试状态开关置于常态；（3）将Y电流/度置于IC合适档级，X电压/度置于UC合适档级；（4）选择合适的阶梯幅度/级开关旋至电流/级较小档级，再逐渐加大至要求值；（5）选择合适的功耗限制电阻，电阻值的确定可接负载的要求或保护被测管的要求进行选择；（6）参考表5.1所示的测试条件进行测试。（7）根据曲线水平和垂直坐标的刻度，从曲线上读取数据。为了减少测试误差，同一个数据要多读几次，取其平均值。对所显示的IB-IC曲线（波形）进行观察记录，读取数据，并计算值：IC/IB数 （1.1） IC=示波管刻度档次读数 （1.2） IB=幅度/级级数 （1.3）（8）试验结束后，应将“峰值电压”调回零值，再关掉电源。五、使用前的注意事项 1特别要了解被测晶体管的集电极最大允许耗散功率PCM，集电极对其它极的最大反向击穿电压如V(BR)CEO、V(BR)CBO、V(BR)CER，集电极最大允许电流ICM等主要指标； 2在测试前首先要将极性与被测管所需的极性相同即可选择PNP或NPN的开关置于规定位置； 3将集电极电压输出按至其输出电压不应超过被测管允许的集电极电压，同时将峰值电压旋至零，输出电压按至合适的档级并将功耗限制电阻置于一定的阻值，同时将X、Y偏转开关置于合适的档级，此档级以不超过上述几个主要直流参数为原则； 4对被测管进行必要的结算，以选择合格的X阶梯电流或电压，此结逄的原则以不超过被测管的集电极最大允许耗损功率； 5在进行ICM的测试时一般采用单次阶梯为宜，以免被测管的电流击穿； 6在进行IC或ICM测试中应根据集电极电压的实际情况，不应超过本仪器规定的最大电流，具体数据列表1如下：表5.3 电压档位对照表电压档次10V50V100V500V5KV允许最大电流50A10A5A0.5A5MA 在进行50A（10A）档级时当实际测试电流超过20A时以脉冲阶梯为宜。六、思考题 1“功耗电阻”在测试中起什么作用？应根据什么来选取？ 2为保证测试管的安全，在测试中应注意哪些事项？ 3从晶体管结构、材料、器件原理及工艺方面试对各种三极管测试结果的差异性进行分析。七、附录：图示仪的调整方法 1集电极电源极性按钮，极性可按面板指示选择。 2集电极峰值电压保险丝：1.5A。 3峰值电压%：峰值电压可在010V、050V、0100V、0500V之间连续可调，面板上的标称值是近似值，参考用。 4功耗限制电阻：它是串联在被测管的集电极电路中，限制超过功耗，亦可作为被测半导体管集电极的负载电阻。 5峰值电压范围：分010V/5A、050V/1A、0100V/0.5A、0500V/0.1A四挡。当由低挡改换高挡观察半导体管的特性时，须先将峰值电压调到零值，换挡后再按需要的电压逐渐增加，否则容易击穿被测晶体管。 AC挡的设置专为二极管或其他元件的测试提供双向扫描，以便能同时显示器件正反向的特性曲线。 6电容平衡：由于集电极电流输出端对地存在各种杂散电容，都将形成电容性电流，因而在电流取样电阻上产生电压降，造成测量误差。为了尽量减小电容性电流，测试前应调节电容平衡，使容性电流减至最小。 7辅助电容平衡：是针对集电极变压器次级绕组对地电容的不对称，而再次进行电容平衡调节。 8电源开关及辉度调节：旋钮拉出，接通仪器电源，旋转旋钮可以改变示波管光点亮度。 9电源指示：接通电源时灯亮。 10聚焦旋钮：调节旋钮可使光迹最清晰。 11荧光屏幕：示波管屏幕，外有座标刻度片。 12辅助聚焦：与聚焦旋钮配合使用。 13Y轴选择（电流/度）开关：具有22挡四种偏转作用的开关。可以进行集电极电流、基极电压、基极电流和外接的不同转换。 14电流/度0.1倍率指示灯：灯亮时，仪器进入电流/度0.1倍工作状态。 15垂直移位及电流/度倍率开关：调节迹线在垂直方向的移位。旋钮拉出，放大器增益扩大10倍，电流/度各挡IC标值0.1，同时指示灯14亮. 16Y轴增益：校正Y轴增益。 17X轴增益：校正X轴增益。 18显示开关：分转换、接地、校准三挡，其作用是： 转换：使图像在、象限内相互转换，便于由NPN管转测PNP管时简化测试操作。 接地：放大器输入接地，表示输入为零的基准点。 校准：按下校准键，光点在X、Y轴方向移动的距离刚好为10度，以达到10度校正目的。 19X轴移位：调节光迹在水平方向的移位。 20 X轴选择（电压/度）开关：可以进行集电极电压、基极电流、基极电压和外接四种功能的转换，共17挡。 21“级/簇”调节：在010的范围内可连续调节阶梯信号的级数。 22调零旋钮：测试前，应首先调整阶梯信号的起始级零电平的位置。当荧光屏上已观察到基极阶梯信号后，按下测试台上选择按键“零电压”，观察光点停留在荧光屏上的位置，复位后调节零旋钮，使阶梯信号的起始级光点仍在该处，这样阶梯信号的零电位即被准确校正。 23阶梯信号选择开关：可以调节每级电流大小注入被测管的基极，作为测试各种特性曲线的基极信号源，共22挡。一般选用基极电流/级，当测试场效应管时选用基极源电压/级。 24串联电阻开关：当阶梯信号选择开关置于电压/级的位置时，串联电阻将串联在被测管的输入电路中。 25、重复关按键：弹出为重复，阶梯信号重复出现；按下为关，阶梯信号处于待触发状态。 26、阶梯信号待触发指示灯：重复按键按下时灯亮，阶梯信号进入待触发状态。 27、单簇按键开关：单簇的按动其作用是使预先调整好的电压（电流）/级，出现一次阶梯信号后回到等待触发位置，因此可利用它瞬间作用的特性来观察被测管的各种极限特性。 28极性按键：极性的选择取决于被测管的特性。 29测试选择按键： “