【《晶体管图示仪原理概述》2400字】

LXI晶体管图示仪原理概述目录TOC\o"1-3"\h\u13010晶体管图示仪原理概述 1143981.1晶体管的结构与分类 1274591.1.1半导体二极管 156991.1.2半导体三极管 2243881.1.2场效应晶体管 291361.2晶体管图示仪原理 3163381.1.1总体结构介绍 361871.1.2单元电路分析 31.1晶体管的结构与分类晶体管指以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的半导体二极管、半导体三极管、场效应晶体管等[23]。1.1.1半导体二极管半导体二极管根据不同的掺杂工艺其特性参数也不同，测量二极管的特性曲线可以得到二极管的电气参数[24]。其中二极管伏安特性曲线可以比较全面的了解二极管电气参数，二极管伏安特性曲线如图2-1所示。依据二极管伏安特性曲线可以得到二极管的电压电流函数关系式，二极管两端所加电压与二极管中通过电流i的函数关系是[25]： （2-1）公式（2-1）中为反向饱和电流，为玻尔兹曼常数，为热力学温度，为电子电荷量。从二极管伏安特性曲线中，可以得到二极管的电气参数，为了解二极管的电气参数和性能，测出二极管的伏安特性曲线是本设计的任务之一。1.1.2半导体三极管三极管是一种控制电流的半导体器件，按极性可分为NPN型和PNP型。三极管有三个极分别为发射极、基极和集电极。衡量三极管的特性，需要得到三极管的输入和输出特性曲线，从曲线中可以得到三极管的特性参数如：共射电流放大系数（）、极间穿透电流（）等。NPN型三极管输入特性曲线如图2-2a)所示，输出特性曲线如图2-2b)所示。。三极管输入特性曲线是指当集电结电压为特定常数时，基极电流与发射结电压之间的关系，的值不同，得到的曲线也不同，其函数关系为[26]： （2-2）三极管输出特性曲线是描述基极电流为特定常数时，集电极电流和集电结电压之间的关系，的值不同，得到的曲线也不同，其函数关系为[27]：（2-3）从输入输出特性曲线中，根据、和之间的关系得到三极管的共射电流放大系数、极间穿透电流等参数。为了解三极管的电气参数和性能，测出三极管的输入、输出特性曲线是本设计的任务之一。1.1.2场效应晶体管场效应晶体管（简称场效应管）按沟道材料类型分为N沟道和P沟道两种类型。场效应管具有三个电极，分别为栅极、漏极和源极。其特性曲线和三极管相似，N沟道增强型场效应管转移特性和输出特性曲线如图2-3a)和b)所示，其转移特性是在漏-源电压一定的情况下，漏极电流与栅-源电压之间的函数关系为[28]：（2-4）输出特性是在栅-源电压一定的情况下，漏极电流与漏-源电压之间的函数关系为[29]：（2-5）综合对以上晶体管的结构、类别及特性的研究，要得到晶体管的特性参数和性能好坏以及对晶体管进行选型，就必须知道该晶体管的伏安特性曲线、输入输出特性曲线及转移特性曲线，本设计完成的这款数字式多功能晶体管图示仪可以测出晶体管特性曲线，从而得到相关晶体管的特性参数。1.2晶体管图示仪原理晶体管图示仪可以直接观察被测晶体管特性曲线以及特性参数。晶体管图示仪根据内部电路形式差异，分为模拟式晶体管图示仪和数字式晶体管图示仪。虽然模拟式晶体管图示仪和数字式晶体管图示仪组成部分不尽相同，但工作原理十分相似，以模拟式晶体管图示仪为例对其工作原理进行介绍。1.1.1总体结构介绍模拟式晶体管图示仪总体结构如图2-4所示，图示仪包括示波管、电压扫描部分、阶梯脉冲部分、X轴作用部分、Y轴作用部分以及晶体管测试台六大模块[30]。阶梯脉冲部分提供阶梯脉冲的基极电流信号和阶梯脉冲的栅极电压信号；电压扫描部分产生从零开始可调节的电压扫描信号；Y轴作用部分采集电流信号作用于垂直偏转板上，形成了晶体管特性曲线的纵向值；X轴作用部分通过改变控制信号以及极间电圧作用于水平偏转板形成横向值，最终将被测晶体管特性曲线显示在示波管屏幕上。1.1.2单元电路分析阶梯脉冲信号由阶梯脉冲电路产生，电压扫描信号由电压扫描电路产生，待测晶体管中的电压、电流信号通过X、Y轴作用部分转换得到的待测晶体管特性曲线横向值、纵向值，通过显示电路显示在荧光屏上。模拟式晶体管图示仪各部分电路结构如图2-5所示，各部分具体电路分析如下。（1）阶梯脉冲电路阶梯脉冲电路主要由触发脉冲电路、阶梯发生器和阶梯选择电路组成，其中阶梯选择电路包括极性、放大倍数和输出类型的选择等，最终输出阶梯电压信号或阶梯电流信号[31]。阶梯脉冲电路结构如图2-6所示。阶梯脉冲电路通过阻容移相器产生一路与扫描信号同相的50Hz正弦信号，同时另一路经过倒相器产生相位滞后90°的50Hz正弦信号，两路信号经全波整流后频率为100Hz，在脉冲形成级叠加产生200Hz的计数脉冲[32]。晶体管图示仪根据晶体管工作原理，要求输出阶梯信号的每一级阶梯信号幅度相等，且级数可调节，所以采用数模转换式原理产生阶梯波。脉冲计数器对输入的脉冲进行计数，以二进制的数码形式输出给数模转换电路输出模拟电压，随着计数器对输入脉冲的按序加法计数，输出的模拟电压实际形式即为阶梯信号[33]。将阶梯信号输出分为两路，一路输出作为阶梯电压信号，另一路输出加上电压-电流转换电路得到阶梯电流信号。（2）电压扫描电路电压扫描电路采用200V50Hz的市电，经变压器降压后，通过整流电路形成100Hz的电压扫描信号，电路工作原理如图2-7所示。图2-7中，T1次级有两组抽头，一组输出-18V~+18V交流电，另一组输出-180V~+180V交流电，经过二极管整流后输出的正弦波幅值约在-24V~+24V和-240V~+240V，由开关SW1选择峰值电压范围，开关SW2控制电压极性。由于采集电流可能比较大，在电路中串联限制电阻，保护整个电路，由开关SW3控制限制电阻大小[34]。待测管的电流流过取样电阻时，产生与电流成正比的电压，送至Y轴放大器以显示电流大小。通过扫描电压的作用使得输出端产生对地的分布电容，部分电流经过分布电容和取样电阻构成回路，产生电容性电流[35]。电容性电流在取样电阻两端形成压降，通过X轴放大器在示波管屏幕上显示出来。（3）显示电路在晶体管图示仪中，