晶体管直流参数测量.docx

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1、晶体管直流参数测量实验五 用图示仪测量二极管、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。 晶体管直流参数测试仪很多 ，XJ-4810型晶体管特性图示仪是最常用的 一种。本实验的目的是了解XJ-4810型特性图示仪原理，掌握其使用方法，并用这种仪器进行晶体管直流参数测试及芯片检测，分析晶体管质量，分析晶体管质量，找出失效原因，作为进一步改进器件性能的依据。 一、实验目的： 1熟悉晶体二极管、三极管的主要参数。 2学习使用万用表判断三级管

2、极性和管脚的方法。 3学习使用XJ-4810型晶体管特性图示仪测量晶体管的方法。 4熟悉XJ-4810型晶体管特性图示仪。 二、实验仪器： XJ-4810型晶体管特性图示仪、万用表。 三、实验原理 1晶体二极管主要参数： 最大整流电流IF ：二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，由手册查得。 正向压降VD ：二极管正向偏置，流过电流为最大整流电流时的正向压降值，可用电压表或晶体管图示仪测得。 最大反向工作电压VR ：二极管使用时允许施加的最大反向电压。可用电压表或晶体管特性图示仪测得反向击穿电压V(BR) 后，取其12即是。 反向电流IR ：二极管未击穿时的反向电流值。 最高工作频率fM

3、 ：一般条件下较难测得，可使用特性手册提供的参数。 特性曲线：二极管特性曲线可以直观地显示二极管的特性。由晶体管特性图示仪测得。 2稳压二极管主要参数： 稳定电压VZ ：稳压管中的电流为规定电流时，稳压管两端的电压值。 稳定电流IZ ：稳压管正常工作时的电流值，参数手册中给出。使用晶体管特性图示仪测量此项参数比较方便，可直接观察到稳压管有较好稳压效果时对应的电流值，便是此值。 动态电阻rZ ：稳压管两端的电压VZ和流过稳压管的电流I的变化量之比，可用电压表、电流表共同测得，或用晶体管特性图示仪测得，用下式计算： rZ=DVZ DI额定功耗PZ ：由生产厂规定，可由特性手册中查到。 3晶体三极管

4、主要参数： 直流电流放大系数b：可用电流表或晶体管特性图示仪测得集电极电流IC和基极电流IB后算出，也可用数字万用表的HFE档测得。计算公式： -b=-IC-ICE0IC IBIB式中ICE0是三极管的穿透电流。 穿透电流ICE0 ：基极开路时的IC值，此值反映了三极管的热稳定性，越小越好。 交流电流放大系数 ：IC与IB的变化量之比。可由晶体管特性图示仪测得IC和IB后根据下式计算： b=DIC DIB该参数也可表为hfe 。两者略有区别：是指对应实际工作条件时的IC与IB之比，而hfe是指在给定条件下的IC与IB之比。与hfe的值基本相等，所以在使用时常常不予区别。 反向击穿电压BVCE0

5、 ：基极开路时，C、E之间的击穿电压。也可表示为 UCE0 。使用晶体管特性图示仪测量十分方便。测量时应注意集电极功耗电阻应取10K以上，避免击穿时集电极电流过大，使被测三极管因功耗过大烧毁。 其它参数或在一般条件下不易测得，或在使用中意义不大，不再介绍。如果在使用中用到，可由三极管参数手册查阅。 4图示仪工作原理 利用图示仪测试晶体管输出特性曲线的原理如图1所示。图中BG代表被测的 晶体管，RB、EB构成基极偏流电路。取EBVBE,可使IB=(EB- VBE)/ 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

6、 =Vce =V ca +V ac=V ca-I c R c V ca Vy=-Ic.Rc-Ic 图1测试输出特性曲线的原理电路 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

7、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。JT-1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3所示，详细情况可参考图示仪说明书。 VCE T 图2基极阶梯电压与集电极扫描电压间关系 图3图示仪的组成框图 四、实验步骤 1、稳压二极管特性曲线测量 2、三极管的判断 利用万用表先判断三

8、极管的导电类型和管脚； 三极管是由两个PN结组成的器件，一般具有3个引脚具有四只引脚，其中一个脚接管壳，供接地屏蔽用）。使用万用表可以判别三极管的极性、管脚和估计三极管的性能好坏。 区分三极管的基极b： 测量方法：用万用表的红、黑表笔分别接触三极管的任意两个管脚，测量一次后，如果电阻值无穷大，则将红、黑表笔交换，再测这两个管脚一次。如果两次测得的电阻值都是无穷大，说明被测的两个管脚是集电极c和发射极e，剩下的一个则是基极b。如果在两次测量中，有一次的阻值不是无穷大，则换一个管脚再测，直到找出正、反向电阻都大的两个管脚为止。 区分三极管的极性： 测出三极管的基极b后，通过再次测量来区分三极管是N

9、PN型还是PNP型。将万用表的正表笔接触已知的基极，用另一支表笔分别接触另外两个管脚，如果另外两个管脚都导通，说明被测管是NPN型，否则是PNP型。 区分发射极和集电极： 三极管的发射结、集电结对称于基极，所以仅仅通过测量“PN结单向导电性”难以区分出哪一个是发射极，哪一个是集电极。但发射结和集电结的结构有所不同。制造三极管时，发射区面积做得小，掺杂浓度高，便于发射载流子；而集电区面积大，掺杂浓度低，便于收集载流子，所以c、e正确连接电源时，三极管具有较大的电流放大的能力，用万用表档测量，c、e之间的电阻小；当c、e与电源连接反了时，电流放大能力很差，c、e之间的电阻很大。 使用数字万用表来区

10、分集电极和发射极十分方便。仍然需要先测出被测管的极性和基极。然后将数字表旋钮对准HFE档，将被测管按假定的e、c插入数字表的“三极管测量插座”中，其中基极和三极管的极性必须正确，观察并记录数字显示的被测管HFE值；交换假定的c、e之后再测一次。两次测量中数值大的一次为正确插入。由此判断出被测管的e和c。 3、三极管的输入、输出特性曲线测量 根据判断结果，将三极管接入测试电路，调整相关旋钮，观测三极管的输入、输出特性曲线，并画出测量曲线。 、值的计算 根据测量曲线，按=Ic/Ib计算。 五、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

11、哪些事项？ 附录：晶体管特性图示仪的使用 晶体管测量仪器是以通用电子测量仪器为技术基础，以半导体器件为测量对象的电子仪器。用它可以测试晶体三极管的共发射极、共基极电路的输入特性、输出特性；测试各种反向饱和电流和击穿电压，还可以测量场效管、稳压管、二极管、单结晶体管、可控硅等器件的各种参数。下面以XJ4810型晶体特性图示仪为例介绍晶体管图示仪的使用方法。 图A-23 XJ4810型半导体管特性图示仪 7.1 XJ4810型晶体管特性图示仪面板功能介绍 XJ4810型晶体管特性图示仪面板如图A-23所示： 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。

12、3. 峰值电压%：峰值电压可在010V、050V、0100V、0500V之连续可调，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

13、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。 13. Y轴选择开关：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

14、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. 16. Y轴增益：校正Y轴增益。 17. X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。 19. X轴移位：调节光迹在水平方向的移位。 20. X轴选择开关：可以进行集

15、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

16、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/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. 测试台：其结构如图A-24所示。 图A-24 XJ4810型半导体管特性图示仪测试台 30. 测试选择按键： “左”、“右”、“二簇”：可以在测试时任选左右两个被测管的特性，当

17、置于“二簇”时，即通过电子开关自动地交替显示左右二簇特性曲线，此时“级/簇”应置适当位置，以利于观察。二簇特性曲线比较时，请不要误按单簇按键。 “零电压”键：按下此键用于调整阶梯信号的起始级在零电平的位置，见项。 “零电流”键：按下此键时被测管的基极处于开路状态，即能测量ICEO特性。 31、32. 左右测试插孔：插上专用插座，可测试F1、F2型管座的功率晶体管。 33、34、35.晶体管测试插座。 36. 二极管反向漏电流专用插孔。 在仪器右侧板上分布有图A-25所示的旋钮和端子： 图A-25 XJ4810型半导体管特性图示仪右侧板 37. 二簇移位旋钮：在二簇显示时，可改变右簇曲线的位置，

18、更方便于配对晶体管各种参数的比较。 38. Y轴信号输入：Y轴选择开关置外接时，Y轴信号由此插座输入。 39. X轴信号输入：X轴选择开关置外接时，X轴信号由此插座输入。 40. 校准信号输出端：1V、0.5V校准信号由此二孔输出。 7.2测试前注意事项 为保证仪器的合理使用，既不损坏被测晶体管，也不损坏仪器内部线路，在使用仪器前应注意下列事项： 1. 对被测管的主要直流参数应有一个大概的了解和估计，特别要了解被测管的集电极最大允许耗散功率PCM、最大允许电流ICM和击穿电压BVEBO、BVCBO 。 2. 选择好扫描和阶梯信号的极性，以适应不同管型和测试项目的需要。 3. 根据所测参数或被测

19、管允许的集电极电压，选择合适的扫描电压范围。一般情况下，应先将峰值电压调至零，更改扫描电压范围时，也应先将峰值电压调至零。选择一定的功耗电阻，测试反向特性时，功耗电阻要选大一些，同时将X、Y偏转开关置于合适挡位。测试时扫描电压应从零逐步调节到需要值。 4. 对被测管进行必要的估算，以选择合适的阶梯电流或阶梯电压，一般宜先小一点，再根据需要逐步加大。测试时不应超过被测管的集电极最大允许功耗。 5. 在进行ICM的测试时，一般采用单簇为宜，以免损坏被测管。 6. 在进行IC或ICM的测试中，应根据集电极电压的实际情况选择，不应超过本仪器规定的最大电流，见表A-3。 表A-3 最大电流对照表 电压范

20、围/V 010 050 0100 0500 允许最大电流/A 5 1 0.5 0.1 7. 进行高压测试时，应特别注意安全，电压应从零逐步调节到需要值。观察完毕，应及时将峰值电压调到零。 7.3基本操作步骤 1. 按下电源开关，指示灯亮，预热15分钟后，即可进行测试。 2. 调节辉度、聚焦及辅助聚焦，使光点清晰。 3. 将峰值电压旋钮调至零，峰值电压范围、极性、功耗电阻等开关置于测试所需位置。 4. 对X、Y轴放大器进行10度校准。 5. 调节阶梯调零。 6. 选择需要的基极阶梯信号，将极性、串联电阻置于合适挡位，调节级/簇旋钮，使阶梯信号为10级/簇，阶梯信号置重复位置。 7. 插上被测晶体

21、管，缓慢地增大峰值电压，荧光屏上即有曲线显示。 7.4测试实例 1. 晶体管hFE和值的测量 以NPN型3DK2晶体管为例，查手册得知3DK2 hFE的测试条件为VCE =1V、IC=10mA。将光点移至荧光屏的左下角作座表零点。仪器部件的置位详见表A-4。 表A-4 3DK2晶体管hFE、测试时仪器部件的置位 部件 置位 部件 置位 峰值电压范围 010V Y轴集电极电流 1 mA /度 集电极极性 + 阶梯信号 重复 功耗电阻 250 阶梯极性 + X轴集电极电压 1V/度 阶梯选择 20A 逐渐加大峰值电压就能在显示屏上看到一簇特性曲线，如图A-26所示.读出X轴集电极电压Vce =1V

22、时最上面一条曲线IB值和Y轴IC值，可得 hIFE = C8.5mA8.5I=mA=0.2=42.5 B200若把X轴选择开关放在基极电流或基极源电压位置，即可得到图A-27所示的电流放大特性曲线。即 =DICDI B 图A-26 晶体三极管输出特性曲线 图A-27 电流放大特性曲线 PNP型三极管hFE和的测量方法同上，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。 4.稳压二极管的测试 以2CW19稳压二极管为例，查手册得知2CW19稳定电压的测试条件IR=3mA。测试时。仪器部件置位详见表A-7。 逐渐加大“峰值电压”，即可在荧光屏上看到被测管的特性曲线，如图A-32

23、所示。 表A-7 2CW19稳压二极管测试时仪器部件的置位 部件 峰值电压范围 功耗限止电阻 置位 AC 010V 5 k 部件 X轴集电极电压 Y轴集电极电流 置位 5V/度 1mA/度 读数：正向压降约0.7V，稳定电压约12.5V。 .整流二极管反向漏电电流的测试 以2DP5C整流二极管为例，查手册得知2DP5的反向电流应500nA。测试时，仪器各部件的置位详见表A-8。 逐渐增大“峰值电压”，在荧光屏上即可显示被测管反向漏电电流特性，如图A-33所示。 读数：IR=4div0.2A0.1(倍率)=80 nA 测量结果表明，被测管性能符合要求。 图A-32 稳压二极管特性曲线 图A-33 二极管反向电流测试 表A-8 2DP5C整流二极管测试时仪器部件的置位 部件 峰值电压范围 功耗限制电阻 X轴集电极电压 置位 010V 1 k 1V/度 部件 Y轴集电极电流 倍率 置位 0.2A/度 Y轴位移拉出0.1