晶体管特性图示仪使用方法

1、1、定义：晶体管特性图示仪是一种用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并可测量其静态参数的测试仪器。它功能强，用途广泛、直接显示、使用方便、操作方便的优点，对于从事半导体管机理的研究及半导体在无线电领域的应用，是必不可少的测试工具。晶体管特性图示仪是一种专用示波器，它能直接观察各种晶体管特性曲线及曲性簇。例如:晶体管共射、共基和共集三种接法的输入、输出特性、电流放大特性及反馈特性；二极管的正向、反向特性；稳压管的稳压或齐纳特性；它可以测量晶体管的击穿电压、饱和电流、或参数等。2、晶体管特性图示仪与示波器的区别：晶体管特性图示仪能够自身提供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光屏

2、上。3、优缺点：晶体管特性图示仪不能用于测量晶体管的高频参数。4、组成：主要由阶梯波发生器、集电极扫描信号源、测试变换电路、控制电路、X-Y方式示波器等部分组成。由于晶体管特性图示仪的测量原理基础是逐点测量法，且是动态测量，故晶体管特性图示仪的功能应该满足：能提供测试过程所需的各种基极电流（阶梯波发生器）；每个固定基极电流期间，集电极电压能做相应改变；（集电极扫描信号源）能够即使取出各组测量值并传送至显示电路。5、晶体管特性图示仪各组成部分的作用：（见书P127）阶梯波发生器（组成和工作原理见书P129）：提供基极阶梯电压或电流集电极扫描信号源：每个固定基极电流期间，集电极电压能做相应改变；测

3、试变换电路：为适应测试NPN和PNP管控制电路：实现集电极扫描信号源和阶梯波信号源的同步X-Y方式示波器：X和Y轴放大器（对取自被测器件上的电压信号进行放大，然后送至偏转板形成扫描线）和示波管6、晶体管特性图示仪的操作使用面板介绍：包括五部分（示波管控制电路；集电极电源；偏转放大；阶梯信号测试台）J2461型晶体管特性图示仪J2461型晶体管特性图示仪，是根据教育部JY678号技术标准的规定和要求而设计的。它是J2458型教学示波器的辅助装置，主要供中等学校实验室测量晶体管使用。其标准定型样机的面板，如图461所示。技术指标 电压极性正、负电压峰值050V电流峰值200mA扫描频率10DHZS

4、功耗限制电阻0、5、10、50、100、500、1K、5K、10K、50K、100K。十一档误差10阶梯电流技术指标 阶梯极性正、负阶梯级数固定七级A级、50A级、01mA级、02mA级、05mA级、1mA级、2mA级、5mA级。电流范围5A级、10A级、20十档误差10阶梯频率100HZS阶梯零点连续可调集电极电流、电压技术指标集电极电流005mA格、01mA格、02mA格、05mA格、1mA格、2mA格、5mA格、10mA格、20mA格。九档误差10集电极电压01V格、02V格、05V格、1V格、2V格、5V格。10V格。七档误差10其他技术指标输出校准电压：Y轴500mVPP5X轴500

5、mVpp5外接示波器要求：Y轴输入灵敏度100mV格输入电阻1MX轴输入灵敏度100mV格输入电阻1M使用条件：温度1040相对湿度85（30）使用电源220V1050HZ2工作时间连续8小时其他：功率消耗20VA（满载时）重量3Kg外形尺寸250155110（mm）3晶体管的特性曲线可以用逐点测试数据进行描绘 例如，测试三极管的输出特性曲线，测试线路如图462。调节RB电阻，确定IBIB1，变化电位器W，使Uc从零逐点变化到Ec，记下对应的IC值，可画出IB1时UC、Ic曲线。再调节RB电阻，确定IBIB2，逐点测试UC、IC值，可画出在IB2下的UC、IC曲线。如此重复，就可画出三极管在不

6、同IB值时的输出特性曲线簇。显然，这种测试方法速度太慢，而且在测量极限参数时还易损坏晶体管。如果EC值随时间连续变化，那么Uc与IC也将按特性随时间变化。把变化的UC和IC通过一定线路分别加到示波器水平和垂直输入端，即可在荧光屏上显示出一条输出特性曲线。如果在Ec随时间每变化一次后，IB自动变化一个数值，则可显示出一簇输出特性曲线。这样能瞬间将三极管的输出特性曲线簇显示出来。测试数值在接近极限参数时是瞬时作用的，不会损坏晶体管。J2461型晶体管特性图示仪工作原理晶体管特性图示仪就是能自动显示晶体管特性曲线的仪器。J2461型晶体管特性图示仪测试三极管的原理方框图如图463所示。阶梯波发生器产

7、生固定七阶的阶梯波电流，每一阶梯代表一定的基极电流值IB。扫描发生器产生100赫正弦半波式脉动变化电压EC，在一个阶梯时间内变化一次，两者对应关系如图464。这样，每个阶梯电流时，三极管的集电极电压UC和集电极电流IC将按其特性随时间变化，由集电极电压取样电阻及电流取样电阻取出，送到示波器X及Y输入端，示波器荧光屏上就可显示出三极管的输出特性曲线簇。当示波器的垂直系统和水平系统灵敏度被校准后，就可根据被显示的特性曲线读取被测晶体管的参数。图463中除示波器外。其他各部分组成J2461型晶体管特性图示仪。集电极扫描电压发生器电路主要可分为集电极扫描电压发生器、基极阶梯波发生器、电源等三部分。集电

8、极扫描电压直接采用50赫市电、经全波整流后得到100赫半波正弦脉动电压，线路比较简单。电源变压器B1，将220伏、60赫市电降压后，从3、4、5端引出45伏交流电压，用全波整流得到100赫脉动电压，然后通过大功率三极管BG33组成的射极跟随器输出。W3电位器用来调节输出电压幅度。当电位器向减值方向转时，基极接地，射极跟随器输出为零。当电位器向上调时，输出脉动电压幅度增加。电压极性由K1开关换转。扫描电压经开关K4接入功耗限制电阻，再经测试转换开关K7加到管座A或管座B上。同时从分压电阻R82R88上取得一定的电压输送到外接示波器X放大器，用作扫描电压显示。基极阶梯波发生器 电路主要可分为集电极

9、扫描电压发生器、基极阶梯波发生器、电源等三部分。阶梯波发生器由触发器，阶梯波形成器及阶梯波放大器三部分组成。其方框图如图466所示、触发器将50赫正弦电压转换成为100赫正极性窄脉冲。主要由BG3脉冲形成管，BG6倒相放大管组成。来自变压器B1、B12、B13端36伏50赫市电正弦波电压加到BG1、BG2组成的悬浮式全波整流电路，经全波整流得到100赫脉动信号，送到脉冲形成管的基极。只有当脉动信号过零点附近时BG3才通导，其余时间均截止，于是在集电极上可获得100赫正向窄脉冲信号，经C1电容微分后可得到上升时间更快的100赫正负脉冲信号。其正脉冲经BG4削波而消除，负脉冲经BG5放大倒相成为整

10、齐的100赫正脉冲，作为阶梯波形成的触发信号。阶梯放大器阶梯波放大器由两级互补的晶体管差动放大器和三级发射极跟随器构成，这一深负反馈放大器的电压增益为1，它能保证输出阶梯波电流从5微安级到5毫安级变化时，输出阶梯波电压不变，即保持每一阶梯为一伏。从W1米的阶梯波信号送到第一级差动放大器（BG24，BG25）。而第一级差动放大器的集电极信号又直接送到作为和它互补的第二差动放大器（BG26、BG27）的基极，其中BG26集电极输出信号经过三级射极跟随器BG28、BG29、BG30进行电流放大后，就可以输出足够大的阶梯波电流信号。为了使输出阶梯电压保持每一级为恒定的1伏，因而将输出端信号反馈至第一差

11、动放大级的另一输入端BG25的基极，进行深度负反馈。调节电位器W2可以改变差动放大器的工作点，使得在零阶梯时输出为零电位。阶梯放大器输出的每级1伏阶梯信号，经过极性转换开关K3可改变输出阶梯波的正负极性。再输送到K6开关，改变不同的串联电阻，可以得到5微安级5毫安级不同的阶梯电流，输送到被测管基极。阶梯波的形成波形成电路由三级双稳态电路和各自的电流形成管以及公共的电流叠加管组成。来自触发器的正脉冲信号加到BG6、BG7组成的第一级双稳态电路。使电路在每一脉冲来到时翻转一次。因而从BG6集电极可得到50赫方波电压。经由C11、R30耦合到电流形成管BG13基极，而在其集电极上得到一反向电流方波。

12、BG6集电极输出的电压又经C5耦合到BG8、BG9组成的第二级双稳态电路，这级双稳态电路输出25赫的方波电压，通过C12、R33耦合到电流形成管BG19，在其集电极上可得到25赫方波电流。BG8集电极输出电压又经C8耦合到BG10、BG11组成第三级双稳态电路，这级双稳态电路输出125赫方波电压，经由C13、R36耦合到电流形成管BG20。在其集电极上可得到125赫方波电流，精确选择R38为R35的12，R35为R32的12，可使三个电流方波幅值为1、2、4倍数，而方波的宽度也为1、2、4倍数。这三个电流方波在电流叠加管BG21汇合后就可得到线性良好的七个阶梯波。其具体叠加情况如图467所示。

13、电流叠加管BG21形成的阶梯波，经BG22射级跟随器输出。BG23稳压管是将直流电位转换到阶梯波放大器需要的数值，而对阶梯波本身不产生压降。W1为阶梯幅度校准电位器。调节W1可使输出的阶梯波电压达到每一阶梯为1伏，然后送到阶梯波放大器进行放大。图示仪测试准备工作J2461型晶体管特性图示仪本机未带显示部分，不能单独使用。必须用J2458型教学示波器、J2459型学生示波器或其他型号示波器配合，才能显示与测试晶体管特性。测试时，仪器可以直立放置，也可以面板朝上仰放。前者适合示教演示实验，后者对一般晶体管参数测试更方便些。表463面板控制器名称及代号放置位置扫描电压调节W3反时针旋到底A管、关、B

14、管K7关集电极电流K2Y校准集电极电压K51V/格将J2461型图示仪面板上接示波器的三个接线柱用屏蔽线分别接到J2458型或J2459型示波器Y输入、X输入及地接线柱。示波器输入耦合开关放到“DC”、衰减开关放到“1”、扫描范围开关放到“外X”。图示仪面板各控制旋钮按表463放置，没有提到的控制旋钮可以任意放置。将两台仪器都插上电源，打开电源开关预热几分钟。关于特性曲线的显示极性说明对NPN型三极管，其输出特性曲线显示在第三象限，如同习惯上PNP型三极管。对PNP型三极管，其输出特性曲线显示在第一象限，如同习惯上NPN型三极管。同样二极管的正向伏安特性曲线显示在第三象限，而负向伏安特性曲线显

15、示在第一象限。产生这个原因是由于J2461型晶体管特性图示仪和J2458型教学示波器、J2459型学生示波器极性不能互相配合造成的。从图463原理方框图中可以看出，晶体管特性图示仪集电极电流取样是反向接到示波器Y输入端，集电极电压取样是正向接到示波器X输入端。为了使荧光屏上显示的特性曲线极性正确，要求配合的示波器Y轴作负向显示，X轴作正向显示，但J2458型教学示波器和J2459型学生示波器显示极性刚好和以上要求相反，Y轴作正向显示、X轴作负向显示，因而显示出的特性曲线极性都是反相的。这对参数的测试没有影响，只是和习惯上不同而已，只要使用者明了其中原理，也就不会搞错。但做教学演示实验时，为了让

16、学生树立正确的概念，应当显示出正确的极性。为此可以将示波器侧盖板打开，将垂直放大器接到示波管垂直偏转板二根导线对换焊接，水平放大器接到示波管水平偏转板二根导线也对换焊接，就可显示出正确的极性。演示完毕后再对换回来。以前生产的J2458型教学示波器，为了与本图示仪配合，其极性符合以上要求，但对其他项目测试又造成了困难，因而近来出厂的J2458型教学示波器，显示极性又改过来了，和J2459型学生示波器取得一致。本图示仪配合其他型号示波器时，也会产生特性曲线显示在不同象限的问题，希望使用者注意。图示仪使用注意事项（1）测试晶体管时，首先应了解被测三极管是PNP型还是NPN型，然后将仪器置于相应的极性

17、，切不要乱扳极性开关，以免损坏管子及仪器。（2）功耗限制电阻可以保护被测管不至电流过载，又可防止由被测管击穿后导致损坏仪器，因而一般测试都应将功耗限制电阻加上，可放到1千欧左右，如显示电流太小则再减小。特别在测量晶体管击穿电压时更需要注意，可以将功耗限制电阻取得更大一些。（3）测试前先应检查扫描电压调节旋钮是否逆时针转到底，测试时再渐渐顺时针转动，当加到规定电压时即可。测试完毕后应先将扫描电压调节旋钮逆时针转到底，然后再关机。（4）测试时基极阶梯电流也应当由小到大逐档增加，当集电极显示出合适电流时即可。图示仪测量反向截流时注意事项在测量晶体管反向截止电流时，可采用提高示波器垂直系统灵敏度的方法

18、来扩大集电极电流最小测量范围。对J2458型教学示波器，可以用机内校准信号使垂直系统灵敏度校准到20毫伏格，灵敏度提高了四倍，于是集电极电流读数应除以5。原005毫安格变成001毫安格。对J2459型学生示波器，可将Y增益旋钮顺时针转到底，灵敏度达到50毫伏格，比原来提高一倍，于是集电极电流刻度读数应除以2，原005毫安格变成0025毫安格。以上测试时，被测电流数值较小，显示的数值一定要减去分压电阻中流过的电流ICUARU。UA为测试点电压，RV分压电阻总值约为580千欧。图示仪外观和校准信号的检查直观检查是不用测试设备的条件下检查仪器是否能正常工作。下面介绍各检查项目。外观检查。仪器外部应没

19、有破损。而板上各旋钮应安装牢固，位置正确，各档均能对线，调节平滑、分档清楚。仪器提手与支脚无松动，摇动仪器时，机箱内没有掉下的元件声。校准信号检查。将接示波器的三个接线柱用屏蔽线分别接到J2458型示波器Y输入、X输入及地接线柱，示波器输入耦合开关放到“DC”、Y轴衰减开关放到“1”，扫描范围开关放到“外X”。将仪器插上电源，打开电源开关，指示灯即发光。预热几分钟后，可看到示波器荧光屏垂直方向显示出一条直线，表示仪器校准信号输出正常。调示波器的Y增益旋钮，使荧光屏垂直方向显示的直线长度恰好为五格。图示仪阶梯、扫描信号检查阶梯信号检查。在上项检查后，将仪器集电极电流开关扳到“阶梯校准”档，示波器

20、荧光屏垂直方向可看到八个亮点，每个亮点间约为一格。扳动阶梯极性开关由正到负时，最低一个亮点位置基本不动，其余七个亮点移到第一个亮点下面。扫描信号检查。在上项检查后，将仪器集电极电流开关扳到“20mA格”档，集电极电压开关扳到“1伏格”档，扫描电压极性开关扳到“”，示波器荧光屏上显示出一点亮点。将亮点调到荧光屏坐标正中，然后顺时针转动扫描电压调节电位器，可以看到光点形成向左伸延的一根水平线，如将极性开关扳到“”，则形成向右伸延的一根水平线，则表示集电极扫描电压发生器工作正常。图示仪测试晶体管将示波器荧光屏上光点调到右上角，在晶体管插座A中插入一只质量好的任何型号NPN硅三极管，逐渐加大扫描电压，

21、并适当调节阶梯电流，荧光屏应显示出三极管的输出特性，类似如图4615所示仪器技术指标的检验J2461型晶体管特性图示仪技术指标检验时需要的测试仪器见表469。也可以使用相同精度的其他型号仪器。检验时仪器的电源要用交流稳压器稳压，并调整到电压表指示为220伏。 表469仪器名称型号比较信号发生器XC27A多用示波器SBM10A通用示波器ST16直流电阻箱ZX54滑动变阻器123543兆欧表ZX253交流稳压器3KVA交流电压表62V 250V 1级图示仪集电极电压误差检验集电极电压各档误差要求小于10，主要由分压电阻R82R88的精度决定。测试时需要用两台示波器。号示波器采用ST16型，接到被测

22、仪器晶体管插座C、E间，主要作扫描电压监视。号示波器采用精度较高的SBM10A型或同等精度的示波器，接到被测仪器X输出及地接线柱，用来测量电阻R82R88的分压误差。两台示波器Y输入耦合开关都放到“DC”，灵敏度放到10伏格。扫描部分可以不工作。被测J2461型仪器集电极电压开关放到“01伏格”。打开仪器电源，经预热后，调被测J2461型仪器扫描电压调节旋钮，使两台示波器显示均为5格。将集电极电压开关顺次放到“02伏格10伏格”，号示波器灵敏度顺次放到“5伏格01伏格”，在保持号示波器读数为5格情况下，读出号示波器显示的格数，记录于表4610中，与基准值相比，其最大误差应05格，即10为合格。

23、表4610集电极电压开关位置2号示波器误差灵敏度读数01伏格10伏格5格基准02伏格5伏格05伏格2伏格1伏格1伏格2伏格05伏格5伏格02伏格10伏格01伏格图示仪集电极误差测试集电极电流各档误差要求小于10，主要由电流取样电阻R6371的精度决定。测试时需要两台示波器及一只ZX54型直流电阻箱。电阻箱起负载作用，接到被测仪器晶体管插座C、E间，电阻值放到1千欧，同时并接号示波器（ST16型）。示波器灵敏度调到“2伏格”。被测仪器Y输出及地接线柱接到号示波器（SBE10A型），示波器灵敏度调到02伏格”。被测J2461型仪器功耗限制电阻放到“0”，集电极电流开关放到“1mA格”，接通仪器电源

24、，经预热后，调扫描电压调节旋钮，使号示波器上显示为5格，这时号示波器上显示也为5格。将被测仪器集电极电流开关顺次调到“2mA格20mA格”，“05mA格005mA格”，电阻箱电阻值相应调到50欧500欧，2千欧20千欧，略调被测仪器扫描电压调节旋钮，以保持号示波器上显示格数不变，记录号示波器上读数于表4611中。与基准值相比，其最大误差05格，即10为合格。图示仪输出电压检验输出校准电压要求为500毫伏，误差小于5。测试时被测仪器面板控制旋钮按表4611放置，接通电源开机预热。先将XC27A型比较信号发生器500毫伏方波输送到SBM10A型示波器Y输入端，示波器灵敏度放到“01伏格”，输入耦合

25、开关扳到“DC”，扫描部分可以不工作。记录荧光屏上垂直方向显示为H格。拆去比较信号发生器的方波信号，将示波器Y输入接到被测J2461型仪器接Y与地接线柱，此时示波器荧光屏垂直方向显示应达到H5为合格。表4611集电极电流开关位置电阻箱电阻2号示波器显示格数误差005mA格20K01mA格10 K02mA格5 K05mA格2 K1mA格1 K5格基准2mA格500 5mA格20010mA格10020mA格50集电极扫描电压峰值与电流峰值检验扫描电压发生器在输出电流峰值200毫安时，电压峰值要求调到大于50伏。先将ST16型示波器X输入灵敏度用XC27A型比较信号发生器校准到100毫伏格。被测J2

26、461型仪器集电极电流开关放到“20mA格”，集电极电压开关放到“10伏格”，功耗限制电阻开关放到“0”，晶体管插座C、E间接入J23543型滑动变阻器，电阻调到最大。接Y、接X及地接线柱分别接到经过校准的ST16型示波器Y及X输入。示波器Y输入灵敏度放到“02伏格”，输入耦合开关放到“DC”，触发极性开关放到“X”。仪器接通电源预热后，将扫描电压调节旋钮顺时针转到底，慢慢减小滑动变阻器电阻值，使示波器垂直方向显示为5格，这时检查示波器X方向显示应大于5格为合格。基极阶梯电流检验阶梯电流各档误差要求小于10。测试时，将被测J2461型仪器集电极电压调节旋钮反时针转到底，基极阶梯波电流开关放到“

27、01mA级”。在晶体管插座B、E间接入ZX54型直流电阻箱，电阻值调到1千欧。电阻箱两端接到SBM10A型示波器Y输入端，示波器灵敏度放到“01伏格”，扫描部分不工作。接通仪器电源通电预热后，此时示波器上显示出阶梯波八个亮点，每个亮点调到1格，共7格（可调阶梯校准电位来达到，并注意调好阶梯调零）。然后将阶梯电流顺次调到“02mA级05mA级”、“50A级5A级”，电阻箱电阻相应调到20欧500欧、2千兆20千兆，记录示波器上7个阶梯所占的位置，记入表4612，其偏离7格的最大值差应小于07格为合格。表4612阶梯波电流电阻箱电阻2号示波器显示格数误差5A级20K10A级10 K20A级5 K5

28、0A级2 K01mA级1 K7格基准02mA级50005mA级2001 mA级1002 mA级505 mA级20绝缘电阻检验测试时，将被测J2461型仪器电源线接到ZC253型兆欧表测试端，接地端与被测仪器地接线柱相连接。仪器电源开关放到“开”，以每分针120转匀速摇转兆欧表，表针指示应100兆欧为合格。当仪器在潮湿环境中存放时间较长后，应通风干燥后再测试。（一）半导体三极管 半导体三极管是组成电子电路的核心器件，在电路中主要用于电流放大、开关控制或与其他元器件组成特殊电路等。 半导体三极管的种类较多，按材料不同有硅管、锗管、砷化镓管、磷化镓管等；按极性不同有NPN型和PNP型；按工作频率不同

29、有低频管、高频管及超高频管等；按用途不同有开关管、光电管等。图2-3 三极管结构特征标识极性 半导体三极管的参数主要有电流放大倍数、极间反向电流、极限参数如最高工作电压、电流、功耗以及频率特性参数等。其他参数可查阅晶体管手册。型号PCMICM（mA）UBRCBO（V）ICBOhFEfT极性3DG6CS9013400（mW）50025（V）0.5A144150（MHz）NPNUPIDSSgmPDMrGSfM3DJ6G-9(V)36.51(mA/V)100(mW)10830(MHz)N沟道半导体三极管的识别与检测 1三极管的电极、材料和类型判别 (1)直观标识法。半导体三极管的类型有NPN型和PNP型两种。可根据管子外壳标注的型号来判别是NPN型，还是PNP型。在半导体三极管型号命名中，第二