晶体管特性图示仪

1、1章节目录7.5晶体管特性图示仪简介7.6晶体管特性图示仪的应用7.7实训2第第7章章 晶体管特性图示仪晶体管特性图示仪本章要点 晶体管特性图示仪的组成及原理框图 晶体管特性曲线的测量方法 用晶体管特性图示仪测量二极管、三极管和场效应管37.5 晶体管特性图示仪简介晶体管特性图示仪是利用电子扫描的原理，在示波管的荧光屏上直接显示半导体器件特性的仪器。它可以直接观测器件的静态特性曲线和参数；它还可以迅速比较2个同类晶体管的特性，以便于挑选配对。它还可以用它来测试场效应晶体管及光电耦合器件的特性与参数。4 7.5.1 晶体管特性图示仪的组成及框图原理1晶体管特性图示仪的组成 晶体管特性图示仪主要是

2、由阶梯波信号源、集电极扫描电压发生器、工作于XY方式的示波器、测试转换开关以及附属电路等组成的仪器。测试时阶梯信号源为被测晶体管提供偏置电压；集电极扫描电压发生器用于供给所需的集电极扫描电压；示波器用于显示晶体管特性曲线；开关及附属电路的作用是为了测试晶体管与参数，实现电路的转换。52晶体管特性图示仪的框图 2.晶体管特性图示仪的原理框图如图7-1所示。 图7-1 晶体管特性图示仪结构框图 22页23页67（1）阶梯波发生器q 阶梯波电压产生的基本方法 如图7-2a负脉冲出现时开关管VT1截止，VT1输出阶梯波电压U1 ；当负脉冲过去，VT1导通，输出电压U0=0，结果就可以形成脉冲阶梯波电压

3、U0，如图7-2b所示。 UT1是形成阶梯波电压的同步信号，Up的重复周期等于一级阶梯的持续时间。利用VT1的开关作用，使UP脉冲的宽度tD可调。通常用占空比来定量脉冲的宽度： 下面分析基极阶梯信号源、集电极电压发生器各部分电路的工作原理。8图7-2阶梯波电压形成方法 (a) (b)9占空比= 100 式 (7-1)占空比在(1040)连续可调。很显然，当占空比为100时，脉冲阶梯波就变成了一般阶梯波。 重复周期脉冲宽度Dt10图7-3 阶梯波产生电路q 阶梯波产生电路11如图7-3所示波形合成法阶梯波产生电路电路中，100Hz的正弦全波整流电压与集电极扫描电压同步。经脉冲形成电路得到100H

4、z的脉冲电压，将此脉冲电压加到三个触发器组成的分频器(即为二进制计数器)，则其输出即是T1:T2:T31:2:4的三个方波电压。再将三个方波电压分别加到开关管VT1、VT2、VT3的基极。当方波电压为0V时，开关管截止；当方波电压为负半周时，开关管导通。则三个开关管中的电流波形与加到三个开关管基极的方波电压波形类似。12IC1、IC2、IC3方波波形的周期比为1:2:4。接在三个开关管集电极的电阻为RCl:RC2:RC3=4:2:1三个方波电流的振幅比为IC1:IC2:IC3=1:2:4。电流合成管VT4的集电极电流IC4=IC1+IC2+IC3。由串联在VT4管集电极的电阻RC4，将阶梯电流

5、转变成阶梯波电压的形式输出。其波形变换如图7-4所示，利用三个不同周期的方波T1、T2、T3相加而得。此时Tl :T2:T3=l:2:4，幅度为U1:U2:U3=1 : 2:4。13图7-4 阶梯波合成波形 14q 阶梯波放大电路 阶梯波放大器实际上是一个电压电流转换电路；它的作用是将阶梯波电压转换成为不受负载变化影响的恒定阶梯波电流。 图7-5是一种电压一电流变换电路，A1为对称输入、单端输出的主放大器电路。接在反馈电路中的放大器A2，实际接成电压跟随器形式，即U3=U 。电压跟随器A2的输入阻抗很高，能减少反馈电阻对输出阶梯电流的影响，起着缓冲或隔离级的作用。 15图7-5 阶梯波放大电路

6、16把放大器A1当作一理想运算放大器(即A1=)，根据对理想运算放大器的分析，其输出电压为： 212i120)1 (URRURRU式7-2RRIRRURRRURRRU210L1021132112式7-317 设运算放大器的输入阻抗为无穷大，由输出电路得U0 = （R3+RL）I0 式7-5 根据上面的公式我们可以得到：)(i)(211132121L1211120RRRRR)RRRRRRURRRRRI)()1 (210L112i120RRIRRRRURRU式7-4 将U2代入7-2式得：18 从上式可知，I0与负载RL无关，式中负号表示输入电压Ui为正阶梯波时，输出电流为负阶梯波。R 1、R2取

7、为固定值的电阻，可改变R3来调节电流幅值/级。因此R3是步进可变的mA/级选择开关。 31i20RRURI0)(2121RRRR2211,RRRR为使输出电流I0与RL无关，应使 I0应为：选择，19 从上式可知，I0与负载RL无关，式中负号表示输入电压Ui为正阶梯波时，输出电流为负阶梯波。R 1、R2取为固定值的电阻，可改变R3来调节电流幅值/级。因此R3是步进可变的mA/级选择开关。20（2）集电极扫描电压发生器作用是供给测试电路所需的集电极扫描电压。 由电源变压器、全波整流电路和极性转换开关所组成的。 市电交流220V电压经电源变压器降压后全波整流而得到的100Hz单向脉动电压。 它与基

8、极阶梯信号同时由50Hz电源而得到，能够保证两者之间同步工作。 利用开关改变扫描电压的正负极性，用来以满足对集电极不同电压极性的要求，如PNP型或NPN型晶体管； 集电极扫描电压大小的调整是通过改变电源变压器次级绕组的抽头来实现的，可以适应晶体管对集电极电压不同大小的要求。 213晶体管特性图示仪的原理 （1）测量晶体三极管的输出特性原理 图7-6 晶体三极管输出特性测量及波形22用图7-6的电路进行测绘。调整EB，确定一个iB值为IB0，这样每固定一个iB值，然后每改变Ec测量u CE，测量i c，让u CE从零逐步变到某固定值，测出一组u CEi c的值，描绘出一条i B为IB0固定值的i

9、 CEf (uCE)的曲线；然后逐个改变iB值为IB1、IB2、IB3、IB4，每固定一个iB，再改变EC就可以得另一条曲线；最后，可得到被测晶体管的输出特性曲线，如图7-6的波形图。23上面采用的方法是逐点逐点测量的。用晶体管图示仪，如图7-1将S5接通“+”（NPN型管时）用集电极扫描电压代替可调直流电源Ec，S1接通“+”用一个阶梯波电压发生器，代替提供基极电流的可调直流电源EB，S2接中间位置，S3接UCE，S4接IC位置，S6接测量位置，S3接测量位置，得到如图7-7所示的等效电路，也称为动态测量电路。24图7-7晶体管图示仪的等效电路 25 阶梯波电压加入到基极回路，通过RB形成基

10、极阶梯电流IB。集电极扫描电压的变化使uCE可以自动从零增至最大值，然后又降至零；阶梯波基极电流与集电极扫描电压都是由50Hz交流电得来的，可以实现集电极扫描电压与阶梯波基极电流保持同步，即TBnTc(n为正整数)，如图7-8所示，阶梯波电压每一级的时间正与集电极扫描电压变化一次相同，测绘输出特性所需的uCE和iB就能同步地自动变化。26图7-8输出特性曲线的形成27（2）测量晶体三极管的输入特性原理三极管的输入特性体现在发射结电压Ube与电流Ib之间的关系上。基极和发射极之间相似于一个正向偏置的二极管，所以其伏安特性也与二极管相似，当集电极与发射极之间的电压Uce变化时，曲线的左右位置也不相

11、同。根据三极管的输入特性的性质，测量时uBE用扫描电压，uCE用阶梯波电压，示波器的X轴作为uBE轴，Y轴作为iB轴，此时荧光屏上可显示三极管的两、三根输入特性曲线。在实际测量时，仍采用全波整流电压作为集电极扫描电压，而用阶梯波提供基极电流。28 如图7-1将S1接“+”（NPN型管），S2接中间位置，S3接UBE，S4接IB，S5接“+” （NPN型管），S6接测量，S3接测量，取Uce 为扫描电压，uBE用作阶梯波电压，测试时，一般只显示曲线即可。 实际测量中，取样电阻RB两端得到的电压(正比于iB，即iB的取样电压)加到示波器的Y轴输入端；uBE加至X轴输入端(示波器内X放大器需反相一次

12、)，集电极回路加全波整流电压。当uCE0V，屏幕上的光点在uX和uy的作用下产生跳跃移动，即从0l238，各点连接起来即构成如图7-9a所示的输入特性曲线。当uCE的峰值为Um时，在uX、uy阶梯变化的同时，集电极扫描电压uCE由0-Um-0变化，如图7-9b使亮点在各级水平方向往返移动，例如在1点，亮点沿l-1运动，接着随uy跳到2点，继续下去，得到图中的图形。左侧一条由断续亮点连接起来的曲线是uCE=0入特性，右测一条由断续亮点所形成的曲线是uCEUm(例如2V)时的曲线。29图7-9三极管输入特性曲线 (a) (b)30 7.5.2 晶体管特性曲线的测量方法图7-8 XJ4810晶体管图

13、示仪面板图 311电源及示波管显示部分 控制旋钮测试之前的调整2X轴部分（1） “电压度”旋钮是四种偏转作用的开关。集电极电压UCE；基极电压UBE；当旋钮置于 位置时，可使屏幕X轴代表基极电流或电压量程旋钮；当旋钮置于“外接”时，X轴系统处于外接收状态，输入灵敏度为0.05V/div。外输入端位于仪器左侧面。 （2）“增益”电位器323Y轴部分（1）“电流度”旋钮“电流度”旋钮：测量二极管反向漏电流IR及三极管集电极电流IC的量程旋钮。当旋钮置于 (该档称为基极电流或基极源电压)位置时，可使屏幕Y轴代表基极电流或电压。当旋钮置于“外接”时，Y轴系统处于外接收状态，外输入端位于仪器左侧面。（2

14、）“增益”电位器 （3）“移位”旋钮334显示部分 （1）“变换”选择开关用来同时变换集电极电源和阶梯信号的极性，以简化NPN型管与PNP管转测时的操作。（2）“”按键开关可使X、Y放大器的输入端同时接地，以便确定零基准点。（3）“校准”按键开关是用来校准X轴和Y轴的放大器增益。开关按下时，在荧光屏有刻度的范围内，亮点应自左下角准确地跳至右上角，否则，应调节X轴或Y轴的增益电位器来校准。以便达到校正10div的目的。345集电极电源（1）“峰值电压范围”选择开关用来选择集电极电源的最大值。当电压由低挡换向高挡时，观察半导体特性时，必须先将“峰值电压”旋钮旋至0，换档后再按需要的电压逐渐增加，否

15、则易击穿被测晶体管或烧毁保险丝。AC档能使集电极电源变为双向扫描，使屏幕同时显示出被测二极管的正、反方向特性曲线。（2）“峰值电压”旋钮 调节“峰值电压”旋钮，使集电极电源在确定的峰值电压范围内连续变化。如选择“100V的峰值电压范围”，调节“峰值电压%”旋钮，使集电极电源在0100V连续变化。面板上的标称值作近似值使用，精确读数应由X轴偏转灵敏度读测35（3）“+，”极性选择开关 按下此选择开关集电极电源极性为负，弹起时为正。（4）“电容平衡”、“辅助电容平衡”旋钮为了尽量减小电容性电流，在测试之前，应调节“电容平衡旋钮。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

16、平衡调节而言的。当Y轴为较高电流灵敏度时，调节“电容平衡”、“辅助电容平衡”两旋钮使仪器内部容性电流最小，使荧光屏上的水平线基本重叠为一条。一般情况下无需调节。36（5）“功耗限制电阻”旋钮 “功耗限制电阻”旋钮用来改变集电极回路电阻的大小。测量被测管的正向特性，应置于低电阻挡；测量其反向特性却应置于高阻挡376阶梯信号 （1）“电压-电流极”旋钮即阶梯信号选择旋钮，用于确定每级阶梯的电压值或电流值。（2） “串联电阻”开关用于改变阶梯信号与被测管输入端之间所串接的电阻大小，但只有当“电压-电流级”旋钮置于电压挡时，本开关才起作用。（3）“级簇”旋钮用于调节阶梯信号一个周期的级数，可在110级

17、之间连续调节。（4）“调零”旋钮用于调节阶梯信号起始级电平，正常时该级为零电平。38（5）“+，”极性选择开关 “+，”极性选择开关用于确定阶梯信号的极性。（6）“重复-关”按键开关 当“重复-关”按键开关弹起时，阶梯信号重复出现，用做正常测试；当开关按下时，阶梯信号处于待触发状态。（3）“单簇按”开关“单簇按”开关与“重复-关”按键开关配合使用。当阶梯信号处于调节好的待触发状态时，按下该开关，指示灯亮，阶梯信号出现一次，然后又回至待触发状态。393测试台部分 图7-9 XJ4810晶体管特性图示仪实物图 40图7-10 XJ4810晶体管特性图示仪测试台面板图 41（1）“左”、“右”选择开

18、关“左”选择开关按下时，接通左边的被测管。“右”选择开关按下时，接通右边的被测管。（2）“二簇”选择开关“二簇”选择开关按下时，图示仪自动交替接通左、右两只被测管，可同时观测到两管的特性曲线，以便对它们进行比较。（3）“零电压”、“零电流”开关“零电压”、“零电流”开关按下时，分别将被测管的基极接地、基极开路，后者用于测量ICEO、BUCEO等参量。 427.6 晶体管特性图示仪的应晶体管特性图示仪的应用用 7.6.1 使用晶体管特性图示仪的注意事项1 使用时要正确选择阶梯信号 在测量三极管的输出特性时，阶梯电流就不能太小，否则，不能显示出三极管的输出特性。阶梯电流更不能过大，这样容易损坏管子

19、。应根据实际测量三极管的参数来确定其大小。 2“集电极功耗电阻”的选用当测量晶体管的正向特性时，选用低阻档；当测量反向特性时，选用高阻档。集电极功耗电阻过小时，集电极电流就过大；若集电极功耗电阻过大，就达不到应该有的功耗。433“峰值电压范围”的选用当电压由低的电压范围转换到高的电压范围时，一定注意先将“峰值电压%”旋钮调至0，以防损坏晶体管。4测试大功率晶体管和极限参数、过载参数时应采用单簇阶梯信号，以防过载而损坏晶体管。5在测试MOS型场效应管时一定注意不要悬空栅极，以免因栅极感应电压而击穿场效应管。6测试完应该特别注意的问题 应将“峰值电压范围”置于（010V）档，“峰值电压调节”调至0

20、位，“阶梯信号选择”开关置于“关”位置，“功耗电阻”置于最大位置。44 7.6.2 测量晶体二极管特性曲线 1测量稳压二极管2CW19的稳压特性曲线（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围”AC 010V “峰值电压”适当 “功耗电阻”5k X轴：集电极电压：5V/div Y轴：集电极电流：1mA/div 阶梯信号“重复-关”按钮置于“关”45（2）管子连接及显示图形图7-13 稳压二极管特性测量 462.测量硅整流二极管2CZ82C的特性曲线（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”适当 “极性”正（+） “功耗电阻”250 X轴：集电极电压：0.1V/div Y轴：集电极电

21、流：10mA/div 阶梯信号“重复-关”按钮置于“关”47（2）管子的连接及显示图形图7-14二极管正向特性测量图483整流二极管2DP5C反向电流测试 （1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”适当 “功耗电阻”1k X轴：集电极电压：1V/div Y轴：反向漏电流：IR 0.2A/div 倍率 拉出0.1 阶梯信号“重复-关”按钮置于“关” 49（2）管子连接及显示图形图7-15 二极管反向特性测量 50 7.6.3测量晶体三极管的输出特性曲线1测量NPN型3DK2晶体三极管的输出特性（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”适当 极性 正（+）

22、“功耗电阻”250 X轴：集电极电压：1V/div Y轴：集电极电流：1mA/div51阶梯信号“重复-关”按钮置于“重复”，极性 正（+） 阶梯选择 20A/级（2）管子连接及显示图形图7-16 三极管输出特性测量 522NPN型3DK2晶体三极管的hfe测试（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V 极性 正（+） “峰值电压”适当 “功耗电阻”250 X轴：基极电流 Y轴：集电极电流：1mA/div53 阶梯信号“重复-关”按钮置于“重复”，极性 正（+） 阶梯选择 20A/级 （2）管子连接及显示图形图7-13 三极管hfe的测量 100.2CI）Am（0IB）mA（CBE54

23、7.6.4测量晶体三极管的输入特性曲线 1测量NPN型3DG6晶体三极管的输入特性（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”6V 极性 正（+） “功耗电阻”500 X轴：集电极电压：0.05V/div Y轴：“电流/度”旋钮置：基极电压或基极源电压55 阶梯信号“重复-关”按钮置于“重复”，极性 正（+） 阶梯选择 20A/级（2）管子连接及显示图形 图7-18 NPN型三极管的输入特性测量 V02BE（V）CBEiB（uA）1004020562测量PNP型3AX31晶体三极管的输入特性（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”适当 极性 正（-） “

24、功耗电阻”500 X轴：基极电压：0.05V/div Y轴：基极电流或基极源电压：1mA/div 阶梯信号“重复-关”按钮置于“重复”，极性 正（-） 阶梯选择 20A/级57图7-19 PNP型三极管的输入特性测量 58 7.6.5测量场效应管漏极特性曲线 测量N沟道耗尽型管3DJ3漏极特性（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”适当 极性正（+） “功耗电阻”1k X轴：集电极电压：1V/div Y轴：集电极电流：0.5mA/div59 阶梯信号“重复-关”按钮置于“重复”，极性 负（-） 阶梯选择 0.2V/级（2）管子连接及显示图形 图7-20 场效应管的特性曲线

25、测量 60 7.6.6测量场效应管转移特性曲线 测量场效应管2G300C的转移特性曲线（1）面板旋钮的位置 “峰值电压范围” 010V “峰值电压”10V 极性 正（+） “功耗电阻”10k X轴：集电极电压：2V/div Y轴：集电极电流：0.01mA/div 阶梯信号“重复-关”按钮置于“关” 61（2）管子连接及显示图形 CBEV0GS（V）iD（mA）1243624图7-21 场效应管的转移特性曲线测量 627.7 实训实训1测量二极管（1）实训目的 熟悉二极管的参数。 能正确熟练使用晶体管图示仪对二极管各项参数进行测试。（2）实训仪器设备 晶体管图示仪1台/组。 整流二极管、稳压二极

26、管、普通二极管，6只/组。 常用工具1套/组。63（3）测试项目 二极管正向特性的测试及反向特性的测试。 稳压二极管反向击穿电压及稳压值的测试。（4）测试连接图图7-22 测试二极管的连接图 64测试二极管正向特性与反向特性连接方法一样，测正向时“集电极扫描信号”置于“+”测反向时“集电极扫描信号”置于“”。测试稳压二极管时“集电极扫描信号”置于“”。（5）实训报告内容 叙述测量过程仪器的使用 65 2测量三极管（1）实训目的 熟悉二极管的参数。 能正确而熟练地使用晶体管图示仪，对二极管的各项参数进行测试。（2）实训仪器设备 晶体管图示仪1台/组。 小功率三极管、大功率极管，PNP和 NPN，

27、6只/组。 常用工具1套/组。66（3）测试项目 测试三极管的直流放大系数； 测试三极管的反向饱和压降UCES； 发射极开路，集电极-基极反向击穿电压BUCBO； 基极开路，集电极-发射极反向击穿电压BUCEO； 发射极开路，集电极-基极反向截止电流ICBO； 基极开路，集电极-发射极反向击穿电流ICEO；67（4）测试连接图 图7-23测试三极管ICBO或BUCBO连接图 68图7-24测试三极管ICEO或BUCEO连接图 69图7-25测试三极管hFE连接图 70测试NPN型三极管的ICBO、ICEO、BUCBO、BUCEO及hFE时，“集电极扫描信号”“基极阶梯信号”均放在“+”，PNP

28、型管则放在“”。（5）实训报告内容 叙述测量过程仪器的使用713测量场效应管（1）实训目的 熟悉场效应管的参数。 能正确熟练使用晶体管图示仪，对场效应管的各项参数进行测试。（2）实训仪器设备 晶体管图示仪1台/组。 P沟道结型场效应管、N沟道耗尽型场效应管、P沟道耗尽型场效应管、N沟道增强型场效应管，每组各一只。 常用工具1套/组。 72（3）测试项目 场效应管的输出特性的测试。 场效应管转移特性的测试。（4）测试连接图图7-26测试场效应管的连接图 （5）实训报告内容 叙述测量过程仪器的使用73图7-4 阶梯波合成波形 74（2）集电极扫描电压发生器作用是供给测试电路所需的集电极扫描电压。 由电源变压器、全波整流电路和极性转换开关所组成的。 市电交流220V电压经电源变压器降压后全波整流而得到的100Hz单向