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1、8实验二 晶体管测试一、实验目的：1熟悉晶体二极管、三极管和场效应管的主要参数。2学习使用万用电表测量晶体管的方法。3学习使用专用仪器测量晶体管的方法。二、实验原理：（一）晶体管的主要参数：晶体管的主要参数分为三类：直流参数、交流参数和极限参数。其中极限参数由生产厂规定，可以在器件特性手册查到，直接使用。其它参数虽然在手册上也给出，但由于半导体器件的参数具有较大的离散性，手册所载参数只能是统计大批量器件后得到的平均值或范围，而不是每个器件的实际参数值。因为使用晶体管时必须知道每个管子的质量好坏和某些重要参数值，所以，测量晶体管是必须具备的技术。下面结合本次实验内容，简介晶体管的主要参数。1晶体
2、二极管主要参数：使用晶体二极管时需要了解以下参数：（1）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。（2）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。（3）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 1 2 即是。（4）反向电流 IR ：二极管未击穿时的反向电流值。可用电流表测得。（5）最高工作频率 fM ：一般条件下较难测得，可使用特性手册提供的参数。（6）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
3、特性图示仪测得。2稳压二极管主要参数：稳压二极管正常工作时，是处在反向击穿状态。稳压二极管的参数主要有以下几项：（1）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。手册虽然给出了每种型号稳压二极管的稳定电压值，但此值的离散性较大，所以手册所给只能是一个范围。此值必须测定后才能使用稳压二极管。可用万用电表或晶体管特性图示仪测量。（2）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9是此值。（3）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
4、，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： IVrZ（4）额定功耗 PZ ：由生产厂规定，可由特性手册中查到。3晶体三极管主要参数：（1）直流电流放大系数 ：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：B0CEI式中 ICE0 是三极管的穿透电流。当此值很小时，可以使用下式： BCI数字万用表的 HFE 档是专用来测量晶体三极管 值的。其提供的测试条件为：基极电流 IB 约 10A 、VCC 约 2.8V 。其测得值不太精确，只能作为参考。（2）穿透电流 ICE0 ：基极开路时的 IC 值，
5、此值反映了三极管的热稳定性，越小越好。用电流表测得。（3）交流电流放大系数 ：I C 与 IB 的变化量之比。可由电流表或晶体管特性图示仪测得 I C 和 I B 后根据下式计算： CI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 I C 与 I B 之比，而 hfe 是指在给定条件下（一般由生产厂给定）的 I C 与 I B 之比。 与 hfe 的值基本相等，所以在使用时常常不予区别。（4）反向击穿电压 BVCE0 ：基极开路时，C 、E 之间的击穿电压。也可表示为U（BR ）CE0 。在使用中是一项重要的参数，可由电流表、电压表配合测得。使用晶体管特性图示仪测量十分方
6、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。（5）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10使用中用到，可由三极管参数手册查阅。4场效应管的主要参数（1）饱和漏电流（I DSS）：这是结型（JFET）或耗尽型场效应管（MOSFET）的一项重要参数，是指场效应管栅源电压（V GS）为零时的漏极电流（I D） 。可用电流表或晶体管图示仪测得。（2）夹断电压（V P 或 UGS(off)）：结型或耗尽型场效应管的重要参数，是指当结型场效应管栅源之间加足够高的负偏压时，导电沟道完全闭合，漏极电流近似为零时的栅源电
7、压（V GS） ，可用万用表或晶体管图示仪测得。实测时，为便于测量，规定 VP 对应的最小漏极电流值。（3）开启电压（V on 或 UGS(th)）：这是增强型 MOS 场效应管的一项重要参数，是指漏源电压（V DS）为固定数值条件下，能建立导电沟道，产生漏极电流（I D）所需的最小值。GS（4）低频跨导（g m）：这是反映场效应管放大能力的一项参数，可用万用表或晶体管图示仪测得。定义：在 VDS 为固定值的条件下， （S 或 mAV）GDmIg其它参数的定义和测试方法与晶体三极管差不多。（二）使用万用电表电阻档测量晶体管：指针式万用电表（500 型）的“电阻档” ，可测量元件的电阻值。其原理
8、为：万用表内部电池作为测量电源，流过被测元件的电流使指针偏转，根据欧姆定律制作表盘的“电阻档”刻度，因此可以根据表盘刻度直接读出被测器件的电阻值。当被测电阻的阻值为零时，指针偏转最大（满度） 。万用表 11K 档使用内部的 1.5V电池，10K 档使用内部的 9V 电池。由图 2.1 可以看出， 万用表的黑表笔连接内部电池的正极，红表笔连接内部电池的负极，使用时应该注意。使用指针式万用电表测量半导体器件，是借用万用电表内部的电池作为测量电源，根据指针偏转的情况判断晶体管的某些参数。由于“电阻档”不是专门为测量晶体管而设计的，所以其电阻档的读数没有实际意义，只能作定性的判别。数字式万用表（890
9、 型）具有专门测量晶体二极管和晶体三极管的功能，它的 ) 档可用于测量二极管 PN 结的单向导电性。该档的显示值大约等于二极管正向导通压降（mV） 。测试条件为：正向电流约 1mA，开路电压约 2.8V。图 2.1 万用表 档A. 11数字万用表的表笔颜色与内部电池的极性一致，即：红表笔接内部电池的正极，黑表笔接内部电池的负极。数字万用表的 HFE 档用于测量晶体三极管的 值，测试条件为：I B10A ，VCC2.8V 。1二极管的测量：一个质量好的二极管，应该是反向电阻趋于无穷大，正向电阻越小越好。（1）使用指针式万用表：使用指针式万用表测量二极管，通过测量二极管 PN 结的单向导电性来判断
10、二极管的引脚极性和质量好坏。使用 1K 档，测量二极管的正、反向电阻，测得的电阻值越小，说明电路中的电流越大，导电性能越好；电阻值大，说明电路中的电流小，导电性能差。当电阻值小时，二极管处于正向导通状态，这时黑表笔连接的引脚是二极管的正极。见示意图 2.2 。好的硅二极管应该是反向电阻无穷大，正向电阻小于 10K。（2）使用数字万用表：使用数字万用表的 )档，可以测量二极管的正向导通电压。当电表指示数字最高位为“1” ，其它位空白时，表示被测电路的电阻无穷大，三极管处于反向截止状态；当指示为 3 位数时，为正向导通状态，其显示的数值约等于二极管的正向导通电压毫伏（mV）值。在正向导通状态，红表
11、笔连接的是二极管正极。2稳压管的测量：在外加反向电压小于“反向击穿电压”时，稳压管的特性如普通二极管，可用上述方法检测其正、反向电阻，来判断是否损坏，以及判断引脚极性。由于 500 型指针万用表的10K 档使用 9V 电池，因此对于稳压值小于 9V 的稳压管，如果使用 10K 档来测量，则正、反向都会导通。3发光二极管（LED）的测量：同普通二极管。但由于发光二极管的正向导通电压约 2V，因此使用指针式万用表测量时，必须使用 10K 档。如果使用1K 档测量，正、反向都不导通。4三极管的测量：三极管是由两个 PN 结（发射结、集电结）组成的器件，一般具有 3 个引脚（某些型号三极管（例如 3D
12、G56 型）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A. D图 2.2 测量二极管图 2.3 晶体三极管内部 PN 结结构e b cN P NebcaNPN .ce bP N PebcbPNP .12可以判别三极管的极性（NPN 或 PNP 型） 、管脚（e、b、c）和估计三极管的性能好坏。图 2.3 所示为 NPN 和 PNP 型晶体三极管的 PN 结结构。根据图示结构，可以使用万用电表区分出三极管的极性和接脚。以下的测量方法适用于数字表和指针表。（1）区分三极管的基极 b：由图 2.4 可以看出，如果在 c、e 之间加测量电压，无论电源方向如何，总有一个 PN 结处于反
13、向偏置状态，电路不会导通。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（指针表的表针不动；数字表只显示“1” ） ，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。 （如果在三个管脚中找不出正、反向电阻都大的两个管脚，说明三极管已经损坏，至少有一个 PN 结已经击穿短路。 ）要想区别 e 和 c ，需要测出三极管的极性后再进一步测量。（2）区分三极管的极性（N
14、PN、PNP）：测出三极管的基极 b 后，通过再次测量来区分三极管是 NPN 型还是 PNP 型。由图 2.5可知：当在基极加测量电压的正极时，NPN管的基极对另外两个极都是正向偏置，而 PNP 管的基极对另外两个极都是反向偏置。所以测量方法如下：将万用表的正表笔（指针表的黑表笔；数字表的红表笔）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。（3）测量三极管是否损坏：三极管的损坏，是因为三极管的 PN 结损坏所致。PN 结的损坏分为两种情况：短路和断路。短路是指 PN 结失去“单向”导电性，成为通路，正、反向电阻都近似为零
15、；断路是指 PN 结内部开路，电阻无穷大。使用万用表判别三极管是否损坏，就是通过测量三极管的发射结和集电结是否具有单向导电性来判别三极管的好坏。在以上两项的测量中，可图 2.5 区分三极管的极性e b caNPN .ce bbPNP . 图 2.4 测量三极管 PN 结e b caNPN .ce bbPNP . 13以发现是否有 PN 结损坏。损坏的 PN 结或者是正、反向电阻都趋于零，或正、反向电阻都无穷大，由此可以判别三极管是否损坏。（4）区分发射极和集电极：使用指针式万用表：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（体积）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。测试方法：在
