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1、半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量作者：本站 来源： 发布时间：2009-3-9 9:12:09 收 藏 评 论半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量一、实验目的1、了解半导体特性图示仪的基本原理2、学习使用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。二、预习要求1、阅读本实验的实验原理，了解半导体图示仪的工作原理以及 XJ4810 型半导体管图示仪的各旋钮作用。2、复习晶体二极管、三极管主要参数的定义。三、实验原理（一）半导体特性图示仪的基本工作原理任何一个半导体器件，使用前均应了解其性能，对于晶体三极管，只要知道其输入、输出特性曲线，就不难由曲线求出它的一系列参数，如输入、输出电阻
2、、电流放大倍、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何得到这两组曲线呢？最早是利用图 4-1 的伏安法对晶体管进行逐点测试，而后描出曲线，逐点测试法不仅既费时又费力，而而且所得数据不能全面反映被测管的特性，在实际中，广泛采用半导体特性图示仪测量的晶体管输入、输出特性曲线。图 4-1 逐点法测试共射特性曲线的原理线路用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和各种直流参量的基本原理是用图 4-2（a ）中幅度随时间周期性连续变化的扫描电压 UCS 代替逐点法中的可调电压 EC，用图 4-2（b）所示的和扫描电压 UCS 的周期想对应的阶梯电流 iB 来代替逐点法中可以逐点改变基极电流的可变电压 EB
3、，将晶体管的特性曲线直接显示在示波管的荧光屏上，这样一来，荧光屏上光点位置的坐标便代替了逐点法中电压表和电流表的读数。1、共射输出特性曲线的显示原理当显示如图 4-3 所示的 NPN 型晶体管共发射极输出特性曲线时，图示仪内部和被测晶体管之间的连接方式如图 4-4 所示. T 是被测晶体管,基极接的是阶梯波信号源,由它产生基极阶梯电流 ib 集电极扫描电压 UCS 直接加到示波器 (图示仪中相当于示波器的部分,以下同)的 X 轴输入端, 经 X 轴放大器放大到示波管水平偏转板上集电极电流 ic 经取样电阻 R 得到与 ic 成正比的电压,UR=ic,R 加到示波器的 Y 轴输入端,经 Y 轴放
4、大器放大加到垂直偏转板上 .子束的偏转角与偏转板上所加电压的大小成正比,所以荧光屏光点水平方向移动距离代表 ic 的大小,也就是说,荧光屏平面被模拟成了 uce-ic 平面.图 4-4 输出特性曲线显示电路输出特性曲线的显示过程如图 4-5 所示当 t=0 时, iB =0 ic=0 UCE =0 两对偏转板上的电压均为零,设此时荧光屏上光点的位置为坐标原点。在 0-t1,这段时间内,集电极扫描电压 UCS 处于第一个正弦半波周期。图 4-5 晶体管输出特性曲线的显示过程UCE 开始由零逐渐增大到最大值，然后再由最大值逐渐减少到零，它在水平方向上影响电子束，由于这段时间内 iBIBO0，icI
5、CEO，其大小决定于被测晶体管本身的特性，且随 UCE 而变，它在垂直方向上使电子束发生相应的偏转。因为 UCE 在水平方向上和 ic 在垂直方向上对电子束的作用是同时存在的，二者作用的结果，使光点从坐标原点出发，沿着向右上方伸展的一条曲线逐渐移到最大，再由最大沿原路逐渐回到坐标原点，这条曲线（光点移动的轨迹）就是 iBIBO 0 所对应的那条输出特性曲线。在正弦半波的第一个周期刚刚结束，第二个周期刚开始的 t1 时，ib 值从零跳变到 IB1。在 t1t2 这段时间内，集电极扫描电压处于正弦半波的第二个周期，它在水平方向上对电流束的影响与 0t1 的一样，由于 t1t2 这段时间内 iB =
6、 IB1 值恒定不变，所以 ic的大小仅取决于管子本身的特性和 U CE 的变化，并在垂直方向上使电子束发生相应的偏转，UCE 和 ic 对电子束作用的结果，使得荧光屏上的光点从坐标原点出发，沿着向右上方伸展的另一条曲线逐渐移到最大，在由最大沿原路逐渐移回到坐标原点。这条曲线就是 ib=IB1 所对应的输出特性曲线。在第二个周期的正弦半波扫描电压刚刚结束，第三个周期刚开始的 t2 时刻，ib 值从 IB1 跳变到 IB2。在 t2-t3 这段时间内，由扫描电压的第三个正弦半波进行扫描，且 ib=IB2，光点移动的轨迹 ib=IB2 所对应的那条输出特性曲线。就这样，ib 每取一个值，就有一个周
7、期的正弦半波进行扫描，光点移动的轨迹就是一条新的特性曲线，基极电流有几个取值（包括 ib=0），光点就要依次扫过几条曲线，例如图 45 中，光点要依次扫过七条曲线。当最后一条曲线扫完后，光点回到原点，ib 值的跳变完成一个周期又跳回到 ib=IB0=0 的状态，以后便重复上述过程，光点开始第二次依次扫过 iB=0,iB=IB1,iB=IB2 所对应的输出特性曲线。以上的讨论可以看到，在基极阶梯电流的每一个周期内，光点要依次扫过每条输出特性曲线一个往返。当基极阶梯电流的频率足够高（周期足够短），即单位时间内光点扫过的每条曲线得次数足够多时，借助于示波管的余辉时间和人眼的视觉暂留，我们就能看到输出
8、特性曲线，完整、清晰而稳定地显示在荧光屏上。需要说明的是：图 45 中每条曲线分成两条来画，只是为了表明光点的移动方向，实际上它们是重合在一起的。另外 ib=IB0=0 的一条输出特性曲线离横轴较远，这是夸大了的情况，实际上由于 ICEO 很小，此曲线基本上和横轴叠合，对硅管更是如此。2、共射输入特性曲线的显示原理当显示如图 46 所示的 NPN 型晶体管的共发射极输入特性曲线时，图示仪内部和被测晶体管之间的接线方式如图 47 所示。图 4-7 输入特性曲线显示电路从图 47 中可以看到，此时 Y 轴（垂直偏转板）加的是反映基极阶梯电流 iB 大小的信号电压 iBR0，X 轴（水平偏转版）加的
9、是与 iB 相对应的不均匀的变化电压 UBE,荧光屏平面就被模拟成 UBEiB 平面。当集电极扫描电压和基极阶梯电流有如图 42 所示的对应关心时，图 47 电路的工作过程（即输入特性曲线的显示过程）将如图 48 所示。在 0t1t2 这段时间内，集电极扫描电压 uCS 处在第一个正弦半波周期，随之变化的集电极电压 UCE 按正弦半波规律将从零逐渐增大到最大值，再由最大值逐渐减小到零，此时 iB=IBO=0,uBE 也为零，而对偏转板上的信号电压均为零，电子束打到荧光屏上的 0 点，设此点为坐标点。当光点由 E返回到 E 点的 t12 时刻，UCE=0 ，iB 值的调变完成一个周期，立刻从 I
10、B5 跳回到 IB0=0 与 iB 相对应的 UBE 值的跳变也必然完成一个周期，在 iB 变化的同时跳回到零。IB 和UBE 对电子束的合作用，使得光点从最高的 E 点跳回到坐标原点 0。再 t12 以后的时间里，0-t12 的情况完全相同，。就这样，在基极阶梯电流的频率足够高，即单位时间内扫过上述路径的次数足够多时，借助于示波管的余晖时间和人烟的视觉暂留，光点扫过的整个路径便清楚而稳定的显示在荧光屏上，这就是我们所要得到的晶体管共发射极输入特性曲线。其中，左面的一条是对应着 UCE=0 的输入特性曲线，而各水平亮线右短的光迹，也就是连接 A、B、C、D 诸点所得到的曲线为 UCE=UCEM
11、 所对应的输入特性曲线。但在共射极输入特性曲线中，UCE1V 以后，曲线不再随 UCE 的增大而向右移，说明 UCE1V 后的各曲线基本上是重合在一起的。（二）XJ4810 型半导体管图示仪各开关旋钮的作用JT-1 型晶体管图示仪各旋钮、开关的作用蚕茧本书附录五，这里介绍 XJ4810 的使用，图示仪前面板上的开关和旋钮较多，但按其功能可以分为以下七部分：示波管控制电路，集电极扫描电压，X 轴作用、Y 轴作用，先是部分，基极阶梯信号盒测试台。1、 示波管控制电路电源开关与辉度调整旋钮。拉该旋钮电源接通，电流指示灯，推该旋钮为关，该旋钮拉出后为辉度调整，使用时使辉度适中。聚焦： 为主聚焦旋钮，0
12、 为辅助聚焦旋钮，四勇士调节主聚焦和辅助聚焦使光点截面最小。2、 Y 轴作用：Y 轴作用是使集电极电流 ic 或基极阶梯电流 ib 通过各自取样电阻得到的电压及 Y 轴放大器放大，加到垂直偏板使电子束垂直偏转。（ 1） 电流/ 度开关：它是具有 22 档四种偏转作用的开关。a.集电极电流 Ic：10A/div0.5A/div 共 15 档，测量晶体管输出特性曲线时 Y 轴作用为 Ic, Ic=mA/度度b.二极管漏电流 IR:0.2A/div5A/div 共 5 档用来测量二极管的漏电流。c.极电流或基极源电压：阶梯电流通过取样电阻得的基极电流的偏转量。用于阶梯波校正和晶体管输入特性曲线的测量
13、。（2）垂直位移与倍率：调节该旋钮可使光点，扫描线或曲线上下位移，拉出该旋钮是电流/度0.1 倍率开关。3、 X 轴作用：X 轴作用是集电极电压 VCE 或基极电压 VBE 经 X 轴放大器放大到水平偏转板使电子束水平运动。（ 1）电压度开关：它是具有 17 档，四种偏转作用的开关。a、集电极电压： 0.05V度50 V度共 10 档，测量晶体管输出特性曲线时该开关置于。CE VCE Vb、基极电压： 0.05V度1V度共 5 档，测量晶体管输入特性曲线时该开关置于。BE VBE Vc、基极电流或基极源电压：阶梯电流通过取样电阻得到的基极电流的偏转量，测量晶体管的电流放大倍数 fe 时，该开关
14、置于该档。 hd、X 轴位移：调节该旋钮时光点，扫描线或曲线左右移动。4、显示部分（1）显示开关：使曲线在、象限内相互转换，简化 NPN 管转测 PNP 管时的操作。（2 ）放大器输入端接地：表示输入为零的基准点。（3 ）校准：用以校准 X、Y 轴放大器增益，按下此开关光点垂直向上，水平向右偏转 10 度，即当光点位于左下角原点时，按下此开关光点跳到右上角。5、集电极扫描电压：（1）极性选择开关：用以转换集电极扫描电压的极性，按下为负极性扫描电压，适于测量 PNP 管，放开正极性扫描电压，等于测量 NPN 管。（2 ）集电极峰值电压范围：分 10V、50V 、100V、500V 四档，它是集电
15、极峰值电压的调节范围，当由低档转换为高档时，需将峰值电压调到“0”，否则易击穿晶体管，AC 档是专为测量二极管的正、反向特性设置的，它提供双向扫描电压，能方便的将二极管的正、反向特性显示在示波器上。（3）峰值电压旋钮：调该旋钮可使峰值电压在 010V、050V、0100V 和 0500V 之间连续变化，该旋钮的标称值是近似的，准确读数由 X 轴 V度 X 度来确定。（4）功耗电阻开关：该开关是集电极负载电阻，调节可改变输出特性曲线的斜率。C R（5）电容平衡：由于集电极各种开关，功耗电阻，被测管输出电容的存在，使集电极电流中存在着容性电流，造成测量误差，使用时调节电容平衡和辅助电容平衡使容性电
16、流最小。6、基极阶梯信号：（1 ）阶梯信号选择开关：是一个具有基极电流，基极电压的 22 档开关，基极电流为 0.2A级50mA级，共 17 档，基极电压为 0.05V级1V级共 5 档，基极电流与基极电压的选择根据被测半导体器件的特性来决定。（2 ）串联电阻：阶梯选择开关置于 V级时串联于被测管输入电路中的电阻。（3 ）级旋旋钮：用以调节阶梯信号的级数，在 010 级范围内连续变化。（4）极性开关：基极阶梯信号的极性，按下为负极性，适于测量 PNP 管，放开为正极性，适于测量 NPN 管。（5）阶梯调零：阶梯调零是调整阶梯波的起始级与零电压重合，调整方法见实验内容中的阶梯波校正（2 ）。（6）重复开关：重复开关处于重复位置时，阶梯信号重复出现，处于正常测试状态，该开关处于关时阶梯信号停止工作，处于待触发状态，与单次开关配合，按下单次，
