模拟电子电路实验的调试与故障检测第三章

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1、第 3 章 模拟电子技术基础实验3.1 晶体管特性曲线的测试一、实验目的1掌握使用万用表判别晶体管的电极和性能的好坏。 2学会使用晶体管特性图示仪来测量二极管和三极管的特性曲线。二、实验元器件及仪器1元器件 三极管 3DG6、3DJ6F、BS170 各几个2仪器 数字万用表，BJ-4814 型晶体管特性图示仪三、实验原理1半导体二极管 二极管的内部结构是一个 PN 结，具有单向导电性能，其正向电阻小，反向电阻大， 在其两端加正向电压时，二极管导通，加反向电压时，二极管截止。二极管导通以后两端 的正偏电压称为二极管的管压降。一般硅管的管压降为 0.60.8V，锗管的管压降为 0.20.3V。用指

2、针式万用表的欧姆挡或数字万用表的“”档，可判别二极管极性及检验 其质量的优劣。 二极管极性判别：二极管极性判别：测试过程中，关键是要清楚所用万用表的两个表笔对应电池的电压 极性。若使用的是指针式万用表，则黑表笔接的是表内电池的正极（插入“-”孔中） ，红表 笔接的是负极（插入“+”孔中） 。若使用的是数字万用表则相反，红表笔（插入 V/ 孔）是 正极，黑表笔（插入 COM 孔）是负极。数字万用表不能用电阻档来测量二极管，而要用“ ”档测量。如果数字万用表的读数为 0.60.8V（硅管） ，或 0.20.3V（锗管） ，则与红 表笔相接的是二极管的正极，与黑表笔相接的是万用表的负极；若万用表读数

3、最高位显示 1（即超量程） ，则二极管处于反向状态，即与红表笔相接的是二极管的负极，与黑表笔相 接的是万用表的正极。若二极管正向、反向测量，万用表读数最高位均显示 1（即超量程） 则表明二极管的内部断路。 2晶体三极管 三极管具有信号放大的作用，它由两个 PN 结组成，分为 PNP 型和 NPN 型两种结构， 如图 3.1.1 所示。三极管的 e、b、c 字母，分别代表发射极、基极、集电极，由晶体管内部 载流子的运动规律决定，只有当发射结处正向偏置，集电结反向偏置三极管才有电流放大 作用。用万用表判断晶体三极管的类型及三个电极的方法如下： （1）三颠倒，找基极 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡

4、，并选择 R100 或 R1k 挡位。红表笔所连接的 是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。假定我们并不知道被测三极管是 NPN 型还是 PNP 型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。 这时，我们任取两个电极（如这两个电极为 1、2），用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、 反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取 1、3 两个电极和 2、3 两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量 结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指 针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我

5、们要寻找的基极。 图 3.1.1 三极管结构图（2）PN 结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间 PN 结的方向来确定 管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极， 若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为 NPN 型管；若表头指针偏转角度很小，则 被测管即为 PNP 型。 （3）顺箭头，偏转大 找出了基极 b，另外两个电极哪个是集电极 c，哪个是发射极 e 呢？这时我们可以用测 穿透电流 ICEO的方法确定集电极 c 和发射极 e。 对于 NPN 型三极管，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻 Rce 和 Rec

6、，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有 一次偏转角度 稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c 极b 极e 极红表笔，电流流向正好与三极 管符号中的箭头方向一致（“顺箭头”），所以此时黑表笔所接的一定是集电极 c，红表笔 所接的一定是发射极 e。 （4）对于 PNP 型的三极管，道理也类似于 NPN 型，其电流流向一定是：黑表笔e 极b 极c 极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔 所接的一定是发射极 e，红表笔所接的一定是集电极 c。 现在很多实验室用的都是数字式万用表了，现在我们介绍一下用数字式万用表怎样来 检测三极管：检测三极管： （1）用数

7、字万用表的“”档位测量三极管的类型和基极 b 用测量二极管的方法，我们可以用数字万用表的“”档去测基极。对于 PNP 管，当 黑表笔（连表内电池负极）在基极上，红表笔去测另两个极时一般为相差不大的较小读数 （一般 0.5-0.8），如表笔反过来接则最高位显示为 1（表示超量程）。对于 NPN 表来说则 是红表笔（连表内电池正极）连在基极上。 （2）发射极 e 和集电极 c 的判断 知道了管子的类型和基极（管脚 B）之后，利用万用表的“”档测量。对于 NPN 管，红表笔接基极，黑表笔分别接另外两个极，其中有两次读数，读数较小者，红表笔接 的就是集电极（C 脚）；读数较大者，红表笔接的就是发射极（

8、e 脚）。PNP 管红黑表笔 的接法颠倒过来。 知道了管子的类型和管脚 B 之后，利用万用表测量“（HFE）值”的档位，判断发 射极 e 和集电极 c。将档位旋至 hFE，基极插入所对应类型的孔中，把其于管脚分别插入 c、e 孔观察数据，再将 c、e 孔中的管脚对调再看数据，数值大的说明管脚插对了。 （3）判别三极管的好坏测试时用万用表测“”档位分别测试三极管发射结、集电结的正、反偏是否正常，正 常的三极管是好的，否则三极管已损坏。如果在测量中找不到公共 b 极、该三极管也为坏 管子。 3晶体管特性曲线的测试 上面是对晶体管简单的测试和判别，下面我们介绍用晶体管特性图示仪来测试二极管 的伏安特

9、性和三极管的输入、输出特性曲线，以及电流放大系数 。 晶体管特性图示仪是由阶梯信号发生器（供给待测管的基极和发射极回路） 、集电极扫 描信号发生器、X 轴放大器、示波管及控制电路等组成。根据 X 轴上作用量的不同，示波 管屏幕上会显示不同的特性曲线。例如，若在 X 轴加基极电压，在 Y 轴加基极电流，就能 显示晶体管的输入特性曲线；若在 X 轴加集电极电压，在 Y 轴加集电极电流，就能显示晶 体管的输出特性曲线；若在 X 轴上加基极电流，在 Y 轴加集电极电流，即可显示晶体管的 电流放大特性曲线，直接读出 值。 （1）二极管的测试 （一）二极管正向特性曲线的测试 测试前， “峰值电压”先调至

10、0。将被测二极管按图 3.1.2（a）的位置接在图示仪测试台 “C”、 “E”两端，调整图示仪“X、Y”轴位移，使坐标原点为屏幕左下角位置。面板各旋钮开 关位置为： 峰值电压范围 -020V； 集电极扫描极性 - 正（+） ； 功耗限制电阻 - -100； Y 轴选择开关 -5mA/度； X 轴选择开关 -0.1V/度（Vb） ； 阶梯选 择开关 -0.01mA/级； 零电流、零电压开关 - 正常； 阶梯极性-正；级/ 簇 - 10。从零开始逐渐加大峰值电压，在屏幕上可得图 3.1.2（b）所示的二极管正向伏 安特性曲线。配合特性曲线，可以测出二极管的一些参数。二极管的正向特性曲线的主要 参数

11、有： 二极管的门坎电压二极管的门坎电压 Uth：门槛电压是指二极管刚好导通时两端的电压差。 二极二极 管的正向直流电阻管的正向直流电阻 RD：指给定工作电流处的电压与电流之比。 二极管的正向交流电阻二极管的正向交流电阻 rd：指在给定电流处的UD 与ID 之比：rd=UD/ID。 （a）连接方式 （b）特性曲线图 3.1.2 二极管正向特性（二）二极管反相特性曲线的测试 测试前， “峰值电压”先调至 0； 峰值电压范围 - 0 - 200V； 集电极扫描极 性 -正（+） ； 功耗限制电阻 -20K； Y 轴选择开关 - 1mA/度； X 轴选择 开关 -10V/度（Vb） ； 阶梯选择开关

12、-0.01mA/级； 零电流、零电压开关 - 正常； 阶梯极性-正；级/簇 -10。按图 3.1.3（a）将二极管插入图示仪测试台， 从零开始慢慢调节峰值电压，便能在图示仪屏上观察到如图 3.1.3（b）所示的二极管的反 向伏安特性曲线。 （a）连接方式 （b）特性曲线图 3.1.3 二极管反向特性通过曲线，配合图示仪面板旋钮所指数值测出各项具体参数，二极管反向特性的主要 参数有： 最高反向工作电压 UR：指二极管不被反向击穿时的最高反向电压。通常取反 向击穿电压的 2/3 或 1/2 的值。 反向击穿电压 UBR：指反向击穿电压加大到某个值， 反向电流迅速增大时，所对应的电压值如图 3.1.

13、3（b）所示。 最大反向电流 IBR：指二 极管加最高反向电压时的反向电流值。 （三）稳压管的测试 由于稳压管是利用反向击穿特性而稳压的，因此只要能在屏幕上显示出稳压管的反向 特性曲线，通过反向伏安特性曲线可直接测出稳压管的一些主要参数，测量的方法与一般 二极管相同。稳压管的稳压特性曲线如图 3.1.4 所示。图 3.1.4 稳压管稳压特性稳压二极管的主要参数有： 稳定电压稳定电压 UZ：指在正常电流 IZ 时所对应的电压值。 最大稳定电流最大稳定电流 IZmax：指 稳压管刚离开稳压区所对应的电流，为了防止测试中损坏管子，应事先根据手册给出的耗 散功率 PZ 和 UZ 求出 IZmaxPZ/

14、UZ。 最小稳定电流最小稳定电流 IZmin：指稳压管刚入稳压区所对应 的反向电流。 动态电阻动态电阻 rz：指稳压管端电压的变化量与电流变化量的比值：rZ=UZ/ IZ，rZ 愈小，则稳压性能就愈好。其值一般为数十欧姆，测试方法与普通二极管的测试方 法相同，“峰值电压范围”应选择 0200V，根据稳压管的反向伏安特性曲线求出上述各 主要参数。 （2）晶体三极管的测试 （一）输入特性曲线的测试 按图 3.1.5（a）所示，将被测晶体管插入图示仪测试台，面板各旋钮开关位置为： 测试前， “峰值电压”先调至 0； 峰值电压范围 -0 - 20V； 集电极扫描极性 -正（+） ； 功耗限制电阻 -1

15、00； Y 轴选择开关 -阶梯； X 轴选择开关 - -0.1V/度（Vb） ； 阶梯选择开关 -0.01mA/级； 零电流、零电压开关 -正常； 阶梯极性-正； 级/簇 -10。逐渐加大峰值电压就可得到如图 3.1.5（b）所示的 三极管输入特性曲线。读出 Ib、Vb 的增量值，便可计算出输入阻抗。（a）连接方式 （b）特性曲线图 3.1.5 三极管输入特性将阶梯信号部分选至 Ib=0 挡，选择适当的功耗限制电阻，逐渐加大水平偏转因数 （Vc）和集电极扫描电压，扫线拐点处即为 Vceo。 （二）输出特性曲线的测试 输出特性曲线是三极管常用的一簇曲线，很多重要参数都可以从中测出。将半导体管 的 E.B.C 管脚插在测试盒相应的插座上，面板各开关置于下列位置： 测试前， “峰值电压”先调至 0； 峰值电压范围 -0 - 20V； 集电极扫描极性 -正（+） ； 功耗限制电阻 -1K； Y 轴选择开关 -2mA/度； X 轴选择开关 -2V/度（Vc） ； 阶梯选择开关 -0.01mA/级； 零电流，零电压开关