半导体二极管参数的测量

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1、n4.2.4 半导体二极管参数的测量二极管是整流、检波、限幅、钳位 等电路中的主要器件。一、半导体二极管的特性和主要参数1二极管的主要特性 二极管最主要的特性是单向导电特性，即二极 管正向偏置时导通；反向偏置时截止。2二极管的主要参数 （1）最大整流电流n指管子长期工作时，允许通过的最大正向 平均电流。 （2）反向电流n指在一定温度条件下，二极管承受了反向 工作电压、又没有反向击穿时，其反向电 流值。 （3）反向最大工作电压n指管子运行时允许承受的最大反向电压。 应小于反向击穿电压。（4）直流电阻n指二极管两端所加的直流电压与流过它的直流电流之比 。良好的二极管的正向电阻约为几十到几k；反向电

2、 阻大于几十k到几百k。（5）交流电阻 rn二极管特性曲线工作点Q附近电压的变化量与相应电流变化量之比。（6）二极管的极间电容n势垒电容与扩散电容之和称为极间电容。在低频工作时 ，二极管的极间电容较小，可忽略；在高频工作时，必 须考虑其影响。二、测量原理和常规测试方法nPN结的单向导电性是进行二极管测量的根本依据。1模拟式万用表测量二极管（1）正、反向电阻的测量n通常小功率锗二极管正向电阻值为300500， 反向电阻为几十千欧，硅管正向电阻值为1k或 更大些，反向电阻在500k以上（大功率二极管的数值要小得多）。n正反向电阻的差值越大越好。（2）极性的判别n根据二极管正向电阻小，反向电阻大 的

3、特点可判别二极管的极性。n在测得阻值较小的一次测量中，如果 用模拟万用表来测，与黑表笔相接一 端为二极管正极，另一端为负极。若 用数字万用表则相反。（3）管型的判别n硅二极管的正向压降一般为0.60.7V， 锗二极管的正向压降一般为0.10.3V， 通过测量二极管的正向导通电压，就 可以判别被测二极管的管型。n方法：1.5VR1KV2数字式万用表测量二极管n一般数字万用表上都有二极管测试档， 实际测量的是二极管的直流压降。3用晶体管图示仪测量二极管n直接显示二极管的伏安特性曲线。4发光二极管的测量（1）用模拟式万用表判别发光二极管n用欧姆档测量其正向和反向电阻。 （2）发光二极管工作电流的测量

4、6.8kRP6VR100mA图4.15 发光二极管的测量图4.2.5 半导体三极管参数的测量半导体三极管是内部含有两个PN结、外部具有三个电极的半导体器件。 一、三极管的主要参数 1直流电流放大系数n定义为集电极直流电流 与基极直流 之比。 2交流电流放大系数n三极管在有信号输入时，定义为集电极电流的变 化量 与基极电流的变化量 之比。3穿透电流n基极b开路，集电极c与发射极e间加反向电压时的 集电极电流 。硅管的 在几微安以下。4反向击穿电压n 是基极b开路，集电极c与发射极e间的反向 击穿电压。5集电极最大允许电流n 是 值下降到额定值的1/3时所允许的最大集电 极电流。6集电极最大允许功

5、耗n 是集电极上允许消耗功率的最大值 。n 、 、 值由器件手册可查得，n 、 、 可以用晶体管图示仪进行测 量。二、测量原理和常规测试方法1模拟万用表测量三极管 可判断b、c、e，并估测电流放大倍数。（1）基极的判定n利用PN结的单向导电性进行判别。n假设一个基极，分别测两个PN结的正向电阻和 反向电阻。基极判断出来后，还可以判断管型。具体步骤n用模拟万用表红黑表 笔分别测量三极管任 意两个脚，每两个脚 正反都测量一次。如 果有且只有两个脚间 的电阻无论正反向都 无穷大，那么这两个 脚一定是集电极和发 射极，剩下的那个脚 就是基极b。（2）发射极和集电极的判别n判别发射极和集电极的依据是：发

6、射 区的杂质浓度比集电区的杂质浓度高 ，因而三极管正常运用时的值比倒置 运用时要大得多。万用 表ER0测试步骤如图 (a)所示： 三极管基极集电极间 接100k电阻。 与模拟万用表相连。 结论：n显示电阻值小， 三极管处于放大状态。n黑表笔接的为cn红表笔接的为e黑红(a)判断c、e的测量接线图100k（3）电流放大倍数的估测n测量集电极和发射极间的电阻（对NPN， 黑笔接集电极，红笔接发射极；PNP的相 反），用手捏着基极和集电极，观察表针 摆动幅度的大小，表针摆动越大，值越大 。 2用数字万用表测量三极管n一般数字万用表都有测量三极管的功能， 将晶体管插入测试孔就可以读出值。 3用晶体管特

7、性图示仪测量三极管4.4 集成电路参数的测试4.4.1 TTL与非门外部特性测试 n外部特性，是指通过集成电路芯片引脚反 映出来的特性。nTTL与非门的外部特性主要有电压传输特 性、输入特性、输出特性、电源特性和传 输延迟特性等。1. 空载导通电源电流 （对应有空载导通功 耗 ）n 是指输入端全部悬空（相当于输入全1） ，与非门处于导通状态时，电源提供的电流 。n将空载导通电源电流乘以电源电压就得到空 载导通功耗，即 。n 一般，TTL与非门的典型值为30几毫瓦，通 常要求 。mA74LS2012 456CC714图4.20 ICCL测试图测试方法如图 测试方法如图4.204.20所示所示（以

8、74LS20 二输入与非门为例）。测试时，输入端悬空，测试时，输入端悬空， 输出空载， ，输出空载， ， 毫安表指示电流值则为毫安表指示电流值则为 。2.空载截止电源电流 （对应空载截止功 耗 ）n指输入端接低电平，输出端开路时电源 提供的电流。测试方法如图4.21所示。 n将空载截止电源电流乘以电源电压就得 到空载截止功耗。即 。 n一般要求 。测试方法如图 测试方法如图4.24.2所示所示（以74LS20二 输入与非门为例）。图4.21 ICCH测试图2 45174LS20614mACC7图中第脚接 地，输出端悬 空，毫安表指 示的数值即为 ICCH 。n 又称低电平输入短路 电流，是输入

9、端短路测得 的电流。n测试方法如图4.22所示。n通常典型与非门的值为 1.4mA。2 45CC1474LS2067mA1图4.22 I1S测试图3. 3. 输入短路电流 输入短路电流4.电压传输特性测试nTTL与非门的电压传输特 性是指输出电压 随输入 电压 变化的曲线。n电压传输特性的测量电路 如图4.23所示。n通常典型TTL与非门电路 要求 （典型值为3.5V ） 、 、。 图4.23 电压传输特性测试电路1uiCC1424574LS2067u0V5 .扇出系数 n扇出系数是指输出端最多能带同类门的个 数，它反映了与非门的最大负载能力。n 为 时允许灌入的最大灌入负载 电流，IIS 是

10、低电平输入短路电流。n一般 。n测试电路如图4.24所示。图4.24 扇出系数测试电路7mAI0maxCCRL 1k1460245174LS20V6.平均传输延迟时间n平均传输延迟时间 是衡量TTL集成门电路开关 速度快慢的动态参数，根据平均传输延迟时间 的不同把TTL集成电路分为中速TTL和高速TTL。n传输延迟是由于二极管、三极管开关状态的转换 和负载电容、寄生电容的充、放电都需要一定时 间造成的，最终使输出电压波形比输入电压波形 滞后。n一般平均传输延迟时间 取截止延迟时间和导通 延迟时间的平均值即 ，n 、 可用示波器测量。 4.4.2 CMOS或非门参数测试n包括COMS集成门的电压

11、传输特性、 输入特性、输出特性、电源特性和传 输延迟特性等的测试方法。 1.输出高电平 和输出低电平nCMOS输出高电平 是指在一定电源 电压下（输入端接 时），输出端开 路时的输出电平。n输出低电平 是指输入端接地时，输 出端开路时的输出电平。图4.25 CMOS集成门 输出高低电平的测试电路DD=10V10V一般地：2.开门电平 和关门电平n开门电平 是指输出由高电平转换为临 界低电平（一般取0.1 ）所需要的最 小输入高电平。n关门电平 是指输出由低电平转换为 临界高电平（一般取0.9 ）所需要的 最大输入低电平。DD=10V10VVRP测试时，若 ， 则对应于 的 为 ；对应于 的 为

12、 。图4.26 开关门电平测试电路3.静态功耗nCMOS静态功耗测试电路与TTL静态功耗测 试电路相同。4.传输特性曲线n CMOS器件传输特性可用图4.26电路测量。CMOS器件传输特性测量图CC=10V10VVRPn测试时n调节输入电压电位器RP，选择若干个电 压值；n测量相应的输出值；n由测得的数据作出曲线；n从曲线中读出标准输出高电平 、标 准输出低电平 、开门电平 、关门电 平 、输入低电平噪声容限 和输入 高电平噪声容限 等值。5.平均传输延迟时间nCMOS器件的平均传输时间，是指输 入信号从上升边沿的0.5 点到输出 信号下降边沿的0.5 点之间的时间间 隔。n可用示波器直接观测。