電子測量與儀器教學(xué)第7章晶體管特性圖示儀使用詳解課件

1、第七章 晶體管特性圖示儀使用詳解課程：電子測量與儀器第1頁，共53頁。 電子器件參數(shù)測量儀器的分類 晶體管特性圖示儀 晶體管特性圖示儀產(chǎn)品介紹 晶體管特性圖示儀 第2頁，共53頁。電子器件參數(shù)測量儀器的分類1、半導(dǎo)體分立器件測量儀器 半導(dǎo)體分立器件：二極管、雙極型晶體管、場效晶體管、閘流晶體管及光電子器件等種類。 半導(dǎo)體分立器件測量儀器分類如下：（1）直流參數(shù)測量儀器 主要測試半導(dǎo)體分立器件的反向截止電流、反向擊穿電壓、正向電壓、飽和電壓和直流放大倍數(shù)等直流參數(shù)。第3頁，共53頁。（2）交流參數(shù)測量儀器主要測試半導(dǎo)體分立器件的頻率參數(shù)、開關(guān)參數(shù)、極間電容、噪聲系數(shù)及交流網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等交流參數(shù)。（3

2、）極限參數(shù)測量儀器主要測試半導(dǎo)體分立器件能安全使用的最大范圍，如大功率晶體管在直流和脈沖狀態(tài)下的安全工作區(qū)。（4）晶體管特性圖示儀（應(yīng)用最廣泛）可顯示器件的特性曲線，還可以測量不少主要直流參數(shù)和部分交流參數(shù)。第4頁，共53頁。2數(shù)字集成電路測試儀器（1）數(shù)字集成電路：有 TTL 和 CMOS 集成電路等。（2）測試的內(nèi)容：有直流測試、交流測試和功能測試。功能測試：檢查數(shù)字集成電路各項邏輯功能是否正常。第5頁，共53頁。（3）測量方法通用儀器：適于中、小規(guī)模集成電路的某些基本參數(shù)和功能。圖形功能測試法：利用圖形發(fā)生器生成各種測試圖形和期望響應(yīng)的圖形在圖形比較器中進(jìn)行比較，最終判定被測集成電路的功

3、能是否正常而給出結(jié)果。適于對大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的測試，檢查其功能。第6頁，共53頁。晶體管特性圖示儀 定義：可直接觀察半導(dǎo)體分立器件的特性曲線，借助屏幕上的標(biāo)尺刻度，還能直接或間接地測定其相應(yīng)的參數(shù)的一種專用示波器。 特點：使用面寬、直觀性強(qiáng)、用途廣泛、讀測方便等。第7頁，共53頁。1晶體管特性曲線的測繪 定義：有關(guān)電極的電壓-電流之間的關(guān)系曲線。 主要測試半導(dǎo)體分立器件的反向截止電流、反向 擊穿電壓、正向電壓、飽和電壓和直流放大倍數(shù)等直流參數(shù)。第8頁，共53頁。例如：晶體管的共發(fā)射極輸出特性曲線如圖所示。第9頁，共53頁。 測繪晶體管特性曲線方法：點測法（靜態(tài)法）和圖示法（動態(tài)法）。

4、（1）點測法以晶體管輸出特性曲線為例，測試電路如圖所示。 第10頁，共53頁。 調(diào)節(jié) UBB，固定一 IB 值。 調(diào)節(jié) UCC 使 UCE 從零變到某一固定值， 測出一組 UCE 與 IC 的數(shù)據(jù)，描繪出一條 IB 為某一固定值的 IC = f（UCE）的曲線。 再調(diào)節(jié) UBB 改變一個 IB 值。 重復(fù)上述過程，可得另一條曲線。 最終完成被測晶體管的輸出特性曲線。第11頁，共53頁。特點：操作繁瑣，不能反映晶體管動態(tài)工作時的輸出特性，特別是在測量晶體管極限參數(shù)（例如 ICM 和 BUCEO 等）時，容易損壞晶體管。第12頁，共53頁。（2）圖示法 用 50 Hz 交流電的全波整流電壓代替 V

5、cc 。第13頁，共53頁。 階梯波電壓每上升一級，相當(dāng)于改變一次參數(shù) IB。只要集電極掃描電壓 UCE 和階梯基極電流的變化的時間關(guān)系如圖（a）所示，就獲得了 UCE 與 IB 的同步變化。 全波整流電壓和階梯波電壓同步，每一級階梯波對應(yīng)一條曲線。第14頁，共53頁。特點：這種方法直觀，操作簡便，實現(xiàn)了動態(tài)測量。由于集電極掃描電壓是隨時間連續(xù)變化的脈動電壓，其最大值僅是瞬間作用于被測晶體管，被測晶體管不易受損壞，因而較為安全可靠。 第15頁，共53頁。2. 晶體管特性圖示儀的基本組成 晶體管特性圖示儀的基本組成如圖所示。第16頁，共53頁。組成：基極階梯波信號源、集電極掃描電壓發(fā)生器、工作于

6、 X-Y 方式的示波器、測試轉(zhuǎn)換開關(guān)及一些附屬電路。第17頁，共53頁。（1）基極階梯信號源 作用：產(chǎn)生階梯電流或階梯電壓。第18頁，共53頁。（2）集電極掃描電壓發(fā)生器 作用：供給所需的集電極掃描電壓。第19頁，共53頁。RC 作用：用于限制被測晶體管的最大工作電流，從而限制其功耗，防止器件受損。第20頁，共53頁。RF 作用：將要測量的電流 IC 轉(zhuǎn)換為電壓，將其送至示波器 Y 軸系統(tǒng)以使顯示曲線的 Y 軸表示集電極電流的變化。第21頁，共53頁。（3）示波器包括：X 放大器、Y 放大器及示波管。作用：顯示晶體管特性曲線。 第22頁，共53頁。（4）開關(guān)用附屬電路作用：準(zhǔn)確測試晶體管特性曲

7、線及適應(yīng)測試不同的晶體管的需要。 極性開關(guān) 基極階梯信號源和集電極掃描電壓正、負(fù)極性選擇開關(guān)。 X 軸、Y 軸選擇開關(guān) 把不同信號接至 X 放大器或 Y 放大器。通過不同的組合，顯示不同的晶體管特性曲線。第23頁，共53頁。 零電壓、零電流開關(guān)可使基極接地或基極開路，便于對某些晶體管參數(shù) 的測試。 靈敏度校準(zhǔn)電壓 可提供校準(zhǔn)電壓，用于對刻度進(jìn)行校正。第24頁，共53頁。3晶體管特性圖示儀測量原理 （1）二極管特性曲線及測試原理框圖如圖所示。第25頁，共53頁。測試正向特性加正極性掃描電壓，測試反向特性時加負(fù)極性掃描電壓。不必使用階梯信號。將集電極電壓接至 X 軸，RF上的采樣電壓接至 Y 軸，

8、即可顯示相應(yīng)的特性曲線。（2）晶體管輸出特性曲線 IC = f（UCE） 及測試原理框圖如圖所示。根據(jù)定義，可在輸出特性曲線上求出 值。第26頁，共53頁。（3）晶體管輸入特性曲線 IB = f（UBE）及測試原理框圖如圖所示。a被測管的集電極接全波整流掃描電壓。 b用階梯信號提供基極電流。第27頁，共53頁。注意：此時 IB 和 UBE 均為階梯波，但 IB 每級高度基本相同，而 UBE 由于輸入特性的非線性而每級高度不同。集電極掃描電壓的變化反映在熒光屏上為亮點在各級水平方向的往返移動。c采樣電阻 RB 兩端得到的電壓加至示波器的 Y 軸。d UBE 加至示波器的 X軸。第28頁，共53頁

9、。（4）場效晶體管漏極特性曲線 ID = f（UDS）及 測試原理框圖如圖所示。第29頁，共53頁。類同于晶體三極管 IC = f（UCE）曲線的測試，C、B、E 對應(yīng) D、G、S。階梯信號：用階梯電壓。階梯信號和掃描信號的極性：根據(jù)被測場效晶體管類型決定。第30頁，共53頁。晶體管特性圖示儀產(chǎn)品介紹1主要技術(shù)性能集電極電流 10 A/div 0.5 A/div， 分 15 擋二極管反向漏電流 0.2 A/div 5 A/div ， 分 5 擋集電極電壓 0.05 V/div 50 V/div， 分 10 擋基極電壓 0.05 V/div V/div， 分 5 擋階梯電流 0.2 A/級 50

10、 mA/級， 分 17 擋集電極掃描峰值電壓 10 V 500 V， 分 4 擋功耗限制電阻 0 0.5 M， 分 11 擋第31頁，共53頁。2工作原理XJ4810 的工作原理與一般的晶體管圖示儀基本相同，參見圖及其說明。增設(shè)“二簇電子開關(guān)”：階梯信號每次復(fù)零時，“二簇電子開關(guān)”將階梯信號交替送至其中一只被測管的基極，實現(xiàn)了在屏幕上同時顯示兩只晶體管的特性曲線的目的。第32頁，共53頁。第33頁，共53頁。3面板說明XJ 4810 型圖示儀的面板如圖所示。第34頁，共53頁。（1）電源及示波管控制部分 包括：“聚焦”、“輔助聚焦”、“輝度”及“電源開關(guān)”。（2）集電極電源 “峰值電壓范圍”按

11、鍵開關(guān) 作用：選擇集電極掃描電源的峰值電壓范圍。 其中，“AC” 擋能使集電極電源實現(xiàn)雙向掃描，使屏 幕同時顯示出被測二極管的正、反向特性曲線。 注意：電壓范圍由低擋換向高擋時，應(yīng)先將“峰值電壓 %”調(diào)節(jié)至 0 位置。第35頁，共53頁。 “峰值電壓 %”調(diào)節(jié)旋鈕。作用：使集電極電源在確定的峰值電壓范圍內(nèi)連續(xù)變化。 “+、-”極性按鍵開關(guān)。作用：按下時集電極電源極性為負(fù)，彈出時為正。第36頁，共53頁。 “電容平衡”與“輔助電容平衡”旋鈕。作用：使在高電流靈敏度測量時容性電流最小，減小測量誤差 “功耗限制電阻 ”選擇開關(guān)。作用：改變串聯(lián)在被測管集電極回路中的電阻以限制功耗。第37頁，共53頁。

12、（3）Y軸部分 “電流/度”開關(guān)Y 軸坐標(biāo)。電流量程開關(guān)。置“上升鋸齒波”時，代表基極階梯電流或電壓，每級一度。置“外接”時，Y 軸系統(tǒng)由外接信號輸入，外輸入端位于儀器側(cè)板處。 第38頁，共53頁。 “移位”旋鈕垂直移位。旋鈕拉出時相應(yīng)指示燈亮，此時 Y 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小為原來的 1 / 10。 “增益”旋鈕作用：調(diào)節(jié) Y 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。一般情況下不需經(jīng)常調(diào)整。第39頁，共53頁。（4）X 軸部分 “電壓/度”開關(guān)電壓量程開關(guān)。置“”時，代表基極階梯電流或電壓，每級一度。置“外接”時，X 軸系統(tǒng)由外接信號輸入，外輸入端信于儀器側(cè)板處。 “移位”旋鈕水平移位。 “增益”旋鈕用于調(diào)節(jié) X 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。

13、一般情況下不需經(jīng)常調(diào)整。 第40頁，共53頁。（5）顯示部分 “轉(zhuǎn)換”按鍵開關(guān)顯示曲線圖像、象限互換。 “”按鍵開關(guān)此時 X 軸、Y 軸系統(tǒng)放大器輸入接地，顯示輸入為零的基準(zhǔn)點。 “校準(zhǔn)”按鍵開關(guān)此時校準(zhǔn)電壓接入 X、Y 放大器，以達(dá)到 10 度校正的目的。即自零基準(zhǔn)點開始，X、Y 方向各移動10 度。 第41頁，共53頁。（6）階梯信號部分 “電壓-電流/級”開關(guān)確定每級階梯的電壓值或 電流值。 “串聯(lián)電阻”開關(guān)改變階梯信號與被測管輸入端之間所串接的電阻大小，僅當(dāng)“電壓-電流/級”置電壓擋時有效。第42頁，共53頁。 “級/簇”旋鈕調(diào)節(jié)階梯信號一個周期內(nèi)級數(shù)，在 1 10 級之間內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

14、 “調(diào)零”旋鈕調(diào)節(jié)階梯信號起始級的電平，正常使用時該級應(yīng)調(diào)至零電平。 “極性”開關(guān)選擇階梯信號的極性。第43頁，共53頁。 “重復(fù)-關(guān)”開關(guān)開關(guān)彈出時，階梯信號重復(fù)出現(xiàn)，正常測試時多置于該位置；開關(guān)按下時，階梯信號處于待觸發(fā)狀態(tài)。 “單簇”按鈕與“重復(fù)-關(guān)”開關(guān)配合使用。當(dāng)階梯信號處于待散發(fā)狀態(tài)時，按下該鈕，對應(yīng)指示燈亮，階梯信號出現(xiàn)一次，然后又回到待觸發(fā)狀態(tài)。多用于觀察被測管的極限特性，可防止被測管受損。 第44頁，共53頁。（7）測試臺部分 “左”按鍵開關(guān)按下時，測試左邊被測管特性。 “右”按鍵開關(guān)按下時，測試右邊被測管特性。 “二簇”按鍵開關(guān)按下時，自動交替接通左、右兩只被測管，屏幕上同

15、時顯示兩管的特性，便于進(jìn)行比較。第45頁，共53頁。 “零電壓”按鈕 按下時，被測管基極接地。 “零電流”按鈕按下時，被測管基極開路。第46頁，共53頁。4.使用方法（1）開啟電源，指示燈亮，預(yù)熱約 10 min。（2）調(diào)節(jié)“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”旋鈕，使屏幕上的光點或線條明亮、清晰。（3）靈敏度校準(zhǔn) 將“峰值電壓%”旋鈕調(diào)至 0，利用移位旋鈕使光點位于屏幕左下角。 按下顯示部分的“校準(zhǔn)”按鍵開關(guān)，使光點應(yīng)準(zhǔn)確的跳至右上角（向上、向右各 10 度）。第47頁，共53頁。（4）階梯調(diào)零目的：使階梯信號的起始級在零電位的位置。調(diào)節(jié)方法如下： 將階梯信號及集電極電源均置于“+”極性，X 軸“

16、電壓/度”置于“1 V/度”，Y 軸“電流/度”置于“鋸齒波”，階梯信號部分“電壓電流/級”置于“0.05 V/級”，“重復(fù)-關(guān)”置于“重復(fù)”，“級/簇”置于適中位置，集電極電源部分“峰值電壓范圍”置于“10 V”擋，調(diào)節(jié)“峰值電壓 %”旋鈕使屏幕上出現(xiàn)滿度掃描線。如圖所示。 第48頁，共53頁。 按下顯示部分的“”按鍵，光跡在調(diào)到最下一根水平刻度線。 該按鍵復(fù)位，調(diào)節(jié)階梯信號部分的“調(diào)零”旋鈕使階梯信號最下面的一條線與最下面的刻度線重合。（5）調(diào)節(jié)圖示儀上各部分的開關(guān)、旋鈕到合適位置，然后插上被測器件，進(jìn)行測試。第49頁，共53頁。 （6）儀器復(fù)位 將“峰值電壓范圍”置于“10 V”，“峰值電壓 %” 旋至 “0” 處，“功耗限制電阻” 置于 1 k 以上擋，階梯信號 “電壓電流/級” 置 10 A 以上擋。然后關(guān)閉電源。第50頁，共53頁。 5使用注意事項 （1）測試前應(yīng)預(yù)設(shè)一些關(guān)鍵開關(guān)和旋鈕的位置。（2）“峰值電壓范圍”、“峰值電壓%”、階梯信號“電壓電流/級”及“功耗限制電阻”這幾個開關(guān)甚用。（3）測試大功率器件（因通常測