晶體管特性圖示儀的工作原理


下面以使用本儀器測試“晶體二極管伏安特性”和“晶體三極管輸出特性”為例，介紹儀器的工作原理。


1、二極管伏安特性的測試原理


流過二極管的電流I與二極管兩端電壓U的函數關系稱為“二極管伏安特性”。本儀器通過顯示“伏安特性曲線”來定量顯示被測二極管的“伏安特性”。由二極管伏安特性曲線（正向區）可知，當我們將二極管兩端的電壓U由0逐漸增大時，二極管中的電流I會按照“二極管方程”的規律逐漸增大。


二極管方程式中：在環境溫度為300K時，UT≈26mV 。


將這一過程重復進行稱為“電壓掃描”。根據特性曲線所在的象限，用本儀器“X軸作用”和“Y軸作用”的“移位”旋鈕調整掃描的原點在示波器屏幕的左下角或右上角。當測量二極管正向特性曲線時，由于曲線位于第一象限，所以應將原點調整至屏幕左下角。（而反向特性曲線位于第三象限，應將原點調整至右上角，并將掃描電壓極性選擇為“－”。）二極管兩端的電壓U的值經“X軸放大器”放大后，控制示波器光點在X軸方向的運動。當電壓由0逐漸增大時，光點從最左邊的原點處向右水平移動，光跡的長度與電壓值成正比。同時，用流過二極管的電流I的值（需變換成電壓）經“Y軸放大器”放大后，來控制示波器光點在Y軸方向的運動。當電流由0 逐漸增大時，光點由最下邊的原點處向上垂直運動，光跡的長度與電流成正比。兩者的共同作用就會使示波器的光點在在屏面上顯示出二極管的伏安特性曲線，并可根據示波管上的刻度定量讀出電壓、電流的數據。


測試二極管伏安特性曲線時，儀器工作原理如圖1所示。



二極管測試電路原理


（1）將“測試選擇”開關扳向中間（“關”），被測二極管插入測試臺左側“E”和“C”插孔中，這時二極管沒有加電；當其它選項調節好后，再將“測試選擇”扳向“晶體管A”側，進行加電測量。


（2）測試二極管時，基極“階梯信號”不起作用。加在被測二極管上的電壓由“集電極掃描信號”單元提供。


“集電極掃描信號”單元輸出的是頻率為100Hz的脈動直流電壓，波形如 的正電壓或  的負電壓，由“極性”旋鈕控制，可選“＋”或“－”；電壓的峰值由“峰值電壓范圍”選擇，可選“0～20伏”或“0～200伏”，再由“峰值電壓”旋鈕細調，可產生上述范圍之間的任意值。注意：測量半導體器件一般選擇“0～20”，而“0～200”用來測試器件的反向擊穿電壓。“功耗限制電阻”串連在電路中起保護作用，避免過大電流流過被測管。


測量二極管時，調節JT-1的“集電極掃描單元”的控制旋鈕，使“極性”為“＋”，“峰值電壓范圍”為“0～20V”，“峰值電壓”先旋為“0”，正式測量時加大到所需值。 “功耗限制電阻”在測量大電流二極管時可選幾Ω或幾十Ω，小電流管可選幾十Ω至幾KΩ。


（3）“X軸作用”用來選擇X軸放大器的測量對象和X軸放大器放大倍數，當扳至“集電極電壓”0.1“伏∕度”時，輸入的測量對象是測試臺“C”、“E”之間的電壓--即二極管兩端的電壓值U，X軸方向每格代表0.1伏。


（4）“Y軸作用”用來選擇Y軸放大器的測量對象和Y軸放大器的放大倍數，當扳至“集電極電流”1“毫安∕度”，輸入的測量對象是“電流采樣電阻”兩端的電壓值--與流過二極管的電流值對應，Y軸方向每格代表1毫安。“電流采樣電阻”的作用是將集電極電流I轉換為示波器所需的電壓值。


（5）如上所述設置好測量條件后，將測試臺的“測試選擇”開關扳向“晶體管A”側，并將峰值電壓由0逐漸加大，便可觀測到二極管的伏安特性曲線的正向區；如果要觀察二極管的反向區曲線，可將二極管反插或將“集電極掃描信號”的“極性”扳向“－”。并將掃描原點移至右上角。


2、三極管輸出特性測量


用圖3所示的“三極管輸出特性曲線”可描述出三極管的集電極輸出特性。由三極管的輸出特性曲線可以測得三極管的電流放大倍數β、飽和壓降UCES 、集電極輸出電阻rce 和集電極擊穿電壓BVCE0 ，因此是十分有用的。


在測試三極管輸出特性時，首先要保持被測三極管的基極電流IB為某個固定不變的值（例如20μA），以集電極電壓UCE作為變量，從0逐漸增大，逐點記錄集電極電流IC的值，繪出UCE和IC關系曲線，得到在此IB條件下（本例IB=20μA）的一條輸出特性曲線；然后，改變IB的值，重復以上的操作可繪出另一IB條件下的輸出特性曲線。由于UCE-IC曲線是以IB為條件繪出的，所以IB被稱為“參變量”。



三極管輸出特性曲線


在本儀器中，上述測量步驟是連續、重復進行的，輸入基極的電流IB是一種階梯形掃描電流，波形如圖3.6.5所示，由0開始，以某個固定值（例如10μA，儀器標志為：“0.01mA∕級”）逐級增大，圖中每族曲線為4級。以每一級IB為參變量繪一條輸出特性曲線（對應每級IB，集電極電壓掃描一次），這樣將會得到以IB為“參變量”的輸出特性曲線族（實際上所謂的“輸出特性曲線”都是指輸出特性曲線族）。將集電極電壓UCE輸入X軸放大器放大后，控制示波管的水平掃描；將集電極電流IC經取樣電阻變換為電壓后，送Y軸放大器，控制示波管的垂直掃描，便可在示波管屏面上產生“輸出特性曲線”。根據示波管屏面的方格，可以定量測得三極管的有關參數。



基極階梯信號


用JT-1測試晶體管輸出特性曲線時，工作原理見圖2。


（1）“測試選擇”位于“關”，將被測三極管插入測試臺左邊插座，三極管的管腳要插正確。


以下為設置測試條件，根據測試要求設置。


（2）“集電極掃描信號”：


“峰值電壓范圍”選“0～20V”；

“極性”選“＋”；

“功耗限制電阻”位于“500”；

“峰值電壓”位于0，測試時，再逐漸加大至所需值。


（3）“基極階梯信號”：


“極性”選“＋”；

“階梯作用”選“重復”；

“級∕秒”選“200”；

“階梯選擇”的“mA∕級”選0.01（即輸出為階梯電流，每級階梯為10μA）；

“級∕族”用來設置一族曲線的條數，即階梯電流的級數，一般可根據顯示的穩定情況，選4～10級，級數較大會造成顯示閃動，觀察不方便。


以下為波形的顯示設置，相當與設置示波器的“量程范圍”。如果設置不當，可能造成波形顯示不全或顯示太小。應根據波形顯示的情況設置。


（4）“Y軸作用”


“mA∕度”置于“集電極電流”，“毫安-伏∕度”為1，表示Y軸的測試對象是“集電極電流”，量程是每度（1方格）代表1mA。在測試時，如果顯示的波形超出屏幕范圍，應增大該值。


（5）“X軸作用”


“伏∕度”置于“集電極電壓”，1。表示測試的對象是集電極電壓，量程是每度1伏。在測試時，應根據顯示情況調節。例如測量“飽和壓降”UCES時，應旋至0.1V ，而測試“擊穿電壓”BVCE0時，應置于10或20V ，這樣才能測試準確。


圖3是測試所得的“三極管輸出特性曲線”示意圖。圖中的虛線方格就是儀器示波管屏面的方格。為簡化起見，同時表示出“飽和壓降”UCES和“集電結反向擊穿電壓”BUCE0 ， X軸的量程的設置：左邊為1度∕伏，右邊為10度∕伏，真正測試時，不可能同時得到這種結果，請明確。而且，UCE和IC兩個“座標軸”也不會顯示在屏幕上，應在記錄實驗結果時，由測試者對應方格添畫上。由圖3.6.4可以得到如下的參數：


共射直流電流放大系數β：測試條件為IC = 4mA，UCE = 3V。由曲線圖上找到IC = 4mA時，對應曲線IB = 40μA。所以，；


共射交流電流放大系數：測試條件為IC = 4mA，UCE = 3V。由曲線圖上找到在IC = 4mA附近的是IC = 3mA，對應曲線IB = 30μA。所以：＝ΔIC∕ΔIB＝（4－3）mA∕（40－30）μA＝100；


飽和壓降UCES ：UCES≈1V ；


基極開路時，集電極、發射極間的擊穿電壓BUCE0 ：“基極階梯信號”扳向“零電流”逐漸增加集電極掃描峰值電壓，至特性曲線劇增為止。擊穿處的UCE就是BUCE0 。本例中BUCE0 ≈ 63V


晶體管特性圖示儀的注意事項：


1、避免過冷和過熱,儀器工作溫度為 0~40℃；


2、避免炎熱與寒冷環境的交替；


3、避免濕度,水份和灰塵,最佳使用相對濕度范圍是 35~90[%]；


4、避免重物壓置,撞擊,倒置；


5、面板的測試插孔要避免電源或有電信號輸入。

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來源：賢集網
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