《集成電路測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

集成電路測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書信息工程學(xué)院微電子學(xué)系實(shí)驗(yàn)守則一．預(yù)習(xí)認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)理論知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗筒襟E，了解有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法、注意事項(xiàng)以及操作規(guī)程等。二．實(shí)驗(yàn)1．按規(guī)定時(shí)間到達(dá)實(shí)驗(yàn)室，遵守實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的規(guī)章制度。2．實(shí)驗(yàn)過程中，要聽從教師和工作人員的指導(dǎo)，認(rèn)真操作和觀察，如實(shí)記錄各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不得拼湊數(shù)據(jù)或抄襲他人的實(shí)驗(yàn)記錄。3．實(shí)驗(yàn)過程中，若出現(xiàn)儀器設(shè)備故障，應(yīng)立即切斷電源，停止操作，保持現(xiàn)場(chǎng)，報(bào)告指導(dǎo)教師。4．實(shí)驗(yàn)完成后，原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必須由指導(dǎo)教師簽字確認(rèn)。三．實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求字跡工整，條理清楚，簡(jiǎn)明扼要，裝訂整齊，要有單獨(dú)的封面頁。實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面頁需依次注明以下信息：課程名稱：集成電路測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)。?實(shí)驗(yàn)序號(hào)及實(shí)驗(yàn)名稱，如：實(shí)驗(yàn)一一******。班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)及實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)。?指導(dǎo)教師： 。2．基本內(nèi)容實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理所用儀器被測(cè)器件特性實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析3．每個(gè)實(shí)驗(yàn)中要求的其它具體內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)四41114目錄keithley2600系列數(shù)字源表的認(rèn)知學(xué)習(xí)利用數(shù)字源表進(jìn)行二極管特性參數(shù)的測(cè)試?yán)脭?shù)字源表進(jìn)行三極管特性參數(shù)的測(cè)試基于數(shù)字源表的基準(zhǔn)電壓源集成電路測(cè)試實(shí)驗(yàn)一Keithley2600系列數(shù)字源表的認(rèn)知學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解Keithley2600系列數(shù)字源表的特點(diǎn)及主要優(yōu)點(diǎn)；2、 理解Keithley2600系列數(shù)字源表開爾文測(cè)試的原理；3、 掌握Keithley2600系列數(shù)字源表的使用方法二、實(shí)驗(yàn)原理1、Keithley2600系列數(shù)字源表主要特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：2600A系列是吉時(shí)利屢獲殊榮的數(shù)字源表平臺(tái)的最新版本。該平臺(tái)囊括了精密電源、真電流源、DMM、任意波形發(fā)生器、電壓或電流脈沖發(fā)生器，帶有測(cè)量、電氣負(fù)載和觸發(fā)控制功能——融所有功能于一臺(tái)儀器之中。一個(gè)緊湊的單元中綜合了如下功能：精密電壓源、高精度電流源、數(shù)字多用表、任意波形發(fā)生器、電壓或電流脈沖發(fā)生器、電子負(fù)載以及觸發(fā)控制器；接觸檢測(cè)功能確保了高速及準(zhǔn)確的測(cè)量；每秒10,000個(gè)讀數(shù)和5,500個(gè)源-測(cè)量點(diǎn)記錄到存儲(chǔ)器，提供了更快速的測(cè)試；內(nèi)置的測(cè)試腳本處理器（TSP?）提供非并行系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試，將I-V測(cè)試的速度提高到同類產(chǎn)品的二到四倍；2600系列提供寬動(dòng)態(tài)范圍：1pA到10A,1口V到200V。每個(gè)2600系列數(shù)字源表的通道都提供高度的靈活性、具有電壓和電流表/限制器的四象限電源。每個(gè)通道都可被設(shè)置為一個(gè)：精密電源（高達(dá)200V和3ADC/10A脈沖輸出，具有1pA讀回分辨率）精確電流源數(shù)字多用表（直流電壓、直流電流、電阻、電源，具有五位半分辨率）電源V或I脈沖發(fā)生器（脈沖寬度：150口s或更長(zhǎng)一僅源；250口s或更長(zhǎng)一源和測(cè)量）電源V或I波形發(fā)生器（20點(diǎn)正弦波在TSP測(cè)試腳本中可高達(dá)400Hz）電子負(fù)載

2、開爾文測(cè)試開爾文(Kelvin)測(cè)試就是通常所說的四線測(cè)試方式，四線開爾文測(cè)試的目的是扣除導(dǎo)線電阻帶來的壓降。一段30cm長(zhǎng)導(dǎo)線的等效電阻大概是十毫歐姆到百毫歐姆，如果通過導(dǎo)線的電流足夠大(比如是安培級(jí)的話)，那么導(dǎo)線兩端的壓降就達(dá)到幾十到上百mV。如想準(zhǔn)確測(cè)量負(fù)載兩端的電壓就必須扣除導(dǎo)線電阻帶來的壓降。開爾文測(cè)試的等效電路如下：F0RCEAGhDSENSEDGSV/1SOURCEF0RCEAGhDSENSEDGSV/1SOURCE圖1.1開爾文連接示意圖其中RL等效為被測(cè)器件，通過V/I源的FORCE線為器件提供恒流，通過SENSE線測(cè)量RL兩端的電壓。而FORCE和AGND導(dǎo)線均存在等效電阻，當(dāng)流經(jīng)的電流較大時(shí)，勢(shì)必產(chǎn)生比較大的壓降。由于SENSE和DGS直接接到負(fù)載兩端，且輸入阻抗極高，故流過這兩根導(dǎo)線的電流可視為零，從而能精確讀取負(fù)載兩端電壓。2600系列源表的測(cè)試就是采用開爾文測(cè)試方法，如下圖：QGuardOutputVSource圖QGuardOutputVSource圖1.2Keithley2600儀器模擬測(cè)試端口結(jié)構(gòu)AdjustVSource(Feedback)3、Keithley2600系列數(shù)字源表前后面板

下圖顯示了2600系列源表的前面板Model2602andModel2612OW&FFOUTPUTCWJA CHANooCURSOR3H-JrfCES4FIGES3T55FEEDD-3IT9a^EEDFLTERKEITHIL6YSYSTEMSqui^UeterWKEITHLEYSourceMeterCHANNELA-CHANNELS下圖顯示了2600系列源表的前面板Model2602andModel2612OW&FFOUTPUTCWJA CHANooCURSOR3H-JrfCES4FIGES3T55FEEDD-3IT9a^EEDFLTERKEITHIL6YSYSTEMSqui^UeterWKEITHLEYSourceMeterCHANNELA-CHANNELS7?ASPOWERoRAMGE)LIMIT1MODE圖1.32600系列前面板RE-FLIEPUWITIMODE注意：2601和2611型有一個(gè)源表通道（通道A）,2602和2612型有兩個(gè)源表通道（通道A和通道B）。特殊鍵和電源開關(guān)：DISPLAY:在各種源-測(cè)量顯示和用戶信息模式間切換。2602/2612型號(hào)選擇單通道或雙通道顯示。CONFIG:用于功能和操作的設(shè)置。POWER：電源開關(guān)，按下時(shí)（I）打開源表，彈起時(shí)（O）關(guān)閉源表。數(shù)字鍵：在EDIT模式可以直接按數(shù)字鍵（0-9,+/-,0000）輸入數(shù)值。2、源測(cè)量設(shè)置，性能控制和特殊操作：最上一行-2601/2611和2602/2612型源測(cè)量設(shè)置：SRCChannelA-選擇源功能（電壓V或電流A）,并將光標(biāo)放在源設(shè)置區(qū)用于編輯。MEASChannelA-循環(huán)選擇各測(cè)試功能（電壓V,電流A,電阻Q或功率W）。LIMITChannelA-將光標(biāo)放在限制設(shè)置區(qū)用于編輯。MODEChannelA-直接選擇測(cè)試功能（電壓V,電流A,電阻Q或功率W）。最上一行-僅用于2602/2612型源測(cè)量設(shè)置：SRCChannelB-選擇源功能（電壓V或電流A）,并將光標(biāo)放在源設(shè)置區(qū)用于編輯。MEASChannelB-循環(huán)選擇各測(cè)試功能（電壓V,電流A,電阻Q或功率W）。LIMITChannelB-將光標(biāo)放在限制設(shè)置區(qū)用于編輯。MODEChannelB-直接選擇測(cè)試功能（電壓V,電流A,電阻Q或功率W）。中間行-2601/2611和2602/2612型源測(cè)量設(shè)置：DIGITSChannelA-改變顯示精度為4位半、5位半或6位半數(shù)字。SPEEDChannelA-設(shè)置測(cè)量速度，通過控制A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量孔徑實(shí)現(xiàn)。RELChannelA-控制相對(duì)值，可用于在讀數(shù)上減去一個(gè)基值。FILTERChannelA-控制數(shù)字濾波器，用于減少讀數(shù)噪聲。中間行-僅用于2602/2612型源測(cè)量設(shè)置：DIGITSChannelB-改變顯示精度為4位半、5位半或6位半數(shù)字。SPEEDChannelB-設(shè)置測(cè)量速度，通過控制A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量孔徑實(shí)現(xiàn)。RELChannelB-控制相對(duì)值，可用于在讀數(shù)上減去一個(gè)基值。FILTERChannelB-控制數(shù)字濾波器，用于減少讀數(shù)噪聲。最下一行-2601/2611和2602/2612型源測(cè)量設(shè)置：LOAD-掉入工廠或用戶自定義的運(yùn)行腳本RUN-運(yùn)行最后一次的工廠或用戶自定義腳本STORE-在內(nèi)部的兩個(gè)緩存區(qū)中的一個(gè)里存儲(chǔ)讀數(shù)，源值和時(shí)間戳值用于后續(xù)重新調(diào)用。RECALL-從兩個(gè)緩存區(qū)中的一個(gè)里重新調(diào)用存儲(chǔ)的讀數(shù)，源值和時(shí)間戳值。TRIG-觸發(fā)器讀數(shù)。MENU-訪問主菜單，進(jìn)行保存和回調(diào)設(shè)置，選擇遠(yuǎn)端接口，電源頻率，自測(cè)試，序列號(hào)和鳴響控制。EXIT-取消選擇，跳出主菜單結(jié)構(gòu)。做為L(zhǎng)OCAL鍵用于從遠(yuǎn)端控制切換回來。ENTER-接受選擇，移到下個(gè)選項(xiàng)或退出菜單。3、 Range鍵：△和▽-選擇下一個(gè)更高或更低的源或測(cè)量的范圍。AUTO-使能或取消自動(dòng)選擇源或測(cè)量的范圍。4、 輸出控制和LED狀態(tài)指示燈：OUTPUTON/OFF-控制源輸出的開關(guān)。LED指示燈-當(dāng)有輸出時(shí)點(diǎn)亮。5、 旋鈕和CURSOR鍵：在源編輯狀態(tài)時(shí)，使用CURSOR鍵控制光標(biāo)，然后旋轉(zhuǎn)旋鈕改變?cè)椿蛞缽闹?。旋鈕也可以用于使能或取消源編輯模式。當(dāng)在一個(gè)菜單里時(shí)，CURSOR鍵或旋鈕用于菜單選項(xiàng)光標(biāo)的控制。當(dāng)顯示菜單值時(shí)，使用CURSOR鍵控制光標(biāo)，旋轉(zhuǎn)旋鈕改變值的大小，按下旋鈕打開菜單項(xiàng)或選擇菜單項(xiàng)或值。6、 顯示指示（不顯示）（notshown）:EDIT 設(shè)備處于源編輯模式。ERR 可疑的讀數(shù)或無效的計(jì)算步驟。REM 設(shè)備處于遠(yuǎn)端控制模式。TALK 設(shè)備處于通話狀態(tài)。LSTN 設(shè)備處于監(jiān)聽狀態(tài)。SRQ 服務(wù)請(qǐng)求。REL 使用相對(duì)模式FILT 使用模擬示波器或平均值濾波器AUTO 源或測(cè)量范圍處于自動(dòng)選擇狀態(tài)。ARM 設(shè)備準(zhǔn)備好，處于待命狀態(tài)。TRIG 選擇外觸發(fā)。*（星號(hào)）緩沖區(qū)中存有讀數(shù)值。7、 后面板概述下圖顯示了2600系列源表的后面板Model2601/2611ELA |uUSELA |uUS■I1 Model2602/2612PC€PC€圖1.42600系列源表后面板1、CHANNELA和CHANNELB（ChannelB只有2602/2612型號(hào)才有）輸入輸出端口，包括源、測(cè)量和保護(hù)。2、DIGITALI/O母頭DB-25連接器。14針為數(shù)字輸入或輸出，1針為輸出使能。使用公頭DB-25連接器（Keithley公司零件號(hào)CAT26TCA）進(jìn)行連接。3、IEEE-488IEEE-488（GPIB）連接器。使用屏蔽電纜，如7007-1或Model7007-2型號(hào)。4、 散熱排氣孔內(nèi)部冷卻風(fēng)扇的排氣孔。不要堵塞排氣孔防止過熱。5、 機(jī)殼地連接機(jī)殼地的地腳螺絲。6、 低噪聲機(jī)殼地連接HI或LO到機(jī)殼的接地地插孔。7、RS-232用于RS-232操作的母頭DB-9連接器，使用直連（不是零調(diào)制解調(diào)器）DB-9電纜連接到PC機(jī)（Keithley設(shè)備編號(hào)Model7009-5）8、 TSP-Link擴(kuò)展接口，用于2600系列源表和其他有TSP功能的儀器彼此間觸發(fā)和通訊。使用超5類或更高等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)交叉電纜。（Keithley設(shè)備編號(hào)CA-180-3A）。9、 電源模塊包括交流電源插座和保險(xiǎn)管。儀器正常工作的線電壓100V~240VAC,頻率50Hz或60Hz。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用Keithley2600系列單通道測(cè)試一個(gè)電阻，提供電流，測(cè)量電壓，繪制出I-V特性曲線并計(jì)算出電阻值，與萬用表測(cè)量的電阻值進(jìn)行比較驗(yàn)證。四、 實(shí)驗(yàn)步驟第一步：打開電源第二步：連接待測(cè)器件選擇通道A,將模式調(diào)為開爾文測(cè)試模式，用四根線，其中的兩根紅線接到電阻一端，兩根黑線接電阻另一端。選用A通道，紅黑表筆連接電阻兩端，設(shè)置測(cè)量值為電壓，自變量為電流。第三步：進(jìn)行測(cè)量模式和源、測(cè)量范圍的設(shè)置通過SRC按鍵將源設(shè)為電流，，通過range按鍵將單位調(diào)為mA，通過meas按鍵將測(cè)量調(diào)為電壓，通過range按鍵將單位調(diào)為mV，通過limit按鍵將限值調(diào)為IV。第四步：進(jìn)行測(cè)試不斷調(diào)節(jié)電流值，并記下相應(yīng)的電壓值。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出特性曲線圖。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，分析可能產(chǎn)生誤差的原因。實(shí)驗(yàn)二利用數(shù)字源表進(jìn)行二極管特性參數(shù)的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諗?shù)字源表的測(cè)試原理及單通道測(cè)試的使用方法；掌握二極管特性參數(shù)的基本測(cè)試原理及方法；掌握數(shù)字源表四線制測(cè)試的方法及優(yōu)勢(shì)。二、實(shí)驗(yàn)原理1、 發(fā)光二極管簡(jiǎn)介它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。2、 發(fā)光二極管的主要特性參數(shù)及含義普通發(fā)光二極管的正向飽和壓降為?正向工作電流為5?20mA3、 LED的特性極限參數(shù)的意義允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。電參數(shù)的意義正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6?IFm以下。正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在?3V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。V-I特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR<10口A以下。整流二極管IN4007簡(jiǎn)介1N4007是封裝形式為DO-15的塑料封裝型通用硅材料整流二極管。廣泛應(yīng)用于各種交流變直流的整流電路中。整流二極管IN4007的主要特性參數(shù)及含義二極管類型：StandardRecovery電壓,Vrrm:1000V電流，If平均：1A正向電壓Vf最大：1.1V電流，Ifs最大:30A封裝形式:DO-41針腳數(shù)：2器件標(biāo)記：1N4007封裝類型:DO-41總功率，Ptot：2.5W正向電壓，于If:1.1V電流，Ifsm:30A結(jié)溫，Tj最高：175°C表面安裝器件:軸向引線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 對(duì)發(fā)光二極管的I-V特性進(jìn)行測(cè)試，利用Keithley2600系列數(shù)字源表的單通道進(jìn)行測(cè)試，提供電流，測(cè)量電壓，記錄電壓隨電流變化的趨勢(shì)，繪制出I-V特性曲線。特別標(biāo)注開始發(fā)光的起始電壓值。2、 對(duì)整流二極管IN4007的I-V特性進(jìn)行測(cè)試，利用Keithley2600系列數(shù)字源表的單通道進(jìn)行測(cè)試，提供電流，測(cè)量電壓，記錄電壓隨電流變化的趨勢(shì)，繪制出I-V特性曲線。實(shí)驗(yàn)步驟第一步：打開電源第二步：連接待測(cè)器件選擇通道A,將模式調(diào)為開爾文測(cè)試模式，用四根線，其中的兩根紅線接到二極管正端，兩根黑線接二極管負(fù)端。紅表筆連接到二極管的陽極，黑表筆連接到二極管的陰極。第三步：進(jìn)行測(cè)量模式和源、測(cè)量范圍的設(shè)置通過SRC按鍵將源設(shè)為電流，通過range按鍵將單位調(diào)為mA，通過meas按鍵將測(cè)量調(diào)為電壓，通過range按鍵將單位調(diào)為V,通過limit按鍵將限值電壓調(diào)為5V。A，B兩個(gè)通道同時(shí)使用，設(shè)置電壓，電流的最高值。第四步：進(jìn)行測(cè)試五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求整理不同類型二極管測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出其I-V特性曲線圖。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，分析可能產(chǎn)生誤差的原因。

實(shí)驗(yàn)三利用數(shù)字源表進(jìn)行三極管特性參數(shù)的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握數(shù)字源表的測(cè)試原理及雙通道測(cè)試的使用方法；2.掌握三極管特性參數(shù)的基本測(cè)試原理及方法；掌握集成電路數(shù)據(jù)表(datasheet)的閱讀理解和使用。二、實(shí)驗(yàn)原理1.三極管的極性及管型判斷把萬用表打到蜂鳴二極管檔，首先用紅筆假定三極管的一只引腳為b極，再用黑筆分別角碰其余兩只引腳，如果測(cè)得兩次讀數(shù)相差不大，則表明假定是對(duì)的，紅筆接的就是b極，而且此管為NPN型管。c、e極的判斷，在兩次測(cè)量中黑筆接觸的引腳，讀數(shù)較小的是c極，讀數(shù)較大的是e極。紅筆接b極，當(dāng)測(cè)得的兩級(jí)數(shù)值都不在范圍內(nèi)，則按PNP型管測(cè)。PNP型管的判斷只須把紅黑表筆調(diào)換即可，測(cè)量方法同上。NPN型值為3眄￡00值為3CKHEOO值為NPN型值為3眄￡00值為3CKHEOO值為3CKAE00值為如圖3.1判斷極性方法示意圖2、三極管S9012簡(jiǎn)介及主要特性參數(shù)三極管s9012三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的能量罷了。三極管有一個(gè)重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)B。當(dāng)三極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)是注入電流B倍的電流,即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。3、 三極管S9013簡(jiǎn)介及主要特性參數(shù)9013是一種NPN型硅小功率的三極管它是非常常見的晶體三極管。9013結(jié)構(gòu)：NPN集電極-發(fā)射極電壓25V集電極-基電壓45V射極-基極電壓5V集電極電流耗散功率0.625W結(jié)溫150°C特怔頻率最小150MHZ放大倍數(shù)：D64-91E78T12F96-135G122-166H144-220I190-3004、 三極管輸入特性曲線含義及特點(diǎn)三極管的特性曲線是用來表示各個(gè)電極間電壓和電流之間的相互關(guān)系的，它反映出三極管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。特性曲線可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，也可在晶體管圖示儀上直觀地顯示出來。1)．輸入特性曲線晶體管的輸入特性曲線表示了V為參考變量時(shí)，I和V的關(guān)系。CE1B=f(VBE)LCE常數(shù)(5-1)圖是三極管的輸入特性曲線，由圖可見，輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：輸入特性也有一個(gè)“死區(qū)”。在“死區(qū)”內(nèi)，V雖已大于零，但I(xiàn)幾乎仍為零。當(dāng)V大于某一值BE B BE后，I才隨V增加而明顯增大。和二極管一樣，硅B BEB BE80604020Vce>1V0 0.20.40.60.8 VBE(V)BE圖3.2三極管的輸入特性曲線晶體管的死區(qū)電壓V(或稱為門檻電壓)約為，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓V=()V；T BE鍺晶體管的死區(qū)電壓V約為，導(dǎo)通電壓約()V。若為PNP型晶體管，則發(fā)射T結(jié)導(dǎo)通電壓V分別為(-0.6~-0.7)V和(-0.2~-0.3)V。BE一般情況下，當(dāng)V>1V以后，輸入特性幾乎與V=1V時(shí)的特性重合，因CE CE5-2)iB=常數(shù)圖是三極管的輸出特性曲線，當(dāng)I改變時(shí),B可得一組曲線族，由圖可見，輸出特性曲線可1C=5-2)iB=常數(shù)圖是三極管的輸出特性曲線，當(dāng)I改變時(shí),B可得一組曲線族，由圖可見，輸出特性曲線可1C=f(VCE)分放大、截止和飽和三個(gè)區(qū)域。(1)截止區(qū)：I=0的特性曲線以下區(qū)B域稱為截止區(qū)。在這個(gè)區(qū)域中，集電結(jié)處于反54321大區(qū)Ic(mA)_100uA_ -60^A_ __20uA■f截止區(qū) Ib=00 3 6 9 12 VCE(V)圖三極管的輸出特性曲線偏，V<0發(fā)射結(jié)反偏或零偏，即V>V2V。BE CEB電流I很小，(等于反向穿透電流I)工作在截止區(qū)時(shí)，晶體管在電路中猶如C CEO一個(gè)斷開的開關(guān)。為V>1V后，I無明顯改變了。晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，V總是大于1V的(集CEBCE電結(jié)反偏)，因此常用V三IV的一條曲線來代表所有輸入特性曲線。CE5、 三極管輸出特性曲線含義及特點(diǎn)CCE晶體管的輸出特性曲線表示以I為參考變量時(shí)，I和V的關(guān)系，即:CCE(2)飽和區(qū)：特性曲線靠近縱軸的區(qū)域是飽和區(qū)。當(dāng)V<V時(shí)，發(fā)射結(jié)、CEBE集電結(jié)均處于正偏，即V>V>V。在飽和區(qū)I增大，I幾乎不再增大，三極管BCEBC失去放大作用。規(guī)定V=V時(shí)的狀態(tài)稱為臨界飽和狀態(tài)，用V表示，此時(shí)集CEBECES電極臨界飽和電流：ICSVcc^ICSVcc^Vces基極臨界飽和電流：3-1)(3-2)當(dāng)集電極電流當(dāng)集電極電流I>ICCS時(shí)，認(rèn)為管子已處于飽和狀態(tài)。I<I時(shí)，管子處于放CCS大狀態(tài)。管子深度飽和時(shí)，硅管的V約為，鍺管約為0.1V,由于深度飽和時(shí)V約CECE等于0，晶體管在電路中猶如一個(gè)閉合的開關(guān)。(3)放大區(qū)：特性曲線近似水平直線的區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)。在這個(gè)區(qū)域里發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，即V>V>V。其特點(diǎn)是I的大小受I的控制，△I=BACBECBC晶體管具有電流放大作用。在放大區(qū)B約等于常數(shù)，I幾乎按一定比例等距BC離平行變化。由于I只受I的控制，幾乎與V的大小無關(guān)。特性曲線反映出恒CBCE流源的特點(diǎn)，即三極管可看作受基極電流控制的受控恒流源。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、2.對(duì)三極管S9012的輸入特性和輸出特性進(jìn)行測(cè)試，利用Keithley2600系列數(shù)字源表的雙通道進(jìn)行測(cè)試,A通道提供基極電流iB，測(cè)量基極發(fā)射極電壓uBE；B通道提供集電極發(fā)射極電壓uCE，測(cè)量集電極電流ic1、2.輸出叵路j(-/mA.L飽和X-盂Tv 截l二區(qū)（C）NPN型三極管共發(fā)射極電路特性曲線（日）電路（b）輸入特性曲線（C）輸出特性曲線圖3.4實(shí)驗(yàn)電路及示例特性曲線對(duì)三極管S9013的輸入特性和輸出特性進(jìn)行測(cè)試，利用Keithley2600系列數(shù)字源表的雙通道進(jìn)行測(cè)試,A通道提供基極電流iB，輸出叵路j(-/mA.L飽和X-盂Tv 截l二區(qū)（C）NPN型三極管共發(fā)射極電路特性曲線（日）電路（b）輸入特性曲線（C）輸出特性曲線圖3.4實(shí)驗(yàn)電路及示例特性曲線測(cè)量輸入特性曲線時(shí)，分別固定uCE為0V和1V,然后改變iB值，測(cè)量uBE。測(cè)量輸出特性曲線時(shí)，分別固定iB為，然后改變uCE，測(cè)量ic。實(shí)驗(yàn)步驟第一步：打開電源第二步：連接待測(cè)器件用雙通道，通道A的紅線連接三極管的B極，黑線連接三極管的E極，通道B的紅線連接三極管的C極，黑線連接三極管的E極。選擇A通道，固定Uce的值。選擇B通道改變lb的值，測(cè)量Ube選擇A通道，固定Ib的值，之后選擇B通道通過改變Uce，測(cè)量Ic。第三步：進(jìn)行測(cè)量模式和源、測(cè)量范圍的設(shè)置通過通道A的SRC按鍵將源設(shè)為電流，，通過range按鍵將單位調(diào)為mA，通過meas按鍵將測(cè)量調(diào)為電壓，通過range按鍵將單位調(diào)為V；通過通道B的SRC按鍵將源設(shè)為電壓，，通過range按鍵將單位調(diào)為V，通過meas按鍵將測(cè)量調(diào)為電流，通過range按鍵將單位調(diào)為A。第四步：進(jìn)行測(cè)試（1） 先將通道B的電壓調(diào)為IV,然后改變通道A的源即電流值，記下相應(yīng)的的電壓值。（2） 先將通道A的電流調(diào)為，然后改變通道B的電壓值，記下相應(yīng)的電流值；然后分別將通道A的電流值調(diào)為，，，1.0mA，重復(fù)通道B的操作。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求整理被測(cè)三極管測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出其輸入輸出特性曲線圖。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，分析可能產(chǎn)生誤差的原因。實(shí)驗(yàn)四基于數(shù)字源表的基準(zhǔn)電壓源集成電路測(cè)試

、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握Keithley2600系列源表雙通道配合測(cè)量基本方法2、掌握電源類集成電路基本工作原理及參數(shù)的測(cè)試方法；3、掌握集成電路測(cè)試方案的制定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1.TL431簡(jiǎn)介TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置s到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為Q,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。圖4.1TL431符號(hào)及引腳圖圖是該器件的符號(hào)。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。TL431的具體功能可以用如下圖的功能模塊示意。圖4.2TL431圖4.2TL431結(jié)構(gòu)框圖由圖4.2可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過

三極管的電流將從1至到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用TL431的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。前面提到TL431的內(nèi)部含有一個(gè)的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過從陰極至陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖3所示的電路，當(dāng)R1和R2的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)Vout的分壓引入反饋，若Vout增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vout下降。顯見，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)Vout=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL