晶體管特性圖示儀使用詳解

第七章晶體管特性圖示儀使用詳解課程：《電子測量與儀器》1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

2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)。3（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）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)。

42．?dāng)?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(xiàng)邏輯功能是否正常。

5（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能是否正常而給出結(jié)果。適于對(duì)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的測試，檢查其功能。

6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(diǎn)：使用面寬、直觀性強(qiáng)、用途廣泛、讀測方便等。71．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)。8

例如：晶體管的共發(fā)射極輸出特性曲線如圖所示。9

測繪晶體管特性曲線方法：點(diǎn)測法（靜態(tài)法）和圖示法（動(dòng)態(tài)法）。（1）點(diǎn)測法以晶體管輸出特性曲線為例，測試電路如圖所示。

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①調(diào)節(jié)UBB，固定一IB值。②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。③再調(diào)節(jié)UBB改變一個(gè)IB值。④重復(fù)上述過程，可得另一條曲線。⑤最終完成被測晶體管的輸出特性曲線。11

特點(diǎn)：操作繁瑣，不能反映晶體管動(dòng)態(tài)工作時(shí)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(shí)，容易損壞晶體管。12

（2）圖示法

①用50Hz交流電的全波整流電壓代替Vcc。13②階梯波電壓每上升一級(jí)，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(shí)間關(guān)系如圖（a）所示，就獲得了UCE

與IB

的同步變化。③全波整流電壓和階梯波電壓同步，每一級(jí)階梯波對(duì)應(yīng)一條曲線。14

特點(diǎn)：這種方法直觀，操作簡便，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)測量。由于集電極掃描電壓是隨時(shí)間連續(xù)變化的脈動(dòng)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。15

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。

16組成：基極階梯波信號(hào)源、集電極掃描電壓發(fā)生器、工作于X-Y方式的示波器、測試轉(zhuǎn)換開關(guān)及一些附屬電路。17

（1）基極階梯信號(hào)源作用：產(chǎn)生階梯電流或階梯電壓。18（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。

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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。20RF

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。21（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。

22（4）開關(guān)用附屬電路作用：準(zhǔn)確測試晶體管特性曲線及適應(yīng)測試不同的晶體管的需要。①極性開關(guān)基極階梯信號(hào)源和集電極掃描電壓正、負(fù)極性選擇開關(guān)。②X軸、Y軸選擇開關(guān)把不同信號(hào)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。

23③零電壓、零電流開關(guān)可使基極接地或基極開路，便于對(duì)某些晶體管參數(shù)的測試。④靈敏度校準(zhǔn)電壓可提供校準(zhǔn)電壓，用于對(duì)刻度進(jìn)行校正。

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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。

25測試正向特性加正極性掃描電壓，測試反向特性時(shí)加負(fù)極性掃描電壓。不必使用階梯信號(hào)。將集電極電壓接至X軸，RF上的采樣電壓接至Y軸，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。

26（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(hào)提供基極電流。

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注意：此時(shí)IB和UBE均為階梯波，但I(xiàn)B每級(jí)高度基本相同，而UBE由于輸入特性的非線性而每級(jí)高度不同。集電極掃描電壓的變化反映在熒光屏上為亮點(diǎn)在各級(jí)水平方向的往返移動(dòng)。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。28（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。

29類同于晶體三極管IC=f（UCE）曲線的測試，C、B、E對(duì)應(yīng)D、G、S。階梯信號(hào)：用階梯電壓。階梯信號(hào)和掃描信號(hào)的極性：根據(jù)被測場效晶體管類型決定。30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10μA/div～0.5A/div，分15擋二極管反向漏電流0.2μA/div～5μA/div，分5擋集電極電壓0.05V/div～50V/div，分10擋基極電壓0.05V/div～１V/div，分5擋階梯電流0.2μA/級(jí)～50mA/級(jí)，分17擋集電極掃描峰值電壓10V～500V，分4擋功耗限制電阻0～0.5M

，分11擋312．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(hào)每次復(fù)零時(shí)，“二簇電子開關(guān)”將階梯信號(hào)交替送至其中一只被測管的基極，實(shí)現(xiàn)了在屏幕上同時(shí)顯示兩只晶體管的特性曲線的目的。

32333．面板說明XJ4810型圖示儀的面板如圖所示。

34（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

①“峰值電壓范圍”按鍵開關(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(shí)現(xiàn)雙向掃描，使屏幕同時(shí)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(shí)，應(yīng)先將“峰值電壓%”調(diào)節(jié)至0位置。

35②“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。③“+、-”極性按鍵開關(guān)。作用：按下時(shí)集電極電源極性為負(fù)，彈出時(shí)為正。

36④“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(shí)容性電流最小，減小測量誤差⑤“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。37

（3）Y軸部分①“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(shí)，代表基極階梯電流或電壓，每級(jí)一度。置“外接”時(shí)，Y軸系統(tǒng)由外接信號(hào)輸入，外輸入端位于儀器側(cè)板處。

38②“移位”旋鈕垂直移位。旋鈕拉出時(shí)相應(yīng)指示燈亮，此時(shí)Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小為原來的1/10。③“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。39（4）X軸部分①“電壓/度”開關(guān)電壓量程開關(guān)。置“л”時(shí)，代表基極階梯電流或電壓，每級(jí)一度。置“外接”時(shí)，X軸系統(tǒng)由外接信號(hào)輸入，外輸入端信于儀器側(cè)板處。②“移位”旋鈕水平移位。③“增益”旋鈕用于調(diào)節(jié)X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。一般情況下不需經(jīng)常調(diào)整。

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（5）顯示部分①“轉(zhuǎn)換”按鍵開關(guān)顯示曲線圖像Ⅰ、Ⅲ象限互換。②“⊥”按鍵開關(guān)此時(shí)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(diǎn)。③“校準(zhǔn)”按鍵開關(guān)此時(shí)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(diǎn)開始，X、Y方向各移動(dòng)10度。

41（6）階梯信號(hào)部分①“電壓-電流/級(jí)”開關(guān)確定每級(jí)階梯的電壓值或電流值。

②“串聯(lián)電阻”開關(guān)改變階梯信號(hào)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(jí)”置電壓擋時(shí)有效。

42③“級(jí)/簇”旋鈕調(diào)節(jié)階梯信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)級(jí)數(shù)，在1~10級(jí)之間內(nèi)連續(xù)可調(diào)。④“調(diào)零”旋鈕調(diào)節(jié)階梯信號(hào)起始級(jí)的電平，正常使用時(shí)該級(jí)應(yīng)調(diào)至零電平。⑤“極性”開關(guān)選擇階梯信號(hào)的極性。43⑥“重復(fù)-關(guān)”開關(guān)開關(guān)彈出時(shí)，階梯信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)，正常測試時(shí)多置于該位置；開關(guān)按下時(shí)，階梯信號(hào)處于待觸發(fā)狀態(tài)。⑦“單簇”按鈕與“重復(fù)-關(guān)”開關(guān)配合使用。當(dāng)階梯信號(hào)處于待散發(fā)狀態(tài)時(shí)，按下該鈕，對(duì)應(yīng)指示燈亮，階梯信號(hào)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。

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（7）測試臺(tái)部分①“左”按鍵開關(guān)按下時(shí)，測試左邊被測管特性。②“右”按鍵開關(guān)按下時(shí)，測試右邊被測管特性。③“二簇”按鍵開關(guān)按下時(shí)，自動(dòng)交替接通左、右兩只被測管，屏幕上同時(shí)顯示兩管的特性，便于進(jìn)行比較。

45④“零電壓”按鈕按下時(shí)，被測管基極接地。

⑤“零電流”按鈕按下時(shí)，被測管基極開路。464.使用方法（1）開啟電源，指示燈亮，預(yù)熱約10min。（2）調(diào)節(jié)“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”旋鈕，使屏幕上的光點(diǎn)或線條明亮、清晰。（3）靈敏度校準(zhǔn)①將“峰值電壓%”旋鈕調(diào)至0，利用移位旋鈕使光點(diǎn)位于屏幕左下角。②按下顯示部分的“校準(zhǔn)”按鍵開關(guān)，使光點(diǎn)應(yīng)準(zhǔn)確的跳至右上角（向上、向右各10度）。

47（4）階梯調(diào)零目的：使階梯信號(hào)的起始級(jí)在零電位的位置。調(diào)節(jié)方法如下：①將階梯信號(hào)及集電極電源均置于“+”極性，X軸“電壓/度”置于“1V/度”，Y軸“電流/度”置于“鋸齒波”，階梯信號(hào)部分“電壓電流/級(jí)”置于“0.05V/級(jí)”，“重復(fù)-關(guān)”置于“重復(fù)”，“級(jí)/簇”置于適中位置，集電極電源部分“峰值電壓范圍”置于“10V”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。

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②按下顯示部分的“⊥”按鍵，光跡在調(diào)到最下一根水平刻度線。

③該按鍵復(fù)位，調(diào)