晶體二極管輸出特性曲線測試的實驗研究

晶體二極管輸出特性曲線測試的實驗研究

0對極限電壓的測試方法對晶體三元輸出特性的曲線測試是模擬電子技術(shù)最基礎(chǔ)的實驗之一。通過這個實驗,不但可以使學(xué)生了解三極管兩個PN結(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系,還可以使學(xué)生加深對三極管作為一個特殊的半導(dǎo)體元件,在不同的偏置電壓下,基極電流Ib、集電極電流Ic、集電極—發(fā)射極間電壓Uce三者之間關(guān)系的理解,弄清三極管的三種工作狀態(tài),為下步的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。但是,對于其測試方法,不同版本教材的表述并不一致,其測試電路,也不盡相同。這就導(dǎo)致了各種不同的理解,得到的測試結(jié)果也差異較大,指導(dǎo)老師和學(xué)生也感到無所適從。因此,有必要對此問題進(jìn)行探討。1內(nèi)阻電壓表的選擇在實驗電路中,測量Ube和Uce的電壓表,接在何處,分別有兩種情況:在輸入端,第一種是把電壓表接在電源和微安表之間(見圖1),另一種則是把電壓表接在微安表和晶體管之間(見圖2)。在輸出端,一種是把電壓表接在晶體管和毫安表之間(見圖3);另一種是把電壓表接在毫安表和電源之間(見圖4)。究竟那種接法合理,可通過對電流表和電壓表的內(nèi)阻情況作簡單分析。以NPN管為例,輸入端電源經(jīng)過電位器R1(在圖2中為電位器RW1)和電阻Rb、微安表給三極管提供一個基極—發(fā)射極間正向電壓Ube,這個電壓的大小在0～1伏之間。共射電路中,Rbe=1000Ω左右,實驗用0.5級電壓表內(nèi)阻為500歐/伏?？梢婋妷罕淼膬?nèi)阻和三極管的Rbe相差不大。在Uce=0伏的情況下,PN結(jié)正向?qū)〞r其內(nèi)阻也是1～2千歐。那么,如果把電壓表接在微安表和三極管之間,根據(jù)節(jié)點電流定律可知,微安表所流過的電流將有部分是流過電壓表的電流,Ib只是其中的一部分。可見,在這種情況下微安表所測量的數(shù)值是不準(zhǔn)確的,這種接法也是不合適的。再看輸出端,Uce≥0V后,對IC的影響很小,實驗所研究的對象仍是Ib和IC之間的關(guān)系。毫安表的內(nèi)阻極小,在小電流的情況下,它的分壓可以忽略不計(量程5mA的電流表,其分壓為12～28mV)。相反,電壓表的分流作用卻是不可忽視的。因此,較為合理的接法是把電壓表接在毫安表和電源之間。綜上所述,較為合理的完整的測試電路應(yīng)為如圖5所示,即輸入、輸出端分別采用圖1和圖4的接法。2基區(qū)特性的調(diào)整輸入特性曲線是指:當(dāng)三極管的集電極—發(fā)射極間電壓Uce保持為某定值時,加在三極管基極與發(fā)射極間電壓Ube與基極電流Ib之間的關(guān)系。可以用下式表示Ib=F(Ube)|Uce=定值測試輸入特性曲線,要分兩種情況,一種是Uce=0V時的曲線,再一種是Uce≥1V時的曲線。Uce=0V時,施加Ube,相當(dāng)于基極—發(fā)射極、基極—集電極兩個PN結(jié)都導(dǎo)通,其輸入特性曲線為兩個二極管的正向特性曲線的組合體,比較好測試。只要保持Uce=0V,調(diào)整Ube,就可以得到對應(yīng)的Ib。以下是以3DG12為測試管得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)Uce≥1V時,集電極可以把發(fā)射極注入基極的電子大部分都吸收過來,使基區(qū)電子復(fù)合減少,Ib變小,曲線右移。另一方面,盡管Uce繼續(xù)加大,進(jìn)入集電極的電子不會增加很多,故IC在一定的范圍增加很少,其曲線保持近似平行,略有上翹。有的教材上介紹,電路接通后,把Uce調(diào)到某值(=2V),固定不變,再把Ube調(diào)到指定數(shù)值,即可測Ib,實際情況則不是這樣的。實驗中把Uce調(diào)到2V之后,Uce也將變化,而不是固定不變。所以,必須同時調(diào)整Ube和Uce,才能使Uce始終保持2V,并在對應(yīng)的Ube下讀出Ib的值?，F(xiàn)以Uce=2V為例,以3DG12管為測試管進(jìn)行測試。為了說明問題,將兩種情況下測試的數(shù)值分列如下,以便判斷哪種方法的合理性。表2數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)Uce調(diào)到某值后,不再調(diào)整。那么,它在Ube增大過程中,將逐漸變小,Ube所對應(yīng)的Ib值不符合輸入特性的定義。根據(jù)表一和表三所列數(shù)據(jù),我們可以作出3DG12的輸入特性曲線,見圖6,它符合圖示儀所顯示的曲線。3循環(huán)特性分析三極管輸出曲線的測試,存在著和輸入特性曲線時類似的問題,以3DG12為例,當(dāng)Uce=0V或Ib(=0μA)的情況下,無論是固定Uce調(diào)整Ib,還是固定Ib調(diào)整Uce,其IC都是為零。但當(dāng)Uce≥0.2V之后,調(diào)整Ib將會引起Uce的變化;同樣的,當(dāng)Ib(=20μA)之后,調(diào)整Uce也會引起Ib的變化。所以,在實驗過程中,無論給Ib或是Uce一個數(shù)值,都必須反復(fù)調(diào)整Uce和Ube,才能使Uce和Ib保持在某一數(shù)值,進(jìn)而如得到對應(yīng)的IC值,從而作出比較準(zhǔn)確的曲線。下面,把Uce調(diào)到某一數(shù)值后不動,調(diào)整Ib所對應(yīng)的IC值及反復(fù)調(diào)整Ib和Uce,使之保持某一數(shù)值所得到的IC列表及作圖如下:依據(jù)表4及表5所列數(shù)值,作兩組輸出特性曲線。參照輸入特性曲線的分析方法,當(dāng)Ib增大時,Uce如不調(diào)整,其數(shù)值將逐漸減少,所對應(yīng)的IC值不符合輸出特性的定義(見圖7)。同時,從曲線上可以看出,當(dāng)Uce≥1V后,IC應(yīng)是一簇近似平行的曲線,而此線陡峻?？梢姳?所作曲線明顯不合理,而依據(jù)表5所作的曲線符合理論研究及圖示儀所示輸出特性曲線(見圖8)。4性曲線的測試從以上三極管輸入、輸出特