微电子实验完成版Word文档格式.docx

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学习并掌握该仪器的基本测试原理和使用方法，并巩固及加深对晶体管原理课程的理解。

二、实验原理介绍

测定晶体管的特性曲线和各种直流参数，最原始的方法是逐点测试扫描图法。

例如测定PNP晶体管共发射极输出特性（Vc~Ic|Ib=常数），只要RB远大于晶体管的输入电阻，则确定一个基极电位EBB，而改变集电极电位ECC，即能测出确定IB条件下VC和IC各个对应值，适当选取坐标就可绘制出晶体管特性曲线。

若要得到一族曲线，就得改变数次IB值。

显然，这种测试方速度太慢，而且在测试击穿特性（如击穿电压VCEO、VCBO）和最大ICM时易烧坏晶体管。

如果ECC能随时间连续变化，击穿电压和最大电流将是瞬时值，只要不过大，一般不会损坏晶体管。

如果把基极电压（或电流）改变数次，用一个等阶梯波代替，且把集电极电压和电流加到示波器上，就能直接从示波管的屏幕上得到一族晶体管特性曲线。

其中仪器里面的阶梯波信号电路：

它包括阶梯波发生器、阶梯放大器及阶梯选择开关。

它的作用是产生一个阶梯幅度相等，重复频率为100周和200周并与集电极半波正弦扫描电压有一定对应关系的阶梯波，根据测试要求，通过“阶梯选择”开关改变阶梯波幅度的大小（即改变被测晶体管基极电流或基极电压的阶梯值）、阶梯波的极性，对于每组出现的阶梯数也可由“级/簇”开关控制其大小。

集电极扫描电路：

由扫描电压发生器、极性开关及功耗限制电阻组成。

它给被测晶体管提供一个100周半波正弦扫描电压，其幅值有五个档位，且线性可调。

根据被测管的类型，改变扫描电压极性、幅度，选择适当功耗电阻值。

注意：

对于NPN晶体管测量时，扫描电压极性选择为“+”，阶梯信号的极性为“+”；

而PNP管测试时，扫描电压极性为“-”，阶梯信号极性为“-”。

测试管座上C和E孔分别接在仪器内部电源的正极和负极上；

而当扫描电压极性为“-”时，测试管座上C孔和E孔分别接在仪器内部电源的负极和正极上。

在测试击穿电压时不要接错。

为使在测试时不损坏晶体管，在测试电路中引入了功耗限制电阻。

功耗限制电阻在测量

击穿特性时用来限制击穿时电流倍增，防止电流过大而烧坏晶体管，且具有稳定电流到某一数值以便观察的作用。

在观察特性曲线时，该功耗限制电阻又用作被测晶体管的集电极负载。

选择适当的电阻值，并适当调节扫描电压幅度，使直流负载线上任意一点的功耗VCIC<

PCM，避免烧坏晶体管。

示波器及开关转换电路：

示波器和通常的示波器一样，包括有示波器管、x轴放大、y轴放大和旋转开关，仅仅是它的扫描电压不是一个锯齿波，而是一个

100周半波正弦电压，通过选择适当的开关位置，从示波管的标尺刻度上即可直接读出加在示波管上的电压和电流值，观察晶体管的各种特性曲线。

图1.1是被测晶体管基极电流、集电极电压与输出特性波形之间关系。

三、实验设备介绍

晶体管直流参数是衡量晶体管质量优劣的重要性能指标。

在晶体管生产中和晶体管使用前，须对其直流参数进行测试。

晶体管图示仪是一类专门用于晶体管直流参数测量的仪器。

用该仪器可在示波管屏幕上直接观察各种直流特性曲线，通过曲线在标尺刻度的位置可以直接读出各项直流参数。

用它可测试晶体管的输出特性、输入特性、转移特性和电流放大特性等；

也可以测定各种极限、过负荷特性。

四、实验内容和步骤

1.测量整流、稳压二极管的正、反向特性。

2.测试NPN晶体管，如2N3904的基本直流参数。

3.测试PNP晶体管，如2N3906的基本直流参数。

4.测试场效应管2SK30、IRF830的直流参数。

准备工作：

在仪器未通电前，把“辉度”旋至中等位置，“峰值电压”范围旋至0-10伏档，“功耗限制电阻”调到1K档，“峰值电压”调到0位，“X轴作用”置集电极电压1伏/度档，“Y轴作用”置集电极电流1毫安/度档。

接通电源预热10分钟。

调节“辉度”和“聚焦”使显示的图像清晰。

1.二极管的测试

二极管有多种类别，都有正、负极。

直流电源正极连接二极管正极，电源负

极连接二极管负极叫正向连接，反之亦然。

对于硅管，Vbe=0.6-0.7V，其反向电压差别很大。

发光二极管，因材料不同，一般导通为1.8V，反向几十到百伏不等，另外给发光管加交流电压，观察发光情况。

锗材料一般0.3-0.4V，但反向电压差别很大。

分别测整流、稳压二级管的直流正、反向特性。

选点不少于10个。

以测整流二极管1N4004正向特性曲线为例。

把“Y轴作用”的IC置于0.5mA/div，“X轴作用”VCE置0.1V/div，把“峰值电压”范围调到20%左右，扫描电压极性为“+”，“阶梯作用”置于重复，阶梯选择为5uA/div，阶梯信号极性也为“+”。

“级/簇”置为10，功

C

B

E

图1.2PN结的伏安特性

耗电阻为250Ω。

字符显示Y50mAI114mAX0.1VU0.792V

图1.3整流管1N4004的正向特性曲线

测稳压管的条件跟上述的一样，但管脚的插法不一样。

稳压管的负极要接到电源的正极，即插座的“C”极。

它的负极要接到插座的“E”极。

把“峰值电压”范围调到20%左右。

2.双极型晶体管参数的测试（以2N3904为例）（1电流放大系数β测试

测试盒发射极接地，把被测管的基极、发射极和集电极分别插到管座相对应的孔中，“Y轴作用”的IC置1mA/div，“X轴作用”的VCE置1V/div，扫描电压极性为“+”,“阶梯作用”置于重复，阶梯选择为5uA/div，阶梯信号极性也为“+”,“级/簇”置为10，“峰值电压”范围为60%,极性NPN为“+”，“功耗电阻”为250Ω。

倒向弹出，双簇弹出。

CBE

字符显示Y1mAI3.56

X1VU4.48VS5μA

β152图1.4NPN管2N3904的特性曲线

这时逐渐加大扫描电压，屏上出现晶体管的输出特性曲线，那么再利用仪器的字符显示功能，按下“D/T”键，此键有三个态，平时是处于关态。

按一下就会进入D态，即二端器件测试态。

显示单光标［+］和四行字符串Y、I、X、U，其中Y、X分别为垂直、水平坐标值，I、U分别为垂直、水平测试值。

再按一下，就会进入T态，即三端器件测试态。

此时，会在D态基础上显示增加辅助光标［⨯］，并增加阶梯坐标值字符串S和测试值字符串β（hfe）、G（gm）。

那么我们就利用这两个光标读出晶体管的β值，具体是这样做的，把两个光标移动到晶体管的输出特性曲线上，β、G的读出值须除以两个光标之间的曲线数N。

即β（实际值）＝β（读出值）／N。

G（实际值）＝G（读出值）／N。

（2饱和压降VCES

测量β后，先不改变上述条件，把“X轴作用”VCE为0.1V左右，“阶梯选择”为Ib为0.1mA/度档，那么输出特性曲线的第10根曲线就是代表Ib=1mA。

调节“Y轴作用”Ic=10mA或邻近的档位，目标是把曲线调整到清晰。

然后，沿着第10条曲线调节“+”光标，字符显示的I=

10mA时，读U的值。

此时的U就是VCES。

其实，PNP管的输出特性的曲线跟NPN管的输出特性曲线的形状差不多，但是原点位置大不一样，它们正好是对角的点。

而此时的扫描电压要改变极性，而阶梯信号的极性也要同时改变。

则两个电压都要变成“-”。

3.场效应管参数测试

晶体管特性图示仪是为普通的NPN、PNP晶体管的特性图示分析而设计的，要用它来检测场效应管，就必须找出场效应管和普通晶体管之间的相似点和不同处。

场效应管的源极（S、栅极（G和漏极（D分别相当于普通晶体管的发射极（E、基极（B、和集电极（C。

普通晶体管是电流控制元件，而场效应管则是电压控制元件。

1场效应管2SK30是N-MOS器件，它的管脚分布如图1.5所示。

图1.52SK30管脚分布图

按照管脚的分布插好管脚后，把“Y轴作用”调到0.2mA/div，“X轴作用”调到1V/div，扫描电压极性为“+”,“功耗限制电阻”调为250Ω，“峰值电压”范围为60%,“阶梯档级”调到0.1V/div,“阶梯极性”为“-”，“级/簇”置为10。

具体的输出特性曲线图类似于晶体管的外型，所以这里就不给出了。

2场效应管IRF830是大功率器件，所以测量的时候要小心碰到管子，因为在工作中的管子是很热的。

测量前，“Y轴作用”要0.5安/度档，“X轴作用”要调到1伏/度档。

集电极极性为“+”，“级/簇”置为2，“ΔVB”为按入。

然后调节峰值电压%到适中位置，那么曲线便出来。

五、注意事项和要求

1．测量稳压二极管时，只需要将二极管的正极接仪器内部电源的负极（管坐上C孔），二极管的负极接仪器内部电源的正极（管坐上E孔），无需改变扫描电压的极性。

2．测量PNP型三极管时，扫描电压极性和阶梯信号极性均为负，即扫描极性和阶梯极性按键均按入。

3．测量场效应晶体管时，由于场效应晶体管是压控元件，阶梯极性需调到电压档，并且“ΔVB”为按入。

六、作业及预习要求

1.从特性曲线上，找出截止、放大及饱和区。

2.通过测量我们可以从字符显示，得到被测器件的β和g值，那么我们再根据仪器屏

幕上的曲线再算β和g值，从而来验证上一步所得到的β和g值3.要求预习三种器件直流特性相关内容。

七、参考书目

✧陈星弼、张庆中。

晶体管原理与设计电子工业出版社✧刘刚、何笑明、陈涛。

微电子器件与IC设计科学出版社

实验二晶体管开关时间的测量学时安排：

3学时实验类别：

本实验通过测量双极型晶体管的开关时间，熟悉开关时间的测试原理、掌握开关时间的测试方法、研究测试条件变化对晶体管开关时间的影响。

图2.1晶体管开关电路示意图图2.2开关晶体管输入、输出波形

-VBB（t

Vt（t

t

（tIcs0.9Ic

0.1I

c

tf

图2.1是典型的NPN晶体管开关电路，图中RL和RB分别为负载电阻和基极偏置电阻-VBB和+VCC分别为基极和集电极的偏置电压。

如果给晶体管基极输入一脉冲信号Vb，基极和集电极电流ib和ic的波形如图2.2所示。

当基极无信号输入时，由于负偏压VBB的作用，使晶体管处于截至状态，集电极只有很小的反向漏电流即ICEO通过，输出电压接近于电源电压+VCC。

此时晶体管相当于一个断开的开关。

当给晶体管输入正脉冲Vb时，晶体管导通。

若晶体管处于饱和状态，则输出电压为饱和电压VCES，集电极电流为饱和电流ICS。

此时，晶体管相当于一个接通的开关。

由图3.2可以看出：

当输入脉冲Vb加入时，基极输入电流立刻增加到IB1、但集电极电流要经过一段延迟时间才增加到ICS，当输入脉冲去除时，基极电流立刻变到反向基极电流IB2，而集电极电流也经过一段延迟时间才逐渐下降。

晶体管