晶体管测试.docx

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晶体管测试

实验二晶体管测试

一、实验目的：

1．熟悉晶体二极管、三极管和场效应管的主要参数。

2．学习使用万用电表测量晶体管的方法。

3．学习使用专用仪器测量晶体管的方法。

二、实验原理：

（一）晶体管的主要参数：

晶体管的主要参数分为三类：

直流参数、交流参数和极限参数。

其中极限参数由生产厂规定，可以在器件特性手册查到，直接使用。

其它参数虽然在手册上也给出，但由于半导体器件的参数具有较大的离散性，手册所载参数只能是统计大批量器件后得到的平均值或范围，而不是每个器件的实际参数值。

因为使用晶体管时必须知道每个管子的质量好坏和某些重要参数值，所以，测量晶体管是必须具备的技术。

下面结合本次实验内容，简介晶体管的主要参数。

1．晶体二极管主要参数：

使用晶体二极管时需要了解以下参数：

（1）最大整流电流IF：

二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，由手册查得。

（2）正向压降VD：

二极管正向偏置，流过电流为最大整流电流时的正向压降值，可用电压表或晶体管图示仪测得。

（3）最大反向工作电压VR：

二极管使用时允许施加的最大反向电压。

可用电压表或晶体管特性图示仪测得反向击穿电压V（BR）后，取其1∕2即是。

（4）反向电流IR：

二极管未击穿时的反向电流值。

可用电流表测得。

（5）最高工作频率fM：

一般条件下较难测得，可使用特性手册提供的参数。

（6）特性曲线：

二极管特性曲线可以直观地显示二极管的特性。

由晶体管特性图示仪测得。

2．稳压二极管主要参数：

稳压二极管正常工作时，是处在反向击穿状态。

稳压二极管的参数主要有以下几项：

（1）稳定电压VZ：

稳压管中的电流为规定电流时，稳压管两端的电压值。

手册虽然给出了每种型号稳压二极管的稳定电压值，但此值的离散性较大，所以手册所给只能是一个范围。

此值必须测定后才能使用稳压二极管。

可用万用电表或晶体管特性图示仪测量。

（2）稳定电流IZ：

稳压管正常工作时的电流值，参数手册中给出。

使用晶体管特性图示仪测量此项参数比较方便，可直接观察到稳压管有较好稳压效果时对应的电流值，便是此值。

（3）动态电阻rZ：

稳压管两端的电压VZ和流过稳压管的电流I的变化量之比，可用电压表、电流表共同测得，或用晶体管特性图示仪测得，用下式计算：

（4）额定功耗PZ：

由生产厂规定，可由特性手册中查到。

3．晶体三极管主要参数：

（1）直流电流放大系数

：

可用电流表或晶体管特性图示仪测得集电极电流IC和基极电流IB后算出，也可用数字万用表的HFE档测得。

计算公式：

式中ICE0是三极管的穿透电流。

当此值很小时，可以使用下式：

数字万用表的HFE档是专用来测量晶体三极管

值的。

其提供的测试条件为：

基极电流IB约10μA、VCC约2.8V。

其测得值不太精确，只能作为参考。

（2）穿透电流ICE0：

基极开路时的IC值，此值反映了三极管的热稳定性，越小越好。

用电流表测得。

（3）交流电流放大系数β：

IC与IB的变化量之比。

可由电流表或晶体管特性图示仪测得ΔIC和ΔIB后根据下式计算：

该参数也可表为hfe。

两者略有区别：

β是指对应实际工作条件时的ΔIC与ΔIB之比，而hfe是指在给定条件下（一般由生产厂给定）的ΔIC与ΔIB之比。

β与hfe的值基本相等，所以在使用时常常不予区别。

（4）反向击穿电压BVCE0：

基极开路时，C、E之间的击穿电压。

也可表示为

U（BR）CE0。

在使用中是一项重要的参数，可由电流表、电压表配合测得。

使用晶体管特性图示仪测量十分方便。

测量时应注意集电极功耗电阻应取10K以上，避免击穿时集电极电流过大，使被测三极管因功耗过大烧毁。

（5）其它参数或在一般条件下不易测得，或在使用中意义不大，不再介绍。

如果在使用中用到，可由三极管参数手册查阅。

4．场效应管的主要参数

（1）饱和漏电流（IDSS）：

这是结型（JFET）或耗尽型场效应管（MOSFET）的一项重要参数，是指场效应管栅源电压（VGS）为零时的漏极电流（ID）。

可用电流表或晶体管图示仪测得。

（2）夹断电压（VP或UGS（off））：

结型或耗尽型场效应管的重要参数，是指当结型场效应管栅—源之间加足够高的负偏压时，导电沟道完全闭合，漏极电流近似为零时的栅源电压（VGS），可用万用表或晶体管图示仪测得。

实测时，为便于测量，规定VP对应的最小漏极电流值。

（3）开启电压（Von或UGS（th））：

这是增强型MOS场效应管的一项重要参数，是指漏源电压（VDS）为固定数值条件下，能建立导电沟道，产生漏极电流（ID）所需的最小

值。

（4）低频跨导（gm）：

这是反映场效应管放大能力的一项参数，可用万用表或晶体管图示仪测得。

定义：

在VDS为固定值的条件下，

（S或mA∕V）

其它参数的定义和测试方法与晶体三极管差不多。

（二）使用万用电表电阻档测量晶体管：

指针式万用电表（500型）的“电阻档”，可测量元件的电阻值。

其原理为：

万用表内部电池作为测量电源，流过被测元件的电流使指针偏转，根据欧姆定律制作表盘的“电阻档”刻度，因此可以根据表盘刻度直接读出被测器件的电阻值。

当被测电阻的阻值为零时，指针偏转最大（满度）。

万用表Ω×1～Ω×1K档使用内部的1.5V电池，Ω×10K档使用内部的9V电池。

由图2.1可以看出，万用表的黑表笔连接内部电池的正极，红表笔连接内部电池的负极，使用时应该注意。

使用指针式万用电表测量半导体器件，是借用万用电表内部的电池作为测量电源，根据指针偏转的情况判断晶体管的某些参数。

由于“电阻档”不是专门为测量晶体管而设计的，所以其电阻档的读数没有实际意义，只能作定性的判别。

数字式万用表（890型）具有专门测量晶体二极管和晶体三极管的功能，它的

档可用于测量二极管PN结的单向导电性。

该档的显示值大约等于二极管正向导通压降（mV）。

测试条件为：

正向电流约1mA，开路电压约2.8V。

数字万用表的表笔颜色与内部电池的极性一致，即：

红表笔接内部电池的正极，黑表笔接内部电池的负极。

数字万用表的HFE档用于测量晶体三极管的

值，测试条件为：

IB≈10μA，VCC≈2.8V。

1．二极管的测量：

一个质量好的二极管，应该是反向电阻趋于无穷大，正向电阻越小越好。

（1）使用指针式万用表：

使用指针式万用表测量二极管，通过测量二极管PN结的单向导电性来判断二极管的引脚极性和质量好坏。

使用Ω×1K档，测量二极管的正、反向电阻，测得的电阻值越小，说明电路中的电流越大，导电性能越好；电阻值大，说明电路中的电流小，导电性能差。

当电阻值小时，二极管处于正向导通状态，这时黑表笔连接的引脚是二极管的正极。

见示意图2.2。

好的硅二极管应该是反向电阻无穷大，正向电阻小于10KΩ。

（2）使用数字万用表：

使用数字万用表的

档，可以测量二极管的正向导通电压。

当电表指示数字最高位为“1”，其它位空白时，表示被测电路的电阻无穷大，三极管处于反向截止状态；当指示为3位数时，为正向导通状态，其显示的数值约等于二极管的正向导通电压毫伏（mV）值。

在正向导通状态，红表笔连接的是二极管正极。

2．稳压管的测量：

在外加反向电压小于“反向击穿电压”时，稳压管的特性如普通二极管，可用上述方法检测其正、反向电阻，来判断是否损坏，以及判断引脚极性。

由于500型指针万用表的Ω×10K档使用9V电池，因此对于稳压值小于9V的稳压管，如果使用Ω×10K档来测量，则正、反向都会导通。

3．发光二极管（LED）的测量：

同普通二极管。

但由于发光二极管的正向导通电压约2V，因此使用指针式万用表测量时，必须使用Ω×10K档。

如果使用Ω×1K档测量，正、反向都不导通。

4．三极管的测量：

三极管是由两个PN结（发射结、集电结）组成的器件，一般具有3个引脚（某些型号三极管（例如3DG56型）具有四只引脚，其中一个脚接管壳，供接地屏蔽用）。

使用万用表可以判别三极管的极性（NPN或PNP型）、管脚（e、b、c）和估计三极管的性能好坏。

图2.3所示为NPN和PNP型晶体三极管的PN结结构。

根据图示结构，可以使用万用电表区分出三极管的极性和接脚。

以下的测量方法适用于数字表和指针表。

（1）区分三极管的基极b：

由图2.4可以看出，如果在c、e之间加测量电压，无论电源方向如何，总有一个PN结处于反向偏置状态，电路不会导通。

测量方法：

用万用表的红、黑表笔分别接触三极管的任意两个管脚，测量一次后，如果电阻值无穷大（指针表的表针不动；数字表只显示“1”），则将红、黑表笔交换，再测这两个管脚一次。

如果两次测得的电阻值都是无穷大，说明被测的两个管脚是集电极c和发射极e，剩下的一个则是基极b。

如果在两次测量中，有一次的阻值不是无穷大，则换一个管脚再测，直到找出正、反向电阻都大的两个管脚为止。

（如果在三个管脚中找不出正、反向电阻都大的两个管脚，说明三极管已经损坏，至少有一个PN结已经击穿短路。

）

要想区别e和c，需要测出三极管的极性后再进一步测量。

（2）区分三极管的极性（NPN、PNP）：

测出三极管的基极b后，通过再次测量来区分三极管是NPN型还是PNP型。

由图2.5可知：

当在基极加测量电压的正极时，NPN管的基极对另外两个极都是正向偏置，而PNP管的基极对另外两个极都是反向偏置。

所以测量方法如下：

将万用表的正表笔（指针表的黑表笔；数字表的红表笔）接触已知的基极，用另一支表笔分别接触另外两个管脚，如果另外两个管脚都导通，说明被测管是NPN型，否则是PNP型。

（3）测量三极管是否损坏：

三极管的损坏，是因为三极管的PN结损坏所致。

PN结的损坏分为两种情况：

短路和断路。

短路是指PN结失去“单向”导电性，成为通路，正、反向电阻都近似为零；断路是指PN结内部开路，电阻无穷大。

使用万用表判别三极管是否损坏，就是通过测量三极管的发射结和集电结是否具有单向导电性来判别三极管的好坏。

在以上两项的测量中，可以发现是否有PN结损坏。

损坏的PN结或者是正、反向电阻都趋于零，或正、反向电阻都无穷大，由此可以判别三极管是否损坏。

（4）区分发射极和集电极：

使用指针式万用表：

三极管的发射结、集电结对称于基极，所以仅仅通过测量“PN结单向导电性”难以区分出哪一个是发射极，哪一个是集电极。

但发射结和集电结的结构有所不同。

制造三极管时，发射区面积（体积）做得小，掺杂浓度高，便于发射载流子；而集电区面积大，掺杂浓度低，便于收集载流子，所以c、e正确连接电源时，三极管具有较大的电流放大的能力，用万用表Ω档测量，c、e之间的电阻小；当c、e与电源连接反了时，电流放大能力很差，c、e之间的电阻很大。

测试方法：

在已经确定了“极性”和“基极”的被测三极管上，先假定基极之外的两个脚中的某一个脚是集电极，则另一个脚为假定发射极。

用万用表的Ω×1K档按图2.6测试，图中的100K电阻是基极偏流电阻，需要外接，并与假定的集电极连接。

在假定的集电极和发射极引脚上加正确测试电压：

NPN管的集电极应连接黑表笔，发射极连红表笔；PNP管相反。

记录万用表的读数；然后将假定管脚交换，即将假定的集电极与发射极交换，仍按上述方法连线测量（注意基极偏流电阻总是连接假定的集电极），再次记录读数。

两次测量中，读数小（即电阻值小）的一次是正确的假定。

这样就区分出了发射极和集电极。

测量时两人同时操作较方便。

如果单人操作，可使用“鳄鱼夹”夹持管脚，或用两手分别捏住表笔和管脚，然后用舌尖舔基极，利用人体电阻作为基极偏流电阻，也可进行测量（除了急需，不建议使用此法）。

使用数字万用表来区分集电极和发射极十分方便。

仍然需要先测出被测管的极性和基极。

然后将数字表旋钮对准HFE档，将被测管按假定的e、c插入数字表的“三极管测量插座”中，其中基极和三极管的极性（NPN或PNP）必须正确，观察并记录数字显示的被测管HFE值；交换假定的c、e之后再测一次。

两次测量中数值大的一次为正确插入。

由此判断出被测管的e和c。

5．结型场效应管的测量

下面介绍结型场效应管的测试方法。

结型场效应管的内部结构如图2.7所示。

由图可以看出，当栅源电压（VGS）为0V时，场效应管的导电沟道最宽，沟道电阻最小，漏极与源极是导通的，其电阻值为直流导通电阻Ron（约几KΩ），而栅极与其它极之间呈现单向导电性。

因此使用万用表可以很方便的将栅极与其它两个极区分。

源极和漏极不必再区分，因为结型场效应管允许源极和漏极互换使用。

测试方法：

使用指针式万用表Ω×1K档或数字万用电表

档。

（1）找出栅极：

栅极与其它两个极之间有单向导电性，而漏、源极之间正反向电阻相等。

由此区分栅极。

（2）判断管子极性：

根据栅极的单向导电性，可以判断管子是N沟道型或P沟道型。

（3）判断管子好坏：

将表笔连接在已测出的源极和漏极上，观察并记录读数，这个数值越小，说明场效应管的导通电阻（Ron）越小；然后用手捏住栅极，万用表读数会有改变，数值变化越大，说明管子的放大倍数（跨导gm）越大。

Ron小、gm大的管子质量好。

（三）使用“晶体管特性图示仪”测量晶体三极管管参数。

“晶体管特性图示仪”是一种可以设定测试条件，定量显示被测管“输入特性”和“输出特性”的电子设备，测试项目多、测量结果准确。

只要了解其工作原理，使用起来并不复杂。

使用“晶体管图示仪”测试晶体三极管之前，必须预先了解被测管的极性和管脚（根据元件型号查阅手册或用万用表测得）。

“晶体管图示仪”的工作原理和使用方法在附录部分有详细介绍，这里不再赘述。

三、实验设备与元件

指针式万用表500型

数字万用表M890D

晶体管图示仪XJ4810或其它型号

晶体二极管1N41482AP9

发光二极管

晶体三极管CS9011（或9013）、CS9012（或3AX31B）

结型场效应管3DJ6

四、实验内容：

（一）使用万用电表电阻档测量二极管正、反向电阻，并将测量结果记入表2.1。

表2.1二极管测量记录

数据

型号

指针表Ω×1K档测

数字表

档测

判断管型

（硅、锗）

正向电阻

反向电阻

正向电阻

反向电阻

锗二极管

硅二极管

*实验用元件型号可能不同，应记录准确

*数字表显示数字如果只在最左边显示“1”表示被测电阻为无穷大。

（二）使用指针式万用表测量稳压二极管。

将测量结果记入表2.2。

表2.2稳压二极管和发光二极管测量记录

Ω档量程

管型

Ω×1K

Ω×10K

正向电阻

反向电阻

正向电阻

反向电阻

稳压二极管

发光二极管

*发光二极管测量时，使用Ω×1和Ω×10K档

（三）测量发光二极管

使用指针表和数字表测量，观察现象，记录数据。

注意正向导通时二极管发微光。

（四）使用指针式万用表测量三极管。

被测管使用CS9011（或CS9013）、CS9012（或3AX31B）。

根据前面实验原理所述的方法，进行以下操作练习：

1．使用指针式万用表Ω×1K档测量

（1）区分基极（b）

（2）区分极性（NPN、PNP）

（3）区分发射极（e）和集电极（c）

（4）测量b、c；b、e和c、e间的电阻，记入表2.3。

表2.3三极管测量数据记录

项目

型号

指针表Ω×1K档测得电阻

数字表

档测得读数

b-e

e-b

b-c

c-b

c-e

e-c

b-e

e-b

b-c

c-b

c-e

e-c

HFE

说明：

表中b-e、e-b分别表示b、e间的正向电阻和反向电阻；b-c、c-b分别表示b、c间的正向电阻和反向电阻。

其余类推。

2．使用数字万用表重复以上操作，并测量三极管的β值，记入表2.3中。

*（五）学习晶体管特性图示仪的使用方法，测量并记录数据。

晶体管特性图示仪的使用方法见附录。

注意：

除了测试“反向击穿电压”时，“峰值电压范围”选择“0～100V”，其它测试项目“峰值电压范围”必须放在“0～10V”，避免发生危险。

实验内容如下：

1．测量晶体二极管的正向特性曲线，注意观察，最大电流不要大于30mA。

测试条件：

“功耗电阻”1K

“测试电流”10mA

测量反向击穿特性，注意击穿电流不要大于1mA。

记录反向击穿电压。

“功耗电阻”5K

“击穿电流”0.5mA

用薄纸铺在图示仪屏面将特性曲线描下，并记录各测试旋钮位置，将数据记入表2.4

2．测量稳压二极管的正向特性和反向特性曲线，依上法描记曲线，将数据记入表2.4

测试条件同二极管，但“击穿电流”可增至30mA，以观察最佳稳压效果。

3．测量发光二极管的正向特性和反向特性曲线，测量方法同二极管。

注意观察现象，特别注意记录发光二极管开始发光时对应的正向电压和电流。

3．测量晶体三极管的输入特性曲线和输出特性曲线，描记曲线，将数据记入表2.5

测试条件：

VCEQ=5VICQ=2mA

表2.4二极管数据

参数

管型

正向导通电压

（I=5mA）

反向击穿电压（VB）

（I=0.1mA）

动态电阻

（rD）

1N4148

2AP9

稳压二极管

表2.5三极管数据

参数

管型

输出特性

击穿电压

BVCE0

死区电压

V0

IC

IB

β

*4．场效应管测量：

测量条件：

VDS=10VID=0.5mA

注意根据管子沟道极性正确选择栅极电压极性。

“N沟道结型场效应管”栅极电压必须使用负压。

而“N沟道MOS场效应管”必须选择正压。

五、实验报告

1．分析实验数据，根据记录的曲线计算二极管的正向电阻rD

测量计算公式：

与理论计算值相比较。

附：

理论计算公式：

2．根据记录的曲线计算三极管

和

*3．根据记录的曲线计算场效应管的gm。

六、预习要求：

1．认真阅读附录中关于“数字万用电表”的内容，摘记数字式万用电表测量晶体管的测试条件。

2．认真阅读附录中关于“晶体管图示仪”的内容，摘记测量二极管、晶体管输入特性曲线和输出特性曲线的各旋钮位置。