晶体管特性图示仪的使用.docx
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晶体管特性图示仪的使用
实验8晶体管特性图示仪的使用
8．1实验目的
1）熟悉XJ4810/NW4822型图示仪的面板装置；
2）熟悉XJ4810/NW4822型图示仪的面板装置的操作方法；
3）掌握在正式测试前对仪器的检查、校验。
4）会使用XJ4810/NW4822测试二极管的正、反向特性，包括稳压二极管的稳压特性；
5）会使用XJ4810/NW4822测试三极管的输入特性、输出特性及主要参数（不包括频率参数）；
6）学会使用XJ4810/NW4822测试场效应晶体管、双基极二极管的特性曲线及主要参数。
8．2实验设备
1）XJ4810/NW4822型图示仪一台。
2）2AP9、2CP10、2CW、3DG6、3AK20、3DD15、3DJ6、BT33各一只；晶体管亦可用新型号1N4001、9013、9012等。
3）稳压电源一台，测试BT33用。
8．3实验步骤
实验前预习XJ4810/NW4822型图示仪的面板装置图（见附图10.1、附图10.2及附图11）及各控制装置的作用介绍（见附录10-1、附录10-2及附录11）；熟悉XJ4810/NW4822型面板装置及操作方法。
8.3.1使用前的检查
接通电源，预热5-10分钟后，进行下列调整：
（1）调节“辉度”旋钮使亮度适中；
（2）调节“峰值电压%”旋钮，逆时针旋到底，使集电极扫描电压为零伏，此时可揿下“峰值电压范围”的10V键。
调节“聚焦”和“辅助聚焦”，使光点清晰。
（3）放大器增益检查
XJ4810型
将光点聚焦好后，调节两个“移位”旋钮，将光点移至屏幕的左下方（即标尺刻度的左下角），按下“校准”旋钮，光点应在屏幕有（实线）刻度的范围内从左下角跳向右上角。
否则应用小螺丝马调整X或Y的增益微调。
NW4822型
将光点聚焦好后，调节两个“移位”旋钮，将光点移至屏幕的左上方（即标尺刻度的左上角），按下“校准”旋钮，光点应在屏幕有（实线）刻度的范围内从左上角跳向右下角。
此时Y轴部分的“电流/度”及X轴部分的“电压/度”两个开关位置可置于任何位置。
在检查放大器增益时，还要求对“基极电压VBE”的五个档（NW4822型应为三个档）均进行检查。
检查的方法是：
阶梯信号部分的“级/簇”旋钮顺时针旋到底；将x轴部分的“电压/度”开关和阶梯信号部分的“电压-电流/级”开关置于相同的档级（例如0.1V、0.5V等），此时，11个光点应分布在水平方向的相应刻度上。
（4）检查放大器的对称性
“电压/度”和“电流/度”开关均置于“”位置，显示部分的三个按键开关均弹起，使仪器处于显示状态；阶梯信号部分的“重复一关”按钮弹出，“+、-”极性开关弹出，“电压-电流/级”开关置于任意位置。
此时，屏幕上应显示出一列沿对角线排列的亮点，如图8.1.1所示（XJ4810型）或如图8.1.2所示（NW4822型）。
此结果表明x、y放大器增益对称。
图8.1.1
图8.1.2图8．2阶梯信号校正图形
（5）检查阶梯波
各有关面板控制装置位置如下：
集电极电压置于“+”，“峰值电压范围”的“10V”按键按下，“功耗限制”电阻Ω开关置于“1K”左右；“电流/度”开关置于“”；“电压/度”开关置于“VCE1V”；阶梯信号部分的有关面板装置同（4）。
调节“峰值电压%”旋钮，使荧光屏上出现如图8.2所示阶梯信号校正图形。
（6）阶梯调零
当测试中需要用到阶梯信号时，必须先进行阶梯调零，其过程如下：
紧接（5），调节“y位移”旋钮，使阶梯信号校正图形显示在标尺刻度位置上。
然后按下“┴”键，此时校正图形变成一个光点，将光点调至刻度范围的左下角（NW4822型应为左上角）。
再将按键复位，调节阶梯信号的“调零”旋钮使阶梯波的起始级处于光点的位置，则阶梯信号“零电平”即被调准。
8.3.2半导体管特性图示仪的应用
1）测试小功率整流二极管1N4001
（1）正向特性的测量
测量时，将屏幕上的光点移至左下角，图示仪面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”0～10V
“集电极电源极性”+（正）
“功耗限制电阻”50Ω
Y—“电流/度”IC10mA/度（XJ4810）
10mA/度（NW4822）
X—“电压/度”VCE0.1V/度
阶梯“重复一关”关
被测二极管按图8.3连接，调节“峰值电压%”旋钮使峰值电压逐渐增大，则屏幕上将显示出如图8.4所示的正向特性曲线，由该曲线即可进行正向压降VF及正向电流IF的测量。
当没有给定测试条件时，一般是以相
关的待测参数作为测试条件。
测量时，在C
曲线上电流为100mA处所对应的X轴上读
测电压，即可得被测管的正向压降VF（参B
见图中虚线）。
图中，VF=0.92V。
E
图8．3二极管的连接
（2）反向特性的测量将屏幕上光点移至右上角，图示仪面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”0～200V
“集电极电源极性”-（负）
“功耗限制电阻”25Ω
Y—“电流/度”IC10μA/度（XJ4810）10μA/度（NW4822）
X—“电压/度”VCE20V/度
阶梯“重复一关”关
200100200
1000.01
500.05
100.1
00.10.50.921
图8．4正向特性曲线图8.5反向特性曲线
被测二极管仍按图8.3连接，逐渐增大峰值电压，则屏幕上将显示出如图8.5所示的曲线，即二极管的反向特性曲线。
在曲线拐弯处所对应的X轴上读测电压，即得被测管的反向击穿电压BVR（图中BVR=112V），而二极管的最高反向峰值电压VRM约为BVR的1/2，故VRM=56V。
反向电流IR是在VRM条件下测得，显然，图中IR<<10μA。
2）稳压二极管的测量
稳压二极管的主要性能参数是稳定电压VZ及动态电阻RZ。
1）稳定电压VZ的测量将屏幕上光点移至中心，面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”AC0～10V
“集电极电源极性”+（正）
“功耗限制电阻”1kΩ
10
C
B-1010
UZ-10UV（V）
图8．6稳压管的连接图8．7正、反向特性曲线
Y—“电流/度”IC2mA/度
X—“电压/度”VCE2V/度
阶梯“重复一关”关
稳压管按图8.6连接，逐渐增大峰值电压，屏幕上将显示出如图8.7所示的正、反向特性曲线。
稳定电压VZ是指在规定的反向击穿电流IZ条件下，稳压管两端的反向电压降。
因此，根据测试条件（设为10mA），在反向特性曲线上电流为10mA所对应的X轴上读测电压，即可得被测管的稳定电压VZ。
由图可见，VZ=5.6V。
2）动态电阻RZ的测量动态电阻RZ是指在规定的反向击穿电流IZ条件下，电压的微变量△VZ与电流的微变量△IZ之比，，即
（8-1）
测量时，可在图8.7所示的反向特性曲线上，在IZ=10mA附近读测出
时所对应的电压变化量△VZ，再按式（8-1）算出RZ。
3）小功率NPN型管的测量
以9013为例。
（1）hFE和β的测量将屏幕上的光点移至左下角，对阶梯信号调零，将面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”0～10V
“集电极电源极性”+（正）
“功耗限制电阻”500Ω
Y—“电流/度”IC2mA/度（XJ4810）
2mA/度（NW4822）
X—“电压/度”VCE0.2V/度
阶梯“重复一关”重复
“电压—电流/级”20μA/级
先将“级/簇”旋钮旋至适中位置；三极管按图8.8连接，逐渐增大峰值电压，则屏幕上将显示出一簇输出特性曲线；再调节“级/簇”旋钮使屏幕上在IC=10mA附近存在曲线，
Ic（mA）
10
C
B5
E
00.21.02
UCE（V）
图8．8图8．9输出特性曲线
如图8.9所示。
hFE是三极管的直流电流放大系数，其定义是在规定的VCE及IC条件下，集电极电流IC与基极电流IB之比，即
（VCE=常数，IC=常数）（8-2）
因此，根据测试条件，从曲线簇中读出
所对应的IB值，按式（8-2）即可求得hFE。
β是三极管的交流电流放大系数，其定义是在规定的VCE条件下，集电极电流的变化量△IC与基极电流的变化量△IB之比，即
（VCE=常数）（8-3）
交流电流放大系数β的大小与工作点有关，因此，测得β时要在规定的工作点Q附近进行。
例如，假设工作点Q为UCE=1.0V、IB=0.12mA，取△IB=0.04mA（IB=0.10～0.14mA），则β为
（2）输入特性曲线的测试
将屏幕上的光点移至左上角，对阶梯信号调零，将面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”0～10V
“集电极电源极性”+（正）
“功耗限制电阻”10Ω左右
Y—“电流/度”阶梯信号
X—“电压/度”VBE0.1V/度
阶梯“重复一关”重复
“电压—电流/级”适当档级
00.10.5UBE（V）1.0
图8.10.1输入特性曲线（XJ4810）图8.10.2输入特性曲线（NW4822）
先将“级/簇”旋钮旋至适中位置；三极管仍按图8.8连接，逐渐增大峰值电压，则屏幕上将显示出一簇输入特性曲线。
如图8.10所示。
图中，线段左端亮点连线为VBE=0V时的输入特性曲线，右端亮点连线为＞1V时的输入特性曲线。
（3）两管输出特性的比较将“电压/度”改置为0.5V/度，其余各开关、旋钮仍按上述设置，将待比较的两只三极管按图8.11（a）连接，按下测试台上的“二簇”按键开关，则屏幕上将显示出两只被测管的输出特性曲线，如图8.11（b）所示，由该图即可实现对输出特性的比较。
CC10
BBIc（mA）
EE
010Vc（V）
0’10’
图8．11
（3）反向电流及反向击穿电压的测量表8-1示出反向电流、反向击穿电压的定义及测量时的连接方法。
反向电流ICBO、ICEO的测量过程可按表8-2所示进行，其测量曲线如图8.12所示。
反向击穿电压BVCBO、BVCEO及BVEBO的测量过程可按表8-3所示进行，其测量曲线如图8.12所示。
表8-1反向电流、反向击穿电压的定义及连接方法
反向电流
反向击穿电压
连接方法
ICBO：
e极开路，c-b极之间的反向电流
BVCBO：
e极开路，c-b极之间的反向击穿电压
ICEO：
b极开路，c-e极之间的反向电流
BVCEO：
b极开路，c-e极之间的反向击穿电压
IEBO：
c极开路，e-b极之间的反向电路
BVEBO：
c极开路，e-b极之间的反向击穿电压
表8-2ICBO及ICEO的测量过程
操作步骤
ICBO
ICEO
“峰值电压范围”
0～50V
0～50V
“功耗限制电阻”
25kΩ
25kΩ
Y—“电流/度”
IC10μA/度
IC10μA/度
X—“电压/度”
VCE2V/度
VCE2V/度
阶梯“重复一关”
关
关
Y轴倍率
×0.1
×0.1
逐渐增大峰值电压，并适当调整有关旋钮
在曲线上电压VCB=10V处所对应的Y轴电流即为ICBO
在曲线上电压VCE=10V处所对应的Y轴电流即为ICEO
0.10.1
ICBO（mA）ICEO（mA）
0.050.05
0.010.01
024681020UCB（V）01020UCE（V）
（a）ICBO曲线（b）ICEO曲线
图8．12反向电流的测量曲线
表8-3BVCBO、BVCEO及BVEBO的测量过程
操作步骤
BVCBO
BVCEO
BVEBO
“峰值电压范围”
0～100V
0～100V
0～100V
“功耗限制电阻”
25kΩ
25kΩ
25kΩ
Y—“电流/度”
IC0.1mA/度
IC0.1mA/度
IC0.1mA/度
X—“电压/度”
VCE10V/度
VCE10V/度
VCE10V/度
阶梯“重复一关”
关
关
关
Y轴倍率
×0.1
×0.1
×0.1
逐渐增大峰值电压，并适当调整有关旋钮
曲线上电流ICB=0.1mA处所对应的X轴电流即为BVCBO
曲线上电流ICE=0.2mA处所对应的X轴电流即为BVCEO
曲线上电流IEB=0.1mA处所对应的X轴电流即为BVEBO
1.0
ICBO（mA）0.5
0.1
01050100
UCB（V）
（a）BUCBO曲线
1.01.0
ICEO（mA）0.5IEBO（mA）0.5
0.10.1
05255001510
UCE（V）UEB（V）
（b）BUCEO曲线（c）BUEBO曲线
图8．13
表8-4UCE（sat）及UBE（sat）的测量过程
操作步骤
VCE（sat）
VBE（sat）
“峰值电压范围”
0～10V
0～10V
“功耗限制电阻”
＜1kΩ
＜1kΩ
Y—“电流/度”
IC1mA/度
基极电流或基极源电压
X—“电压/度”
VCE0.05V/度
VBE0.1V/度
阶梯“电压一电流/级”
0.1mA/级
0.1mA/级
阶梯“重复一关”
重复
重复
逐渐增大峰值电压，并适当调整有关旋钮
调“级/簇”使屏幕十条曲线，则第十条曲线上IC=10mA处对应的X轴电压即为VCE（sat）
在测VCE（sat）基础上只改调“电流/度”和“电压/度”两开关，其余不变，则屏幕上边曲线右端点所对应的x轴电压即为VCB（sat）
（4）饱和压降VCE（sat）及VBE（sat）的测量测量过程可按表8-4所示进行，被测管仍按图8.8所示连接。
VCE（sat）的测量曲线如图8.14所示。
10
IC（mA）5
1
00.050.250.5
UCE（V）
图8.14饱和压降VCE（sat）的测量
4）小功率PNP型管的测量
PNP型管与NPN型管的测量方法相似，差别仅在于集电极电源和阶梯信号的极性，以及屏幕上光点的起始位置。
下面以9012为例说明输出特性的测量，至于参数的测量可参照NPN型管的测量方法进行。
测量时，先将屏幕上的光点移至右上角，面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”0～10V
“集电极电源极性”-（负）
“功耗限制电阻”500Ω
Y—“电流/度”IC2mA/度（XJ4810）
2mA/度（NW4822）
X—“电压/度”VCE0.5V/度
阶梯“重复一关”重复
UCE（V）
-5-2.50
C
B-25IC（mA）
E
-50
图8．15PNP管的连接图8．169012的输出特性曲线
“阶梯极性”-（负）
“电压—电流/级”20μA/级
被测管按图8.15连接。
逐渐增大峰值电压，调节“级/簇”旋钮至适当位置，则屏幕上将显示出一簇输出特性曲线，如图8.16所示。
5）场效应管的测量
场效应管是一种电压控制器件，测量时，它与上述三极管的不同之处在于，测试信号是阶梯电压而不是阶梯电流。
各种场效应管的符号及测量时所加的电压极性如表8-5所示。
对场效应管各种参数的测量主要是通过转移特性及输出特性来进行。
输出特性又称作漏极特性。
（1）输出特性（漏极特性）的测量
由表8-5可知，结型N沟道场效应管的输出特性曲线位于第一象限，因此，测量时先将屏幕上的光点移至左下角，再将图示仪面板上的有关开关、旋钮置于如下位置：
“峰值电压范围”0～50V
“集电极电源极性”+（正）
“功耗限制电阻”1kΩ
Y—“电流/度”IC1mA/度（XJ4810）
1mA/度（NW4822）
X—“电压/度”VCE2V/度
阶梯“重复一关”重复
“阶梯极性”-（负）
“电压一电流/级”1V/级
“串联电阻”0Ω
表8-5场效应管的符号与电压极性
结构种类
工作
方式
符号
电压极性
输出特性曲线所处象限
转移特性曲线所处的象限
VP或VT
漏极
绝缘栅N型沟道
耗尽型
-
+
I象限
I、Ⅱ象限
增强型
+
+
I象限
I象限
绝缘栅P型沟道
耗尽型
+
-
III象限
Ⅲ、Ⅳ象限
增强型
-
-
III象限
III象限
结型N沟道
耗尽型
-
+
I象限
II象限
结型P沟道
耗尽型
+
-
III象限
IV象限
表8-63DJ6G的参数指标
项目
饱和漏电流IDSS（mA）
夹断电压VP（V）
跨导gm（μs）
击穿电压BVDS（V）
测试条件
规范
3-10
<9
>1000
≥20
下面以结型N沟道场效应管3DJ6G为例，说明其测量方法。
3DJ6G的参数指标如表8-6所示。
被测管按图8.17连接。
逐渐增加峰值电压，则屏幕上将显示出如图8.18所示的输出特性曲线，利用这一曲线可进行以下参数的测量。
10
C
IDS（mA）5
B
E
01020UDS（V）
图8．17图8．18场效应管的输出特性曲线
①饱和漏电流IDSS的测量根据测试条件，在UGS=0V的那条曲线上，读测出UDS=10V所对应的Y轴电流，即为IDSS。
由图可见，IDSS=5.1mA。
②跨导gm的测量跨导是指在规定的测试条件（IDS、VDS）下，漏极电流的变化量△IDS与栅极电压的变化量△UGS之比，即
（8-4）
测量时，在VDS=10V处，在IDS=3mA附近取VGS的增量及由此引起的IDS增量，再按式（8-4）算出gm的大小。
例如，在图中取△VGS=0-（-1）=1V，则△IDS=5.1-2.1=3.0mA，因此被测管的跨导gm为3mA/V。
③击穿电压BVDS的测量在上述测量基础上，将“功耗限制电阻”改置为25kΩ，Y-“电流/度”置为0.1mA/度，X-“电压/度”置为5V/度，再逐渐增大峰值电压直至屏幕上最下面的一条曲线出现转折，则拐弯处对应的X轴电压即为BVDS。
（2）转移特性的测量
在测量输出特性曲线基础上，重新调节“峰值电压%”旋钮，使VDS=10V，调节水平移位旋钮，将光点移到屏幕的右下角，再将X-“电压/度”改置为基极电流或基极源电压，则此时屏幕上显示的曲线即为转移特性曲线，如图8.19所示。
利用这一曲线可进行以下参数的测量。
①饱和漏电流IDSS的测量从Y轴上读测出曲线与该轴相交的电流值，即得IDSS。
由图可见IDSS=5mA。
②夹断电压VP的测量将Y—“电流/度”改置为10μA/度，则曲线上IDS=50μA处所对应的X轴电压即为VP。
本例VP=3.4V。
IDS（mA）
10
5
-10-50UGS（V）
图8．19场效应管的转移特性曲线
上述介绍了结型N沟道场效应管的测量方法，至于其它类型场效应管的测量，可参照表8-5及上述方法进行。
应当指出，不论场效应管是结型还是绝缘栅（MOS）型，测量时都应特别注意不能使漏源电压VDS、栅源电压VGS、耗散功率PDM及最大电流IDM超过额定值。
此外，对MOS型场效应管还应避免因感应电压过高而造成管子击穿，其方法是不使栅极悬空，即保证栅源极之间有直流通路。
测量时可将“电压-电流/级”开关置于电压档，若该开关置于电流档，则应在栅极之间并接电阻。
施加于结型场效应管的阶梯极性不能接反，否则PN结处于正偏，极易烧坏管子。
6）单结晶体管的测试
以BT33为例，测试分压比η。
查手册及测试条件VBB=20V，将图示仪有关面板装置置于下列位置：
“峰值电压范围”0～50V
“集电极电源极性”+（正）
“功耗限制电阻”50Ω
B2C
20VEB
B1E
图8．20
Y—“电流/度”VCE2V/度
X—“电压/度”0.5A/度
阶梯“重复一关”关
测试电路如图8.20。
测试时，先调节直流电源，使VBB=20V且使之固定，再慢慢调节“峰值电压%”旋钮，使可得到一条发射极特性曲线，如图8.21所示。
特性曲线中负阻区因时间短，转换迅速，故不一定能显示出来（图中用虚线表示）。
从曲线上可粗略读出峰值电压VP=16V，谷值电压VV=6V，谷值电流IV=1mA，该管的分压比η可以利用下式求出：
式中Vj是PN结阈电压0.6V。
10mA
1mA
061620V
图8．21
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