半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量精文档格式.docx

1、2、复习晶体二极管、三极管主要参数的定义。三、实验原理（一 半导体 特性图示仪的基本工作原理任何一个半导体器件,使用前均应了解其性能,对于晶体三极管,只要知道其输入、输出特性曲线,就不难由曲线求 出它的一系列参数,如输入、输出电阻、电流放大倍、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何 得到这两组 曲线 呢?最早是利 用图 4-1 的 伏安法 对晶体管 进行逐点 测 试 , 而后描 出曲线, 逐点 测 试法 不 仅既费时又费力 , 而而且所得 数 据 不能 全面 反 映被 测管的特性, 在 实 际中 , 广泛采 用半导体特性图示仪测量的晶体管输入、输出特性曲线。 图 4-1 逐点法 测 试共射

2、特性曲线的原理线 路 用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和各 种直 流参量的基本原理 是 用图 4-2（a 中幅度随时间周期 性 连续变化 的 扫描 电压 UCS 代替逐点法中 的 可调 电压 EC ,用图 4-2（b 所 示的 和 扫描 电压 UCS 的 周期想 对应的 阶梯 电流 iB 来代替逐点法中可 以 逐点改变 基极电流的 可变 电压 EB , 将 晶体管的特 性曲线 直接显 示 在 示 波 管的 荧光屏上 , 这样 一 来 , 荧光屏上光点位置 的 坐标便代替 了 逐点法中 电压 表 和电流 表 的读数。1、 共射 输出特性曲线的 显 示原理当显 示如图 4-3 所 示的 NP

3、N 型晶体管 共发射 极输出特性曲线 时 , 图示仪 内部 和 被 测晶体管 之间 的 连接方式 如图 4-4 所 示 . T是被 测晶体管 , 基极 接 的 是阶梯波信号源 , 由它 产生 基极 阶梯 电流 ib 集 电极 扫描 电压 UCS 直接加到 示 波 器 （图 示仪 中相当 于示 波 器的 部 分 , 以 下同 的 X 轴 输入 端 , 经 X 轴 放大器放大 到 示 波 管 水平偏转板 上集 电极电流 ic 经取 样 电 阻 R 得到 与 ic 成正比 的电压 ,UR=ic,R加到 示 波 器的 Y 轴 输入 端 , 经 Y 轴 放大器放大 加到 垂 直 偏转板 上 . 子束 的

4、 偏转角 与偏转板 上所加 电压的大 小成正比 , 所 以 荧光屏光点 水平 方 向 移动距离 代表 ic 的大 小 , 也 就 是 说 , 荧光屏 平 面被 模拟成 了 uce-ic 平 面 .图 4-4 输出特性曲线 显 示电 路 输出特性曲线的 显 示 过程 如图 4-5 所 示当 t=0 时 , iB =0 ic=0 UCE =0 两 对 偏转板 上 的电压均 为零 , 设此 时荧光屏上光点 的 位置 为 坐标 原 点 。 在 0-t1, 这 段 时间内 , 集 电极 扫描 电压 UCS 处 于 第 一个 正弦 半 波周期 。图 4-5 晶体管输出特性曲线的 显 示 过程UCE 开始

5、由 零 逐 渐增 大 到最 大 值 , 然 后 再 由 最 大 值 逐 渐减少 到 零 ,它 在 水平 方 向 上 影响 电 子束 ,由于 这 段 时间内 iB =IBO =0, ic =ICEO ,其大 小决 定于 被 测晶体管本 身 的特性, 且随 UCE 而变 ,它 在 垂 直方 向 上 使电 子束 发生相 应的 偏转 。 因为 UCE 在 水平 方 向 上 和 ic 在 垂 直方 向 上 对电 子束 的作用 是 同 时 存 在 的,二 者 作用的 结果 ,使 光点 从 坐标 原 点 出 发 , 沿着 向 右 上方 伸展 的一 条 曲线 逐 渐移 到最 大, 再 由 最 大 沿 原 路逐

6、 渐回 到坐标 原 点 , 这 条 曲线（光点 移动 的 轨 迹 就 是 iB =IBO =0 所 对应的 那条 输出特性曲线。在 正弦 半 波 的 第 一个 周期 刚刚结束 , 第 二个 周期 刚开始 的 t1 时 , ib 值从零跳 变到 IB1。 在 t1-t2这 段 时间内 , 集 电 极 扫描 电压 处 于 正弦 半 波 的 第 二个 周期 ,它 在 水平 方 向 上 对电流 束 的 影响与 0-t1的一 样 ,由于 t1-t2这 段 时间内 iB = IB1值恒 定不 变 , 所 以 ic 的大 小 仅 取决 于管 子 本 身 的特性和 U CE 的 变化 , 并 在 垂 直方 向

7、 上 使电 子束 发生相 应 的 偏转 , UCE 和 ic 对电 子束 作用的 结果 ,使 得荧光屏上 的 光点 从 坐标 原 点 出 发 , 沿着 向 右 上方 伸展 的 另 一 条 曲线 逐 渐移 到最 大, 在 由 最 大 沿 原 路逐 渐移回 到坐标 原 点 。 这 条 曲线就 是 ib=IB1所 对应的输出特性曲线。 在 第 二个 周期 的 正弦 半 波扫描 电压 刚刚结束 , 第 三个 周期 刚开始 的 t2时 刻 , ib 值从 IB1跳 变到 IB2。 在 t2-t3这 段 时间内 ,由 扫描 电压的 第 三个 正弦 半 波进行扫描 , 且 ib=IB2, 光点 移动 的 轨

8、迹 ib=IB2所 对应的 那条 输出特性曲线。就 这样 , ib 每 取 一个 值 ,就 有 一个 周期 的 正弦 半 波进行扫描 , 光点 移动 的 轨迹 就 是 一 条新 的特性曲线,基极电流 有几 个 取值 （包括 ib=0 , 光点 就要 依次 扫 过几条 曲线,例 如图 4-5 中 , 光点 要 依次 扫 过七条 曲线。 当最后 一 条 曲线 扫 完 后 , 光点 回 到 原 点 , ib 值 的 跳 变 完成 一个 周期 又 跳回 到 ib=IB0=0 的 状态 , 以 后便 重 复 上 述过程 , 光点 开始第 二 次依次 扫 过 iB=0,iB=IB1,iB=IB2所 对应的

9、输出 特性曲线。以 上 的 讨论 可 以 看 到 , 在 基极 阶梯 电流的 每 一个 周期内 , 光点 要 依次 扫 过每条 输出特性曲线一个 往返 。 当 基极 阶梯 电流的 频率足够高 （周期 足够短 , 即单 位时间内光点扫 过 的 每条 曲线 得 次 数 足够多 时 , 借助 于示 波 管的 余辉 时间 和 人眼 的 视觉暂留 , 我们 就能 看 到 输出特性曲线, 完 整 、 清晰 而 稳 定 地 显 示 在荧光屏上 。需 要 说 明 的 是 :图 4-5 中 每条 曲线 分成 两 条 来 画 , 只 是 为 了 表 明 光点 的 移动 方 向, 实 际上 它 们 是 重 合 在

10、一 起 的。 另 外 ib=IB0=0 的一 条 输出特性曲线 离 横 轴 较远 , 这是 夸 大了的 情况 ,实 际上 由于 ICEO 很 小 , 此 曲线基本 上 和 横 轴 叠合 ,对 硅 管 更 是 如 此 。2、 共射 输入特性曲线的 显 示原理当显 示如图 4-6 所 示的 NPN 型晶体管的 共发射 极输入特性曲线 时 ,图示仪 内部 和 被 测晶体管 之间 的 接 线 方式 如图 4-7 所 示。图 4-7 输入特性曲线 显 示电 路从 图 4-7 中可 以 看 到 , 此 时 Y 轴 （垂 直 偏转板 加 的 是 反 映 基极 阶梯 电流 iB 大 小 的 信号 电压 iBR

11、0, X 轴 （水平偏 转 版 加 的 是 与 iB 相 对应的不均 匀 的 变化 电压 UBE, 荧光屏 平 面 就 被 模拟成 UBE -iB 平 面 。 当集 电极 扫描 电压和基 极 阶梯 电流 有 如图 4-2 所 示的对应 关心 时 , 图 4-7 电 路 的工作 过程 （即 输入特性曲线的 显 示 过程 将 如图 4-8 所 示。 在 0-t1-t2这 段 时间内 , 集 电极 扫描 电压 uCS 处 在 第 一个 正弦 半 波周期 , 随之变化 的 集 电极电压 UCE 按 正弦 半 波 规律 将 从零 逐 渐增 大 到最 大 值 , 再 由 最 大 值 逐 渐减小 到 零 ,

12、 此 时 iB=IBO=0,uBE也为零 , 而 对 偏转板 上 的 信号 电压均 为零 ,电 子束 打 到荧光屏上 的 0 点 , 设此 点 为 坐标点 。当光点 由 E 返回 到 E 点 的 t12时 刻 , UCE=0, iB 值 的 调变 完成 一个 周期 , 立 刻从 IB5跳回 到 IB0=0 与 iB 相 对应 的 UBE 值 的 跳 变 也 必 然完成 一个 周期 , 在 iB 变化 的 同 时 跳回 到 零 。 IB 和 UBE 对电 子束 的 合 作用,使 得光点 从 最 高 的 E 点 跳回 到坐标 原 点 0。 再 t12以 后 的 时间 里 , 0-t12的 情况 完

13、 全相 同 , 。就 这样 , 在 基极 阶梯 电流的 频率足够高 , 即单 位时间内扫 过 上 述 路 径 的 次 数 足够多 时 , 借助 于示 波 管的 余晖 时间 和 人烟 的 视觉暂留 , 光点扫 过 的 整 个 路 径 便 清 楚 而 稳 定的 显 示 在荧光屏上 , 这 就 是 我们 所 要 得到 的晶体管 共发射 极输入特性曲线。其 中 , 左 面 的一 条 是 对应 着UCE=0 的输入特性曲线, 而 各 水平 亮 线 右 短 的 光 迹 , 也 就 是连接 A 、 B 、 C 、 D 诸 点所得到 的曲线 为 UCE=UCEM所 对应的输入特性曲线。 但 在共射 极输入特性

14、曲线 中 , UCE 1V 以 后 , 曲线不 再 随 UCE 的 增 大 而 向 右移 , 说 明 UCE 1V 后 的各曲线基本 上是 重 合 在 一 起 的。（二 XJ4810 型半导体管图示仪各 开 关 旋钮的作用JT-1 型晶体管图示仪各旋钮、 开 关 的作用 蚕茧 本 书附录五 , 这 里介绍 XJ4810 的使用 , 图示仪前 面 板 上 的 开 关 和旋 钮 较多 ,但 按 其 功 能 可 以 分为 以 下七 部 分 :示 波 管 控制 电 路 , 集 电极 扫描 电压, X 轴 作用、 Y 轴 作用, 先 是部 分 ,基 极 阶梯信号 盒 测 试 台 。1、 示 波 管 控制

15、 电 路 电 源 开 关 与 辉 度调 整 旋钮。拉该 旋钮电 源接 通 ,电流 指 示 灯 , 推该 旋钮 为 关 , 该 旋钮 拉 出 后 为 辉 度调 整 ,使用 时 使 辉 度 适 中 。聚焦:为 主 聚焦 旋钮, 0 为 辅助聚焦 旋钮, 四勇士 调 节 主 聚焦 和 辅助聚焦 使 光点 截 面最 小 。2、 Y 轴 作用 :Y 轴 作用 是 使 集 电极电流 ic 或 基极 阶梯 电流 ib 通 过 各 自 取 样 电阻 得到 的电压及 Y 轴 放大器放大, 加 到 垂 直 偏板 使电 子束垂 直 偏转 。（1 电流 /度 开 关:它 是 具 有 22 档四 种 偏转 作用的 开 关 。a. 集 电极电流 Ic :10A/div-0.5A/div共 15 档 ,测量晶体管输出特性曲线 时 Y 轴 作用 为 Ic, Ic=mA/度 度b. 二极管漏电流 IR:0.2A/div-5A/div共 5 档 用 来 测量二极管的漏电流。c. 极电流 或 基极 源 电压 :阶梯 电流 通 过取 样 电阻 得 的基极电流的 偏转 量。用于 阶梯波 校 正 和晶体管输入特性曲线的测 量。（2 垂 直位 移与 倍 率:调 节该 旋钮 可 使 光点 , 扫