用图示仪测量晶体二极管PPT课件

实验2 二极管、三极管的测试
一、实验目的
1. 学会用万用表判别二极管、三极管。 2. 学会用晶体管特性图示仪测试二极管、三极管的特性及有 关参数。
二、实验原理
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1. 万用表的等效电路
用指针式万用表测试二极管和三极管时，都是使用万用 表的电阻档。 万用表电阻档的等效电路如图 1.2.1 所示。其中，Ｅ0 为表内电源电动 势。当万用表置于 R×1、R×100 、 R×1 K 各档时，Ｅ0 = 1.5 V ；置于 R×10 K 档时，Ｅ0 = 9 V。Ｒ0 为 等效电阻，其值随着所选档位的不同而不同，档位越高，等效电阻值
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3. 用万用表判别三极管
(1) 管型和基极的判别
根据三极管的结构，可将它看作两个背向联结的二极管。如图 1.2.2 ( a ) 、 ( b ) 所示。
(2) 判别性能
用第(1) 步的方法对二极管的正、反向电阻分别进行测量。根据测量的正、 反向电阻值，即可大概判断出该二极管性能的优劣。对于正常的二极管， 其正向电阻约为几千欧，反向电阻为几百千欧 (一般应大于 200 千欧)。在 测试中，若发现反向电阻太小，则说明该二极管的反向漏电流大，二极 管会失去单向导电作用。若正、反向电阻均为零，说明该二极管内部短 路。若正、反向电阻均为无穷大，说明该二极管已经断路，一般二极管 的损坏多数属于这种情况。
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对 PNP 型管子，采用上述方法测试时，应用手捏住基极和万用 表的红表笔，同时观察万用表指针的偏转情况。对应于指针偏 转较大的一次，红表笔接的是集电极 c ，黑表笔接的是发射极 e。 在上述测量过程中，用手捏住基极和某个表笔，实际上是在该 表笔与管子的基极 b 之间接入了人体电阻，从而给管子的三个 电极之间加上了一定的电压，使两个结处于一定的偏置状态。
Q ，并求出特性曲线在 Q 点处的斜率，就是被测晶体
管在对应于该工作点处的输出电阻 rce 。具体求法是以 对应于 ＩBQ 的那条曲线为斜边作直角三角形，测出两 直角边ΔＶCE 和ΔＩC 的值，如图 1.2.5中放大部分（用 大圆圈标出） 所示。则 rce 可根据下式求出
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注意工作点处的直流输出电阻为ＲCE =ＶCEQ /ＩCQ 。它比 rce 小得多。 电流放大倍数 β 的测试：根据电流放大倍数 β 的定义
ic(mA)
Q. IC VCE
IC ICQ
A
Q
IBQ IB
B
0
IB=0
VCEQ
uCE (V)
根据输出特性曲线，可测试出晶体管的输出电阻 rce、 电流放大倍数 β以及穿透电流ＩCEO。 输出电阻 rce 的测试：根据被测晶体管的应用场合，估 算出管子的静态工作点电压 ＶCEQ和电流 ＩCQ 的值， 在图示仪所显示的输出特性曲线上确定对应的工作点
(3) 测量晶体管共射输出特性曲线及有关参数
将被测的晶体管 (如 3DG6 ) 插入测试台。将屏幕的光点调到屏幕的 左下角。根据第 ( 2 ) 部分“主要旋钮的作用及选择”中的原则，将 各旋钮置于适当的位置，即可在图示仪的屏幕上显示出如图 1.2.5 所 示的晶体管输出特性曲线。
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图1.2.5 输出特性曲线
特别需要注意的是万用表的黑表笔插在万用表的插孔图121万用表等效电路图122三极管的结构示意图图121万用表等效电路图121万用表等效电路图122三极管的结构示意图121所示的万用表等效电路可知当万用表的黑表笔接二极管的正极而红表笔接二极管的负极时二极管正向偏置呈现低电阻表头指针偏转角度大这时万用表显示的的电阻为二极管的正向电阻
(2) 主要旋钮的作用及选择
“功耗电阻，它串联在 图1.2.5 输出特性曲线
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被测晶体管的集电极与集电极扫描电压源之间，用来调节流过晶体 管的电流，从而限制被测管的功耗。测试小功率管时，一般选该电 阻值为 1 kΩ 。 “基极阶梯信号”：这部分信号是图示仪中所特有的、不同于示波 器的部分。通过它给基极加上周期性变化的电流信号。每两级阶梯 信号之间的差值大小由“阶梯选择毫安／级”来选择。为方便起见， 一般选 10μA ／级。每个周期中阶梯信号的阶梯数由“级／簇”来选 择，阶梯信号每簇的级数，实际上就是在图示仪上所能显示的输出 特性曲线的根数。阶梯信号每一级的毫安值的大小，就反映了图示 仪上所显示的输出特性曲线的疏密程度。
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为了显示晶体管的一簇输入或输出特性曲线并由此测得晶体管 其它交流参数，必须使加在晶体管上的电压ＶCE 和 ＶBE 均为周 期性变化的信号。为方便起见，选用如图中所示的 50 Hz 正弦波 全波整流电压作为集电极电源 vCE ，而选用如图所示的阶梯波 恒流源作为基极电流 iB。当图示仪的“级 / 秒”开关置于 “×100 ”位置时，集电极电压 vCE 与基极电流 iB 的对应关系 如图 1.2.4 (a) 所示。 若将集电极电源加到示波管的 X 偏转板X1 和X 2 上，将晶体管 的集电极电流通过取样电阻R f 转换成电压后加到示波管的 Y 偏 转板Y1 和Y 2 上，就会在图示仪的屏幕上显示出被测晶体管的 特性曲线，如图 1.2.4 (b)所示。当测试 NPN 型晶体管时，vE 和 iB 采用正极性 (图中标“+”) 的信号，当测试 PNP 型晶体管时 均采用负极性 (图中标“－”) 的信号。
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图1.2.1 万用表等效电路
R0
E0
红 表 笔
图1.2.1 万用表等效电路
黑 表 笔
图1.2.2 三极管的结构示意图
图1.2c.2 三极管的结构示意图
c
b
b
e
NPN管 （a）
e
PNP管 （b）
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2. 用万用表判别二极管
(1) 判别极性
由图 1.2.1 所示的万用表等效电路可知，当万用表的黑表笔接二极 管的正极而红表笔接二极管的负极时，二极管正向偏置，呈现低电 阻，表头指针偏转角度大，这时万用表显示的的电阻为二极管的 “正向电阻”。反之，表头指针偏转角度小，这时测得的电阻为二 极管的“反向电阻”。这样就可以根据两次测量时表头指针偏转角 度的大小即电阻值的大小判断出二极管的极性。例如：两次测量中， 指针偏转角度大 (电阻值小) 的一次，万用表黑表笔接的就是二极管 的正极，另一极则为二极管的负极。
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5. 用图示仪测试三极管
(1) 屏幕上光点位置的确定
根据晶体管的输入、输出特性可知，NPN 型管的电压 vCE 和电流 iC 均为正值，相应的特性曲线在第一象限。故测量 NPN 型晶体管 前，屏幕上光点应调到屏幕的左下角。同时，基极阶梯信号和集 电极扫描电压均选“＋”极性。同理，测量 PNP 型管时，光点应 调到屏幕的右上角，基极阶梯信号和集电极扫描电压均应选“－” 极性。
越大。一般在对二极管、三极管进行测试时，选用 R×1 K 档。这是 因为该档的Ｅ0 较低而Ｒ0 较高，不易 损坏管子。特别需要注意的是 不能选用 R×10 K 档，因为该档的电池电压Ｅ0 较高，容易损坏管子。 特别需要注意的是，万用表的黑表笔 (插在万用表的“－”插孔) 接的 是万用表电源的正极，为高电位端；红表笔为低电位端。
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SUCCESS
THANK YOU
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“零电压”、“零电流”：是对被测晶体管基极状态进行设置的开 关。当测量管子的击穿电压和穿透电流时，都必须使被测管的基极 处于开路状态。这时就可以将该开关设置在“零电流”档 (只有开路 时，才能保证电流为零) 。当测量晶体管的击穿电流 ＩCES 时，必须 使被测管的基、射极短路，这可以通过将该开关设置在“零电压” 档来实现。 下面以 NPN 型三极管为例，说明具体的测试方法：
可知，为了求得被测晶体管在工作点处的 β 值，可经过 Q 点做横 轴的垂线，根据该垂 图1.2.6 输入特性曲线 线与 ＩBQ 附近相邻两条特性曲线的交点 ( 如图 1.2.5 中的 A ，B 两 点 ) 求得工作点附近的 ΔＩB 和 ΔＩC ，二者的比值就是被测晶体管 的电流放大倍数 β 。 注意，工作点处的直流放大倍数为
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XJ4810 型晶体管特性图示仪面板上主要旋钮的作用如下： “电压(V) / 度”开关：它是一个具有 4 种偏转作用共 17 档的开关，用来 选择图示仪 X轴所代表的变量及其倍率。在测试小功率晶体管的输出特 性曲线时，该旋钮置“VCE”的有关档。测量输入特性曲线时，该旋钮 置“VBE”的有关档。 “电流 / 度”开关：它是一个具有 4 种偏转作用共 22 档的开关，用来选 择图示仪 Y 轴所代表的变量及其倍率。在测试小功率晶体管的输出特性 曲线时，该旋钮置“I C”的有关档。测量输入特性时，该旋钮置“基极 电流或基极源电压”档（仪器面板上画有阶梯波形的一档）。
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根据图 1.2.2 可知，当我们将万用表的红表笔接在 NPN 型晶体管的基 极 b，而用黑表笔分别去接该管的集电极 c 和发射极 e 时，两个二极 管都反偏，万用表指针偏转角度都很小。也就是说两次测得的电阻都 很大。当我们用同样的方法去测 PNP 型晶体管时，两次测得的电阻 都很小。根据上述原理，可采用如下方法判别三极管的管型（NPN 型或 PNP 型）和管子的基极：用万用表的红表笔接晶体管的某一极， 黑表笔分别去接其它两个极时，若两次测得的电阻都很小或者都很大 时，可以确定红表笔接的就是管子的基极 b ；若两次测得的电阻均很 小，则该管子为 PNP 型；若两次测得的电阻均很大，则该管子为 NPN 型；若两次测得的电阻一大一小，则不能进行这种判别。这时， 应将红表笔换接一个极再测试。直到两次测得的电阻都很大或很小时， 方能依照上述方法进行判断。
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(4) 测试共射输入特性
晶体管的共射输入特性是指在 vCE =ＶCEQ 的情况下，基射极电压 vBE 与基 极电流 iB 的特性曲线。因此，为了测得 该 曲 线，应 将“ X 轴作用”旋 钮 置 于“VBE”的“ 0.1 V / 度”，“ Y 轴作用”旋钮置于“基极电流或 基极源电压”档（即仪器面板上画阶梯信号的一档）。其它旋钮的操作与
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(2) 集电极和发射极的判别
若已经确定了管子的类型和基极 b ，则可用下面方法确定管子的集电极 c 和发射极 e： 对 NPN 型的管子，将万用表置于 R×1 K 档，两个表笔分别与除基极以 外的其它两个管脚交替相接，并用手捏住黑表笔与基极 ( 但黑表笔与基极 不能相碰 ) ，观察万用表指针的偏转情况。再将两个表笔交换，同样用手 捏住黑表笔与基极，观察指针的偏转。在两次测量中，对应于指针偏转 较大的一次，说明这时万用表表笔加给管子的电压使管子的发射结处于 正偏，集电极处于反偏。故此时黑表笔接的是管子的集电极 c ，红表笔接 的是发射极 e 。
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“峰值电压范围”和“峰值电压 %”档：其中，“峰值电压范围” 是 5 个档位的按键开关。“峰值电压 %”是连续可调的旋钮。他 们的共同作用是用来控制“集电极扫描电压”的大小。不管“峰 值电压范围”置于哪一档，都必须在开始时将“峰值电压 %”置 于 0 位，然后逐渐小心地增大到一定值。否则容易损坏被测管。 一个管子测试完毕后，“峰值电压 %”旋钮应回调至零。 XJ4810 型晶体管特性图示仪的详细工作原理及其使用方法请参阅 本书第四部分中的“晶体管特性图示仪及其使用”。
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4. 晶体管特性图示仪的原理及其使用
晶体管特性图示仪（简称“图示仪”）是一种能对晶体管的特性参数进行 定量测试的仪器。实验室中常用的图示仪为 JT－1 型晶体管特性图示仪和 XJ 4810 型晶体管特性图示仪。这两种仪器的基本组成框图如图 1.2.3 所示。 为了测试晶体管的性能，首先要给管子加上适当的电压。图中，“集电极 扫描电压”部分就是为晶体管集电极设置电压ＶCE 的。而“基极阶梯信号 源”则是为晶体管基极设置电压ＶBE 的。如果ＶCE 和ＶBE 是一组固定的 电压，那么，就会在图示仪的屏幕上显示出被测晶体管的一条输入特性曲 线或输出特性曲线。
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穿透电流ＩCE0 是指当被测管的基极开路时，流过管子集电极和 发射极的静态电流值。为了实现基极开路，需将图示仪的基极阶 梯信号置于“零电流”状态（即按下测试台上的“零电流”按 钮）。因为 值一般很小，为 μA 数量级。为了保证测量精度，需 将 Y 轴的集电极电流置于小量程档 ( μA 数量级档)。即可显示出 被测晶体管在基极开路情况下的一条特性曲线，称为穿透特性曲 线。这条特性曲线 实 际 上 就 是 图 1.2.5 中ＩB =０的那一条特性 曲线。该曲线水平部分所对应的ＩC 值就是穿透电流ＩCE0 。