晶体管直流参数测量

实验五 用图示仪测量二极管、三极管的直流参数

晶体管在电子技术方面具有广泛的应用。在制造晶体管和集成电路以及使用晶体管的过程中，都要检测其性能。晶体管输入、输出及传输特性普遍采用直接显示的方法来获得特性曲线，进而可测量各种直流参数。

晶体管直流参数测试仪很多 ，XJ-4810型晶体管特性图示仪是最常用的 一种。本实验的目的是了解XJ-4810型特性图示仪原理，掌握其使用方法，并用这种仪器进行晶体管直流参数测试及芯片检测，分析晶体管质量，分析晶体管质量，找出失效原因，作为进一步改进器件性能的依据。

一、实验目的：

1．熟悉晶体二极管、三极管的主要参数。

2．学习使用万用表判断三级管极性和管脚的方法。

3．学习使用XJ-4810型晶体管特性图示仪测量晶体管的方法。 4．熟悉XJ-4810型晶体管特性图示仪。 二、实验仪器：

XJ-4810型晶体管特性图示仪、万用表。 三、实验原理

1．晶体二极管主要参数：

（1）最大整流电流I F ：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V D ：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V R ：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I R ：二极管未击穿时的反向电流值。

（5）最高工作频率f M ：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：

（1）稳定电压V Z ：稳压管中的电流为规定电流时，稳压管两端的电压值。

（2）稳定电流I Z ：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r Z ：稳压管两端的电压V Z 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：

I

V r Z

Z ∆∆=

（4）额定功耗P Z ：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-

β：可用电流表或晶体管特性图示仪测得集电极电流I C 和基极电流I B 后算出，也可用数字万用表的H FE 档测得。计算公式：

B

C

B CE

C I I I I I ≈-=

-

0β

式中I CE0是三极管的穿透电流。

（2）穿透电流I CE0 ：基极开路时的I C 值，此值反映了三极管的热稳定性，越小越好。

（3）交流电流放大系数β ：I C 与I B 的变化量之比。可由晶体管特性图示仪测得ΔI C 和ΔI B 后根据下式计算：

B

C

I I ∆∆=

β 该参数也可表为h fe 。两者略有区别：β是指对应实际工作条件时的ΔI C 与ΔI B 之比，而h fe 是指在给定条件下（一般由生产厂给定）的ΔI C 与ΔI B 之比。β与h fe 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BV CE0 ：基极开路时，C 、E 之间的击穿电压。也可表示为

U （BR ）CE0 。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．图示仪工作原理

利用图示仪测试晶体管输出特性曲线的原理如图1所示。图中BG代表被测的晶体管，R B、E B构成基极偏流电路。取E B>>V BE,可使I B=(E B- V BE)/ R B基本保持恒定。在晶体管C-E之间加入一锯齿波扫描电压，并引入一个小的取样电阻R C，这样加到示波器上X轴和Y轴的电压分别为

V x =V ce =V ca +V ac=V ca-I c R c ≈V ca V y=-I c.R cα∝-I c

图1测试输出特性曲线的原理电路

当I B恒定时，在示波器的屏幕上可以看到一根I c—V ce的特性曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。

为了显示一组在不同I B的特性曲线簇Ici=Φ(Ici, V ce)应该在X轴的锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使I B也有一个相应的变化，所以应将图1中的E B改为能随X轴的锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。每一个阶梯电压能为被测管的基极提供一定的基极电流，这样不同的阶梯电压V B1、V B2 、V B3 …就可对应地提供不同的恒定基极注入电流I B1 I B2 I B3…。只要能使每一阶梯电压所维持的时间等于集电极回路的锯齿波扫描电压周期，如图2所示，就可以在T0时刻扫描出Ic0=Φ(Ib0, V ce)曲线，在T1时刻扫描出Ic1=Φ(Ib1, V ce)曲线…。通常阶梯电压有多少级，就可以相应地扫描出有多少根Ic=Φ(Ib, V ce)输出曲线。JT-1型晶体管特性图示仪是根据上述的基本工作原理而设计的。它由基极正负阶梯信号发生器，集电极正负扫描电压发生器，X轴、Y轴放大器和示波器等部分构成，其组成框图如3所示，详细情况可参考图示仪说明书。

V CE

T

图2基极阶梯电压与集电极扫描电压间关系

图3图示仪的组成框图

四、实验步骤

1、稳压二极管特性曲线测量

2、三极管的判断

利用万用表先判断三极管的导电类型和管脚（NPN型或PNP型，管脚e、b、c）；

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。

（1）区分三极管的基极b：

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。）（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。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）区分发射极和集电极：

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。

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H FE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H FE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。

3、三极管的输入、输出特性曲线测量

根据判断结果，将三极管接入测试电路，调整相关旋钮（集电极扫描电压、基极阶梯信号等），观测三极管的输入、输出特性曲线，并画出测量曲线。

４、β值的计算

根据测量曲线，按β=ΔIc/ΔIb计算。

五、思考题

1、“功耗电阻”在测试中起什么作用？应根据什么来选取？

2、为保证测试管的安全，在测试中应注意哪些事项？