微电子实验完成版

实验指导书教学单位：电子工程系课程名称：微电子器件面向专业：电子科学与技术电子科技大学中山学院2008年5月实验指导书实验名称：实验一图示仪检测晶体管和MOS管参数学时安排：4 实验类别：验证性实验要求：必做￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、实验目的和任务本实验目的是用图示仪检测晶体管直流参数；学习并掌握该仪器的基本测试原理和使用方法，并巩固及加深对晶体管原理课程的理解。

二、实验原理介绍测定晶体管的特性曲线和各种直流参数，最原始的方法是逐点测试扫描图法。

例如测定PNP晶体管共发射极输出特性（V c ~ I c | I b = 常数），只要R B远大于晶体管的输入电阻，则确定一个基极电位E BB，而改变集电极电位E CC，即能测出确定I B条件下V C和I C各个对应值，适当选取坐标就可绘制出晶体管特性曲线。

若要得到一族曲线，就得改变数次I B值。

显然，这种测试方速度太慢，而且在测试击穿特性（如击穿电压V CEO、V CBO）和最大I CM 时易烧坏晶体管。

如果E CC能随时间连续变化，击穿电压和最大电流将是瞬时值，只要不过大，一般不会损坏晶体管。

如果把基极电压（或电流）改变数次，用一个等阶梯波代替，且把集电极电压和电流加到示波器上，就能直接从示波管的屏幕上得到一族晶体管特性曲线。

其中仪器里面的阶梯波信号电路：它包括阶梯波发生器、阶梯放大器及阶梯选择开关。

它的作用是产生一个阶梯幅度相等，重复频率为100周和200周并与集电极半波正弦扫描电压有一定对应关系的阶梯波，根据测试要求，通过“阶梯选择”开关改变阶梯波幅度的大小（即改变被测晶体管基极电流或基极电压的阶梯值）、阶梯波的极性，对于每组出现的阶梯数也可由“级/簇”开关控制其大小。

集电极扫描电路：由扫描电压发生器、极性开关及功耗限制电阻组成。

它给被测晶体管提供一个100周半波正弦扫描电压，其幅值有五个档位，且线性可调。

根据被测管的类型，改变扫描电压极性、幅度，选择适当功耗电阻值。

注意：对于NPN晶体管测量时，扫描电压极性选择为“+”，阶梯信号的极性为“+”；而PNP管测试时，扫描电压极性为“-”，阶梯信号极性为“-”。

测试管座上C和E孔分别接在仪器内部电源的正极和负极上；而当扫描电压极性为“-”时，测试管座上C孔和E孔分别接在仪器内部电源的负极和正极上。

在测试击穿电压时不要接错。

为使在测试时不损坏晶体管，在测试电路中引入了功耗限制电阻。

功耗限制电阻在测量击穿特性时用来限制击穿时电流倍增，防止电流过大而烧坏晶体管，且具有稳定电流到某一数值以便观察的作用。

在观察特性曲线时，该功耗限制电阻又用作被测晶体管的集电极负载。

选择适当的电阻值，并适当调节扫描电压幅度，使直流负载线上任意一点的功耗V C I C < P CM，避免烧坏晶体管。

示波器及开关转换电路：示波器和通常的示波器一样，包括有示波器管、x轴放大、y 轴放大和旋转开关，仅仅是它的扫描电压不是一个锯齿波，而是一个100周半波正弦电压，通过选择适当的开关位置，从示波管的标尺刻度上即可直接读出加在示波管上的电压和电流值，观察晶体管的各种特性曲线。

图1.1是被测晶体管基极电流、集电极电压与输出特性波形之间关系。

三、实验设备介绍晶体管直流参数是衡量晶体管质量优劣的重要性能指标。

在晶体管生产中和晶体管使用前，须对其直流参数进行测试。

晶体管图示仪是一类专门用于晶体管直流参数测量的仪器。

用该仪器可在示波管屏幕上直接观察各种直流特性曲线，通过曲线在标尺刻度的位置可以直接读出各项直流参数。

用它可测试晶体管的输出特性、输入特性、转移特性和电流放大特性等；也可以测定各种极限、过负荷特性。

四、实验内容和步骤1. 测量整流、稳压二极管的正、反向特性。

2. 测试NPN 晶体管，如2N3904的基本直流参数。

3. 测试PNP 晶体管，如2N3906的基本直流参数。

4. 测试场效应管2SK30、IRF830的直流参数。

准备工作：在仪器未通电前，把“辉度”旋至中等位置，“峰值电压”范围旋至0-10伏档，“功耗限制电阻”调到1K 档，“峰值电压” 调到0位，“X 轴作用”置集电极电压1伏/度档，“Y 轴作用”置集电极电流1毫安/度档。

接通电源预热10分钟。

调节“辉度”和“聚焦”使显示的图像清晰。

1. 二极管的测试二极管有多种类别，都有正、负极。

直流电源正极连接二极管正极，电源负极连接二极管负极叫正向连接，反之亦然。

对于硅管，V be = 0.6-0.7V ，其反向电压差别很大。

发光二极管，因材料不同，一般导通为1.8V ，反向几十到百伏不等，另外给发光管加交流电压，观察发光情况。

锗材料一般0.3-0.4V ，但反向电压差别很大。

分别测整流、稳压二级管的直流正、反向特性。

选点不少于10个。

以测整流二极管1N4004正向特性曲线为例。

把“Y 轴作用”的I C 置于0.5mA/div ，“X 轴作用”V CE 置0.1V/div ，把“峰值电压”范围调到20%左右，扫描电压极性为“+”，“阶梯作用”置于重复，阶梯选择为5uA/div ，阶梯信号极性也为“+” 。

“级/簇”置为10，功CBE图1.2 PN 结的伏安特性耗电阻为250Ω。

字符显示 Y 50 mA I 114 mA X 0.1 V U 0.792 V图1.3 整流管1N4004的正向特性曲线测稳压管的条件跟上述的一样，但管脚的插法不一样。

稳压管的负极要接到电源的正极，即插座的“C”极。

它的负极要接到插座的“E”极。

把“峰值电压”范围调到20%左右。

2. 双极型晶体管参数的测试（以2N3904为例） (1) 电流放大系数β测试测试盒发射极接地，把被测管的基极、发射极和集电极分别插到管座相对应的孔中，“Y 轴作用”的I C 置1mA/div ，“X 轴作用”的V CE 置1V/div ，扫描电压极性为“+”,“阶梯作用”置于重复，阶梯选择为5uA/div ，阶梯信号极性也为“+”,“级/簇”置为10，“峰值电压”范围为60%,极性NPN 为“+”，“功耗电阻”为250Ω。

倒向弹出，双簇弹出。

C B EY 1 mAI 3.56X 1 VU 4.48 VS 5 μAβ152图1.4 NPN管2N3904的特性曲线这时逐渐加大扫描电压，屏上出现晶体管的输出特性曲线，那么再利用仪器的字符显示功能，按下“D/T”键，此键有三个态，平时是处于关态。

按一下就会进入D态，即二端器件测试态。

显示单光标［+ ］和四行字符串Y、I、X、U，其中Y、X分别为垂直、水平坐标值，I、U分别为垂直、水平测试值。

再按一下，就会进入T态，即三端器件测试态。

此时，会在D态基础上显示增加辅助光标［⨯］，并增加阶梯坐标值字符串S和测试值字符串β（h fe）、G（g m）。

那么我们就利用这两个光标读出晶体管的β值，具体是这样做的，把两个光标移动到晶体管的输出特性曲线上，β、G的读出值须除以两个光标之间的曲线数N。

即β（实际值）＝β（读出值）／N。

G（实际值）＝G（读出值）／N。

(2) 饱和压降V CES测量β后，先不改变上述条件，把“X轴作用”V CE为0.1V左右，“阶梯选择”为I b为0.1mA/度档，那么输出特性曲线的第10根曲线就是代表I b = 1mA。

调节“Y轴作用”I c = 10mA或邻近的档位，目标是把曲线调整到清晰。

然后，沿着第10条曲线调节“+”光标，字符显示的I =10mA时，读U的值。

此时的U就是V CES。

其实，PNP管的输出特性的曲线跟NPN管的输出特性曲线的形状差不多，但是原点位置大不一样，它们正好是对角的点。

而此时的扫描电压要改变极性，而阶梯信号的极性也要同时改变。

则两个电压都要变成“-”。

3.场效应管参数测试晶体管特性图示仪是为普通的NPN、PNP晶体管的特性图示分析而设计的，要用它来检测场效应管，就必须找出场效应管和普通晶体管之间的相似点和不同处。

场效应管的源极( S )、栅极( G )和漏极( D )分别相当于普通晶体管的发射极( E )、基极( B )、和集电极( C )。

普通晶体管是电流控制元件，而场效应管则是电压控制元件。

1)场效应管2SK30是N-MOS器件，它的管脚分布如图1.5所示。

图1.5 2SK30管脚分布图按照管脚的分布插好管脚后，把“Y轴作用”调到0.2mA/div，“X轴作用”调到1V/div，扫描电压极性为“+”,“功耗限制电阻”调为250Ω，“峰值电压”范围为60% ,“阶梯档级”调到0.1V/div,“阶梯极性”为“-”，“级/簇”置为10。

具体的输出特性曲线图类似于晶体管的外型，所以这里就不给出了。

2)场效应管IRF830是大功率器件，所以测量的时候要小心碰到管子，因为在工作中的管子是很热的。

测量前，“Y轴作用”要0.5安/度档，“X轴作用”要调到1伏/度档。

集电极极性为“+”，“级/簇”置为2，“ΔV B”为按入。

然后调节峰值电压%到适中位置，那么曲线便出来。

五、注意事项和要求1．测量稳压二极管时，只需要将二极管的正极接仪器内部电源的负极（管坐上C孔），二极管的负极接仪器内部电源的正极（管坐上E孔），无需改变扫描电压的极性。

2．测量PNP型三极管时，扫描电压极性和阶梯信号极性均为负，即扫描极性和阶梯极性按键均按入。

3．测量场效应晶体管时，由于场效应晶体管是压控元件，阶梯极性需调到电压档，并且“ΔV B”为按入。

六、作业及预习要求1.从特性曲线上，找出截止、放大及饱和区。

2.通过测量我们可以从字符显示，得到被测器件的β和g值，那么我们再根据仪器屏幕上的曲线再算β和g值，从而来验证上一步所得到的β和g值3.要求预习三种器件直流特性相关内容。

七、参考书目✧陈星弼、张庆中。

晶体管原理与设计电子工业出版社✧刘刚、何笑明、陈涛。

微电子器件与IC设计科学出版社实验指导书实验名称：实验二 晶体管开关时间的测量 学时安排：3学时 实验类别：验证性 实验要求：必做￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 一、实验目的和任务本实验通过测量双极型晶体管的开关时间，熟悉开关时间的测试原理、掌握开关时间的测试方法、研究测试条件变化对晶体管开关时间的影响。

二、实验原理介绍图2.1 晶体管开关电路示意图 图2.2 开关晶体管输入、输出波形-V BB (t)V t (t)tt(t) I cs 0.9I c0.1Ictt f图2.1是典型的NPN 晶体管开关电路，图中R L 和R B 分别为负载电阻和基极偏置电阻-V BB 和+V CC 分别为基极和集电极的偏置电压。

如果给晶体管基极输入一脉冲信号V b ，基极和集电极电流i b 和i c 的波形如图2.2所示。