用图示仪测量双极性晶体管的直流参数
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，JT-1型晶体管特性图示仪是常用的一种。本实验的目的是了解JT-1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，RB、EB构成基极偏流电路。取EB>>VBE可使IB=(EB- VBE)/ RB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RC，这样加到示波器上X轴和Y轴的电压分别为
Vx =Vce =Vca +Vac=Vca-Ic Rc ≈Vca
Vy=-Ic.Rcα∝-Ic
| BG |
| b b |
| Rb |
| VBE IB |
| IC
|
| RC
|
| VY |
| VX
|
| EB |
图1测试输出特性曲线的原理电路
当IB恒定时，在示波器的屏幕上可以看到一根Ic—Vce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IB的特性曲线簇Ici=Φ(Ici Vce)应该在X轴的锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使IB也有一个相应的变化，所以应将图1中的EB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VB1 、VB2 、VB3 …就可对应地提供不同的恒定基极注入电流IB1 IB2 IB3…。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 Vce)曲线，在T1时刻扫描出Ic1=Φ(Ib1 Vce)曲线…。通常阶梯电压有级，就可以相应地扫描出有根Ic=Φ(Ib Vce)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。
|
IB0
|
| IB |
| IB1
|
| IB2
|
| IBN |
| VCE |
| T |
图2基极阶梯电压与集电极扫描电压间关系
| 基极阶梯发生器 |
| X轴放大器 |
| 集电极扫描电压 发生器 |
| Y轴放大器 |
| NPN |
| PNP |
| 功耗电阻 |
| 示波管 |
| 取样电阻 |
| PNP |
| NPN |
图3图示仪的组成框图
二、实验方法
描述晶体管的参数很多，双级型晶体管直流参数的测试主要包括：
1.反向漏电流和反向击穿电压的测试
将晶体管按规定的引脚插入之后，逐渐加大反向峰值电压，即可观察到晶体管反向伏－安特性曲线，进而可测出反向漏电流的大小。当反向电压增加到某一数值之后，反向电流迅速增大，这就是击穿现象。通常规定晶体管两级之间加上反向电压，当反向漏电流达到某一规定值时所对应的电压值即为反响击穿电压。
晶体管的反向漏电流和反向击穿电压有三种情况：
根据这些参数的定义，测试时分别将晶体管C、B级，E、B级和C、E级插入图示仪上的插孔C、E，然后加上反向电压，就可进行测量。测试ICEO V(BR)CEO时，也可将晶体管E、B、C同时和图示仪连接，将基极阶梯信号选用“零电流”，在C、E级同时和图示仪连接，将基极阶梯信号选用“零电流”，在C、E级之间加上反向电压进行测量。
2.输入阻抗的测试
| IB |
| IBQ |
| Q |
| VCE1=0 VCE2=5 |
| VBE |
| VBEO |
| 图4晶体管输入特性的测试 |
晶体管的输入特性对于共发射极电路来说是指IB和VBE的关系，输入阻抗用hIE表示。以npn管为例将被测管E、B、C极分别插入图示仪插座空E、B、C，然后加大“峰值电压”，便可得到如图1所示的共发射极组态下的输入特性曲线。
共发射极输入阻抗用hIE的定义可表示如下：
hIE＝аVBE/аIB|VCE=常数≈ΔVBF/ΔIB|VCE=常数
例如，若要测出当VBE＝5VIB=40μA时的输入阻抗，可以调节“峰值电压”旋钮使VCE＝5V“阶梯选择”置10μA/级，从图25.1右边一根曲线上，可自下而上数到第四个亮点（Q点），就对应于IB=4×10μA ＝40μA的一点，然后过Q点作切线，以切线为斜边作直角三角形，即可求出待测的输入阻抗的数值，不同的IB对应于不同hIE的值。
| IB2 |
| IC2 ICQ IC1 |
| IBQ IB1 |
| VCE |
| VCEQ |
| IC |
3．电流增益的测试
共发射极电路电流增益的定义如下：
hIE＝АIC/аIB|VCE=常数
≈ΔIC/ΔIB|VCE=常数
以npn管为例正确选择各个旋钮的位置之后，将被测管接入图示仪，逐渐加大“峰值电压”，就可以在屏幕上得到如图5所示的输出特性曲线簇。对应于图中的工作点Q可以求出电流增益为
hFEQ＝ΔIC/ΔIB|VCQ
=(IC2-IC1)/(IB2-IB1)|VCEQ
为了便于读数，可将X轴作用的“伏/度”开关由原来的“集电极电压”改置“基极电流”，就得到IC~IB曲线，其曲线斜率就是hFE。所得曲线陈为电流传输特性曲线。
4、饱和降压的测试
晶体管的饱和降压VCES是指在给定的IB和IC的条件下，晶体管工作在饱和状态时集电极和发射极之间的电压降。晶体管的饱和压降曲线如图6所示。这组特性曲线是在输出特性曲线部分将VCE 轴放大之后得到的。根据饱和压降的定义，当给定IB和IC的数值后，可以从晶体管的饱和压降曲线上找出相应的饱和压降VCES。IB和IC的取值由测试条件规定，一般在测试中取IC＝10IB时的VCE值作为VCES。
5、正常管和失效管输出特性曲线的比较
图6 晶体管饱和压降曲线
图7 几种不正常晶体管的输出特性曲线
较低，输出阻抗也低，放大信号的线性作用差，失真大，工作不稳定。
三、实验步骤
四、试验数据处理
根据试验中观察到的波形及记录的数据，拟成图表求出各个参数并对器件质量进行分析。
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？
表25.1 双极形晶体管的测试条件举例
|
| 3DG6 | 3AD6 |
| 待测参数 | 测试条件 | 测试条件 |
| ICBO | VCB=10V | VCB=20V |
| IEBO | VBE=1.5V | VBE=10V |
| ICEO | VCE=10V | VCE=10V |
| V(BR)EBO | IB=－100μA | IB=5mA |
| V(BR)CBO | IC=100μA | IC=5mA |
| V(BR)CEO | IC=200μA | IC=10mA |
| hIE | IB=50μAVCE＝5V | IB=1mAVCE=2V |
| HFE | IC=3mAVCE=5V | IC=0.2AVCE=2V |
| VCES | IC=10IB | IC=10IB |
2、为保证测试管的安全，在测试中应注意哪些事项？
3、从晶体管结构、材料、器件原理及工艺方面试对各种失效器件的原因进行分析。
六、参考资料
[1]张建华，电子技术基础实验技术P．212－223，北京工业学出版社，1987年。
[2]林昭炯、韩汝琦，晶体管原理与设计，P．128－149，科学出版社1979年。
[3]Adir Bar-LovSemiconductors and Electronic DevicesP．252-3151984。
附录：图示仪的调整方法
