BJT直流参数测试(24页).doc

-BJT、MOS直流参数测试实验 顺序及注意事项1、 复习指导书2、 熟悉仪器（不开机）3、 将功耗电阻调至合适位置，一般1k左右即可。将集电极电压档调回到最小的档位。4、根据晶体管类型，设置正常工作状态下的偏置电压。5、仪器调零（将基区零点、集电区零点分别在显示屏上显示，然后将之调至相同位置，注意，非调x、y轴位置旋钮 ->这同时“等幅度”调整了两者显示位置，故为非调零）6、先调出正确的输出特性曲线，完成此步骤后，再测试指导书中的各项实验内容. 为有效调出输出特性曲线时，注意：A各极的正负偏置最重要（理论上自己分析正负）B、然后才是所施加电压大小C、没有输出特性曲线，可能偏置错误，也可能是管子尚未开启。此外，常见导致问题包括：1). 测试击穿电压或击穿电流时，因击穿电流较大，此时应“及时回调”，否则热击穿的话，需重新测试所有数据。2). 所用晶体管管脚易断，实验时管脚需要弯曲的话，应使其“弯曲点”远离封的装壳。3). 实验中若旋钮旋不动，则表明已调到最大或最小量程。此时，“若”因旋钮指示的位置 和 面板上标示的 最大/最小位置 对不上，仍表明其所在位置 为最大/最小量程档，此时，切勿“继续”用力用力旋拧，否则将导致旋钮故障进而无法继续实验！4). IC要保证较小，因所测对象是小功率管，一般1mA以下足够，勿太高（某些同学毫无概念甚至调到几百mA），这样很容易烧掉导致数据作废。5). 实验中，切换量程时（尤其是集电极电压换量程时），务必注意需先将旋钮旋到最小，再换量程，经常的错误是直接换量程，导致的问题是：1）、电流过大，器件部分烧坏（现场检查或实验报告检查时，特性曲线与记录不一致，影响成绩）； 2）、器件完全烧毁（如此数据全部作废）；3）、更严重情况是仪器烧毁（成绩零）。该情况试验中经常出现，特别提醒注意。6). 所测电流较大时，注意功耗电阻要增加，否则易烧。7).实验完毕，将各电阻调到最大，量程档调至最小，关机。8）、开关图示仪（尤其新图示仪）时，注意将集电极电压置零后，再关闭打开。以往曾出现直接关、开导致仪器点不亮情况。此外，若所测为MOS管，还需注意：1、 实验前 释放身上静电2、 基极模块需置于“电压档”，切勿置于电流档，否则MOS管击穿。若置于电流档，操作之前需要B、E之间加一电阻。3、 VGS加的电压较小，3V以下足矣，否则可能烧毁。4、 对绝缘型场效应管如MOS管（2N7000、BS250）不可测栅源击穿电压。5、 由于跨导较大，说明问题时最好多拍几个图片（对应不同偏置条件）以准确说明问题。6、 指导书中P-mos管中正负偏置有错8、采用图示仪测量阈值电压，有可能实验二、双极性晶体管直流特性参数测量 一、 引言晶体管在半导体器件中占有重要的地位，也是组成集成电路的基本元件。晶体管的各种特性参数可以通过专用仪器-晶体管特性图示仪进行直接测量。了解和测量实际的晶体管的各种性能参数不仅有助于掌握晶体管的工作机理，而且还可以分析造成各种器件失败的原因，晶体管特性图示仪是半导体工艺生产线上最常用的一种工艺质量检测工具。本实验的目的是：了解晶体管特性图示仪的工作原理；学会正确使用晶体管特性图示仪；测量共发射极晶体管的输入特性、输出特性、反向击穿特性和饱和压降等直流特性，了解BJT的各种基本参数定义域测量方法。二、晶体管特性图示仪的工作原理和基本结构 晶体管的输出特性曲线如图1所示，这是一组曲线族，对于其中任一条曲线，相当于Ib =常数（即基极电流Ib不变）。曲线显示出集电极与发射极之间的电压Vcc增加时，集电极电流Ic的变化。因此，为了显示一条特性曲线，可以采用如图2所示的方法，既固定基极电流Ib为： （1）图1共射晶体管输出特性曲线 图2共射晶体管接法在集电极到发射极的回路中，接入一个锯齿波电压发生器Ec和一个小的电阻Rc，晶体管发射极接地。由于电阻R很小，锯齿波电压实际上可以看成是加在晶体管的集电极和发射极之间。晶体管的集电极电流从电阻Rc上流过，电阻Rc上的电压降就正比于Ic。如果把晶体管的c、e两点接到示波管的x偏转板上，把电阻Rc两端接到示波管的y偏转板上，示波器便显示出晶体管的Ic随Vcc变化的曲线。（为了保证测量的准确性，电阻Rc应该很小）。用这种方法只能显示出一条特性曲线，因为此时晶体管的基极电流Ib是固定不变的。 如果要测量整个特性曲线族，则要求基极电流Ib改变。基极电流Ib的改变采用阶梯变化，每一个阶梯维持的时间正好等于作用在集电极的锯齿波电压的周期，如图3所示。阶梯电压每跳一级，电流Ib便增加一级。（每一级阶梯的增幅可根据不同的晶体管的做相应的调整）。晶体管特性图示仪便是按照上述原理设计的，它包括阶梯电压发生器（供基极或发射极阶梯波）、锯齿波电压发生器（供集电极扫描电压）、x轴放大器、y轴放大器、示波管系统等组成，其单元作用如图4所示。作用在垂直偏转板上的除Ic（实际上是IcRc）外，还可以是基极电压、基极电流、外接或校正电压。由于x轴和y轴作用选择的不同，在示波器荧光屏上显示出的特性就完全不同。例如：若x轴作用为集电极电压，y轴作用选择集电极电流，得到晶体管的输出特性曲线；若x轴作用为基极电流，y轴作用选择集电极电流，得到晶体管的电流增益特性（即特性）；若y轴作用为基极电流，x轴作用是基极电流，得到晶体管的输入特性曲线。 图3 阶梯波和锯齿波信号 图4 图示仪的原理方框图三、晶体管特性图示仪的使用方法为了不使被测晶体管和仪器损坏，在测试前必须充分了解仪器的使用方法和晶体管的规格（见另一文件），测试中，在调整仪器的各个选择开关和转换量时，必须注意使加于被测晶体管的电压、电流（并配合功耗电阻）从低量程慢慢提高，直到满足测量要求。以XJ4810A型晶体管特性曲线图示仪为例，仪器操作程序如下：1、开启电源，预热5分钟。2、调整示波器： （1）拉电源开。 （2）调整辉度到适中的亮度； （3）调整聚焦和辅助聚焦，使线迹清晰。 （4）调整x、y移位，使光点停留在适于观察的位置。3、基极阶梯调零阶梯调零是使阶梯信号的起始级在零电位的位置（即使之与集电极的零电位重合）。步骤：a). 先将Y轴置于“外接”; b). 使X轴显示集电极信号，找出集电极信号零点，并至移位于合适位置； c). 再使X轴显示基极信号（可偏置于“阶梯信号”或VBE区域），找出阶梯信号的零点； d). 调整“调零旋钮”，使上述两者零点重合。4、调出晶体管的输出特性曲线，确保实验中的各种参数偏置正确。1）、考虑各管脚的排列方式；2）、考虑各管脚的正负偏置。5、获得正确输出特性曲线（即确保已了解各项条件的基本偏置）后，开始指导书的各项内容测试。四、实验步骤及测试内容本实验分别测量NPN和PNP晶体管各一。实验中的数据记录方法见实验要求 （注意：拍照时不但拍下显示屏的曲线，还要拍各档位的偏置情况）。另外，为较完整体现晶体管的特性，每项测量内容有时需拍多张图片以反映不同情况（如大、小电流）下的参数变化情况（而不仅仅是一个数值）。请务必自行预习相关知识，根据实验实际情况，以确定 较完整准确记录数据 的方法。记录数据（或拍照）时注意：若条件允许，应尽可能减小视觉误差，同时应尽量使曲线不要超出屏幕范围，否则易被认为不恰当测量（可能超出允许的量程）。测量击穿电压时，务必加一定的功耗电阻；集电极电压跳档时，务必将旋钮跳到最小后再跳档。如下以“其它”晶体管的数据记录方法为例，仅供参考，切勿照搬照抄（注意 所用晶体管型号与实验中晶体管型号有所区别）。1、NPN管测试（以C9013为例）（1）输入特性曲线和输入电阻Ri 在共射晶体管电路中，输出交流短路时，输入电压和输入电流之比为Ri，即 (2 )它是共射晶体管输入特性曲线斜率的倒数。例如需测C9013在VCE = 10V时某一工作点Q的Ri值，晶体管接法如图5所示。各旋钮位置为：峰值电压范围 010V极性（集电极扫描） 正（+）极性（阶梯） 正（+）功耗限制电阻 0.11k（适当选择）x轴作用 电压0 .1V/度y轴作用 阶梯作用 重复阶梯选择 0.1mA/级测试时，在未插入样管时先将x轴集电极电压置于1V/度，调峰值电压为10V，然后插入样管，将x轴作用扳到电压0.1V/度，即得VCE=10V时的输入特性曲线。这样可测得图6；以中间一条线为基准，取相临两条线的电压差Vb和电流差Ib，根据 （3）可求出共发射极的输入阻抗。 图5 晶体管接法 图6 晶体管的输入特性曲线（2）输出特性曲线、转移特性曲线和在共射电路中，输出交流短路时，输出电流和输入电流增量之比为共射晶体管交流电流放大系数。晶体管接法如图5所示。旋钮位置如下：峰值电压范围 010V极性（集电极扫描） 正（+）极性（阶梯） 正（+）功耗限制电阻 0.11kx轴 集电极电压2V/度y轴 集电极电流2mA/度阶梯选择 0.02mA/级阶梯作用 重复调节峰值电压得到图7所示共射晶体管输出特性曲线。再调节“级/族”增加到Ic=10mA（如不到10mA，可改变基极阶梯选择及功耗电阻大小），此时读出集电极电压Vc=1V时的Ic和Ib值，可求出参数。 （3）用这种方法测得的只是一个晶体管电流放大放大系数的总情况。实际上晶体管电流放大系数随Ic而变化，因此可以观察一下IcIb 曲线：将x轴作用至“基极电流或基极电压”，即得Vc=2V左右的IcIb 曲线（见图8），该曲线上某一点的（一定的Ic）斜率即对应Ic下的参数值，从斜率的大小就可以看到不同Ic下放大系数的情况。 图7共射晶体管输出特性的读测 图8共射晶体管的转移特性 注意：可改变不同基级电流，观察大中小电流下直流放大倍数的变化情况。 （3）反向击穿电压测量 （建议：本项与下一项测试同时进行）BVCBO发射极开路，集电极电流为规定值时，CB间的反向电压值。BVCEO基极开路，集电极电流为规定值时，CE间的反向电压值。BVEBO集电极开路，发射极电流为规定值时，EB间的反向电压值。理论上可推导出对硅npn管，n = 4。硅双扩散管的基区平均杂质浓度，所以，一般BVCBOBVCEOBVEBO，一般BVCBOBVEBOBVCEO。C9013的BVCBO和BVCEO的测试条件为IC=100A, VEBO 的为IE =100A。晶体管的接法如图9示。旋钮位置为： 峰值电压范围 0100（测BVCBO，BVCEO） 010 （测BVEBO） 极性（集电极扫描） 正（+） 功耗电阻 550k x轴 集电极电压10V/度（测BVCBO，BVCEO） 1V/度（测BVEBO） y轴 集电极电流0.1mA/度将峰值电压调整到合适的值，即可得到图10所示的值。图9 测击穿电压时晶体管的接法图10晶体管击穿电压测量值的示意图（4） 反向饱和电流(a) 基极反向饱和电流ICBO集电极基极反向饱和电流表示发射极开路，c、b间加上一定反向电压时的反向电流。它实际上和单个PN结的反向电流是一样的，因此，它只决定于温度和少数载流子的浓度。ICBO不受发射极电流和基极电流控制，它对电流放大无贡献。ICBO过大的晶体管根本无法使用，显然，ICBO越小越好。(b) 发射极基极反向饱和电流IEBO发射极基极反向饱和电流IEBO表示集电极开路，e、b间加上一定反向电压时的反向电流。构成IEBO的原因与ICBO是类同的。实际上也是一个PN结的反向电流。反向饱和电流一般较小，故电流表量程选为200A。测量IEBO所要求的加在e、b间的电压一般不高，大约46V，有些会大些，为便于读数，选择其量程为100V。电源电压为可调的。 (c)集电极发射集反向饱和电流ICEO ICEO表示基极开路，ce间加一定反向电压时的集电极电流。由于这个电流从集电区穿过基区流至发射区，所以又叫穿透电流。当c、e间加上反向电压后，反向电压就加在发射结和集电结上，即在发射结分配有正向电压，集电结分配有反向电压，如图3.4所示。集电结在反向电压作用下，集电区的少数载流子空穴就要漂移到基区，它的数量就等于ICBO；另一方面，发射结在正向电压作用下，发射区的多数载流子电子就要扩散到基区，由于基极开路，因此集电区的空穴漂移到基区后，不能由基极外部电源补充电子与其复合，形成基极电流，而只能与发射区注入基区的电子复合，由此可见由发射区注入基区的电子，为了与由集电区到达基区的空穴复合而分出来的部分刚好是ICBO，其余大部分到达集电区。根据BJT电流分配规律：发射区每向基区供给一个复合用的载流子，就要向集电区供给个载流子，因此到达集电极的电子数等于在基区复合的倍。于是发射极总的电流为： ICEO=ICBO+ICBO=(1+)ICBO由于ICEO比ICBO大得多，测量起来较容易，故常把测量ICEO作为判断管子质量的重要依据。根据上述分析,可得其测试电路如图2.7：电流表量程为200A，电压表量程为100V，电源电压为可调的。（5）饱和压降VCES和正向压降VBESVCES和VBES是功率管的重要参数，对开关管尤其重要。VCES是共射晶体管饱和态时CE间的压降。VECS与实际测试条件有关，通常处于某一范围，而非一固定值。VBES是共射晶体管饱和态时BE间的压降。一般硅管的VBES =0.70.8V，锗管的VBES =0.30.4V。VBES与芯片表面的铝硅接触情况有关，铝硅合金不好，或光刻引线孔时残留有薄氧化层都会导致VBES过大。VCES的大小与衬底材料和测试条件有一定的关系。测试时，晶体管接法仍如图5所示。当测试条件为IC=10mA、IB=1mA时(请准确了解该偏置条件的含义，避免实验中照搬照抄)，图示仪的旋钮位置如下： 峰值电压范围 050V功耗电阻 0.51K极性（集电极扫描） 正（+）极性（阶梯） 正（+）x轴 集电极电压0.05V/度y轴 集电极电流1mA/度阶梯信号选择 0.1mA/级阶梯信号 重复级/族 10调峰值电压，使第10级（即第11根）曲线与IC=10mA的线相交，此交点对应的VCE值即为VCES（如图13所示，VCES=0.15V）。 图11除上述方法外，可采取“各IB”对应的IC曲线降低到原饱和电流1/31/22/3大小时所对应VCE值。比较用该方法得到的结果与上述方法得到结果有何异同。VBES : 将Y轴作用拨至，将X轴作用拨至基极电压0.1V/度，即得如图12所示的输入特性曲线。此曲线与IB=1mA的线交点对应的VBE值即为VBES。 图12 VBES的测量4、测试完毕，将峰值电压调节到0，示波器的辉度减暗后关闭整机电源。五、问题1如何用XJ4810图示仪区分硅npn和pnp管？2、分析小注入和大注入时晶体管变小的物理原因。2为什么硅管的漏电流较锗管小?第 24 页-