物电学院应用物理学双极型晶体管直流参数测量.docx
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1、本科毕业论文论文题目:双极型晶体管直流参数测量 学生姓名:王海明 学号:2 专业:应用物理学 指导教师:董庆瑞 学 院:物理与电子科学学院 2016 年 5月 4 日毕业论文内容介绍论文(设计)题 目双极型晶体管直流参数测量选题时间2015.12完成时间2016.5论文(设计)字数7000关 键 词双极型晶体管 组态 特性 教学论文(设计)题目来源、理论和实践意义:本论文通过学院选课系统选定论文写作方向,然后通过与老师讨论,并结合现有实验条件及写作难易程度,最终选定本论文题目双极性晶体管直流参数测量。论文通过对pnp型晶体管通过共基和共射两种组态测量双极型晶体管特性参数测量为主体,设计教学实验
2、,来提高教学质量,帮助学生理解枯燥知识。用晶体管特性图示仪直观生动展现出其特性特点,是学生更容易理解掌握双极型晶体管放大原理以及在工艺中应用。论文(设计)主要内容及创新点:在论文中,它主要内容是设计实验教案,通过编写教案以及实验报告模板来提高半导体教学质量。实验设计是通过用晶体管特性图示仪直观呈现三极管输出特性,放大特性以及晶体管耐性强度来提高学生兴趣,从而提高半导体教学质量。创新点在于直观性,相对于用万用表测三极管输出特性,本实验更为方便直观,形象将其特性展现在学生面前。附:论文(设计)本人签名: 2016 年 5 月 4 日 目 录一中英文摘要3二实验讲义4三实验报告15四实验总结分析27
3、五参考文献28双极性晶体管直流参数测量王海明摘要:论文是通过设计测量双极型晶体管直流参数测量实验过程,来提高老师教学质量,本实验运用图示仪,用过不同组态连接方式直观展现出双极型晶体管特性曲线。通过对于这些特性观察分析,从而帮助学生直观理解其特性,进而可以更好地去学习三极管原理以及双极型晶体管应用范围和应用前景。这样便可以提高教学质量。关键词:双极型晶体管 组态 特性 教学 Measuring bipolar transistor DC parametersWang Hai-mingAbstract: Thesis is an experimental procedure DC paramete
4、rs measured by measuring the bipolar transistor design to improve the teaching quality of teachers, the use of tracers in this experiment, used a different configuration of connection intuitive exhibit a characteristic of the bipolar transistor curve. Through observation and analysis of these featur
5、es to help students intuitive understanding of its characteristics, and thus may be better to learn the scope and application of the principles of the transistor and the prospect of a bipolar transistor. So that it can improve the quality of teachingKeywords: bipolar transistor configuration feature
6、s teaching二 实验讲义【实验目】1、学会正确使用CA4810A晶体管特性图示仪,并了解图示仪测量原理;2、验证所学双极型晶体管结构和原理知识;3、运用双极型晶体管知识,设计测试方案;4、运用双极型晶体管知识,分析实验结果。【实验仪器与器材】1、CA4810A晶体管特性图示仪;2、C9012双极型晶体管(Si-PNP;PCM:0.625W;ICM:500mA;BVCBO:40V;主要应用于低频放大以及电子开关);3、C9013双极型晶体管(Si-NPN;PCM:0.625W;ICM:500mA;BVCBO:40V;主要应用于低频放大以及电子开关)。【实验内容】1、输出特性;2、电流增益
7、测量;3、晶体管耐压测试。【双极型晶体管】pnp双极型晶体管具有理想一维结构,有着三段不同掺杂浓度区域,能够形成两个p-n结。其中浓度掺杂最高p区域被叫做发射区(用E表示,emitter);其中间较为窄n型区域,它杂质浓度中等,被称为基区(用B表示,base),基区宽度必需远小于少数载流子扩散长度;而浓度最小p型区域则被称为集电区(用C表示,collector)。图1图2晶体管各端点电流可由上述各个电流成分:图3共基组态:图4共射组态:图5【半导体晶体管特性图示仪使用】1、器件连接插孔图6半导体图示仪连接器件插孔有“E”、“b”、“c”字母图示,这样标示仅仅只是为了方便,对于本实验来讲,需要记
8、住两点:1、“E”和“c”插孔是提供电压,同时“c”还可以用于测量电流;2、“b”插孔可提供阶梯电流。做实验时,不要将“E”、“b”、“c”插孔和器件三个极关系固化,可以灵活运用,完成测量任务。2、面板图(1)峰值电压范围:分05V/10A、020V/2.5A、0100V/0.5A、0500V/0.1A四挡。当由低挡改换高挡观察半导体管特性时,要先将峰值电压调到零值,再去换挡,换挡后按需要电压逐渐增加,否则容易击穿被测晶体管。图7(2)电压VCE极性:按键弹出,插孔“c”电压会高于插孔“E”电压;反之,按键按入,插孔“c”电压会低于插孔“E”电压。(3)功耗限制电阻:它是串联在被测管集电极电路
9、中,限制超过功耗,也可用作被测半导体管集电极负载电阻。(4)峰值电压%:峰值电压可在05V、020V、0100V、0500V范围内连续调节,面板上标称值是近似值,是用来作为参考。(5)阶梯“+/-”开关:在此次实验中,开关弹出,阶梯电流从插孔“b”流出;开关按入,阶梯电流进入插孔“b”。(6)电压-电流/级开关:在此次实验中,可以选择以“b”插孔作为阶梯电流源,从1微安/级-0.1安/级。(7)“伏/度”开关:可以选择将(1)(2)(4)设置电压加在VcE上或VBE上,选择档位对应X轴一个大格单位;如果选择阶级符号,X轴显示阶梯级数。(8)反相:垂直和水平信号都反相180度。(9)“0.5”开
10、关:如果按入开关,则偏转系数会被扩展2倍。(10)电流/度:在此次实验中,用在选择Y轴Ic一个大格单位。【仪器原理】如果可以把晶体管输出特性曲线、输入特性曲线、P-N结伏安特性曲线用示波器荧光屏直接显现出来,那么通过仪器标尺刻度就可以读测晶体管各直流参数。下面以输出特性为例,简述图示意测量原理。由图8所示晶体管共基输出特性曲线,若荧光屏上x方向对应集电极电压VCE,y方向对应集电极电流IC,当基极注入一定量IB时,就可以得到一条于IB相对应输出特性曲线,如果给定多个IB就可以得到多条输出特性曲线。图8图9如图9显示是输出特性曲线最基本线路。本图可以看出解决问题关键是:l 如何将变化集电极电压加
11、到需要被测量C、E两端,并且能够到达示波器x轴偏转板,且兼作水平扫描电压。l 如何将电流IC变化反映到示波器屏幕y方向。l 如何能够得到一组不同数值IB。1、集电极扫描电压图1050赫兹交流电经过二极管整流,但是不滤波,就可以得到每秒100个峰单向脉冲电压,这个脉冲电压加在晶体管C、E两端,并送到示波器x轴兼作水平扫描电压,如图10所示,可以用一换向开关改变脉冲电压极性,就能够适用npn或pnp晶体管测试需要。调节调压器来改变输入电压大小,便可以改变脉冲电压峰值,从而可以使调节C、E两端电压状态是变化,此集电极扫描电压就相当于图9可调电源电压VCC。功耗限制电阻则是相当于图9所示可调电源电压R
12、C,该电阻串联在被测器件集电极回路中限制其功耗,也可被视为被测器件集电极负载电阻。2、 集电极电流IC由于IC电流变化,不能被直接输入到示波器y轴上,所以必须变成电压信号,加到示波器y轴,如何将电流信号变换成电压信号,并且能够反映出电流变化,且通过取样RD,把电流IC经电阻RD,从而得到电压Vy:Vy=ICRD,RD是常数,因而Vy正比于IC,示波器y方向电压变化反映电流IC变化,RD数值应较小,不要过多影响回路电流大小。3、阶梯信号发生器图11由前面得知,要测量晶体管输出特性曲线,只需按图10插入晶体管,集电极扫描电压极性按照被测管处于工作状态所需要电压电源极性而定,然后向被测基极送入一定基
13、极电流IB,这样示波器屏幕上x轴将会代表VCE电压,y轴将会代表IC电流,就会得到一条对应于基极电流IB公共极输出特性曲线。如果改变IB值,就能够得到不同输出曲线,因此设想:如果送进基极电流用专门设计电路产生一个阶梯流(如图11),那么这个阶梯是交替变换一组IB,阶梯波中各级之间相差IB是相同。例如IB是0.01mA/级 ,第一级(即起始级)IB = 0 mA,第二级IB = 0.01 mA, 第三级IB = 0.02 mA 等等。每注入一个基极电流IB就能够得到一条输出特性曲线,而每一个输出曲线只扫一段短暂时间t,但是要连续不断地扫描,一秒钟能扫十几次,人眼在荧光屏上能看到将是一族稳定特性曲
14、线,阶梯波极性也可以用换向开关改变以适应测试pnp或npn管子需要。【实验步骤】1. 准备工作(1) 回顾双极型晶体管结构及工作原理;(2) 学习CA4810A晶体管特性图示仪测试原理;(3) 打开电源预热10分钟左右;(4) 分析被测晶体管类型,初步估计集电极扫描信号峰值电压范围、极性,初步估计阶梯信号范围及极性(提示:可参考器件数据手册);(5) 光点聚焦,辉度调到适宜,光点调到X、Y零处;(6) 安全:整个实验保证Ic100mA。2. PNP型9012半导体三极管共射组态输出特性(1) 根据PNP C9012晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书,绘制晶体管与仪器插接图。(2) 选择测试仪
15、器条件:峰值电压范围:_;极性:_。功耗限制电阻:_。X轴:集电极电压(VCE):_;Y轴:集电极电流(IC):_。阶梯信号:_;极性:_。阶梯选择:_;阶梯调零:_;阶梯级数:_。(3) 绘制输出曲线,并描述输出曲线主要特征。3. PNP型9012半导体三极管共射电流增益测试(1) 根据PNP C9012晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书,绘制晶体管与仪器插接图。(2) 选择测试仪器条件:峰值电压范围:_;极性:_。功耗限制电阻:_。X轴:_阶梯信号_;Y轴:_。阶梯信号:_;极性:_。阶梯选择:_;阶梯调零:_;阶梯级数:_。(3) 绘制输出曲线,并描述输出曲线主要特征。(4) 根据公式
16、:计算共射电流放大倍数HEF。4. PNP型9012半导体三极管共基组态输出特性(1) 根据PNP C9012晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书,绘制晶体管与仪器插接图。(2) 选择测试仪器条件:峰值电压范围:_;极性:_。功耗限制电阻:_。X轴:集电极电压(VCE):_;Y轴:集电极电流(IC):_。阶梯信号:_;极性:_。阶梯选择:_;阶梯调零:_;阶梯级数:_。(3) 绘制输出曲线,并描述输出曲线主要特征。5. 测量PNP型9012击穿电压BVCEO。定义:BVCEO是基极开路时,集电极和发射极之间最大允许电压,可以用来大致衡量三极管截止时最大承压(CE间)。(1) 根据PNP C90
17、12晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书,绘制晶体管与仪器插接图。(2) 选择测试仪器条件:峰值电压范围:_;极性:_。功耗限制电阻:5K。X轴:集电极电压(VCE):_;Y轴:集电极电流(IC):_。(3) 将被测管按所绘制插接图插入晶体管,然后缓慢增加集电极电压,集电极电流上升到测试条件规定时,停止加电压,从荧光屏上显示图形读取BVCEO值。(4) 绘制输出曲线,并标注BVCEO值。6. 测量PNP型9012集基结反向击穿电压BVCBO。定义:BVCBO是发射极开路时,集基结反向击穿电压,反映了集基结单结耐压情况。(1) 根据PNP C9012晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书(见附件)
18、,绘制晶体管与仪器插接图。(2) 选择测试仪器条件:峰值电压范围:_;极性:_。功耗限制电阻:5K。X轴:集电极电压(VCE):_;Y轴:集电极电流(IC):_。(3) 将被测管按所绘制插接图插入晶体管,然后缓慢增加集电极电压,集电极电流上升到测试条件规定时,停止加电压,从荧光屏上显示图形读取BVCBO值。(4) 绘制输出曲线,并标注BVCBO值。7. 测量PNP型9012射基结反向击穿电压BVEBO定义:BVEBEFO是集电极开路时,射基结反向击穿电压,反映了射基结单结耐压情况。(1) 根据PNP C9012晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书(见附件),绘制晶体管与仪器插接图。(2) 选择
19、测试仪器条件:峰值电压范围:_;极性:_。功耗限制电阻:5K。X轴:集电极电压(VCE):_;Y轴:集电极电流(IC):_。(3) 将被测管按所绘制插接图插入插入晶体管,然后缓慢增加集电极电压,集电极电流上升到测试条件规定时,停止加电压,从荧光屏上显示图形读取BVEBO值。(4) 绘制输出曲线,并标注BVEBO值。【实验参考资料】PNP双极型晶体管KTC9012基本参数手册。三 实验报告实验报告实例【实验目】1学会正确使用CA4810A晶体管特性图示仪,并了解了图示测量原理2验证所学双极型晶体管结构和原理知识3运用双极型晶体管知识,设计测试方案4运用双极型晶体管知识,分析实验结果【实验仪器与器
20、材】CA4810A晶体管特性图示仪与C9012双极型晶体管【测条件和测量值】9012峰值电压极性功耗X轴Y轴阶梯信号极性测量值步骤25V-2500.5V/度0.2mA/度1A/级-步骤35V-250阶梯0.5mA/度2A/级-156.25步骤420V-2502V/度0.5mA/度0.5mA/级+步骤5100V-5K10V/度0.5mA/度50V步骤6100V- 5K10V/度0.5mA/度81V步骤720V-5K1V/度1mA/度9.1V【实验过程】2. PNP型9012半导体三极管共射组态输出特性。(1) 根据PNP C9012晶体管等效电路图,结合仪器使用说明书,绘制晶体管与仪器插接图。(
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