晶体管特性图示仪优化为： 晶体管特性测试仪 或 晶体管参数测试仪

晶体管特性图示仪简称为图示仪，是一种采用图示法在荧光屏上直接显示各种晶体管、场效应晶体管等的特性曲线，并据此测算器件各项参数的器件测试仪器。例如，测量PNP和NPN型晶体管的输入特性、输出特性、电流放大特性、反向饱和电流、击穿电压；各类晶体二极管的正反向特性；场效应晶体管漏极特性、转移特性、夹断电压和跨导等参数。

晶体管特性图示仪具有用途广泛、直接显示、使用方便、操作简单等优点。尤其在对晶体管各种极限参数和击穿特性的观测过程中，采用瞬时电压和瞬时电流能使被测晶体管仅承受瞬时的过载而不会造成损坏，因此对晶体管的测试和晶体管的合理应用带来极大方便，但图示仪不能用于测量晶体管的高频参数。

1.晶体管特性图示原理

晶体管特性曲线测试有两种方法：点测法和图示法。图10-27所示是共发射极NPN型晶体管输出特性曲线及其逐点测量法示意图。图10-27a所示测试电路中，先固定基极电流I_b，改变E_c值，可测得一组u_ce和i_c值；再改变基极电流I_b，重复上述过程，可测得多组数值。适当选取坐标，根据全部测量数据作图，即可得到晶体管输出特性曲线，如图10-27b所示。逐点测量法是一种静态测量法，是晶体管特性图示仪的测量原理的基础。

图10-27 晶体管输出特性曲线及逐点测量法示意图

晶体管特性图示仪可以让上述测量过程自动进行，实现了所谓的动态图示，是一种动态测量法。它利用示波器的X-Y图形显示功能，自动描绘出晶体管的特性曲线。为了利用示波器作为X-Y图示仪，把图10-27b所示i_c与u_ce的关系曲线描绘出来，可将基极电流I_b固定为某一值，集电极电压u_ce加到示波器的X输入端，则水平轴相当于u_ce轴；而把集电极电流i_c变换为电压，加到示波器的Y输入端，则垂直轴相当于i_c轴。这样，屏幕上将扫描出一条i_c=f（u_ce）的曲线。为此，晶体管特性图示仪应具备以下功能：

1）能够提供测试过程所需的各种基极电流I_b，并按阶梯波形改变。

2）每一个固定I_b期间，集电极电源E_c应作相应改变（扫描式电压）。

3）能够及时取出各组u_ce及i_c值，送至显示电路的X及Y通道。

2.图示仪的组成结构

图示仪有三个主要组成部分：基极的阶梯波发生器、集电极扫描发生器和示波管的水平、垂直偏转系统。图示仪的组成原理框图如图10-28所示。图中转换开关S₁～S₄可供多种测量的连接。基极开关S₁可让被测管的基极选用电流/梯级或电压/梯级，此外还可让基极开路或对地短路，NPN和PNP开关S₂能改换集电极扫描波的正负极性；示波管的水平和垂直放大器的输入选择开关S₃和S₄，可有多种输入选择。所以，组合应用这些转换开关，就能使图示仪进行多种测量。例如，示波管水平X轴加集电极电压1，垂直Y轴加集电极电流4，被测管基极选用恒流源的“电流/梯级”挡，于是，示波管显示被测晶体管的输出特性曲线簇。

图10-28 特性图示仪的组成原理框图

阶梯波发生器产生上升速率为100级/s（每秒100个台阶）的阶梯波电压输出，再经阶梯波放大器放大后，分别变换成恒流或恒压的阶梯波输出。阶梯放大器的调零是把阶梯波的起始阶梯调至零电位。恒流恒压源的每梯级的电流电压值是可调节的，串联电阻串在恒压源和基极之间，配合被测管的输入特性，模拟其应用特性。功耗限制电阻限制被测管的功耗，也是限流电阻。集电极电流采样电阻完成集电极电流与电压的变换。集电极扫描发生器输出电压的波形是50Hz交流的全波整流波形。它实际上是利用电源变压器输出的50Hz交流电压，经全波整流而得到的100Hz正弦半波电压，作为集电极的扫描电压，故可提供很大的功率。

3.晶体管输出特性的观测

晶体管共发射极电路的输出特性，是基极电流为某定值时的集电极电流与集电极电压之间的关系，即i_c=f（u_ce）|i_b=k|。现在示波器的X轴用集电极电压（开关S₃置于1），Y轴用集电极电流（开关S₄置于4），被测管基极用（电流/梯级）。阶梯波每上升一梯级，就是改变一次I_b参数。在一个梯级上，集电极扫描电压先增大后减少，正逆扫描一次，即可得出一条输出特性曲线。如图10-29a、b所示，可见扫描波和阶梯波的时间关系是严格同步的。在一次正逆程扫描时间内，基极电流不变。当基极阶梯电流改变多次后，就可得出一簇输出特性曲线。

图10-29 波形的时间关系和输出特性曲线图(www.xing528.com)

a）集电极扫描电压 b）基极阶梯电流 c）输出特性曲线簇

4.晶体管输入特性的观测

共发射极电路的输入特性表示集电极电压为某定值时，基极电流与基极电压之间的关系，即i_b=f（u_be）|u_ce=k|。从观测输出特性的经验容易想到：集电极电压应当是阶梯波而基极上应当是扫描波，才能得出输入特性曲线簇。可是，实际图示仪不是这样做的，它的扫描波仍然在集电极，阶梯波仍在基极。这是因为集电极大功率阶梯电压源的用途不多，制作成本高，使仪器复杂。

观测晶体管的输入特性时，图10-28所示的水平放大器连接基极电压（开关S₃置于2），垂直放大器连接阶梯电压/基极电流（开关S₄置于6），被测管基极的开关S₁接恒流源。首先调节集电极的扫描电压等于0V，若集电极电压不扫描，被固定在0V，则示波器出现的图形如图10-30所示的u_ce=0V曲线。它实际是由光点0，1，2，…，9组成的。基极电流每上升一梯级，光点也跳跃一级。当周期性的阶梯波回0后，光点开始重复跳跃。事实上，图示仪在工作过程中集电极电压也在不断扫描。现在设集电极扫描电压的峰值为5V，则可得出u_ce=5V的输入特性，如图10-30所示。它不是由0～9个光点组成的一条曲线，而是u_ce从0～5V的10条平行的扫描线段。

图10-30 输入特性示意图

5.大功率晶体管的图示法

在测量大功率晶体管的输出特性时，由于集电极电流大，正程扫描使晶体管结温升高，逆程扫描时集电极电流增大，正程逆程线不能重合，造成所谓的热回线，如图10-31所示。所以，图示仪常用基极阶梯电流脉冲法测量大功率管。基极脉冲未出现时，被测管处于截止态；基极脉冲到来时，被测管工作，显示出脉冲持续期间的输出特性线段。

图10-32表示的脉冲占空率等于1/2，而且图示的扫描波和脉冲的相位关系恰好是正程扫描，无逆程。为了降低功率管的结温，必须减少脉冲的持续时间，这时屏幕上只显示出特性曲线簇的一部分。调节脉冲的宽度，可改变这部分显示线段的长度。还可以根据测试需要，调节扫描波和脉冲之间的相位关系，可选择所要观测曲线簇的某个部位，因而观测十分方便、灵活。

图10-31 有热回线的输出特性

图10-32 基极阶梯脉冲方法

a）集电极扫描电压 b）基极阶梯脉冲电流

6.图示仪的典型技术指标

国内外晶体管特性图示仪的产品甚多，具有代表性的产品主要技术指标见表10-8。

表10-8 晶体管特性图示仪的主要性能指标