專利名稱:用矩形脈沖電流測試晶體管直流參數(shù)的儀器的制作方法
本發(fā)明涉及采用一定占空比的矩形脈沖電流對晶體二極管和三極管的主要直流參數(shù)進(jìn)行測試的方法和實(shí)用電路，這里的主要直流參數(shù)系指二極管正向壓降VF，三極管發(fā)射極開路、集電極-基極反向截止電流ICBO，基極開路、集電極-發(fā)射極反向截止電流ICEO，三極管的共發(fā)射極反向飽和電壓VCES，共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)hFE。用本發(fā)明再配以其它電路即構(gòu)成了一個(gè)完整的晶體管直流參數(shù)測試儀，它還可以測試晶體二極管的反向擊穿電壓VB，晶體三極管的發(fā)射極開路、集電極-基極反向擊穿電壓BVCBO，基極開路、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓BVCEO，以及BVCBO、BVCER，這就是一個(gè)最高電壓可測到2000伏，最大電流可測到4安的23檔位晶體管直流參數(shù)綜合測試儀，再附加一個(gè)24檔的萬用表，即構(gòu)成本儀器。本儀器可用于電子行業(yè)及其它行業(yè)的晶體管篩選，晶體管檢查、測試等。
現(xiàn)在國內(nèi)外測試晶體管直流參數(shù)的主要儀器是①晶體管特性圖示儀，國內(nèi)為JT-1系列和QT-1系列，②萬用表中的一個(gè)hFE檔位，如U-201型萬用表和NT-8305型數(shù)字萬用表，③應(yīng)用較少的某些專用儀器，如國產(chǎn)的HQ-2數(shù)字式晶體三極管綜合參數(shù)測試儀。晶體管特性圖示儀的主要功能是用圖形顯示晶體管的特性曲線或曲線族，它具有直觀和反應(yīng)全貌的優(yōu)點(diǎn)，為了便于在示波管上顯示，被測管集電極-發(fā)射極加以連續(xù)的半個(gè)正弦波電壓，基極則加入與上述電壓保持某種方式同步的階梯電流。用圖示儀來測試晶體管的直流參數(shù)手續(xù)繁鎖，又不能直接讀數(shù)，測量精度也不高，更由于這類儀器價(jià)格昂貴，體積大，限制了它在測試晶體管直流參數(shù)方面的應(yīng)用(註1)。萬用表的一個(gè)hFE檔只能測幾毫安小電流。低電壓下的hFE，測量精度很低，滿足不了測試晶體管的最低要求(註2)，它是用直流電對晶體管進(jìn)行測試的。
用直流電和階梯電流來測試晶體管的直流參數(shù)是經(jīng)典的方法，但這兩種方法在測試電流較大時(shí)有以下缺點(diǎn)要求提供大電流穩(wěn)壓電源，晶體管在測試過程中要發(fā)熱，必須給被測管加散熱裝置。這就導(dǎo)致了儀器造價(jià)高、體積大，因此用直流電和階梯電流測試晶體管的儀器多為實(shí)驗(yàn)室用的大型專用儀器。
由于晶體管直流參數(shù)的離散性很大，又由于電子技術(shù)飛速發(fā)展，對晶體管特別是大功率晶體管直流參數(shù)的測試工作量急驟增加，如上所述，現(xiàn)有各類儀器很難滿足大量的一般測試的需要，本發(fā)明可解決這個(gè)問題。由于采用矩形脈沖電流，儀器的總耗電量大大減小，(圖2電路中實(shí)際耗電量只有額定電流的十分之一)，儀器可以做成便攜式，還可大幅度降低造價(jià)，被測管也不用加散熱板，簡化了測試手續(xù)。
本發(fā)明使用的矩形脈沖電流波形見圖1，T為重復(fù)周期，τ為脈沖寬度，當(dāng)T與τ之比為1時(shí)，就成了直流電。因此，本發(fā)明所涉及脈沖電流的T與τ之比為大于1的任何數(shù)。在測試時(shí)，流過晶體管的電流是間斷的，在一個(gè)周期內(nèi)，τ時(shí)間內(nèi)有電流流過，(T-τ)時(shí)間內(nèi)無電流流過，如此周而復(fù)始。當(dāng)T與τ之比很大時(shí)，既有真實(shí)的額定電流流過被測管，又能使流過被測管電流的平均值比額定電流小很多倍，也就是被測管的實(shí)際功耗很小，這便是本發(fā)明的顯著特點(diǎn)，這也就為測試大功率管在大電流狀態(tài)比如10A、100A下的直流參數(shù)提供了一種合理的方法。
為了保證測試精度，在測試過程中T與τ之比是不能改變的，這點(diǎn)要在電路設(shè)計(jì)中加以保證。本發(fā)明采用的矩形脈沖電流的周期范圍是5～20mS，它可用磁電式表頭或者有A/D轉(zhuǎn)換集成電路的數(shù)字電壓表準(zhǔn)確地檢測出來，因?yàn)樗鼈冎甘镜氖潜粶y電流的平均值，將平均值乘以T與τ之比就是矩形脈沖電流的瞬時(shí)值，由此產(chǎn)生的誤差在電路設(shè)計(jì)中已將其降到2%以下。另一方面，只要T在5～20mS的范圍之內(nèi)，無論被測管是高頻管還是低頻管，在測試中，集電極電流所產(chǎn)生的波形畸變，即上升時(shí)間、下降時(shí)間、前沿、后沿對測試精度的影響不超過±0.5%。
圖2-1和圖2-2是本儀器的電原理圖，工作電壓為6伏，T＝10mS，τ＝1mS。由BG4～BG8及相關(guān)電路組成矩形脈沖電流形成單元，它將直流電變成本儀器所需要的矩形脈沖電流。由BG9和T1及其它另件組成高壓發(fā)生器，提供測試時(shí)所需幾組直流高壓。
K2為P-N-P、N-P-N的倒換開關(guān)，K3為測試儀-萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)。K1為主控開關(guān)，它是一個(gè)5刀23位開關(guān)，晶體管直流參數(shù)測試的23個(gè)檔位和萬用表的24個(gè)檔位都由它和K3配合來選擇。測試晶體管直流參數(shù)的23個(gè)檔位是這樣安排的hFE8檔，Ic分別為2.5、10、25、100、250mA、1A、2A、4A;VCES(或VF)5檔IC(或IF)為10、100、250mA、1A、2.5A;BVCEO(或BVCBO、V(BR)等)7檔，其中50V3檔，擊穿電流分別為0.2、1、10mA，250V3檔，擊穿電流分別為0.2、1、5mA，2000V1檔，擊穿電流為0.1～1mA;場效應(yīng)管2檔結(jié)型管給定柵源短路時(shí)(VGS＝0)漏電流IDSS和跨導(dǎo)gm;單結(jié)晶體管的分壓比η1檔。以上所述hFE各檔基極加入相應(yīng)的固定矩形脈沖電流，集電極-發(fā)射極電壓可以是直流電壓，也可以是與基極電流同步的矩形脈沖電壓，圖2電路是后者。這電壓的幅度可以根據(jù)需要來選擇，比如3、6、10、12、100伏，圖2電路用6伏。如果給基極通以直流電流，在集電極加上矩形脈沖電壓，則集電極電流也是矩形脈沖電流，這也符合本發(fā)明的原則。可以根據(jù)需要來選擇被測管集電極電流的大小，可以選取2.5、5、10、20、500A等等，圖2選取最大集電極電流為4A。當(dāng)K1、K2、K3等開關(guān)選擇停當(dāng)，被測管插入管座時(shí)，并沒有電流和電壓加入被測管，只有按下按鈕開關(guān)K5，才能進(jìn)行測試，表頭才有顯示，因此K5既是相應(yīng)檔位的電源開關(guān)又是讀數(shù)開關(guān)，這也是被測管不用加散熱板的原因之一，因?yàn)樽x數(shù)時(shí)間是很短的，最多不超過3秒，當(dāng)然不加散熱板的主要原因是因?yàn)椴捎昧司匦蚊}沖電流。hFE的刻度分為硅管和鍺管兩條，它們的滿度值分別為100和93，遇上hFE大于100的晶體管應(yīng)同時(shí)按下K6，K6是hFE×4擴(kuò)展開關(guān)。用hFE檔也可測ICEO，這時(shí)晶體管B腳不插入管座;當(dāng)E腳不插，B腳插入E孔時(shí)，測的是ICBO。測VCES時(shí)基極和集電極均加入同步的矩形脈沖電流，而且IB與IC之比為1∶10，K5在這里也是電源開關(guān)兼讀數(shù)開關(guān)，VCES的滿度值為2.5伏。擊穿電壓檔采用半恒流法，按下按鈕開關(guān)K4便可直接讀數(shù)，K1置于50、250、2000V檔時(shí)，滿度電壓便分別為50、250、2000V。場效應(yīng)管的兩檔參數(shù)的測試也是采用矩形脈沖電流或電壓，單結(jié)晶體管的η是用直流電供電。當(dāng)使用交流電源或直流電源的電池較新時(shí)，晶體管直流參數(shù)測試各檔綜合誤差均小于10%，這比QT-1A型晶體管特性圖示儀的綜合誤差約14%(註1)要小一些。萬用表的結(jié)構(gòu)無特殊之處。
按圖2電路制造的試驗(yàn)樣機(jī)，體積為215×155×75mm3，重量為1.5Kg。圖3系外觀照片。
註1、北京無線電儀器廠QT-1晶體管特性圖示儀使用說明書。
註2、杭州電表廠U-201型萬用表使用說明書。
說明書
圖2 元件表
權(quán)利要求
1.一種測試晶體管直流參數(shù)的方法，其技術(shù)特征是采用圖1所示矩形脈沖電流測試晶體二極管和三極管的主要直流參數(shù)ICEO、ICBO、VF、VCES、hFE。
2.體現(xiàn)用矩形脈沖電流測試晶體管直流參數(shù)方法的一種具體電路圖2。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1，矩形脈沖電流包括了T與τ之比大于1的任何情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1和權(quán)利要求
2，矩形脈沖電流由被測管基極注入時(shí)，集電極電壓可以是與基極電流同步的矩形電壓，也可以是直流電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和權(quán)利要求
2，被測管基極注入直流電時(shí)，集電極一定要加上矩形脈沖電壓，才能產(chǎn)生矩形脈沖的集電極電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1，矩形脈沖電流之周期T的選取范圍為5～20ms。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1和權(quán)利要求
2，被測管集電極電壓幅度的選取范圍是1～100V。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1和權(quán)利要求
2，被測管的工作電流-矩形脈沖電流瞬時(shí)值的選取范圍是0.1mA～500A。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1和權(quán)利要求
2，圖2-2中矩形脈沖電流產(chǎn)生單元中晶體管BG4、BG5、BG6、BG7、BG8之間以及它們和電阻R67、R68、R69、R70、R71、R72、W2電容C6、C7之間的聯(lián)結(jié)方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1和權(quán)利要求
2，用矩形脈沖電流和電壓測試場效應(yīng)管的IDSS和gm的方法及電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1和2，對矩形脈沖電流的檢測手段，除磁電式表頭外，還包括有A/D轉(zhuǎn)換集成電路的數(shù)字式電壓表。
專利摘要
本發(fā)明公開了用矩形脈沖電流測試晶體二極管和三極管的主要直流參數(shù)的原理和體現(xiàn)這種原理的實(shí)用電路。按此電路制成的樣機(jī)體積為215×155×75mm
文檔編號G01R31/26GK85106936SQ85106936
公開日1987年2月11日 申請日期1985年9月15日
發(fā)明者譚維綱 申請人:譚維綱導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan