半导体二极管参数的测量

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4.2.4,半导体二极管参数的测量,二极管是整流、检波、限幅、钳位,等电路中的主要器件。,一、半导体二极管的特性和主要参数,1,二极管的主要特性,二极管最主要的特性是单向导电特性，即二极,管正向偏置时导通；反向偏置时截止。,2,二极管的主要参数,（,1,）最大整流电流,指管子长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。,（,2,）反向电流,指在一定温度条件下，二极管承受了反向工作电压、又没有反向击穿时，其反向电流值。,（,3,）反向最大工作电压,指管子运行时允许承受的最大反向电压。应小于反向击穿电压。,（,4,）直流电阻,指二极管两端所加的直流电压与流过它的直流电流之比。良好的二极管的正向电阻约为几十,到几,k,；,反向电阻大于几十,k,到几百,k,。,（,5,）交流电阻,r,二极管特性曲线工作点,Q,附近电压的变化量与相应电流变化量之比。,（,6,）二极管的极间电容,势垒电容与扩散电容之和称为极间电容。在低频工作时，二极管的极间电容较小，可忽略；在高频工作时，必须考虑其影响。,二、测量原理和常规测试方法,PN,结的单向导电性是进行二极管测量的根本依据。,1,模拟式万用表测量二极管,（,1,）正、反向电阻的测量,通常小功率锗二极管正向电阻值为,300500,，反向电阻为几十千欧，硅管正向电阻值为,1k,或更大些，反向电阻在,500k,以上（大功率二极管的数值要小得多）。,正反向电阻的差值越大越好。,（,2,）极性的判别,根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点可判别二极管的极性。,在测得阻值较小的一次测量中，如果用模拟万用表来测，与黑表笔相接一端为二极管正极，另一端为负极。,若用数字万用表则相反,。,（,3,）管型的判别,硅二极管的正向压降一般为,0.60.7V,，锗二极管的正向压降一般为,0.10.3V,，通过测量二极管的正向导通电压，就可以判别被测二极管的管型。,方法：,1.5V,R,1K,V,2,数字式万用表测量二极管,一般数字万用表上都有二极管测试档，实际测量的是二极管的直流压降。,3,用晶体管图示仪测量二极管,直接显示二极管的伏安特性曲线。,4,发光二极管的测量,（,1,）用模拟式万用表判别发光二极管,用欧姆档测量其正向和反向电阻。,（,2,）发光二极管工作电流的测量,6.8k,R,P,6V,R,100,mA,图,4.15,发光二极管的测量图,4.2.5,半导体三极管参数的测量,半导体三极管是内部含有两个,PN,结、外部具有,三个电极的半导体器件。,一、三极管的主要参数,1,直流电流放大系数,定义为集电极直流电流 与基极直流 之比。,2,交流电流放大系数,三极管在有信号输入时，定义为集电极电流的变化量 与基极电流的变化量 之比。,3,穿透电流,基极,b,开路，集电极,c,与发射极,e,间加反向电压时的集电极电流 。硅管的 在几微安以下。,4,反向击穿电压,是基极,b,开路，集电极,c,与发射极,e,间的反向击穿电压。,5,集电极最大允许电流,是 值下降到额定值的,1/3,时所允许的最大集电极电流。,6,集电极最大允许功耗,是集电极上允许消耗功率的最大值。,、,值由器件手册可查得，,、,可以用晶体管图示仪进行测量。,二、测量原理和常规测试方法,1,模拟万用表测量三极管,可判断,b,、,c,、,e,，并估测电流放大倍数。,（,1,）基极的判定,利用,PN,结的单向导电性进行判别。,假设一个基极，分别测两个,PN,结的正向电阻和反向电阻。基极判断出来后，还可以判断管型。,具体步骤,用模拟万用表红黑表笔分别测量三极管任意两个脚，每两个脚正反都测量一次。如果有且只有两个脚间的电阻无论正反向都无穷大，那么这两个脚一定是集电极和发射极，剩下的那个脚就是基极,b,。,（,2,）发射极和集电极的判别,判别发射极和集电极的依据是：发射区的杂质浓度比集电区的杂质浓度高，因而三极管正常运用时的,值比倒置运用时要大得多。,万,用,表,E,R,0,测试步骤,如图,(a),所示：,三极管基极集电极间,接,100k,电阻。,与模拟万用表相连。,结论：,显示电阻值小，,三极管处于放大状态。,黑表笔接的为,c,红表笔接的为,e,黑,红,(a),判断,c,、,e,的测量接线图,100k,（,3,）电流放大倍数的估测,测量集电极和发射极间的电阻（对,NPN,，黑笔接集电极，红笔接发射极；,PNP,的相反），用手捏着基极和集电极，观察表针摆动幅度的大小，表针摆动越大，,值越大。,2,用数字万用表测量三极管,一般数字万用表都有测量三极管的功能，将晶体管插入测试孔就可以读出,值。,3,用晶体管特性图示仪测量三极管,4.4,集成电路参数的测试,4.4.1 TTL,与非门外部特性测试,外部特性，是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性。,TTL,与非门的外部特性主要有,电压传输特性,、,输入特性,、,输出特性,、,电源特性,和,传输延迟特性,等。,1.,空载导通电源电流,（对应有空载导通功耗 ）,是指输入端全部悬空（相当于输入全,1,），与非门处于导通状态时，电源提供的电流。,将空载导通电源电流乘以电源电压就得到空载导通功耗，即 。,一般，,TTL,与非门的典型值为,30,几毫瓦，通常要求 。,mA,74LS20,1,2,4,5,6,CC,7,14,图,4.20 I,CCL,测试图,测试方法如图,4.20,所示,（以,74LS20,二输入与非门为例）。,测试时，输入端悬空，输出空载，,毫安表指示电流值则为 。,2.,空载截止电源电流 （对应空载截止功耗 ）,指输入端接低电平，输出端开路时电源提供的电流。测试方法如图,4.21,所示。,将空载截止电源电流乘以电源电压就得到空载截止功耗。即。,一般要求 。,测试方法如图,4.2,所示,（以,74LS20,二输入与非门为例）。,图,4.21 I,CCH,测试图,2,4,5,1,74LS20,6,14,mA,CC,7,图中第脚接地，输出端悬空，毫安表指示的数值即为,I,CCH,。,又称低电平输入短路电流，是输入端短路测得的电流。,测试方法如图,4.22,所示。,通常典型与非门的值为,1.4mA,。,2,4,5,CC,14,74LS20,6,7,mA,1,图,4.22 I,1S,测试图,3.,输入短路电流,4.,电压传输特性测试,TTL,与非门的电压传输特性是指输出电压 随输入电压 变化的曲线。,电压传输特性的测量电路,如图,4.23,所示。,通常典型,TTL,与非门电路,要求 （典型值为,3.5V,）、,。,图,4.23,电压传输特性测试电路,1,u,i,CC,14,2,4,5,74LS20,6,7,u,0,V,5.,扇出系数,扇出系数是指输出端最多能带同类门的个数，它反映了与非门的最大负载能力。,为 时允许灌入的最大灌入负载电流，,I,IS,是低电平输入短路电流。,一般,。,测试电路如图,4.24,所示。,图,4.24,扇出系数测试电路,7,mA,I,0max,CC,R,L,1k,14,6,0,2,4,5,1,74LS20,V,6.,平均传输延迟时间,平均传输延迟时间 是衡量,TTL,集成门电路开关速度快慢的动态参数，根据平均传输延迟时间 的不同把,TTL,集成电路分为中速,TTL,和高速,TTL,。,传输延迟是由于二极管、三极管开关状态的转换和负载电容、寄生电容的充、放电都需要一定时间造成的，最终使输出电压波形比输入电压波形滞后。,一般平均传输延迟时间 取截止延迟时间和导通延迟时间的平均值即 ，,、可用示波器测量。,4.4.2 CMOS,或非门参数测试,包括,COMS,集成门的,电压传输特性,、,输入特性,、,输出特性,、,电源特性,和,传输延迟特性,等的测试方法。,1.,输出高电平 和输出低电平,CMOS,输出高电平 是指在一定电源电压下（输入端接 时），输出端开路时的输出电平。,输出低电平 是指输入端接地时，输出端开路时的输出电平。,图,4.25 CMOS,集成门输出高低电平的测试电路,DD,=10V,1,0,V,一般地：,2.,开门电平 和关门电平,开门电平 是指输出由高电平转换为临界低电平（一般取,0.1,）所需要的最小输入高电平。,关门电平 是指输出由低电平转换为临界高电平（一般取,0.9,）所需要的最大输入低电平。,DD,=10V,1,0,V,V,RP,测试时，若 ，,则对应于 的,为 ；,对应于 的,为 。,图,4.26,开关门电平测试电路,3.,静态功耗,CMOS,静态功耗测试电路与,TTL,静态功耗测试电路相同。,4.,传输特性曲线,CMOS,器件传输特性可用图,4.26,电路测量。,CMOS,器件传输特性测量图,CC,=10V,1,0,V,V,RP,测试时,调节输入电压电位器,RP,，,选择若干个电压值；,测量相应的输出值；,由测得的数据作出曲线；,从曲线中读出标准输出高电平 、标准输出低电平 、开门电平 、关门电平 、输入低电平噪声容限 和输入高电平噪声容限 等值。,5.,平均传输延迟时间,CMOS,器件的平均传输时间，是指输入信号从上升边沿的,0.5,点到输出信号下降边沿的,0.5,点之间的时间间隔。,可用示波器直接观测。,