晶体管极间电容的分析与测量

西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）论文题目： 晶体管极间电容的分析与测量 所属系部： 指导老师： 职 称： 学生姓名： 学 号: 专 业： 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书 题目： 晶体管极间电容的分析与测量 任务与要求1.资料的整理与学习； 2.分析晶体管极间电容的特性及其测试的基本方法； 3.建立电路，并对设计方案进行基本分析与仿真； 4.测试与总结. 时间： 2010 年08月30日 至 2010年 10 月 23日 共 八周所属系部： 学生姓名： 学 号： 专业： 指导单位或教研室： 应用电子技术教研室指导教师： 职 称： 西安航空职业技术学院摘要本论文主要阐述了用分压法来实现对晶体管极间电容的分析与测量。首先，通过对晶体管的广泛应用及作用和晶体管极间电容对晶体管的影响的描述，提出了对晶体管极间电容测试的意义；其次，用充分的理论分析，科学计算和实验证明对晶体管极间电容的测试方法与原理进行了论证；再次，将论证所得到的结论用准确，完整，简练的语言归纳在一起，并有所提炼；最后，讨论了对现有研究的缺憾和希望进行的新研究设想。分压法适用于晶体管极间电容范围在0.000 10PF4000PF的测量。一般晶体管的极间电容约为几皮法到几十皮法。测试极间电容是按其电纳值来确定的。电纳值应远大于被测极间电容，其大小是与电阻R上的压降成正比的。在多数情况下，它对晶体管的工作特性是不利的，例如在三极管放大器中，极间电容引起反馈作用，可能产生自激震荡。但是目前，晶体管是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。晶体管在当今社会被广泛应用。因此，对晶体管极间电容的测量不容忽视。 关键词 晶体管；极间电容；分压法；电纳值AbstractThis paper mainly discusses the method of using pressure to achieve transistor JiJian capacitance measuring and analyzing. First, through the wide application of transistors and function and the transistor JiJian capacitance on effects of transistors, puts forward the description of the significance of JiJian transistor capacitance tester, Secondly, with sufficient theoretical analysis, calculation and experimental proof of scientific JiJian transistor test methods and principles of capacitance demonstrated, Again, will argue that the results obtained with accurate, complete, concise language in together, and refining, Finally, discussed the existing research on the defects and hope, according to new research. Pressure method applicable scope of capacitance in JiJian transistor 10PF 0.000 000PF 4 of the measurement. Generally the transistor JiJian capacitance for several decades skin skin method to. According to the test JiJian capacitance value is determined, the electricity. Electricity, value should be measured by far outweigh JiJian capacitance, its size is the resistance of R is proportional to the pressure drop. In most cases, it is the working characteristics of transistors, for example in the adverse JiJian, transistor amplifiers, may cause feedback capacitor self-excited concussion. But at present, the electronic technology transistor is shy of a colorful. Transistors are widely used in todays society. Therefore, JiJian capacitance measurements of transistor nots allow to ignore.Keywords: transistors, JiJian capacitor; Pressure; Electricity, value目 录1 绪论12 晶体管及极间电容32.1 晶体管概念32.2 晶体管分类32.3 各种晶体管简介32.4 主要参数62.4.1电流放大系数62.4.2耗散功率62.4.3 频率特性62.4.4 集电极最大电流ICM72.4.5最大反向电压72.4.6反向电流72.5 工作状态72.5.1截止状态72.5.2 放大状态82.5.3 饱和导通状态82.6 极间电容概念82.7有关晶体管极间电容的问题83晶体管极间电容的测试方法与原理93.1分压法的描述93.2分压法的原理93.3分压法测晶体管极间电容电路的建立133.3.1 测量方法133.3.2 主电路图133.3.3 测量装置143.3.4测量程序143.4与主电路相对应的其它要求和装置153.4.1 与主电路相对应的其它要求153.4.2与主电路相对应的其它装置16结束语19参考文献21 晶体管极间电容的分析与测量 1 绪论 变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，该学科被国际电工委员会命名为点力学或称为电子技术。电力电子技术包括电力电子器件、电力电子电路和控制技术三个部分，它的研究任务是电力电子器件的应用、电力电子电路的电能变换原理、控制技术以及电力电子装置的开发与应用。电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。20世的晶闸管纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。晶体管的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。 同电子管相比，晶体管具有诸多优越性： 晶体管的构件是没有消耗的。晶体管消耗电能极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。 晶体管不需预热，一开机就工作。晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。 正因为晶体管的性能如此优越，晶体管诞生之后，便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。 另外，晶体管还特别适合用作开关。人们还常常用硅晶体管制造红外探测器。 因为晶体管的低成本和后来的电子计算机，数字化信息的浪潮来到了。晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程进行大规模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，绝大多数的晶体管是和二极管，电阻，电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的生本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。晶体管的低成本，灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件，例如数字计算。在控制电器和机械方面，晶体管电路也正在取代电机设备，因为它通常是更便宜，更有效地仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务，使用电子控制，而不是设计一个等效的机械控制。一般晶体管的极间电容约为几皮法到几十皮法。一个晶体管，它的极间电容不是固定的，会随外加电压而变化。标注的数值是在一定条件下测量得到的。一般晶体管的极间电容约为几皮法到几十皮法。极间电容场效应管三个电极之间的电容，它的值越小表示管子的性能越好。实际上，发射结正向电压增大时，发射结势垒电容将增大；集电结反向正向电压增大时，集电结结势垒电容将减小。因此，静态工作点对电容是有影响的。在多数情况下，它对晶体管的工作特性是不利的，例如在三极管放大器中，极间电容引起反馈作用，可能产生自激震荡。晶体管极间电容影响频率特征也限制了老低频管放大器的通频带，同时对高频信号接收机有很大的影响，对MOSFET跟随器也有影响。但是目前，晶体管是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。晶体管在当今社会被广泛应用。因此，对晶体管极间电容的测量不容忽视。 2 晶体管及极间电容2.1 晶体管概念晶体管:是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。 2.2 晶体管分类（1）按半导体材料和极性分类 按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。 （2）按结构及制造工艺分类 晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。 （3）按电流容量分类 晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。 （4）按工作频率分类 晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。 （5）按封装结构分类 晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。 （6）按功能和用途分类 晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。2.3 各种晶体管简介 （1）电力晶体管电力晶体管按英文Giant Transistor直译为巨型晶体管，是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），所以有时也称为Power BJT；其特性有：耐压高，电流大，开关特性好，但驱动电路复杂，驱动功率大；GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。 （2）光晶体管光晶体管（phototransistor）由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓，主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快（约为50皮秒），但缺点是光敏面积小，增益小（放大系数可大于10），常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。 （3）双极晶体管双极晶体管（bipolar transistor）指在音频电路中使用得非常普遍的一种晶体管。双极则源于电流系在两种半导体材料中流过的关系。双极晶体管根据工作电压的极性而可分为NPN型或PNP型。 （4）双极结型晶体管双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT）又称为半导体三极管，它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构；外部引出三个极：集电极，发射极和基极，集电极从集电区引出，发射极从发射区引出，基极从基区引出（基区在中间）；BJT有放大作用，重要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的，为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小，另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置（加正向电压）、集电结要反偏置；BJT种类很多，按照频率分，有高频管，低频管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半导体材料分，有硅管和锗管等；其构成的放大电路形式有：共发射极、共基极和共集电极放大电路。 （5）场效应晶体管场效应晶体管（field effect transistor）利用场效应原理工作的晶体管。英文简称FET。场效应就是改变外加垂直于半导体表面上电场的方向或大小，以控制半导体导电层（沟道）中多数载流子的密度或类型。它是由电压调制沟道中的电流，其工作电流是由半导体中的多数载流子输运。这类只有一种极性载流子参加导电的晶体管又称单极型晶体管。与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有输入阻抗高、噪声小、极限频率高、功耗小，制造工艺简单、温度特性好等特点，广泛应用于各种放大电路、数字电路和微波电路等。以硅材料为基础的金属?氧化物?半导体u效应管/MOSFET)和以砷化镓材料为基础的肖特基势垒栅场效应管是两种最重要的场效应晶体管，分别为MOSu规模集成电路/MES超高速集成电路的基础器件。 （6）静电感应晶体管静电感应晶体管SIT(Static Induction Transistor)诞生于1970年，实际上是一种结型场效应晶体管。将用于信息处理的小功率SIT器件的横向导电结构改为垂直导电结构，即可制成大功率的SIT器件。SIT是一种多子导电的器件，其工作频率与电力MOSFET相当，甚至超过电力MOSFET，而功率容量也比电力MOSFET大，因而适用于高频大功率场合，目前已在雷达通信设备、u声波/率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等某些专业领域获得了较多的应用。 但是SIT在栅极不加任何信号时是导通的，栅极加负偏压时关断，这被称为正常导通型器件，使用不太方便。此外，SIT通态电阻较大，使得通态损耗也大，因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。 （7）单电子晶体管用一个或者少量电子就能记录信号的晶体管。随着半导体刻蚀技术和工艺的发展，大规模集成电路的集成度越来越高。以动态u机存储器/RAM)为例，它的集成度差不多以每两年增加四倍的速度发展，预计单电子晶体管将是最终的目标。目前一般的存储器每个存储元包含了20万个电子，而单电子晶体管每个存储元只包含了一个或少量电子，因此它将大大降低功耗，提高集成电路的集成度。1989年斯各特等人在实验上发现了库仑阻塞现象。在调制掺杂异质结界面形成的二维电子气上面，制作一个面积很小的金属电极，使得在二维电子气中形成一个量子点，它只能容纳少量的电子，也就是它的电容很小，小于一个？F (1015法拉)。当外加电压时，如果电压变化引起量子点中电荷变化量不到一个电子的电荷，则将没有电流通过。直到电压增大到能引起一个电子电荷的变化时，才有电流通过。因此电流-电压关系不是通常的直线关系，而是台阶形的。这个实验在历史上第一次实现了用人工控制一个电子的运动，为制造单电子晶体管提供了实验依据。为了提高单电子晶体管的工作温度，必须使量子点的尺寸小于10纳米，目前世界各实验室都在想各种办法解决这个问题。有些实验室宣称已制出室温下工作的单电子晶体管，观察到由电子输运形成的台阶型电流电压曲线，但离实用还有相当的距离。 （8）绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT）综合了电力晶体管（Giant TransistorGTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。 2.4 主要参数晶体管的主要参数有电流放大系数、耗散功率、频率特性、集电极最大电流、最大反向电压、反向电流等。 2.4.1电流放大系数 电流放大系数也称电流放大倍数，用来表示晶体管放大能力。 根据晶体管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。 （1）直流电流放大系数 直流电流放大系数也称静态电流放大系数或直流放大倍数，是指在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值，一般用表示。 （2）交流电流放大系数 交流电流放大系数也称动态电流放大系数或交流放大倍数，是指在交流状态下，晶体管集电极电流变化量IC与基极电流变化量IB的比值，一般用表示。 hFE或既有区别又关系密切，两个参数值在低频时较接近，在高频时有一些差异。 2.4.2耗散功率耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。 耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。 通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。 2.4.3 频率特性晶体管的电流放大系数与工作频率有关。若晶体管超过了其工作频率范围，则会出现放大能力减弱甚至失去放大作用。晶体管的频率特性参数主要包括特征频率和最高振荡频率等。 （1）特征频率晶体管的工作频率超过截止频率时，其电流放大系数值将随着频率的升高而下降。特征频率是指值降为1时晶体管的工作频率。通常将特征频率小于或等于3MHZ的晶体管称为低频管，将大于或等于30MHZ的晶体管称为高频管，将大于3MHZ、小于30MHZ的晶体管称为中频管。 （2）最高振荡频率 最高振荡频率是指晶体管的功率增益降为1时所对应的频率。通常，高频晶体管的最高振荡频率低于共基极截止频率，而特征频率则高于共基极截止频率、低于共集电极截止频率。 2.4.4 集电极最大电流ICM 集电极最大电流是指晶体管集电极所允许通过的最大电流。当晶体管的集电极电流IC超过ICM时，晶体管的值等参数将发生明显变化，影响其正常工作，甚至还会损坏。 2.4.5最大反向电压 最大反向电压是指晶体管在工作时所允许施加的最高工作电压。它包括集电极发射极反向击穿电压、集电极基极反向击穿电压和发射极基极反向击穿电压。 （1）集电极集电极反向击穿电压 该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允许反向电压，一般用VCEO或BVCEO表示。 （2）基极 基极反向击穿电压 该电压是指当晶体管发射极开路时，其集电极与基极之间的最大允许反向电压，用VCBO或BVCBO表示。 （3）发射极发射极反向击穿电压 该电压是指当晶体管的集电极开路时，其发射极与基极与之间的最大允许反向电压，用VEBO或BVEBO表示。 2.4.6反向电流晶体管的反向电流包括其集电极基极之间的反向电流ICBO和集电极发射极之间的反向击穿电流ICEO。 （1）集电极基极之间的反向电流也称集电结反向漏电电流，是指当晶体管的发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流。ICBO对温度较敏感，该值越小，说明晶体管的温度特性越好。 （2）集电极发射极之间的反向击穿电流是指当晶体管的基极开路时，其集电极与发射极之间的反向漏电电流，也称穿透电流。此电流值越小，说明晶体管的性能越好。2.5 工作状态2.5.1截止状态当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，称之为三极管处于截止状态。 2.5.2 放大状态当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数用表示，这时三极管处放大状态。 2.5.3 饱和导通状态当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。2.6 极间电容概念晶体管内任何两电极间的电容。例如在真空三极管内，有各个极之间的电容。它的大小主要决定于接触面积，掺杂浓度又决定距离。一般晶体管的极间电容约为几皮法到几十皮法。在多数情况下，它对晶体管的工作特性是不利的，例如在三极管放大器中，极间电容引起反馈作用，可能产生自激震荡。 2.7有关晶体管极间电容的问题一个晶体管，它的极间电容是固定的吗？比如说一个晶体管，标注它的Cob=5pf，那么Cob值就是5pf吗？它会随外加电压而变化吗？那么，静态工作点对它会怎么样？一个晶体管，它的极间电容不是固定的，会随外加电压而变化。标注的数值是在一定条件下测量得到的。实际上，发射结正向电压增大时，发射结势垒电容将增大；集电结反向正向电压增大时，集电结结势垒电容将减小。因此，静态工作点对电容是有影响的。3晶体管极间电容的测试方法与原理3.1分压法的描述1分压是指利用串联更多的元件“分担”电压。2下列情况之一者，必须采用分压接法（1）当测量电路的电阻远大于滑动变阻器阻值，采用限流接法不能满足要求时； （2）当实验要求多测几组数据（电压变化范围大），或要求电压从0开始变化时； （3）电源电动势比电压表量程大很多，限流接法滑动变阻器调到最大仍超过电压表量程时时。一般的，实验中，如果考虑通过改变电压来控制变量的话，分压比较好。如果考虑通过改变电流来控制变量的话，分流比较好。3怎样用分压法将220v转成5v我用四个二极管组成桥式电路后连接220v。分压部分我采用一个2k跟一个100k的电阻串联，其中2k的电阻跟一个22F的电容并联后接地。分压电压应该就为电阻2k上的电压，负载并不是太高，所以理论上应该是45v。结果接上之后量得其电压只有1v左右。能否告诉我一个比较稳定的分压方法。 如果你要使用5V的电压最好还是用一个4.5V或6.3V的稳压管二极管比较可行有方便。使用分压法除非你的负载阻抗很高，极大地大于你的2K电阻（至少20K），否则加载电压会很低的 。3.2分压法的原理1分压电路的分析如图3-1所示，滑动变阻器两端接在电源的正负极上，固定端和滑动端P分别跟用电器的两端连接，这样就组成分压器。在空载时，输出电压为：，这时与成正比，变化范围是。在接上负载后，输出电压为：= =从该式可得到三种情况：当时，所以有：。这说明在输出电压与的关系仍然是成正比。所以在实际中要使用电器两端的电压变化与滑动触头位置的变化成线性关系，应该选取阻值远小于用电器电阻的滑动变阻器。这也可以说明，当在输出端接上大电阻时，对输出电压的影响极小，电压表并联在用电器的两端就属于这种情况。图3-1 分压器电路图 当时，的值很大，有：。这说明在输出端接一个小电阻时，输出端就近似于短路。如果用电器与滑动变阻器的阻值相差不多，电源内阻又不可忽略，我们也可以作如下的定量分析：如图3-2所示，设电源的电动势为E，内阻为r，滑动变阻器的最大电阻为，电压表的影响不计。则回路的总电阻为：，当P向右滑动时，增大， 减小，增大。由于可以看作一个不变的值，所以回路中的总电阻减小。根据闭合电路欧姆定律，回路中的总电流I增大。又由于灯泡两端的电压，当增大时，也增大，所以也随着增大。图3-2 分压器电路由以上的分析，可得出这样的结论：当P向右滑动时，I、都增大，灯泡两端的电压也增大，随之出现电压表的读数增大，灯泡的亮度有增强的现象。这时，通过的电流随着P的位置的改变而发生变化，通过和的电流也变化了。2欧姆定律的分压原理原型：变式： 记住：1.因为串联电路中电流处处相等，电阻大小不同，所以串联分压与电阻成正比，电阻越大分压越大2.并联电路分压处处相等。引用欧姆定律公式： 其中：、三个量分别是属于同一部分电路中同一时刻的电流大小、电压和电阻。 由欧姆定律所推公式:并联电路： 串联电路 电流电荷量时间（分钟要变成秒）也就是说：电流电压电阻 或者 电压电阻电流 3分压电路的应用（1） 如图3-3所示，是课本中安培表改装成伏特表实验的电路图，这里滑动变阻器R起着分压作用。虚线框内是改装的伏特表，输出端连接了一个并联的伏特表。根据前面的分析，当并联伏特表的总电阻远大于变阻器的电阻时，伏特表上就可得到与成正比关系的连续变化的电压读数。图3-3 安培表改装伏特表电路图在该实验中我们一般选取的滑动变阻器，是符合前面的要求的。（2）小灯泡的额定电压为2.8V，额定电流为0.25A，在测定小灯泡的曲线的实验中，请作出电路原理图，并在图3-4的实物图中画出连接线。在闭合电键前，滑动变阻器的滑动片应该放在哪端。图3-4 实物图解析：在测定小灯泡的曲线的过程中，小灯泡的电流和电压的变化应该从0开始，则该实验电路要用分压电路，其实验原理图如图3-5所示。在电键闭合前要使小灯泡两端的电压为0，则滑动变阻器应该放在最左端的位置。图3-5 分压电路原理图4电容降压的工作原理电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因 此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。3.3分压法测晶体管极间电容电路的建立3.3.1 测量方法分压法：用本方法测试极间电容是按其电纳值来确定的。电纳值应远大于被测极间电容，其大小是与电阻R上的压降成正比的。3.3.2 主电路图电路图见图3-6 图3-6 分压法测量极间电容的电路图图中：A、B、D接通被测管转接器接点。ZDQ正弦波电压振荡器。C1、C2插上晶体管时，接点A与D、B与D间的电容。R电阻。C0已知标准电容。CX被测电容。CB电子式电压指示器。BC补偿装置。用来补偿由于转接器电容引起指针的起始偏转。K开关。3.3.3 测量装置测量装置应满足下列要求：（1）正弦波电压振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。频率固定在不大于5 MHz，电压应该是固定的，并且不大于200 V；在接点A和D两端接上18 pF22 pF的电容器。用指示器CB所测的通过电容器C0的电流变化不大于0.5。在测试时间内，振荡器的频率和电压的变化不应大于0.5。（2）电阻：阻值应同时满足下列条件：(1).(2)允许采用调谐在测试频率上的串联谐振回路作为电阻R。在振荡器的频率选定后，该电阻的电抗分量不大于总阻值的5。（3）标准电容的容值应满足：C0Cxmax。（4）电子式电压指示器的灵敏度调节方法为：当开关K转到位置1时，指示器调到规定的刻度处。该刻度是电容C0的倍数，并应在刻度的后半部。刻度应均匀，并以电容单位校准。3.3.4测量程序 （1）先将开关K转到位置1上，并且调节指示器CB的灵敏度，使指示器指针指到固定分度。（2）将开关K转到位置2上，把转接器接到接点A、B和D上，使被测的极间电容CX接入接点A和B之间，改变补偿电压使指示器CB的指针指到零。（3）在转接器的孔上插上被测管，并按指示器刻度读出被测极间电容。3.4与主电路相对应的其它要求和装置3.4.1 与主电路相对应的其它要求极间电容的测试，应在GB/T 2421.1-2008中5.3规定的试验用标准大气条件下进行。极间电容的测试相对误差应符合下列规定：（1）测量小于0.001PF电容时，测试相对误差：20%；（2）测量0.001PF至0.1PF电容时，测试相对误差：10%；（3）测量大于0.1PF电容时，测试相对误差：5%。除非另有规定，极间电容应在晶体管各电极除测量电容所需要的电压外，不加任何其它电压的情况下进行测试。所规定的极间电容应直接测量，而不采用两个以上的独立电容组合测量求得。测试时，除被测电容两极之外的其它电极均接到参考地点，且参考地点不可与电路应用中的接地相混淆。对于所有类型的晶体管测量极间电容时，如果电极或热丝有几个引出线，则管座上相应引出线应连在一起。在两个或两个以上的元件内连情况下，只作为一个元件来看待。所有金属物体或介电常数明显大于空气的介电材料，应与被测管保持适当的距离，或采取相应的屏蔽措施，以使上述物体与被测管之间相对位置变化不影响电容的测试。测量具有金属管基套的晶体管极间电容时，金属管基套若不与外面任何元件和电极连接，则应悬空；若外接任何电极，应作为晶体管的元件来看待。当被测晶体管的阴极接到热丝的一个端头时，热丝的另一个端头也应接到阴极上。在测量阴极射线管内外导电层之间的电容时，应用裸编织线之类的导电环在靠近导电层中心把管壳套好，接到外导电层上。如果外导电层涂在衬垫里，以致整个管壁与导电环连接不上，那么就要用一个固定在导电层中心附近的指动夹子进行连接。测量复合管或孪生管极间电容时，应按每个系统单独进行。当测量一个电极组的电容时另一个电极组的所有电极(与第一个电极组相连接的电极除外)均应与参考地连接。测量微波晶体管极间电容时，应符合下列要求：测试电容应在冷态阴极和不加电压的情况下进行，除了测试电极之外，其余所有电极均应接参考地点。如果悬空线是管子的一部分，导线和管接头的长度应做规定。当测试任何一根导线相对于地的电容时，如果有分路电容，任何导线的影响都应该考虑。除非另有规定，他们都应包括在测试电容之内。3.4.2与主电路相对应的其它装置测量电子管极间电容时，可采用测量管座、管帽、引线、屏蔽罩或转接器等，特殊外形的晶体管可不采用屏蔽罩；也可直接用引线与晶体管的被测电极连接。分别应符合下列规定：（1） 测量管座测量管座引线的连接和屏蔽应满足以下要求：当测量管座上的孔被一接地的金属平板覆盖时，其管座上的任一管脚和所有连在一起的其它管脚之间的电容值应符合下列规定：收讯管：0.000 10 PF；其它所有管型：0.000 50 PF。（2） 引线对不适用管座或管帽的晶体管，测量时应采用尽量短的软屏蔽线直接与晶体管连接以减小线长引起的测量误差，必要时引出端之间也要屏蔽。（3） 屏蔽罩屏蔽罩应满足以下要求：a) 采用屏蔽罩时，屏蔽罩应垂直于管座，并与被测管同轴。当同时采用管帽时，管帽应与屏蔽罩的敞开端同轴。b) 屏蔽罩的材料是铜、黄铜或具有等效屏蔽效果的金属，并应有足够的厚度以保证使用时不变形。C) 屏蔽罩的内径应比被测管的最大外径大0.5 mm，对于无引出帽的晶体管屏蔽罩的高度应大于被测管的最大高度，但不得超过5 mm；对于有引出帽的晶体管则应以管帽的配合来决定。对于不能从屏蔽罩内引出的管帽连接线，可从屏蔽罩外与管座或连接器连接，但连接线需要屏蔽并与屏蔽罩及转换器的外壳连接。d) 屏蔽罩应始终与参考地连接。(4) 转接器在测试设备上可采用转接器来连接各种管基的晶体管。转接器应符合下列规定：a) 具有等边三角形顶点上的三个接点，其外壳应该是金属的。b) 本身的电容应小于被测电容的十分之一，并在插上晶体管时不许改变。C) 面板应为金属平板，管座可装在上面。面板的结构和部分转接器尺寸符合图3-7和表3-1规定。对另一部分未列出的转接器面板尺寸，根据GB/T XXXXXXXXX 规定相应的管基尺寸来配合。图3-7 转接器的面板结构表3-1转接器尺寸 单位为毫米管基代号GB/T XXXXXXXXX管脚孔的最大直径A转接器面板的最小直径B定位键孔的最大直径C J4-1J5-1J8-1J7-1J8-4J9-1J9-26.356.354.4451.9052.3621.9052.176.276.276.263.276.269.876.2一一12.7一12.7一12.7d)转接器上应有一层薄的绝缘层，为绝缘不接地的屏蔽元件，所有绝缘层的最大厚度应不超过0.25MM) e)测试有引出帽的电子管应采用管帽连接。管帽与连接线均要屏蔽，其屏蔽层再与屏蔽罩及转接器外壳连接。管帽的结构和尺寸应符合图3-8和表3-2的规定。 图3-8标准管帽的结构表3-2管帽的尺寸 单位为毫米管 帽 代 号直径长 度 ABCDMY4.8MY6.5MY9MY14.5MY206.88.51116.5224.66.38.814.319.8比被测管引出帽的最大外径大0.59.813151830结束语时光如逝，如白驹过隙，不知不觉近三年的大学生活已接近尾声。三年来，置身于西安航空职业技术学院，在老师们的谆谆教诲下，在同学、室友们的鼓励与帮助下，我不仅在专业知识的掌握上从无到有、由浅到深，实现了质的飞跃，而且在为人处世的学习中，我亦收获颇丰。在此，感谢西安航空职业技术学院给了我一个学习的机会，感谢学院师生给我成长的平台。经过三年专业知识的学习，我具备了独立进行结构设计的基本能力。在老师的指导和同学的帮助下，我成功地完成了这次的毕业设计晶体管极间电容的分析与测量。本文针对晶体管极间电容的分析与测量设计了一个检测电路. 首先，通过对晶体管的广泛应用及作用和晶体管极间电容对晶体管的影响的描述，提出了对晶体管极间电容测试的意义；其次，用充分的理论分析，科学计算和实验证明对晶体管极间电容的测试方法与原理进行了论证；再次，将论证所得到的结论用准确，完整，简练的语言归纳在一起，并有所提炼；最后，讨论了对现有研究的缺憾和希望进行的新研究设想。分压法适用于电子管极间电容范围在0.000 10 PF4000 PF的测量。一般晶体管的极间电容约为几皮法到几十皮法。测试极间电容是按其电纳值来确定的。电纳值应远大于被测极间电容，其大小是与电阻R上的压降成正比的。在多数情况下，它对晶体管的工作特性是不利的，例如在三极管放大器中，极间电容引起反馈作用，可能产生自激震荡。通过构建晶体管极间电容的测试电路，来分析电力电子器件相关参数对器件性能的影响.然后对测试电路和测试原理进行分析，验证了自己所设计的晶体管极间电容测试电路的可行性. 并根据测量结果指出了晶体管动态特性差是由于极间电容太大而导通电流太小导致的，这为日后改进该晶体管的动态特性，提供了的理论依据.此设计历时一个多月，在这一个多月中，我能根据设计进度的安排，紧密地和本组同学合作，按时按量地完成自己的设计任务。在毕业设计前期，我温习了数字电子技术、模拟电子技术、电力电子技术等课本，借阅了各种结构设计规范。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行结构设计。在毕业设计后期，主要是计算机输入和排版，并得到洪云飞老师的审批和指正。毕业设计是对三年专业知识的一次综合应用、扩充和深化，也是对我们理论运用于实际设计的一次锻炼。通过毕业设计，我不仅温习了以前在课堂上学习的专业知识，同时我也学习和体会到了设计的基本技能和思想。特别值得一提的是，我深深的认识到作为一个合格的设计师，应该具备一种严谨的设计态度，在整个设计的过程中，应该严格按照设计的要求，同时也要考虑各个环节的协调与合作， 特别是同学和老师的交流，整体设计和规范的协调。今年的设计任务是比较重的，从前期的准备，到中期的分析，直到最后的成型，时刻离不开规范的参阅和洪老师的指导。从不知道毕业论文怎样写，到开始进入课题，到论文的完成，再到顺利完成了毕业论文答辩，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助。在这里请接受我诚挚的谢意！我们电子工程系有一批这样的好老师是我们的辛运，相信电子的明天会更好！再次向学校的领导和电子工程系的老师们表示感谢 此致 敬礼 致谢人：李静妮参考文献 【1】翁寿松.硅变容管的发展趋势.微电子技术.2001.6 【2】 王明亮等编著.广播、电视、调频技术. 中国广播电视出版社，1993 【3】 张厥盛,郑继禹，万心平. 锁相技术. 西安电子科技大学出版社，2000【4】 陆熊,张素文编. 高频电子线路. 高等教育出版社，1993【5】 浣喜明， 姚为正编. 电力电子技术. 第2版 高等教育出版社 【6】 孙肖子, 张企民. 模拟电子技术基础. 西安：西安电子科技大学出版社, 2003【7】 江晓安, 董秀峰. 模拟电子技术. 西安: 西安电子科技出版社, 200521西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）审 查 意 见 书指导教师对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）进行情况、完成质量的审查意见： 成绩： 指导教师： 年 月 日西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）评 阅 意 见 书评阅人对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）评阅意见为：