半导体二极管参数的测量.ppt

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：,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,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。,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,(a)判断c、e的测量接线图,（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 。,图4.20 ICCL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 ICCH测试图,图中第脚接地，输出端悬空，毫安表指示的数值即为ICCH 。,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。,图4.22 I1S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,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，IIS 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,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,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。,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,测试时 调节输入电压电位器RP，选择若干个