晶體管特性圖示儀校準裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種校準裝置，尤其是一種晶體管特性圖示儀校準裝置，屬于晶體管特性圖示儀校準的技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型包括用于對晶體管特性圖示儀進行集電極電流掃描因數(shù)、功耗限制電阻校準的恒流電子負載電路以及用于對晶體管特性圖示儀進行基極電壓掃描因數(shù)校準的恒壓電子負載電路，所述恒流電子負載電路、恒壓電子負載電路均與校準選擇控制電路連接，所述校準選擇控制電路的輸入端與校準選擇電路連接，恒流電子負載電路、恒壓電子負載電路能通過校準連接電路與待校準的晶體管特性圖示儀連接；本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，能實現(xiàn)對現(xiàn)有無校準插孔晶體管特性圖示儀的有效校準，使用方便，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專利說明】
晶體管特性圖示儀校準裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種校準裝置，尤其是一種晶體管特性圖示儀校準裝置，屬于晶體管特性圖示儀校準的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的國產(chǎn)晶體管特性圖示儀受到國內(nèi)計量法規(guī)的約束，其在設(shè)計和生產(chǎn)過程中就考慮到了校準需求，通常留有專門用于校準儀器連接的校準插孔。隨著外資企業(yè)的進駐，技術(shù)新穎、性能優(yōu)良的晶體管特性圖示儀不斷出現(xiàn)，例如Tektronix公司生產(chǎn)的370A、370B、371、572、576型晶體管特性圖示儀;KDKUYO公司的SCT-5FR型晶體管特性圖示儀等。外資生產(chǎn)的晶體管特性圖示儀價格較高，沒有結(jié)構(gòu)圖，沒有原理線路圖，也沒有預(yù)留校準插孔，因此，無法用我國現(xiàn)在最權(quán)威的校準方法(中華人民共和國計量技術(shù)規(guī)范JJF1236-2010《半導(dǎo)體管特性圖示儀校準規(guī)范》)進行校準。
[0003]現(xiàn)行校準規(guī)范在校準Y軸集電極電流掃描因數(shù)、功耗限制電阻和X軸基極電壓掃描因數(shù)時，必須將外部校準電源引入晶體管特性圖示儀的測試點或打開機殼將校準電源連接在特定的電路點上，以進行檢測;但進行上述校準過程存在以下缺點:
[0004]I)、打開晶體管特性圖示儀的機殼進行校準時會對人身安全構(gòu)成威脅:tektronix公司的371型圖示儀掃描電壓能達到3000伏。打開晶體管特性圖示儀，在沒有電路圖的情況下要找到集電極電壓掃描端的集電極電流取樣電阻、功耗電阻并不容易，并且不同型號的圖示儀電路結(jié)構(gòu)也并不一樣。
[0005]2)、將標準直流電壓源或電流源加于晶體管特性圖示儀的集電極(或基極，或掃描箱)上，由于標準直流電壓源、標準直流電流源與晶體管特性圖示儀的電源特性，極可能導(dǎo)致晶體管特性圖示儀或校準直流電壓源、標準直流電流源的損壞;它們的電力可能擊毀被連接的設(shè)備，或由于電源的外部連接短路、或有負電源而使電源本身損壞。
[0006]此外，晶體管特性圖示儀內(nèi)的集電極掃描電源是不能完全關(guān)斷的，只能調(diào)到最小，有時最小電壓竟也高達幾十伏，另外有些型號的晶體管特性圖示儀內(nèi)的集電極掃描電源根本就不能手動調(diào)節(jié)。在有的晶體管特性圖示儀中，功耗限制電阻是經(jīng)過接觸器進行間接連接的，所以在進行校準時，電源開關(guān)還不能關(guān)閉，這就對測量功耗電阻帶來了風險，因為一旦集電極掃描電源有殘余將會擊毀數(shù)字式多用表的電阻檔。
[0007]因此，用常用的方法無法完成這種晶體管特性圖示儀的校準，亟需研究一種新的測量方法來對此類儀器進行校準。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種晶體管特性圖示儀校準裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，能實現(xiàn)對現(xiàn)有無校準插孔晶體管特性圖示儀的有效校準，使用方便，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
[0009]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述晶體管特性圖示儀校準裝置，包括用于對晶體管特性圖示儀進行集電極電流掃描因數(shù)校準、功耗限制電阻校準的恒流電子負載電路以及用于對晶體管特性圖示儀進行基極電壓掃描因數(shù)校準的恒壓電子負載電路，所述恒流電子負載電路、恒壓電子負載電路均與校準選擇控制電路連接，所述校準選擇控制電路的輸入端與校準選擇電路連接，恒流電子負載電路、恒壓電子負載電路能通過校準連接電路與待校準的晶體管特性圖示儀連接。
[0010]所述恒流電子負載電路、恒壓電子負載電路與校準連接電路匹配形成的連接端包括校準電壓連接端Uin、參考電壓連接端Uref以及校準接地端；
[0011]所述恒流電子負載電路包括運算放大器U1、功率管Ml以及可變電阻R5，所述運算放大器Ul的同相端與參考電壓連接端Uref連接，運算放大器Ul的反相端與功率管Ml的源極端連接，運算放大器Ul的輸出端與功率管Ml的柵極端連接，所述功率管Ml的漏極端與校準電壓連接端Uin連接，功率管Ml的源極端還通過可變電阻R5接地；
[0012]在利用恒流電子負載電路對待校準的晶體管特性圖示儀校準時，所述校準電壓連接端Uin與晶體管特性圖示儀的集電極連接端連接，所述晶體管特性圖示儀的發(fā)射極連接端與校準接地端連接。
[0013]所述恒壓電子負載電路包括運算放大器U2以及功率管M2，所述運算放大器U2的反相端與滑動變阻器R4的可動端連接，滑動變阻器R4的一端與電阻R2的一端、電阻R3的一端、運算放大器U2的同相端以及負載電壓連接，電阻R3的另一端接地，電阻R2的另一端與功率管M2的漏極端連接，運算放大器U2的輸出端與功率管M2的柵極端連接，功率管M2的漏極端還與校準電壓連接端Uin連接，功率管M2的源極端接地。
[0014]所述恒流電子負載電路的恒流范圍為0.1mA?20A，參考電壓連接端Uref上加載的電壓為0.1V?IV。
[0015]本實用新型的優(yōu)點:利用恒流電子負載電路能實現(xiàn)對晶體管特性圖示儀進行集電極電流掃描因數(shù)、功耗限制電阻進行有效校準，通過恒壓電子負載電路能實現(xiàn)對晶體管特性圖示儀進行基極電壓掃描因數(shù)的校準，從而能實現(xiàn)對現(xiàn)有無校準插孔晶體管特性圖示儀的有效校準，使用操作便捷，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為本實用新型恒流電子負載電路與晶體管特性圖示儀的電路原理圖。
[0018]圖3為本實用新型恒壓電子負載電路與晶體管特性圖示儀的電路原理圖。
[0019]圖4為本實用新型進行集電極電流掃描因數(shù)校準的原理圖。
[0020]圖5為本實用新型對基極電壓掃描因數(shù)校準的原理圖。
[0021 ]圖6為本實用新型對功耗限制電路進行校準的原理圖。
[0022]附圖標記說明:1-校準裝置、2-校準選擇控制電路、3-校準選擇電路、4-恒流電子負載電路、5-恒壓電子負載電路、6-校準連接電路以及7-晶體管特性圖示儀。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0024]如圖1所示:為了能實現(xiàn)對現(xiàn)有無校準插孔晶體管特性圖示儀7的有效校準，提高校準的便捷性以及適應(yīng)范圍，本實用新型包括用于對晶體管特性圖示儀7進行集電極電流掃描因數(shù)校準、功耗限制電阻校準的恒流電子負載電路4以及用于對晶體管特性圖示儀7進行基極電壓掃描因數(shù)校準的恒壓電子負載電路5，所述恒流電子負載電路4、恒壓電子負載電路5均與校準選擇控制電路2，所述校準選擇控制電路2的輸入端與校準選擇電路3連接，恒流電子負載電路4、恒壓電子負載電路5能通過校準連接電路6與待校準的晶體管特性圖示儀7連接；
[0025]所述校準選擇電路3能向校準選擇控制電路2輸入對待校準晶體管特性圖示儀7的校準類型，校準選擇控制電路2能選擇并啟動與校準類型相匹配的恒流電子負載電路4或恒壓電子負載電路5，以利用啟動的恒流電子負載電路4或恒壓電子負載電路5對晶體管特性圖示儀7進行所需的校準。
[0026]具體地，晶體管特性圖示儀7上無校準插孔，晶體管特性圖示儀7具有集電極連接端C、發(fā)射極連接端E以及基極連接端B。校準選擇控制電路2、校準選擇電路3、恒流電子負載電路4、恒壓電子負載電路5以及校準連接電路6能夠形成本實用新型的校準裝置I。校準選擇電路3可以采用鍵盤、觸摸屏等形式，校準選擇電路3向校準選擇控制電路2輸入的校準類型為集電極電流掃描因數(shù)校準、功耗限制電阻校準以及基極電壓掃描因數(shù)校準。校準選擇控制電路2可以采用現(xiàn)有常用的微處理芯片或邏輯電路等形式，當校準選擇控制電路2確定校準類型為集電極電流掃描因數(shù)校準或功耗限制電阻校準時，校準選擇控制電路2選擇并啟動恒流電子負載電路4;而當校準選擇控制電路2確定校準類型為基極電壓掃描因數(shù)校準時，則校準選擇控制電路2選擇并啟動恒壓電子負載電路5。恒流電子負載電路4、恒壓電子負載電路5通過校準連接電路6與待校準的晶體管特性圖示儀7進行連接。在對晶體管特性圖示儀7進行集電極電流掃描因數(shù)校準或功耗限制電阻校準時，恒流電子負載電路4能作為晶體管特性圖示儀7的恒流電子負載，且恒流電子負載電路4的恒定電流可以根據(jù)校準需要進行設(shè)定與調(diào)整;在對晶體管特性圖示儀7進行基極電壓掃描因數(shù)校準時，恒壓電子負載電路5能作為晶體管特性圖示儀7的恒壓電子負載，且恒壓電子負載電路5的恒定電壓可以根據(jù)校準需要進行設(shè)定與調(diào)整，從而可以實現(xiàn)對晶體管特性圖示儀7的有效校準。
[0027]如圖2所示，所述恒流電子負載電路4、恒壓電子負載電路5與校準連接電路6匹配形成的連接端包括校準電壓連接端Uin、參考電壓連接端Uref以及校準接地端；
[0028]所述恒流電子負載電路4包括運算放大器U1、功率管Ml以及可變電阻R5，所述運算放大器Ul的同相端與參考電壓連接端Uref連接，運算放大器Ul的反相端與功率管Ml的源極端連接，運算放大器Ul的輸出端與功率管Ml的柵極端連接，所述功率管Ml的漏極端與校準電壓連接端Uin連接，功率管Ml的源極端還通過可變電阻R5接地；
[0029]在利用恒流電子負載電路4對待校準的晶體管特性圖示儀7校準時，所述校準電壓連接端Uin與晶體管特性圖示儀7的集電極連接端C連接，所述晶體管特性圖示儀7的發(fā)射極連接端E與校準接地端連接。
[0030]本實用新型實施例中，運算放大器Ul的電源正端與+12V電壓連接，運算放大器Ul的電壓負端接地。一般地，恒流電子負載電路4能提供的恒流范圍為0.1mA?20A，參考電壓連接端Uref加載參考電壓Uref的范圍為0.1V?IV，則可變電阻R5的范圍是0.05 Ω?IkQ，具體實施時，可變電阻R5的阻值范圍可以分五檔，分別為:IkQ?0.1kQ?0.0lkQ?I Ω?
0.1 Ω?0.05 Ω。選取相應(yīng)的參考電壓Uref且可變電阻R5取相應(yīng)的阻值時，能使得恒流電子負載電路4具有不同的恒流值。
[0031]以恒流電子負載電路4提供0.1mA的恒流值為例，對恒流電子負載電路4的恒流過程進行說明，此時可變電阻R5的阻值為I kQ，參考電壓Uref=0.1V。當校準電壓連接端Uin上加載的校準電壓Uin小于0.1V時，通過功率管Ml以及可變電阻R5的電流就必定小于0.1mA，功率管Ml處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電流隨著校準電壓Uin的增加快速增加，當校準電壓Uin的增加使得電流達到0.1mA時，功率管Ml源極端上的電壓為0.1V，此時，運算放大器Ul輸出為OV，功率管Ml處于臨界夾斷狀態(tài)，當校準電壓Uin繼續(xù)增加而使電流稍微超過0.1mA時，功率管Ml源極端上的電壓就大于0.1V，即運算放大器Ul反相端的電壓大于0.1V，此時，運算放大器Ul的輸出就變負，功率管Ml的夾斷空間長度就變大，通導(dǎo)電阻變大，功率管Ml源極端增加的電壓量全部分壓在功率管Ml的源極端、漏極端間增加的電阻上，使可變電阻R5上的電壓保持不變，從而使通過可變電阻R5的電流保持不變。無論校準電壓Uin在大于0.1V以上如何變化，通過可變電阻R5的電流總能保持0.1mA。
[0032]如圖3所示，所述恒壓電子負載電路5包括運算放大器U2以及功率管M2，所述運算放大器U2的反相端與滑動變阻器R4的可動端連接，滑動變阻器R4的一端與電阻R2的一端、電阻R3的一端、運算放大器U2的同相端以及負載電壓連接，電阻R3的另一端接地，電阻R2的另一端與功率管M2的漏極端連接，運算放大器U2的輸出端與功率管M2的柵極端連接，功率管M2的漏極端還與校準電壓連接端Uin連接，功率管M2的源極端接地。
[0033]本實用新型實施例中，負載電壓也可以為加載在運算放大器U2電源正端上的電壓，加載在運算放大器U2電源正端上的電壓為+12V，運算放大器U2電源負端接地，所述運算放大器U2的電源負端、功率管M2的源極端還可以與上述的校準接地端連接，實現(xiàn)接地要求。
[0034]如圖2所示，對晶體管特性圖示儀7進行集電極電流掃描因數(shù)校準時，關(guān)斷晶體管特性圖示儀7內(nèi)的階梯波發(fā)生器關(guān)斷，并將晶體管特性圖示儀7內(nèi)的功耗限制電阻選擇適當值，一般來說，對于較大的集電極電流，功耗限制電阻可以小一點;對于較小的集電極電流，功耗限制電阻可以大一點；此外，將晶體管特性圖示儀7內(nèi)的集電極掃描電源先關(guān)到最小。將校準裝置I的校準電壓連接端Uin、校準接地端分別與晶體管特性圖示儀7的集電極連接端、發(fā)射極連接端對應(yīng)連接。
[0035]校準時，調(diào)節(jié)集電極掃描電源，并使得恒流電子負載電路4輸出的電流慢慢上升，即集電極掃描電源輸出的電壓即為加載到校準電壓連接端的校準電壓Uin。當達到恒流電子負載電路4設(shè)的恒流設(shè)定值時，電流就不隨集電極掃描電源的變化而變化，由于集電極掃描電源輸出0°?180°正弦波的周期重復(fù)電壓，它的電壓幅度通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)是可以變化的。設(shè)集電極電流掃描因數(shù)被校準檔是lOOmA/div，則可以調(diào)節(jié)恒流電子負載電路4輸出的恒定電流從10mA變化到1000mA，則所述待校準的晶體管特性圖示儀7屏幕上就會出現(xiàn)0.1A變化到IA的掃描線，比較掃描線和屏幕刻度的重合性就能得到該檔的測量誤差。
[0036]如圖4所示，校準100mA/div檔時，在100mA、500mA、100mA三點在屏幕上的圖象，從圖上可以看出，屏幕刻度和實際電流值基本重合，若是有誤差，電流掃描線和刻度就不重合，測量不重合的距離就就能得到這一檔的誤差。此外，還能看出集電極電流測量的非線性情況。
[0037]如圖3所示，利用恒壓電子負載電路5對晶體管特性圖示儀7進行基極電壓掃描系數(shù)校準時，將校準裝置I的校準電壓連接端Uin、校準接地端分別與晶體管特性圖示儀7的基極連接端、發(fā)射極連接端對應(yīng)連接。
[0038]將晶體管特性圖示儀7的基極串聯(lián)電阻設(shè)置到適當數(shù)值，并將晶體管特性圖示儀7內(nèi)的階梯波發(fā)生器輸出電壓調(diào)到10簇級，量程從0.0lV/級?IV/級。則在基極電壓掃描因數(shù)
0.01V/div?lV/div間，調(diào)節(jié)恒壓電子負載電路5恒壓值在0.01￥?0.1￥或1￥?10￥，比較恒壓電子負載電路5的恒壓值與所述經(jīng)晶體管特性圖示儀7屏幕顯示值即能確定基極電壓掃描因數(shù)的準確度。
[0039]如圖5所示，是校準基極電壓掃描因數(shù)在0.lV/div時的情況，由圖可以看出，當反映電壓的光點到達屏幕刻度時，查看恒壓電子負載電路5的恒壓值，通過比較恒壓值和刻度的讀取值，就能得到基極電壓掃描因數(shù)的測量誤差。
[0040]如圖2所示，利用恒流電子負載電路4能對晶體管特性圖示儀7進行功耗限制電阻的校準，即用兩次測量恒流電子負載電路4的電壓差值和電流差值的比來確定功耗限制電阻的阻值大小。
[0041]如圖6所示，是三極管的輸出特性曲線，將校準裝置I的校準電壓連接端Uin、校準接地端分別與晶體管特性圖示儀7的集電極連接端、發(fā)射極連接端對應(yīng)連接。調(diào)節(jié)晶體管特性圖示儀7內(nèi)的集電極掃描電源到60V，圖中可以看到一條直流負載線，不同的功耗電阻就會得到不同斜率的直流負載線。設(shè)第一次恒流電子負載電路4輸出的恒定電流在2mA處，用數(shù)字電壓表測量晶體管特性圖示儀7的集電極連接端C-發(fā)射極連接端E間半波正弦脈沖的峰值電壓，設(shè)為40V;第二次測量時，調(diào)節(jié)恒流電子負載電路4輸出的恒定電流在到5mA，設(shè)此時恒流電子負載電路5的校準電壓連接端Uin峰值電壓為10V，恒流電子負載電路5的下降是由于功耗限制電阻的電壓消耗所致，此壓降為40-10=30V，可以得到功耗限制電阻為R=30V/3mA=10kQ。調(diào)節(jié)不同的功耗限制電阻將得到不同的恒流電子負載電路的端電壓，通過計算就可以得到不同的功耗限制電阻。功耗電阻一般是在I Ω?10k Ω內(nèi)，按1-2-5的倍率變化來確定電阻點。
[0042]本實用新型利用恒流電子負載電路4能實現(xiàn)對晶體管特性圖示儀7進行集電極電流掃描因數(shù)、功耗限制電阻進行有效校準，通過恒壓電子負載電路5能實現(xiàn)對晶體管特性圖示儀7進行基極電壓掃描因數(shù)的校準，從而能實現(xiàn)對現(xiàn)有無校準插孔晶體管特性圖示儀7的有效校準，使用操作便捷，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【主權(quán)項】
1.一種晶體管特性圖示儀校準裝置，其特征是:包括用于對晶體管特性圖示儀(7)進行集電極電流掃描因數(shù)校準、功耗限制電阻校準的恒流電子負載電路(4)以及用于對晶體管特性圖示儀(7)進行基極電壓掃描因數(shù)校準的恒壓電子負載電路(5)，所述恒流電子負載電路(4)、恒壓電子負載電路(5)均與校準選擇控制電路(2)連接，所述校準選擇控制電路(2)的輸入端與校準選擇電路(3)連接，恒流電子負載電路(4)、恒壓電子負載電路(5)能通過校準連接電路(6)與待校準的晶體管特性圖示儀(7)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管特性圖示儀校準裝置，其特征是:所述恒流電子負載電路(4)、恒壓電子負載電路(5)與校準連接電路(6)匹配形成的連接端包括校準電壓連接端Uin、參考電壓連接端Uref以及校準接地端； 所述恒流電子負載電路(4)包括運算放大器Ul、功率管Ml以及可變電阻R5，所述運算放大器Ul的同相端與參考電壓連接端Uref連接，運算放大器Ul的反相端與功率管Ml的源極端連接，運算放大器Ul的輸出端與功率管Ml的柵極端連接，所述功率管Ml的漏極端與校準電壓連接端Uin連接，功率管Ml的源極端還通過可變電阻R5接地； 在利用恒流電子負載電路(4)對待校準的晶體管特性圖示儀(7)校準時，所述校準電壓連接端Uin與晶體管特性圖示儀(7)的集電極連接端連接，所述晶體管特性圖示儀(7)的發(fā)射極連接端與校準接地端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管特性圖示儀校準裝置，其特征是:所述恒壓電子負載電路(5)包括運算放大器U2以及功率管M2，所述運算放大器U2的反相端與滑動變阻器R4的可動端連接，滑動變阻器R4的一端與電阻R2的一端、電阻R3的一端、運算放大器U2的同相端以及負載電壓連接，電阻R3的另一端接地，電阻R2的另一端與功率管M2的漏極端連接，運算放大器U2的輸出端與功率管M2的柵極端連接，功率管M2的漏極端還與校準電壓連接端Uin連接，功率管M2的源極端接地。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管特性圖示儀校準裝置，其特征是:所述恒流電子負載電路(4)的恒流范圍為0.1mA?20A，參考電壓連接端Uref上加載的電壓為0.1V?IV。
【文檔編號】G01R35/00GK205484754SQ201620022818
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月11日
【發(fā)明人】章曉明
【申請人】無錫市計量檢定測試中心