晶体管图示仪负极性测量干扰分析及改进

・机械研究与应用・２０１２年第５期（总第１２１期）　应用与试验　晶体管图示仪负极性测量干扰分析及改进　李大为　（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃兰州７３００５０）　摘要：以ＪＴ一１晶体管图示仪为例，介绍此类普及型晶体管图示仪在进行负极性小电流测试时干扰过大的现象，同　时通过对图示仪集电极扫描电源及极性转换部分进行电路分析并找到原因。从原理出发研究解决方案，提　出制作改进电路及加入原机的方案。　关键词：晶体管图示仪；容性电流；极性转换　中图分类号：ＴＭ１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７－４４１４（２０１２）０５—００４９一Ｏ３　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｌｉ　Ｄａ—ｗｅｉ　‘　（Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｌａｎｓｈｉ　ｈｅａｖｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｇａｎｓｎ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＪＴ－１　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｓｍａｌｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｅｓｔｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　ｐｏｌａｒｉｔｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｉｎｓｔｕｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｉｒｓ　ｆｏｕｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｏ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅ　ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｒ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｓｔｕｍｅｎｔ；ｃａｐａｃｉｔｒｉｖｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ；ｐｏｌａｒｉｔｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　１　引　言　晶体管特性图示仪是一种用示波管直观显示半　导体器件的各种特性曲线，并可测量其静态参数的测　试仪器，通过仪器上的标尺刻度可直接读出被测量的　频高压电源及示波管电路。电路结构框图如图２，阶　梯发生器输出的阶梯信号级放大后注入被测晶体管。　经垂直作用控制器的转换，显示集电极电流、基极电　压、基极电流或基极源电压。经水平作用控制器的转　各项参数。图示仪不仅能测试晶体管，也可测试其他　半导体器件和集成电路等多种器件的特性和参数，而　且能进行电路特性等测试和研究。它具有显示直观、　换，显示集电极电压、基极电压、基极电流或基极源　电压。当被测晶体管接入晶体管插座时，通过垂直　与水平作用控制器的不同转换，即能显示出晶体管各　读测简便和使用灵活多样等特点，是测试半导体器　件、应用及电子电路的分析和设计的一种常用仪器。　由于集电极扫描电源输出端对地存在发布电容，　在集电极扫描电压作用下会产生容性电流，此容性电　流流过取样电阻产生压降混入波形中，形成杂波对显　种特性曲线族，直读有关电压、电流参数…。　示造成干扰，降低了仪器的电流灵敏度。尤其在测试　晶体管小电流状态参数时影响显著，必须进行补偿；　原此晶体管图示仪电路负极性容性电流补偿不完善、　干扰大，严重影响测量，实测ＰＮＰ型管（负极性），集　电极扫描电压２００Ｖ档，功耗限制电阻调至ｌＯＯｋ￣Ｏ，　图１改进前后效果对比　阶梯凋零｛］ｌ　…　Ｉ　ｆ豁蟹霪　垂板瘴　实际输出特性曲线如图１左半部所示，可见此时其波　形杂乱程度已无法正确反映被测元件的特性，不能正　常工作。下文针对其原理进行分析并做出改进。　基极电压　基极电流或　基极源电压　２　ＪＴ一１型晶体管特性图示仪电路简介　ＪＴ一１型晶体管特性图示仪包括以下七个主要部　分：阶梯发生器；阶梯放大器；垂直、水平放大器；偏　转作用开关；集电极扫描发生器；主电源供给和高　外接ｒ　图２　ＪＴ一１晶体管图示仪电路结构框图　其中集电极扫描发生器提供所需的集电极电源，　收稿日期：２０１２—０８一ｌ７　作者简介：李大为（１９７４－），男，湖南宁乡人，工程师，主要从事仪表技术及计量管理等方面的工作。　・４９・　应用与试验　先设ＩＢ＝ＩＢ１，且集电极电压　变化时晶体管产生　相应变化的集电极电流为，　将　加到ｘ轴放大　器，放大后送到示波管的　轴偏转板，而让　通过　取样电阻，将取样电阻上的压降加到ｙ轴放大器，　放大后加到示波管的ｌ，轴偏转板。在设定的ＩＢ１条　件下，　．及，　变化一次，得到第一根特性曲线。当　阶梯跳变ＩＢ＝ＩＢ２时，　及，　再变化一次，又得到第　二根曲线……如此便得到完整的晶体管输出特性曲　线族　。图３为集电极扫描原理图。　图３集电极扫描原理图　３电流干扰分析　由于集电极扫描源到被测管之间有接线、开关、　原件等对地的杂散电容ＣＭ，因此在测试中流经ＣＭ　的容性电流将一同显示出来，且此容性电流随集电极　扫描电压的增大而增大，从而对显示造成干扰，在小　电流测量时影响尤其明显。原机电路为减小容性电　流的影响设计了平衡阴极输出器（Ｇ５０１）来进行补　偿。但当集电极极性转换为负时由于极性改变，引起　分布电容发生变化，原机采取在正极性输入端并人１　个电容（Ｃ５０１）的方式来进行正、负极性的容性电流　平衡，但效果有限。　电容　图４原极性转换电路　如图４，原电路中当极性转换开关置于正极性　时，变压器中心抽头分布电容ｃ３与取样电阻Ｒｓ并　联，与输出端分布电容ｃ４串联，因此影响不大，但当　极性转换开关置于负极性时，Ｃ３与Ｃ４并联，而与取　・５０・　２０１２年第５期（总第１２１期）・机械研究与应用・　样电阻Ｒｓ串联，使得输出的分布电容增大，即流过取　样电阻的容性电流增大。所以此时这种方式无法？『ｌｊ　除容性电流的影响。　４改进方案分析　为改善分布电容ｃ３所造成的不平衡影响，【Ｊ』采　用如图５所示的电路进行补偿，但该电路中必须配　４个型号完全相同、参数严格配对的二极管。改造时　需增加整流元件且新增元件参数性能等不ｕ　能完令　一致。为此可采用如图６的控制转换电路，同时将　整流管２ＣＺ５４Ｇ换为新型号ｌ　Ｎ４００７，提高了町靠　并从根本上解决了整流管特性配对等问题。　５分　电容补偿原理　图６开关转换补偿电路　图６中需要用到八刀双掷转换开关，为非通用器　件，需进一步对电路进行优化改进，最终电路如图７　所示。其模块控制电源利用原机中变压器的低压绕　组提供。　７优化转换补偿方案　根据改进后的原理图经布局设计，选件焊接等过　・机械研究与应用・２０１２年第５期（总第１２１期）　应用与试验　扰后可根据此回线定性判断被测原件的结电容大小　及热稳定性。），此时可依据显示的曲线对被测元件　程制出成品模块。考虑要装入原机箱，因此元件布局　应尽可能紧凑合理。将做好的电路板装入图示仪集　电极电源盒中，利用原机固定功耗限制电阻的螺杆固　定，接好线路。由于改造后无需多刀转换开关，将原　波段开关换为普通拨动开关，电源则利用原机变压器　的３０、３１脚输出。装入后效果如图８所示。　参数进行定量分析，满足测试要求。　５　结论　ＪＴ一１型晶体管图示仪做为一款成熟通用测试设　备在行业中有着多年的运用历史，至今在电子设备的　检修工作中仍有着重要作用，但其内部电路设计较为　保守、元件相对陈旧，细节考虑不够周全，但通过适当　的电路改造可提高其性能。通过对其工作方式进行　了解并有针对性的分析相关部分电路原理，找到造成　显示干扰的原因，运用模拟电路知识分析改造相关电　路，从而解决问题提高测试质量，使仪器能更好的为　图８模块安装图　１３常检修等工作服务；同时，该问题的解决思路及方　案在对相关类型仪器设备的干扰分析中也可起到一　定的借鉴作用。　参考文献：　［１］上海新建电子仪器厂技术情报组．盯一１型晶体管特性图示仪　［Ｊ］．电子技术，１９６６（１０）：５２．　调整后开机测试一ＰＮＰ管３ＡＸ３１Ｃ（负极性），集　电极扫描电压开到最大２００Ｖ档（如前文分析，此时　容性电流最大），功耗限制电阻调为最大（１Ｏ０ｋＯ），输　出特性曲线显示如图１右半部所示。可见与改造前　同一测试显示质量相比有明显改善（图中回线主要　为被测元件热滞回线及结电容造成，消除容性电流干　［２］徐长风．ＪＴ一１型特性图示仪的原理和维修［Ｊ］．电子技术，１９８３　（８）：２２　（上接第４８页）　４结语　（４）对数螺旋锥齿轮的接触区占齿宽方向ｂ的　９０％的有效齿面，而占齿高方向ｈ的４０％。在齿宽　方向实际的实验结果比理想中高出１０％，而齿高方　向的实验结果比理想中的低３０％。所以齿宽方向接　触实验的结果满足理想的接触区，而齿高方向的结果　不满足，这是由于在对数螺旋锥齿轮制造过程中出现　的误差、机床调整的误差或者是机床操作工人的熟练　程度等因素导致的。　参考文献：　［１］孙殿柱．真实齿面啮合理论［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６．　［２］　罗太景．齿轮传动中的齿面接触斑点分析与质量控制［Ｊ］．机械　传动，２００９（３）：１１４—１１６．　［３］　罗宏亮，孙艳．圆锥齿轮接触区的滚动试验和调整［Ｊ］．汽车　（１）对数螺旋锥齿轮的齿面接触区处于中间靠　小端位置。接触区延伸到大约齿宽的９０％，较接近　于小端。接触区略为离开齿顶和齿根。接触长度比　格里森螺旋锥齿轮的接触长度要长很多，这样可以使　齿轮传动更平稳，降低噪音。　（２）对数螺旋锥齿轮的齿面接触区属于轻微的　窄接触，这种情况允许安装距有较大变化，但会使齿　轮副产生较高的噪声，并在这些集中接触点上可能产　生擦伤或胶合。　（３）对数螺旋锥齿轮的齿面接触区属于长接触。　长接触增大了齿宽方向的接触长度使传动更平稳、减　少磨损、降低噪音。　工艺与材料，２００１（３）：３４—３６．　・５１・